1、電工學（電工與電子技術） 第1章 電路的基本概念與基本定律1.1 電路的作用與組成部分1.2 電路模型1.3 電壓和電流的參考方向1.4 歐姆定律1.5 電源有載工作、開路與短路1.6 基爾霍夫定律1.7 電路中電位的概念及計算本章要求:1.理解電壓與電流參考方向的意義；2. 理解電路的基本定律并能正確應用；3. 了解電路的有載工作、開路與短路狀態，理解 電功率和額定值的意義；4. 會計算電路中各點的電位。第1章 電路的基本概念與基本定律1.1 電路的作用與組成部分 (1) 實現電能的傳輸、分配與轉換 (2)實現信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒1. 電路的作用 電路是電流的通路，是為了某種需要

2、由電工設備或電路元件按一定方式組合而成。 發電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐.輸電線2. 電路的組成部分電源: 提供電能的裝置負載: 取用電能的裝置中間環節：傳遞、分配和控制電能的作用發電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐.輸電線直流電源直流電源: 提供能源負載信號源: 提供信息2.電路的組成部分放大器揚聲器話筒 電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產生的電壓和電流稱為響應。信號處理：放大、調諧、檢波等1. 2 電路模型手電筒的電路模型 為了便于用數學方法分析電路, 一般要將實際電路模型化，用足以反映其電磁性質的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構成

3、與實際電路相對應的電路模型。例：手電筒 手電筒由電池、燈泡、開關和筒體組成。 理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。+R0R開關EI電珠+U干電池導線手電筒的電路模型 電池是電源元件，其參數為電動勢 E 和內阻Ro； 燈泡主要具有消耗電能的性質，是電阻元件，其參數為電阻R； 筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導體。 開關用來控制電路的通斷。 今后分析的都是指電路模型，簡稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規定的圖形符號表示。+R0R開關EI電珠+U干電池導線1.3 電壓和電流的參考方向 物理中對基本物理量規定的方向1. 電路基本物理量的實際方向物理

4、量實 際 方 向電流 I正電荷運動的方向電動勢E (電位升高的方向) 電壓 U(電位降低的方向)高電位 低電位 單 位kA 、A、mA、A低電位 高電位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V(2) 參考方向的表示方法電流：Uab 雙下標電壓： (1) 參考方向I 在分析與計算電路時，對電量任意假定的方向。Iab 雙下標2. 電路基本物理量的參考方向箭 標abRI正負極性+abU U+_+R0E3V注意： 在參考方向選定后,電流(或電壓)值才有正負之分。 實際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負值。(3) 實際方向與參考方向的關系I = 0.

5、28AI = 0.28A 電動勢為E =3V方向由負極指向正極；U+R0E3VU+例: 電路如圖所示。 電流I的參考方向與實際方向相同，I=0.28A,由流向,反之亦然。 電壓U的參考方向與實際方向相反, U= 2.8V;即: U = U 電壓U的參考方向與實際方向相同, U = 2.8V, 方向由指向；2.8V 2.8V1.4 歐姆定律U、I 參考方向相同時U、I 參考方向相反時RU+IRU+I 表達式中有兩套正負號：(1) 式前的正負號由U、I 參考方向的關系確定； (2) U、I 值本身的正負則說明實際方向與參考方向 之間的關系。 通常取 U、I 參考方向相同。U = I R U = I

6、R 解: 對圖(a)有, U = IR 例: 應用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)有, U = IRRU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A電流的參考方向與實際方向相反電壓與電流參考方向相反電路端電壓與電流的關系稱為伏安特性。 遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻的概念： 線性電阻的伏安特性是一條過原點的直線。1.5 電源有載工作、開路與短路開關閉合, 接通電源與負載負載端電壓U = IR 1. 電壓電流關系1.5.1 電源有載工作(1) 電流的大小由負載決定。 (2) 在電源有內阻時，I U 。

7、或 U = E IR0電源的外特性EUI0 當 R0R 時，則U E ，表明當負載變化時，電源的端電壓變化不大，即帶負載能力強。R0ER+IU+ 開關閉合,接通電源與負載。負載端電壓U = IR1.5.1 電源有載工作或 U = E IR0UI = EI I2R0P = PE P負載取用功率電源產生功率內阻消耗功率(3) 電源輸出的功率由負載決定。負載大小的概念: 負載增加指負載取用的電流和功率增加(電壓一定)。R0ER+I 1. 電壓電流關系 2. 功率與功率平衡U+3. 電源與負載的判別 U、I 參考方向不同，P = UI 0，電源； P = UI 0，負載。U、I 參考方向相同，P =

8、UI 0，負載； P = UI 0，電源。 (1) 根據 U、I 的實際方向判別(2) 根據 U、I 的參考方向判別電源： U、I 實際方向相反，即電流從“+”端流出， （發出功率） 負載： U、I 實際方向相同，即電流從“-”端流出。 （吸收功率）例: 已知:電路中U=220V，I=5A，內阻R01= R02= 0.6。求: (1) 電源的電動勢E1和負載的反電動勢E2 ； (2) 說明功率的平衡關系。R01E1UI+R02E2+解：(1) 對于電源 U= E1-U1= E1-IR01 則 E1= U +IR01 = 220+50.6=223V 同理 U= E2+U2= E2+IR02 則

