第一章电路的基本概念和基本定律

第一章 电路的基本概念和基本定律

第一章 电路的基本概念和基本定律 §1.1 电路的基本概念 1.1.1 电路中的物理量 1.1.2 电路元件 §1.2 电路的基本定律 1.2.1 欧姆定律 1.2.2 克希荷夫定律

§1.1 电路的基本概念 1.1.1电路的物理量 1.1.2电路元件 (一) 无源元件 (二) 有源元件

I 灯泡电池 + R U E _ 电源负载电流电压电动势 1.1.1 电路的物理量

实际正方向 假设正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。假设正方向（参考正方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。电路中物理量的正方向物理量的正方向：

物理量的实际正方向

物理量正方向的表示方法 I a + R Uab 灯泡 E 电池 _ b u a b _ 电流：从高电位指向低电位。正负号 + 箭头电压 u I a b - + Uab（高电位在前，低电位在后） R 双下标

IR A B R E1 E2 电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？电流方向 BA？电流方向 AB？

解决方法 (1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向； (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式； (3) 根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。

E R IR a b UR U 解： (1) 假定电路中物理量的正方向如图所示； (2) 列电路方程：例已知：E=2V, R=1Ω 问：当U分别为 3V 和 1V 时，IR=?

E R IR a b UR U (3) 数值计算（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）

提示 (1) 方程式R =U/I仅适用于假设正方向一致的情况。 (2) “实际方向”是物理中规定的，而“假设正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向” (即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的. (4) 为了避免列方程时出错，习惯上把I与 U的方向按相同方向假设。

假设: 与的方向一致 IR a b UR 假设: 与的方向相反 IR a b UR 例

电功率 I a U R b 功率有无正负？如果U I方向不一致结果如何？功率的概念：设电路任意两点间的电压为U ,流入此部分电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为:

在 U、 I 正方向选择一致的前提下， I I a a 或 U R U R b b I a + U - b P（吸收）= P（发出）根据能量守衡关系若 P = UI  0 “吸收功率” （负载）若 P = UI  0 “发出功率” （电源）

结论 在进行功率计算时，如果假设 U、I正方向一致。当计算的 P > 0时, 则说明 U、I的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。当计算的 P < 0时, 则说明 U、I的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。所以，从 P 的 + 或 - 可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。

（常用单位：、k、M ） 1. 电阻 R i i u u R i u 1.1.2 电路元件 (一) 无源元件线性电阻非线性电阻伏 - 安特性

磁通 i u 线圈匝数 2.电感 L ——单位电流产生的磁链（单位：H, mH, H）

i u e 当 (直流) 时, 所以，在直流电路中电感相当于短路。 • 电感中电流、电压的关系

i u e 线圈面积 L=Const (如:空心电感  不变) 导磁率线性电感: 线圈长度 L = Const (如:铁心电感  不为常数) 非线性电感 : • 电感和结构参数的关系

• 电感的储能 电感是一种储能元件, 储存的磁场能量为：

i +q ++ ++ u - - - - -q + _ ——单位电压下存储的电荷。 3.电容 C （单位：F, F, pF）电容符号有极性无极性

i u C 当 (直流) 时, 所以，在直流电路中电容相当于断路。 • 电容上电流、电压的关系

i u C 介电常数极板面积 C=Const (不变) 线性电容: 板间距离 C = Const (不为常数) 非线性电容: • 电容和结构参数的关系

• 电容的储能 电容是一种储能元件, 储存的电场能量为：

无源元件小结 理想元件的特性（u 与 i的关系） R L C

例：电感线圈 L：电感量 R：导线电阻 C：线间分布电容实际元件的特性可以用若干理想元件来表示参数的影响和电路的工作条件有关。

L R1 C U R2 R1 R2 U 注意 L、C 在不同电路中的作用 U为直流电压时,以上电路等效为

U I E RO U + I E - Ro越大特性越平 (二) 有源元件主要介紹有源元件中的两种电源：电压源和电流源。 1. 电压源电压源模型伏安特性

I a Uab 伏安特性 + Uab E E _ b I 理想电压源（恒压源）:RO= 0 时的电压源. 特点：(1）输出电压不变，其值恒等于电动势。即 Uab E；（2）电源中的电流由外电路决定。

