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第1章电路元件和电路定律

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电路分析基础第一章 电路模型和电路定律

电路分析基础第一章 电路模型和电路定律

+
–
+
–
+
实际方向
实际方向
+
U >0
U<0
上页
下页
电压参考方向的两种表示方式
(1) 用正负极性表示
+
(2) 用双下标表示
U
A
UAB
B
UAB =UA- UB= -UBA
上页 下页
3. 关联参考方向 元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称之为关联 采用相同的参考方向称之为 参考方向,即电流从电压的“+”极流入,从“-” 极流出该元件。反之，称为非关联参考方向。 极流出该元件
P6吸 = U 6 I 3 = (−3) × (−1) = 3W
上页 下页
注
对一完整的电路，发出的功率＝吸收的功率
3. 电能（W ,w）
在电压、电流一致参考方向下，在t0到t的时间内 该部分电路吸收的能量为
w(t0 , t ) = ∫ p (τ ) dτ = ∫ u (τ )i (τ ) dτ
t0 t0
电源 Sourse
灯 Lamp
RS US 电路模型
R
Circuit Models 干电池 Battery
上 页 下 页
电路理论中研究的是 理想电路元件构成的电路（模型）。
电路模型，不仅能够反映实际电路及 其器件的基本物理规律，而且能够对 其进行数学描述。这就是电路理论把 电路模型作为分析研究对象的实质所 在。
干电池 Battery 电路理论中，“电路”与“网络”这两个术语可通用。“网络” 的含义较为广泛，可引申至非电情况。
例：手电筒电路
开关 灯泡
10BASE-T wall plate

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
电路：电流的通路.
开关
实际电路
电源
电路模型 3
（1）电源：供给电能的设备。
把其它形式的能量转换为电能。
（2）负载： 消耗电能的设备。
把电能转换为其它形式的能量
（3）中间环节（又称传输控制环节）：
各种控制电器和导线，起传输、分 配、控制电能的作用。
4
1.1.2 电路中的物理量 1、电流
定义 电荷有规律的定向运动即形成电流
(2) 列电路方程：
Uab UR E
UR Uab E
IR
UR R

Uab E R
15Leabharlann R aIR E UR
b U
IR

U
R
E
(3) 数值计算
U 3V
IR

3-2 1
1A
（实际方向与假设方向一致）
U 1V
IR
1 2 1

1A
（实际方向与假设方向相反）
16
（共7 个）
31
(一) 克氏电流定律（KCL）
对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点
流出的电流, 即： I 入= I 出 或者说，在任一瞬 间，一个节点上电流的代数和为 0。 即： I =0
例
I2
I1 I3 I2 I4
I1
I3
或：
I4
I1 I3 I2 I4 0
(二) 克氏电压定律（KVL）
对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其 电位升等于电位降。或各电压的代数和为 0。
I1
a
I2
即： U 0
R1
R2
例如： 回路 #3