9、E2= U -IR02 = 220-50.6 = 217V(2)由實際方向可知， E1發出功率，其余原件吸收功率。 P發 =E1 I = 223 5=1115W P吸= E2 I +I2R01+I2R02=217 5+52 0.6+ 5+52 0.6=1115W 功率守恒 電氣設備的額定值 額定值: 電氣設備在正常運行時的規定使用值 1. 額定值反映電氣設備的使用安全性； 2. 額定值表示電氣設備的使用能力。 例：一只220V, 60W的白熾燈, 接在220V的電源上，試求通過電燈的電流和電燈在220V電壓下工作時的電阻。如果每晚工作3h(小時)，問一個月消耗多少電能? 注意：電氣設備工作時的

10、實際值不一定都等于其額定值，要能夠加以區別。解: 通過電燈的電流為電氣設備的三種運行狀態欠載(輕載)： I IN ，P IN ，P PN (設備易損壞)額定工作狀態： I = IN ，P = PN (經濟合理安全可靠) 在220V電壓下工作時的電阻一個月用電W = Pt = 60W(3 30) h = 0.06kW 90h = 5.4kWh特征: 開關 斷開1.5.2 電源開路I = 0電源端電壓 ( 開路電壓 )負載功率U0 = EP = 01. 開路處的電流等于零； I = 02. 開路處的電壓 U 視電路情況而定。電路中某處斷開時的特征:I+U有源電路IRoR+ -EU0+ -電源外部端

11、子被短接1.5.3 電源短路 特征:電源端電壓負載功率電源產生的能量全被內阻消耗掉短路電流（很大）U = 0 PE = P = IR0P = 01.短路處的電壓等于零； U = 02.短路處的電流 I 視電路情況而定。電路中某處短路時的特征:I+U有源電路IRRo+ -E 1. 6 基爾霍夫定律支路：電路中的每一個分支。 一條支路流過一個電流，稱為支路電流。結點：三條或三條以上支路的聯接點。回路：由支路組成的閉合路徑。I1I2I3123ba+-E2R2+ -R3R1E1例1：支路：ab、bc、ca、 （共6條）回路：abda、abca、 adbca、adca、dcbd、acdba、adcba

12、（共7 個）結點：a、 b、c、d (共4個）adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR11.6.1 基爾霍夫電流定律(KCL定律)1定律 即: 入= 出 在任一瞬間，流向任一結點的電流等于流出該結點的電流。 實質: 電流連續性的體現?；? = 0 （代數和）對結點 a：I1+I2 = I3或 I1+I2I3= 0 基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結點處各支路電流間相互制約的關系。ba+-E2R2+ -R3R1E1I1I2I3 電流定律可以推廣應用于包圍部分電路的任一假設的閉合面。2推廣I =?例:I = 0IA + IB + IC = 02+_+_I51156V12VIAI

13、BICAIBCIABACBIC廣義結點 在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數和恒等于零。1.6.2 基爾霍夫電壓定律（KVL定律)1定律即： U = 0 在任一瞬間，從回路中任一點出發，沿回路循行一周，則在這個方向上電位升之和等于電位降之和。對回路1：對回路2： E1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=E2或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0 或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0 12 基爾霍夫電壓定律（KVL） 反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關系。I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E11列方程前標注回路循行方向； 電位升 = 電

14、位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02應用 U = 0列方程時，項前符號的確定： 如果規定電位降取正號，則電位升就取負號。3. 開口電壓可按回路處理 注意：1對回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_例：對回路abda：對回路acba：對回路bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0對回路 adbca，沿逆時針方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應用 U = 0列方程對回路 cadc，沿逆時針方向循行： I2

15、R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I1.7 電路中電位的概念及計算電位：電路中某點至參考點的電壓，記為“VX” 。 通常設參考點的電位為零。1. 電位的概念 電位的計算步驟: (1) 任選電路中某一點為參考點，設其電位為零； (2) 標出各電流參考方向并計算； (3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負，說明該點電位比參考點低。2. 舉例 求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。解：設 a為參考點， 即Va=0VVb=Uba= 106= 60VVc=Uca = 420 = 80 VV

16、d =Uda= 65 = 30 V設 b為參考點，即Vb=0VVa = Uab=106 = 60 VVc = Ucb = E1 = 140 VVd = Udb =E2 = 90 Vbac204A610AE290VE1140V56AdUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 VUab = 106 = 60 VUcb = E1 = 140 VUdb = E2 = 90 V 結論：(1)電位值是相對的，參考點選取的不同，電路中 各點的電位也將隨之改變；(2) 電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考 點的不同而變， 即與零電位參考點的選取無關。借助電位的概念可以簡化電路作圖bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd2kA+I12kI26V(b)例1: 圖示電路，計算開關S 斷開和閉合時A點 的電位VA解: (1)當開關S斷開時(2) 當開關閉合時,電路 如圖（b）電流 I2 = 0，電位 VA = 0V 。電流 I1 = I2 = 0，電位 VA = 6V 。2k+6VA2kSI2I1(a)電流在閉合路徑中流通例2： 電路如下圖所示，(1) 零電位參考點在哪里？畫電路圖表示出來。(2) 當電位器RP的滑動觸點向下滑動時，A、B兩