電路的基本概念南京工業大學信息科學與工程學院電子系第一章2/14/2024電工電子學B第一章電路的基本概念1.1電路的作用和組成1.2電路的基本物理量1.3電阻、電容和電感元件1.4電源元件1.5電路的工作狀態1.6電路的基本定律1.7電路中電位的概念及計算2/14/2024電工電子學B本章的基本要求：一、理解電壓與電流參考方向的意義二、能正確而熟練的應用電路基本定律三、了解電路的三種狀態及額定值的意義四、會計算電路中某點的電位2/14/2024電工電子學B1.1電路的作用和組成電路：由各種元件相互連接而構成的電流的通路。

1、實現電能的傳輸、轉換；

2、實現信號的傳遞與處理。一、電路的作用：電池燈泡放大器揚聲器話筒2/14/2024電工電子學B二、電路的組成及模型：1、組成：電源、負載和中間環節。電池燈泡電源: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2/14/2024電工電子學B2、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，從而構成與實際電路相對應的電路模型。+RoE-手電筒的電路模型燈泡開關電池導線SR2/14/2024電工電子學B幾個概念：激勵：作用于電路上的電源或信號源的電壓或電流，也稱為輸入。響應：由激勵在電路各部分產生的電壓或電流，也稱為輸出。電路分析：在已知電路結構和元件參數的條件下，分析電路的激勵與響應之間的關系。2/14/2024電工電子學B1.2電路的基本物理量一、電流及其參考方向：1、電流：電荷在導體中有規則的定向移動形成電流，亦叫電流強度，簡稱電流i。3、實際方向：習慣上規定正電荷移動的方向為電流的實際方向。4、參考方向：任選某一方向為其參考方向，也叫其正方向。2、分類：直流電流I、交流電流i。2/14/2024電工電子學B5、正負：當電流的實際方向與其參考方向一致時，其值為正；當電流的實際方向與其參考方向相反時，其值為負。

10V10I110V10I1I1=1AI1=-1A2/14/2024電工電子學B6、表示方法：

a、用箭頭來表示，箭頭的方向為其參考方向；

b、用雙下標表示，例如Iab表示電流參考方向由a指向b。7、單位：安培（A：Ampere）

[毫安mA

微安uA]

換算：1mA=10-3A1uA=10-6A2/14/2024電工電子學B二、電壓和電動勢及其參考方向：（1）電壓：電場力把電位正電荷從電路中的一點移到另外一點所作的功，為這兩點之間的電壓。（3）實際方向：規定由高電位端指向低電位端。（4）參考方向：任選某一方向為其參考方向，也叫其正方向。1、電壓：（2）分類：直流電壓U、交流電壓u。2/14/2024電工電子學B（5）正負：電壓值為正時，電壓的實際極性和參考極性相同，否則相反。

U>0U<02/14/2024電工電子學B（6）表示方法：

a、用極性“＋”、“－”表示，參考方向由正指向負；

b、用雙下標表示，例如Uab表示其參考方向由a指向b。（7）單位：伏特（V：Volt)[毫伏mV微伏uV

千伏kV]

換算：1mV＝10－3V1uV＝10－6V1kV＝103V2/14/2024電工電子學B2、關聯與非關聯參考方向：關聯參考方向非關聯參考方向關聯參考方向：電流和電壓的參考方向一致；非關聯參考方向：電流和電壓的參考方向不一致；2/14/2024電工電子學B3、電動勢：（1）概念：描述了電源中外力做功的能力，它的大小等于外力在電源內部克服電場力把單位正電荷從負極移到正極所做的功。（2）實際方向：在電源內部由負極指向正極。（3）單位：伏特（V：Volt)2/14/2024電工電子學B三、電功率：1、概念：描述電路元件中電能變換的速度，其值為單位時間內元件所吸收或輸出的電能。2、單位：瓦（W）3、計算：