电路原理第一章

电路原理第一章

(2) 设电流参考方向如 (c) 并在c点画上接地符号 并在 点画上接地符号
q 4 I = = − = −2 A t 2
= = W W
ac
电位： 电位：
V V V
a
q
bc
=
8 + 12 4
= 5V
b
q
12 = 4
= 3V
c
= 0
(c为参考点 为参考点) 为参考点
U
ab
所以电压： 所以电压：
= V a − V b = 5 − 3 = 2V
dw ( t ) p (t) = dt
由： u ( t ) = d w ( t )
对于实际电路，根据它的电气特性， 对于实际电路，根据它的电气特性，由电路 元件来抽象出它的电路模型的过程称为电路 的建模。电路的建模时， 的建模。电路的建模时，常需要用到理想化 来化简电路； 来化简电路；另一方面还需注意电器部件在 不同工作条件下的电气特性不一定相同， 不同工作条件下的电气特性不一定相同，因 而相应的电路模型也会不同。 而相应的电路模型也会不同。
选择的参考方向不同， 选择的参考方向不同，则列出的电路方程也 不一样，得到方程的解也不尽相同， 不一样，得到方程的解也不尽相同，但这些 解应该是大小相等而只存在着符号的差异。 解应该是大小相等而只存在着符号的差异。 综合解的符号和参考方向， 综合解的符号和参考方向，这些不同的电路 方程的解所表示的实际电流或电压应该是完 全一致的。 全一致的。 习惯上，电阻、电容、 习惯上，电阻、电容、电感等元件支路上的 端电压和流经电流取为关联参考方向。 端电压和流经电流取为关联参考方向。
抽象的电路元件用来体现单纯的电性质： 抽象的电路元件用来体现单纯的电性质： 导线----导通电流 导线 导通电流 电源----提供电能 电源 提供电能 电阻----消耗电能 电阻 消耗电能 电容----以电场形式储存电能 电容 以电场形式储存电能 电感----以磁场形式储存电能 电感 以磁场形式储存电能 这样就可以用理想化的电路元件来表示实际物 理电器件的某一方面电磁特性， 理电器件的某一方面电磁特性，而以其组合在 电路模型中来综合表示该实际物理电器件及其 构成的电路。 构成的电路。

1 第1章 电路模型和电路定律

1 第1章 电路模型和电路定律

电感元件 只具有储 只具有储 存磁能的 存磁能的 电特性
电容元件 只具有储 只具有储 存电能的 存电能的 电特性
理想电压源 输出电压恒 定，输出电 流由它和负 载共同决定
理想电流源 输出电流恒 定，两端电 压由它和负 载共同决定
实际电路与电路模型
S 电 源 负 载 R0 I
+
RL U
电源
+ _US
电路模型（circuit model）
电路模型：由理想电路元件和理想导线互相连接而成。 电路模型：由理想电路元件和理想导线互相连接而成。
实际电路器件品种多，电磁特性多元而复杂， 实际电路器件品种多，电磁特性多元而复杂， 直接画在电路图中困难而繁琐，且不易定量描述。 直接画在电路图中困难而繁琐，且不易定量描述。
p发 = ui
例
U = 5V， I = - 1A 5V，
u
–
P发= UI = 5×(-1) = -5 W 5× p发<0，说明元件实际吸收功率5W <0，说明元件实际吸收功率5W
能量的计算
dw t) ( 两边从根据功率的定义 p(t) = ，两边从-∞到t dt
积分，并考虑w(-∞) = 0，得 积分， 0，
电 电
负 载
–
电
电
电路模型：由理想元件及其组合代表实际电路器件， 电路模型：由理想元件及其组合代表实际电路器件，与 实际电路具有基本相同的电磁性质，称其为电路模型。 实际电路具有基本相同的电磁性质，称其为电路模型。 通常用电路图来表示电路模型
利用电路模型研究问题的特点 1.主要针对由理想电路元件构成的集总参数电路， 1.主要针对由理想电路元件构成的集总参数电路， 主要针对由理想电路元件构成的集总参数电路 其中电磁现象可以用数学方式来精确地分析和计算； 其中电磁现象可以用数学方式来精确地分析和计算； 2.研究与实际电路相对应的电路模型， 2.研究与实际电路相对应的电路模型，实质上就是 研究与实际电路相对应的电路模型 探讨各种实际电路共同遵循的基本规律。 探讨各种实际电路共同遵循的基本规律。 集总参数电路元件的特征 元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行 其次要因素可以忽略的理想电路元件； 其次要因素可以忽略的理想电路元件；任何时刻从元 件两端流入和流出的电流恒等且由元件端电压值确定。 件两端流入和流出的电流恒等且由元件端电压值确定。

电路的基本原理(第一章)

电路的基本原理(第一章)

