3电压和电流的参考方向

§1-3 电流、电压的参考方向在电路分析和计算中，首先要对每个元件假设一个电流的正方向，这就是电流的参考方向。

在电路图中，电流的参考方向用箭头表示，如图1-3-1()a ()b 所示。

当完成电路的分析计算后：如果求得电流I 为正时，说明电流的参考方向即是实际电流的正方向，实际电流由A 流向B ；当电流I 为负时，说明电流的参考方向与实际电流正方向相反，实际电流由B 流向A。

在电路理论中，电压的正方向规定为电压降落的方向。

对每个元件假设一个电压的正方向，即电压的参考方向。

在电路图中，电压参考方向的表示方法如图1-3-2 ()()a b 所示。

当电压U 为正值时，说明电压的参考方向即是电压的实际正方向，A 点的电位比B 点高U 伏；当电压U 为负值时，说明电压的参考方向与电压的实际正方向相反，A 点的电位比B 点低U 伏。

对于一个电路元件，当它的电压和电流的参考方向选为一致时，通常称为关联参考方向，如图1-3-3()a 所示。

在关联参考方向情况下，若元件功率P UI =为正值，表明该元件消耗功率；相反，若元件功率P UI =为负值，表明该元件发出功率。

当一个电路元件的电压和电流的参考方向选为相反时，通常称为非关联参考方向，如图1-3-3()b 所示。

在非关联参考方向情况下，上述结论恰好都反一反，即当元件功率P UI =为正值时，表明该元件发出功率；当元件功率P UI =为负值时，表明该元件消耗功率。

例1-3-1 图1-3-5所示电路中，已知电流源电流1S I A =，电压源电压6S U V =，电阻图1-3-1图1-3-2图1-3-310R =Ω，试求电流源的端电压U 、电压源和电流源发出的功率分别为多少？解：由图1-3-5可知，流过电阻R 的电流就等于S I ，故电流源的端电压为：101616 ()S S U RI U V =+=⨯+=对于电压源，流过电压源的电流即是S I ，它与电压源的端电压的方向一致，0S S P U I =>，说明电压源消耗功率，而例题要求电压源发出功率，于是：6 ()S U S S P U I W =-=-对于电流源，其电流S I 与端电压方向相反，0S P U I =>，说明电流源发出功率，于是：16 ()S I S P U I W ==对于电阻R ，它消耗的功率为：210 ()R S P I R W ==整个电路发出功率和消耗功率相等，能量守恒。

电压和电流的参考方向（经典实用）
电压参考方向
1、常用电压参考方向：正压高于负压，或电源中的正极高于接地，用箭头标注时箭
头指向比电压高的方向。

2、典型电路中通常有两极电压，箭头标注时其中一极电压低，箭头指向比电压高的
极性；同一直流电路中某一极可以是低压和高压，只要遵循电压大小和方向就可以了。

3、直流电路中，电压参考方向可以按照母线方式、缆线方式或匝路方式确定，即电
压比母线高，电流比母线低的极性为正电压，箭头指向母线或匝路的正端；反之，如果电
压比母线（或匝路）低，则参考方向是负电压，箭头指向母线或匝路的负端。

4、在交流电路中，规定正压往箭头指向瞬时正压上升顶点，负压往箭头指向瞬时负
压上升顶点。

5、在数电学中的电压是按照既定的符号系列一正一负的约定进行测量的，箭头指向
正压电源的输出端。

1、常用电流参考方向：就是电流的运动方向，低极性指向高极性，即箭头指向电流
流入的电路组成分或终端。

2、电流参考方向主要是按照电流进出的方向来确定的。

典型电路中，一般正电流是
指电流从正极流入负极，而负电流是指电流从负极流入正极，也叫流入电极和流出电极。

电流箭头符号指向流入电极，表示电流从正极流入负极。

3、对于支持双向电流传输的电路，即总流向可以向两个极性传输，电流参考方向一
般可以选择某一种极性指示即可。

4、电流的参考方向不是硬性规定的，因此通常可以取决于电路设计者的习惯。

通常，电流可以按正负极性标注电流的参考方向，此时正负极的方向可以由设计者自由选择。

第一章 电路的基本概念和基本定律本章是学习电工技术的理论基础，介绍了电路的基本概念和基本定律：主要包括电压、电流的参考方向、电路元件、电路模型、基尔霍夫定律和欧姆定律、功率和电位的计算等。

主要内容： 1．电路的基本概念（1）电路：电流流通的路径，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成的系统。

（2）电路的组成：电源、中间环节、负载。

（3）电路的作用：①电能的传输及转换；②信号的传递及处理。

2．电路元件及电路模型（1）电路元件：分为独立电源和受控电源两类。

①无源元件：电阻、电感、电容元件。

②有源元件：分为独立电源和受控电源两类。

（2）电路模型：由理想电路元件所组成反映实际电路主要特性的电路。

它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。

采用电路模型来分析电路，不仅使计算过程大为简化，而且能更清晰地反映该电路的物理本质。

（3）电源模型的等效变换①电压源及电阻串联的电路在一定条件下可以转化为电流源及电阻并联的电路，两种电源之间的等效变换条件为：0R I U S S =或0R U I SS =②当两种电源互相变换之后，除电源本身之外的其它外电路，其电压和电流均保持及变换前完全相同，功率也保持不变。