（1）當電流和電壓為關聯參考方向時：（2）當電流和電壓為非關聯參考方向時：（3）若，表示該元件吸收功率；（負載）若 ,表示該元件產生功率。（電源）舉例：教材P4例1－12/14/2024電工電子學B確定圖中各元件上的電流、電壓和功率，并指出是吸收功率還是輸出功率R120

R230

E+10V-II=E/(R1+R2)=10/(20+30)=0.2AU1=R1I=20*0.2=4VU2=R2I=30*0.2=6V

PE=-EI=-10*0.2=-2W輸出功率

P1=U1I=4*0.2=0.8W吸收功率

P2=U2I=6*0.2=1.2W吸收功率+-U1+U2_2/14/2024電工電子學B1.3電阻、電感和電容元件一、電阻元件：線性電阻元件：伏安曲線為通過坐標原點的一條直線。歐姆定律：R為電阻，單位：歐姆（

）u

－Ri（非關聯參考方向）

令G

1/R

G稱為電導單位：西門子（S：Siemens）（關聯參考方向）u

Ri2/14/2024電工電子學B

功率：

能量：非線性電阻元件：伏安曲線不是通過坐標原點的一條直線。（耗能元件）2/14/2024電工電子學B二、電容元件：線性電容元件：庫伏特性曲線在u－q平面上為通過原點的直線。對線性電容元件有：q=Cu

C稱為電容器的電容單位：法拉（F）[微法

F

納法nF

皮法pF]1

F=10-6F1nF=10-9F1pF=10-12F2/14/2024電工電子學B電壓、電流關系：（直流相當于斷路）

電場能量：非線性電容元件：庫伏特性曲線在u－q平面上不是通過原點的直線。（儲能元件）2/14/2024電工電子學B三、電感元件：線性電感元件：韋安特性曲線在i－

平面上為通過原點的直線。對線性電感元件有：L稱為電感器的電感單位：亨利（H）[微亨

H

毫亨mH]1

H=10-6H1mH=10-3H2/14/2024電工電子學B由電磁感應定律可得，自感電動勢為：dtdiLdtde-=-=ydtdiLu=-e

=端電壓：（直流相當于短路）

磁場能量：（儲能元件）2/14/2024電工電子學B1.4電源元件

能夠獨立向外電路提供能量的電源，分為電壓源和電流源。一、獨立電源：1、理想電源：是實際電源的理想化模型，分為理想電壓源和理想電流源。（1）理想電壓源：向負載提供一個恒定值的電壓——直流電壓US或頻率和幅值不變的交流電壓us。2/14/2024電工電子學B圖形符號伏安特性特點：（1）恒壓源兩端的電壓與流過電源的電流無關；

（2）恒壓源輸出電流的大小取決于所連接的外電路。2/14/2024電工電子學B（2）理想電流源：向負載提供一個恒定值的電流——直流電流IS或頻率和幅值不變的交流電流is。圖形符號伏安特性特點：（1）恒流源輸出的電流與恒流源的端電壓無關；

（2）恒流源的端電壓取決于與恒流源相連接的外電路。2/14/2024電工電子學B其電路模型通常為電源元件和電阻元件的組合。1、實際電源：（1）電壓源模型：2/14/2024電工電子學B（2）電流源模型：2/14/2024電工電子學B二、受控電源：1、定義:電壓源的電壓或電流源的電流是受電路中其他部分的電壓或電流控制。

2、電路符號：2/14/2024電工電子學B三、分類：1、電流控制的電流源

(CurrentControlledCurrentSource)2、電流控制的電壓源

(CurrentControlledVoltageSource)

:電流放大倍數

r

:轉移電阻2/14/2024電工電子學B3、電壓控制的電流源

(VoltageControlledCurrentSource)