参考方向 实际方向
若 P = UI 0
a +
b U_ R
“吸收功率” I （负载）
若 P = UIa 0
I
+ + “发出功率”
-
U_ b
（电源）
(２)当U和I参考方向选择不一致的前提下
若 P = UI 0
a +
b U_ R
“吸收功率” I （负载）
若 P = UI 0
I
+
-
+
U_
“发出功率” （电源）
中间环节：连接电源和负载的部分，其传输和分 配电能的作用。例如：输电线路
举例：（电子电路，即信号电路）
放 大 器
电源 （信号源） 中间环节
负载
电路的作用之二：传递和处理信号。
1.2 电路模型
I
电 池
灯 泡
+ E
_
+
RU
_
电源
负载
理想电路元件：在一定条件下，突出其主要电磁性能， 忽略次要因素，将实际电路元件理想化
对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于 由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节
点上电流的代数和为 0。 即： I =0
例
I2
I1 I3 I2 I4
I1
I3
或：
I4
I I I I 0
1
3
2
4
克氏电流定律的依据：电流的连续性
克氏电流定律的扩展
电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。
例 I1 A
I
a
+
RO
+
U
E_
-
b
I=0

电路的基本元件和电路定律

电路的基本元件和电路定律

第1章 电路的基本元件和电路定律主要内容：介绍电路模型的概念，电压、电流参考方向的概念，功率的计算及概念，电阻、电容、电感、独立电源和受控源等电路元件，最后介绍基尔霍夫定律。

学时安排：本章分4讲，共8学时。

第一讲 电路模型、电压和电流参考方向以及元件功率一、主要内容1、课程的性质和作用 《电路理论》是一门技术基础课程。

通过本课程的学习，能运用所学知识解决一些基本的有关电学方面的问题，同时为后续《电子技术》等课程打下基础。

2、教学安排 第1章 10学时、第2章 4学时、第3章 6学时、第4章 6学时、直流电路习题课 2学时、第5章4学时、第6章 8学时、第七章 4学时、第8章6学时、交流与习题课 2学时、第9章 8学时、第10章 4学时、第11章 8学时、第12章 6学时、一阶与非正弦电路习题课 2学时、第13章 6学时、第14章 8学时、第15章 2学时、总复习 2学时3、电路的作用、组成与任务 电路的作用：完成能量的转换；完成信号的处理。

电路的组成：实际电路是由电气器件相互联接而构成的电流通路。

实际电气器件在一定条件下都可用理想元件来代替。

由理想元件代替实际电气器件组成的电路叫电路模型。

电路是根据电路模型来进行分析的。

电路分析的目的：根据电路结构和已知参数，求电路的电压、电流和功率。

电路是各种各样电器装置的联接体。

本书研究的电路是实际电路的电路模型。

某些实际器件可用一个理想电路元件代替，某些实际器件需用几个理想电路元件的组合来代替。

电路模型就是用理想电路元件代替实际器件组成的电路。

4、电流的参考方向 1）电流的实际方向电流（又叫电流强度）—单位时间内通过的电流，即dt dqi =。

电流的实际方向是单位正电荷定向移动的方向。

2）电流的参考方向 A 用箭头表示，如图1-1（a ）所示；B 用双下标表示，如图1-1（b ）所示。

如电流A 3=AB i ，则电流实际方向与参考方向一致；如电流A 3-=AB i ，则电流实际方向与参考方向相反。

电路理论课件第一章电路元件和电路定律


(3) 用双下标表示：如 UAB , 由A指向B的方向为电压 (降)的参考方向
A
UAB
B
1-2 电压和电流的参考方向 小结：
(1) 电压和电流的参考方向是任意假定的。分析电路前
必须标明。
(2) 参考方向一经假定，必须在图中相应位置标注 (包 括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。参 考方向不同时，其表达式符号也不同，但实际方向 不变。
1-5 电感元件
def L
i
=N 为电感线圈的磁链
L 称为自感系数
电感 L 的单位：H(亨) (Henry，亨利)
H=Wb/A=V•s/A=•s
线性电感的 ~i 特性是过原点的直线