3．电路的基本物理量、电流和电压的参考方向以及参考电位 （1）电路的基本物理量包括：电流、电压、电位以及电功率等。

（2）电流和电压的参考方向：为了进行电路分析和计算，引入参考方向的概念。

电流和电压的参考方向是人为任意规定的电流、电压的正方向。

当按参考方向来分析电路时，得出的电流、电压值可能为正，也可能为负。

正值表示所设电流、电压的参考方向及实际方向一致，负值则表示两者相反。

当一个元件或一段电路上的电流、电压参考方向一致时，称它们为关联参考方向。

一般来说，参考方向的假设完全可以是任意的。

但应注意：一个电路一旦假设了参考方向，在电路的整个分析过程中就不允许再作改动。

（3）参考电位：人为规定的电路种的零电位点。

（1）电压电流参考方向与实际方向的关系（2）关联参考方向（3）与如何确定实际发出和吸收功率说明：不用看具体分析，直接使用结论（加粗红色字体）就可做题和解决问题，方便又简洁。

1、电压参考方向●正数：与实际电压方向相同，即起始端点电位高；负数：与实际电压方向相反，即起始端点电位低。

2、电流参考方向●正数，与实际电流方向相同；●负数，与实际电流方向相反。

具体分析：由于指定了参考方向才有正负，参考方向是有正负的原因和前提。

指定电压参考方向即指定一端的电位为正（高），一端电位为（低），但由于是任意指定，指定的高低电位可能与实际相同，也可能不同。

所以根据这两个电位计算电压差，即电压时，与实际相同电位大小时，两个电位相减为正；与实际不同时，两个电位相减为负。

3、关联参考方向：电流和电压的参考方向相同（电流从正电位流入）。

非关联参考方向：电流和电压的参考方向相反（电流从负电位流入）。

4、判断吸收功率还是发出功率电功率由电压和电流乘积计算，电流和电压为时间函数。

（1）从实际判断实际电压和电流方向相同，元件吸收功率；实际电压和电流方向相反，元件发出功率。

（2）从参考方向和代数正负判断电压与电流关联参考方向，乘积为正值吸收功率，为负值发出功率。

电压与电流非关联参考方向，乘积为正值发出功率，为负值吸收功率。

具体分析：首先，明确定义完参考方向后，实际的方向与定义的方向相比有四种情况，完全相同；完全相反；电压相同，电流相反；电流相同，电压相反。

然后我们明确计算乘积时，与定义的电压电流参考方向相同就带入正值，与定义的电压电流参考方向相反就带入负值。

现在，可以分两种情况讨论功率正负与实际发出和吸收功率的关系。

其一，当电压与电流取关联参考方向时，如果乘积为正值，则要么关联方向与实际电压电流完全相同，要么与实际电压电流完全相反，不管怎样实际的电压和电流方向相同，所以此时吸收功率。

当乘积为负值，要么电压方向与实际电压电流相反，要么电流与实际电流相反，不管怎样此时实际电流与电压方向相反，所以是发出功率。

电压、电位、电动势及其参考方向1.电压的一般含义金属导体中有许许多多的自由电子，在没有外加电场作用时，这些自由电子的运动时无规则的，则不能形成电流。

要使自由电子作有规则的运动必须要有外加电场，电场力使自由电子作有规则的定向运动而形成电流。

电场力移动电荷就对电荷做了功。

它所释放出来的能量转化为其他形式的能量。

为了衡量电场力对电荷做功的能力，引入电压这个物理量。

电压的定义为：电场力把单位正电荷从电路中的a 点移到b 点做的功称为a 、b 两点之间电压。

电压通常用U 表示。

设正电荷Q 由a 点移至b 点电场力做的功为ab W则QW U ab ab =（1-3） 式中 ab W ——电场力所做的功，单位为焦耳，J ；Q ——被移动正电荷的电量，单位为库仑，C ； ab U ——电路中a 、b 两点间的电压，单位为伏特，V 。

它的大小可以这样理解：如果1库仑正电荷从一点移到另一点所做的功为1J ，则该两点的电压为1V 。

电压的单位有：伏特（V ）、千伏（kV ）、毫伏（mV ）、微伏（μV ）。

它们之间的关系为：3110kV V =， 3110mV V -=， 6110V V μ-=与电流一样，把大小、方向不随时间变化的电压称为恒定电压或直流电压，用大写字母“U ”表示；把实际方向随时间变化的电压称为交表电压，用小写字母“u ”表示。

2.电位在电路中可取任一点为参考点，如选择0点为参考点，则由某点a 到参考点0的电压u a0，称为a 点的电位，用Va 表示。

电位参考点可以任意选取，一般选择大地、设备外壳或接地点作为参考点并规定参考点电位为零。

在一个电路中，一旦参考点确定后，电路中其余各点的电位也就确定了。

电位的SI 单位也是伏特。

电压和电位的关系为：a 、b 两点之间的电压等于a 、b 两点之间的电位差，即ab a b U V V =- （1-4）由式（1-4）可知，如果ab U >0，当Q >0时ab W >0，电场力做正功，电荷减少能量。

电压与电流的关联参考方向
前面在介绍电压和电流变量时，说明电压和电流变量的参考方向可以任意假定，不会影响到分析结果。

然而，我们在分析电路时，有时要同时考虑电压和电流的参考方向，例如在说明二端元件的端口特性，或考察一个元件或一个电路端口的功率时。

这时需要考虑电压参考方向和电流参考方向的相对关系，要用到电压和电流的关联参考方向的概念。

关联参考方向，或称全都参考方向的含义是：当我们为某一个元件或某一个电路端口选定的电压和电流的参考方向，是让参考电流从参考电压的正极到负极流过该元件或电路时，称电压和电流的参考方向对于该元件或电路是关联的（或全都的）。

如图所示的电路中，电压u 和电流i 的参考方向设定是关联的；电压u 和电流i1 的参考方向是非关联的。

例1 下图所示电路中，电压u和电流i的参考方向是否关联？
在考察电压和电流变量的参考方向是不是关联时，要看是对哪一部分而言。

对该图中变量方向的假定，电压u和电流i的参考方向，对电路A来说是非关联的，对电路B就是关联的。