4、電壓控制的電壓源

(VoltageControlledVoltageSource)g:轉移電導

:電壓放大倍數2/14/2024電工電子學B1.5電路的工作狀態一、有載狀態：1、特性：開關閉合負載電流：端電壓：U=IR負載功率：電源外特性IUE電源產生的功率

電源內部消耗的功率2/14/2024電工電子學B2、額定值及運行狀態:額定值:電器設備的安全使用值，用UN、IN和PN表示。運行狀態:欠載（輕載）：（不經濟）過載（超載）：（設備易損壞）額定工作狀態：（經濟合理安全可靠）2/14/2024電工電子學B二、開路狀態：開關斷開特征:負載功率：電流:開路電壓：2/14/2024電工電子學B三、短路狀態：導線短接

特征:端電壓:負載功率:電源功率:短路電流:2/14/2024電工電子學B1.6電路的基本定律

對于一個線性電阻元件而言，流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。一、歐姆定律：關聯參考方向：非關聯參考方向：2/14/2024電工電子學B二、基爾霍夫定律：1、幾個術語：（1）支路(branch)：電路中流過同一電流的分支。(b)（2）節點(node):

電路中三條或三條以上支路的連接點稱為節點。(n)（3）回路(loop)：由一條或多條支路組成的閉合路徑。(l)(4)網孔(mesh)：對平面電路，內部不含有支路的回路為網孔,即每個網眼就是網孔。網孔是回路，但回路不一定是網孔。2/14/2024電工電子學B支路：b=3

節點：n=2

回路：l=3

網孔：2個支路：b=6

節點：n=4

回路：l=7

網孔：3個

2/14/2024電工電子學B2、基爾霍夫電流定律(KCL)：(1)內容：任何時刻，對任一節點，所有支路電流的代數和為零。即：

(2)符號的確定：選定參考方向后，習慣上取流出該節點的支路電流為負，流入為正。i1-i2+i3-i4=0i1+i3=i2+i4

2/14/2024電工電子學B(3)另一種表達：在任一瞬時，流向某一結點的電流之和等于由該結點流出的電流之和。即

(4)推廣：對任一包圍幾個節點的閉合面而言，流入該閉合面（廣義節點）的電流等于流出該閉合面的電流。證明：結點A：IA=IAB

－ICA

結點B：IB=IBC－IAB

結點C：IC=ICA－IBC左右兩邊相加可得IA

＋

IB＋IC

＝02/14/2024電工電子學B2/14/2024電工電子學B2/14/2024電工電子學B3、基爾霍夫電壓定律(KVL)(1)內容：在集總參數電路中，任一時刻，任一回路中，所有支路電壓的代數和等于零。即：(2)符號的確定：

a、任一選擇一個繞行方向，可以順時針也可以逆時針；

b、電壓的參考方向與繞行方向一直取正號，電壓的參考方向與繞行方向相反則取負號。表達試：U1

－U2

－U3

＋U4

＝0U1＋U4＝U2＋U3即：2/14/2024電工電子學B

（3）另一種表達：從任一回路中的任一點出發，沿任一方向繞行一周，則在該方向上電位降之和等于電位升之和。即：

（4）推廣：KVL定律不僅應用于閉合回路，也可以應用于回路的部分電路，即假想回路。E－RI－U＝02/14/2024電工電子學B定律應用中注意的問題：

1、兩個定律具有普遍性，它們適用于由不同元件所構成的電路，也適用于任一瞬時對任何變化的電流和電壓；

2、在運用定律時，首先要在電路中標注出電流、電壓或電動勢的參考方向；

3、在應用KVL定律時，要選擇一個繞行方向。2/14/2024電工電子學B

例：有一個閉合回路如圖所示，各支路的元件是任意的，但

已知：UAB＝－4V，UDA

＝－3V，UBC

＝－4V。

試求：（1）UCD；（2）UCA。

解：(1)由基本的KVL定律可得:UAB＋UBC＋UCD＋UDA＝0即：5＋（－4）＋UCD