Oi
L= /i tg
1-5 电感元件
线性电感电压、电流关系： u, i 取关联参考方向:
上述功率计算不仅适用于元件，也使用于任 意二端网络。
电阻元件在电路中总是消耗(吸收)功率，而电 源在电路中可能吸收，也可能发出功率。
例 U1=10V， U2=5V。 分别求电源、电阻的功率。
I 5
+ UR –
U1
U2
I=UR/5=(U1–U2)/5=(10–5)/5=1 A PR吸= URI = 51 = 5 W PU1发= U1I = 101 = 10 W PU2吸= U2I = 51 = 5 W
Ubc= b–c c = b –Ubc= –1.5 V
Uac= a–c = 1.5 –(–1.5) = 3 V
结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电
位参考时，电路中各点电位均不同，但任意两点间 电压保持不变。
1-2 电压和电流的参考方向
4. 电动势(eletromotive force)：局外力克服电场力把单位正电荷

第1章-电路模型和电路定律

u为有限值时，i=0。 * 理想导线的电阻值为零。
1.6 电容元件 (capacitor)
1、电容器
++ ++ ++ ++ +q –--– –--– –q
线性定常电容元件：任何时刻，电容元件极板上的电 荷q与电压 u 成正比。
2、电路符号
C
3. 元件特性 i
与电容有关两个变量: C, q 对于线性电容，有： q =Cu
1.7 电感元件
1 、线性定常电感元件
iL
变量: 电流 i , 磁链
+
u
–
def ψ L
i
L 称为自感系数 L 的单位：亨（利） 符号：H (Henry）
2 、韦安（ ~i ）特性
0
i
3 、 电压、电流关系：
i
+–
ue –+
i , 右螺旋 e , 右螺旋 u , e 非关联 u , i 关联
交流： iS是确定的时间函数，如 iS=Imsint
(b) 电源两端电压是任意的，由外电路决定。
(3). 伏安特性
i
+
iS
u
_
u
IS
O
i
(a) 若iS= IS ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电 压轴的直线，反映电流与 端电压无关。
(b) 若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 这样 电流为零的电流源，伏安曲线与 u 轴重合, 相当于开路元件
+ u
+ C
C
def
q
u
C 称为电容器的电容
–
–
电容 C 的单位：F (法) (Farad，法拉)

电路原理第一章 电路元件和电路定律


i + U
关联参考方向
i +
U
非关联参考方向
返 回 上 页 下 页
例
i
＋
A U B
电压电流参考方向如图中所标， 电压电流参考方向如图中所标，问：A、B 、 两部分电路电压电流参考方向关联否？ 两部分电路电压电流参考方向关联否？ 电压、电流参考方向非关联； 答： A 电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。 电压、电流参考方向关联。
•
信号是运载信息的工具 电路是对信号进行加工、处理或能量传递的具体结构 是对信号进行加工、 系统是信号通过的全部电路和设备的总和
第1章
重点： 重点：
电路元件和电路定律
(circuit elements) (circuit laws)
1. 电压、电流的参考方向 电压、 2. 电功率和能量 3. 电路元件特性 4. 基尔霍夫定律
(reference direction)
电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能 量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量 电功率等。 是电流、电压和功率。 是电流、电压和功率。
1. 电流的参考方向 (current reference direction)
返 回 下 页
电路和电路模型（ §1-1 电路和电路模型（model)
1. 实际电路 功能 由电工设备和电气器件按预期目的连 接构成的电流的通路。 接构成的电流的通路。 a 能量的传输、分配与转换； 能量的传输、分配与转换； b 信息的传递与处理。 信息的传递与处理。 共性 建立在同一电路理论基础上
解
(2) 以c点为电位参考点 点为电位参考点

第一章(二) 电路的基本定律

第一章 电路的三大定律一、欧姆定律欧姆定律是电路分析中的重要定律之一，主要用于进行简单电路的分析，它说明了流过线性电阻的电流与该电阻两端电压之间的关系，反映了电阻元件的特性。