I a + R2 2 Uab E R1 2 _ b 当R1接入时： I=5A 则：恒压源中的电流由外电路决定例设:E=10V 当R1R2同时接入时： I=10A

恒压源特性小结 a I + R E _ b Uab E 恒压源特性中不变的是：_____________ I 恒压源特性中变化的是：_____________ 外电路的改变 _________________ 会引起 I 的变化。大小 I 的变化可能是 _______ 的变化，或者是_______ 的变化。方向

I a Uab RO 外特性 Uab RO IS Is I b RO越大特性越陡 2. 电流源电流源模型

I a 伏安特性 Uab Uab Is I b IS 理想电流源（恒流源):RO=时的电流源. 特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流 IS；（2）输出电压由外电路决定。

I 例 Is R U 则: R=1 时，U =1V。 R=10 时，U =10V。恒流源两端电压由外电路决定设: IS=1 A

恒流源特性小结 a I Uab Is R b 理想恒流源两端可否被短路？ Is 恒流源特性中不变的是：_____________ Uab 恒流源特性中变化的是：_____________ 外电路的改变 _________________ 会引起 Uab的变化。大小 Uab的变化可能是 _______ 的变化，或者是 _______的变化。方向

Ic Ib Uce 恒流源举例晶体三极管 Ic c Ib Uce + b e + E - - 当 Ib确定后，I c就基本确定了。在 IC基本恒定的范围内，I c可视为恒流源 (电路元件的抽象) 。

电压源中的电流 如何决定？电流源两端的电压等于多少？例 I R a _ Is Uab=? E + b 原则：Is不能变，E 不能变。电压源中的电流 I= IS 恒流源两端的电压

恒压源与恒流源特性比较 恒压源恒流源 I I a a Uab = E （常数）不变量 I = Is （常数） + Uab Is Uab E _ b b 变化量 Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对 Uab无影响。 I的大小、方向均为恒定，外电路负载对 I无影响。输出电流 I可变 ----- I的大小、方向均由外电路决定端电压Uab可变 ----- Uab的大小、方向均由外电路决定

I ' a I a RO Uab' Uab + RO' E IS - b b 3. 两种电源的等效互换等效互换的条件：对外的电压电流相等。即： I = I ' Uab= Uab'

I' a I a Uab' RO' RO IS Uab + b E - b 若则 I = I ' Uab = Uab' 等效互换公式：

电流源 电压源 I ' I a a Is Uab' RO Uab RO' + b - E b

等效变换的注意事项 I I ' a a RO Is Uab' RO' RL Uab + RL b E - b 对外等效对内不等效时例如： RO中不消耗能量 RO'中则消耗能量 (1) “等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏--安特性一致），对内不等效。

a I' a I RO Is RO' + E - b b a I' a I RO Is - RO' E + b b (2) 注意转换前后 E与 Is的方向。

a I' a I + Uab' E Is - b b (3) 恒压源和恒流源不能等效互换。（不存在）

(4)进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RO和 RO'不一定是电源内阻。

I=? R5 R1 R2 I R3 + + R4 E3 Is - - E1 R5 I R1 R2 R4 R3 I1 I3 Is 应用举例

R5 I R4 Is I1+I3 R1//R2//R3 R5 (接上页) I R1 R2 R4 R3 I1 I3 Is

R5 (接上页) R5 I Rd R4 + + Ed E4 - - I IS R4 I1+I3 R1//R2//R3

I 讨论题 + 2 - 10V 2A ?  哪个答案对 2 10V + ? + - 4V - ?

第一章 电路的 基本概念和基本定律