遵循欧姆定律的电路叫线性电路，不遵循欧姆定律的电路叫非线性电路。

1、部分电路的欧姆定律定律: 在一段不含电源的电路中，流过导体的电流与这段导体两端的电压成正比，与这段导体的电阻成反比。

其数学表示为：RUI =（1-1） 式中 I ——导体中的电流，单位)(A ；U ——导体两端的电压，单位)(V ； R ——导体的电阻，单位)(Ω。

电阻是构成电路最基本的元件之一。

由欧姆定律可知，当电压U 一定时，电阻的阻值R 愈大，则电流愈小，因此，电阻R 具有阻碍电流通过的物理性质。

例1：已知某灯泡的额定电压为V 220，灯丝的电阻为Ω2000，求通过灯丝的电流为多少？解： 本题中已知电压和电阻，直接应用欧姆定律求得：A R U I 11.02000220===例2：已知某电炉接在电压为V 220的电源上，正常工作时通过电炉丝的电流为A 5.0，求该电炉丝的电阻值为多少？解： 本题中已知电压和电流，将欧姆定律稍加变换求得：Ω===4405.0220I U R欧姆定律的几种表现形式:电压和电流是具有方向的物理量，同时，对某一个特定的电路，它又是相互关联的物理量。

因此，选取不同的电压、电流参考方向，欧姆定律的表现形式便可能不同。

1) 在图1.1 a.d 中，电压参考方向与电流参考方向一致，其公式表示为： RI U = （1-2）2) 在图1.1 b.c 中，电压参考方向与电流参考方向不一致，其公式表示为：RI U -= (1-3)3) 无论电压、电流为关联参考方向还是非关联参考方向，电阻元件的功率为：RU R I P RR22== (1-4)上式表明，电阻元件吸收的功率恒为正值，而与电压、电流的参考方向无关。

因此，电阻元件又称为耗能元件。

例3：应用欧姆定律求图1.1所示电路中的电阻R图1.1 电路中的电阻解：在图1.1.a 中，电压和电流参考方向一致，根据公式RI U =得： Ω===326I U R 在图1.1.b 中，电压和电流参考方向不一致，根据公式RI U -=得： Ω=--=-=326I U R（a ） (b) (c) (d)在图1.1.c 中，电压和电流参考方向不一致，根据公式RI U -=得： Ω=--=-=326I U R 在图1.1.d 中，电压和电流参考方向一致，根据公式RI U =得： Ω=--==326I U R 结论：在运用公式解题时，首先要列出正确的计算公式，然后再把电压或电流自身的正、负取值代入计算公式进行求解。

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i< 0
电流参考方向的两种表示
• 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。 • 用双下标表示：如 iAB ，电流的参考方向由A指向B。
例
I 10V
A I1
10
B I2
电路中电流 I 的大小为1A, 其方向为从A流向B。 （此为电流的实际方向）
若参考方向如 I1 所示，则I1=1A
若参考方向如 I2 所示，则I2= -1A
U
第1章电路元件和电路定律
三、小结
（1） 分析电路时必须首先选定电压和电流的参考方向。
第1章 电路元件和电路定律
本章内容 1.1 电路和电路模型 1.2 电流、电压、电动势及其参考方向 1.3 电路元件的功率 1.4 电阻元件 1.5 电源元件 1.6 基尔霍夫定律 1.7 受控电源
本章重点 • 电路模型 • 电压、电流的参考方向 • 电路元件特性 • 基尔霍夫定律
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1.1 电路和电路模型
SI制中，一些常用的十进制倍数的表示法
符号 T G M k c m n p 中文 太 吉 兆 千 厘 毫 微 纳 皮 数量 1012 109 106 103 10–2 10–3 10–6 10–9 10–12
2. 电压（voltage） 电场中某两点A、B间的电压（降）UAB 等于将点电荷q
从A点移至B点电场力所做的功WAB与该点电荷q的比值，即
长。
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1.2 电流、电压、电动势及其参考方向
一、电流、电压、电动势 1. 电流 带电质点有规律的运动形成电流。 电流的大小用电流强度表示。 电流强度：单位时间内通过导体横截面的电量。
def Δq dq i(t) lim
Δt0 Δt dt
单位名称：安（培） 符号：A （Ampere，安培；1775 –1836，France）
二、电路模型 （circuit model）
1. 理想电路元件 由实际元件抽象出来具有某种单一电磁性质的假想元件。
几种基本的理想电路元件 电阻（resistor）元件：表示消耗电能的元件。
电感（ inductor ）元件：表示各种电感线圈产生磁 场、储存能量的作用。
电容（ capacitor ）元件：表示各种电容器产生电场、 储存能量的作用。
例 已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V
a
(1) 以a点为参考点， a =0
Uab= a– b b = a –Uab= –1.5 V
1.5 V Ubc= b– c c = b –Ubc= –1.5–1.5 = –3 V
b
Uac= a– c = 0 –(–3)=3 V
1.5 V (2) 以b点为参考点， b=0
（potential drop） B
所以 eBAuAB
二、 电流、电压的参考方向（reference direction） 1. 电流的参考方向
实际方向 实际方向
参考方向：任意选定的一个方向即为电流的参考方向。
i
参考方向
A
B
电流的参考方向与实际方向的关系
i
参考方向
i
参考方向
实际方向
i> 0
实际方向
4. 电动势（electromotive force） 外力（非静电力）克服电场力把单位正电荷从负极经电
源内部移到正极所作的功称为电源的电动势。
eBA
dW dq
e 的单位与电压相同，也是 V （伏）
A
电动势eBA表示B点到A点电位的升高 eBAAB
（potential rise）
电压UAB 表示A点到B点电位的降低 uAB AB
因此，同一支路的电流可用两种方法表示。
2. 电压（降）的参考方向
+
实际方向
– – 实际方向
+Байду номын сангаас
参考方向
+
U
–
+
实际方向 –
U> 0
参考方向
+
U
–
–
+ 实际方向
U <0
例
10V
A U12 10
电路中电压UAB=10V，方向
从A指向B（实际方向）。
B
若电压参考方向如 U1 所示，电压参考方向与实 际方向相同，则 U1 =10V。
c
Uab= a– b a = b +Uab= 1.5 V
Ubc= b– c c = b –Ubc= –1.5 V
Uac= a– c = 1.5 –(–1.5) = 3 V
结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电 位参考点时，电路中各点电位将改变，但任意两点 间电压保持不变。
一、 电路 （circuits） 电路是电工设备构成的整体，它为电流（current）的流通提
供路径。 电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。 电源（source）：提供能量或信号。 负载（load）：将电能转化为其它形式的能量，或对信号
进行处理。 导线（line）、开关（switch）等：将电源与负载接成通路。
电位用 （或U） 表示，单位与电压相同，也是V（伏）。
a
b
设c点为电位参考点，则 c =0
a =Uac， b =Ubc， d =Udc
d
c
两点间电压与电位的关系
前例
a
b
仍设c点为电位参考点， c=0
Uac = a ， Udc = d
d
c
Uad= Uac－ Udc＝ a–d
结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的 电位差（potential difference）。
若电压参考方向如 U2 所示，电压参考方向与实 际方向相反，则 U2 = -10V。
电压参考方向的三种表示方式
(1) 用正负极性表示： 由正极指向负极的方向为电压（降）的参考方向。
+
U
(2) 用双下标表示：
如 UAB，由A指向B的方向为电压（降）的参考方向。
A
UAB
B
(3) 用箭头表示： 箭头指向为电压（降）的参考方向。
uAB
dWAB dq
A
B
单位名称： 伏（特） 符号：V （Volt，伏特；1745 – 1827，Italian）
3. 电位（potential） 在分析电路问题时，常在电路中选一个点为参考点
(reference point)，把任一点到参考点的电压（降）称为该点 的电位。 参考点的电位为零，参考点也称为零电位点。
电源（ source ）元件：表示各种将其它形式的能量转 变成电能的元件。
2. 电路模型
由理想电路元件组成的电路，其与实际电路具有基本相同 的电磁性质。
例
开关
1 0 B A S E - T w a ll p la t e
灯泡
电
Ri
Rf
池
US
导线 实际电路
电路模型
3. 集总参数电路 实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波的波