1 电路的基本概念与基本定律

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1电路的基本概念与基本定律-电工电子学

(b) 电流从“+”流入，故为负载；
(c) 电流从“+”流入，故为负载；
(d) 电流从“+”流出，故为电源。
2.功率与功率平衡
功率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:
P UI
W为瓦[特] KW为千瓦
功率平衡：由U＝E－R0I得 UI＝EI－R0I2
返回
物理量参考方向的表示方法
I
a
电池
灯泡
+ EU
_
+
R
Uab
_
b
电压
正负号箭头双下标
a + U_ ab b
电流：从高电位指向低电位。
a
Uabb
I
Uab（高电位在前， + R -
低电位在后）
1.4 欧姆定律
欧姆定律：流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。
U R I
＋ I
U －
U＝RI （a）
I1 R1
c
+ U3
E1 U1
R2 I2
a
d
- - U4 +
U1＋U4＝U2＋U3
U2 E2 U1－U2－U3＋U4＝0
即 U＝0
电位降取正
b
电位升取负
上式可改写为
I1 R1
c
+ U3
R2 a
- - U4
I2
d
+
E1－E2－R1I1＋R2I2＝0 E1
U1
或 E1－E2＝R1I1－R2I2
U2 E2
U＝E1－U1＝E1－IR01
E1＝U＋R01I＝220

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

电路的基本概念和基本定律

电路的基本概念和基本定律一、电路基本概述1.电流流经的路径叫电路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的，它的作用是A：实现电能的传输和转换；B：传递和处理信号（如扩音机、收音机、电视机）。

一般电路由电源、负载和连接导线（中间环节）组成。

（1）电源是一种将其它形式的能量转换成电能或电信号的装置，如：发电机、电池和各种信号源。

（2）负载是将电能或电信号转换成其它形式的能量或信号的用电装置。

如电灯、电动机、电炉等都是负载，是取用电能的设备，它们分别将电能转换为光能、机械能、热能。

（3）变压器和输电线是中间环节，是连接电源和负载的部分，它起传输和分配电能的作用。

2. 电路分为外电路和内电路。

从电源一端经过负载再回到电源另一端的电路，称为外电路；电源内部的通路称为内电路。

3．电路有三种状态：通路、开路和短路。

（1）通路是连接负载的正常状态；（2）开路是R→∝或电路中某处的连接导线断线，电路中的电流I＝0，电源的开路电压等于电源电动势，电源不输出电能。

例如生产现场的电流互感器二次侧开路，开路电压很高，将对工作人员和设备造成很大威胁；（3）短路是相线与相线之间或相线与大地之间的非正常连接，短路时，外电路的电阻可视为零，电流有捷径可通，不再流过负载。

因为在电流的回路中仅有很小的电源内阻，所以这时的电流很大，此电流称为短路电流。

短路也可发生在负载端或线路的任何处。

产生短路的原因往往是由于绝缘损坏或接线不慎，因此经常检查电气设备和线路的绝缘情况是一项很重要的安全措施。

为了防止短路事故所引起的后果，通常在电路中接入熔断器或自动断路器，以便发生短路时，能迅速将故障电路自动切除。

4、电路中产生电流的条件：（1）电路中有电源供电；（2）电路必须是闭合回路；5、电路的功能：（1）传递和分配电能。

如电力系统，它是由发电机，升压变压器，输电线、降压变压器、供配电线路和各种高、低压电器组成。

（2）传递和处理信号。

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

电路的基本概念和定律、定理

基尔霍夫定律
基尔霍夫电流定律
总结词
基尔霍夫电流定律也称为节点电流定律，它指出在电路中，流入一个节点的电流总和等于流出该节点的电流总和。
详细描述
这意味着对于任意一个封闭的电路或节点，所有流入的电流必须等于所有流出的电流。这个定律是电路分析中的一个基本原则，适用于任何电路中的节点。
基尔霍夫电压定律
对于高频交流信号，诺顿定理可能不适用，因为电路的分布参数效应需要考虑。
THANKS
感谢观看
05
CATALOGUE
诺顿定理
诺顿定理的定义
01
诺顿定理：在任何线性无源二端网络中，对其外部任一节点，流入该节点的电流代数和等于零。
02
诺顿定理是电路分析中的重要定理之一，它与基尔霍夫电流定律（KCL）相似，但适用于更广泛的电路情况。
诺顿定理的应用
01
02
03
验证电路的正确性
通过应用诺顿定理，可以验证电路中电流的正确性，确保电路设计无误。
电路的组成
总结词
电路的组成包括电源、负载、开关、导线等部分。
详细描述
电源是电路中提供电能的设备，如电池、发电机等；负载是电路中消耗电能的设备，如灯泡、电机等；开关用于控制电路的通断；导线用于连接各元件，形成电流的通路。
电路的状态
总结词
电路的状态分为开路、短路和闭路三种。
详细描述
开路是指电路中无电流通过的状态，通常是由于开关未闭合或导线断开等原因造成的；短路是指电流不经过负载直接由电源正负极流过的状态，会导致电流过大、发热甚至烧毁电源；闭路是指电路中电流正常流通的状态，负载正常工作。
总结词
基尔霍夫电压定律也称为回路电压定律，它指出在电路中，沿着任意闭合回路的电压降总和等于零。

1电路基本概念和基本定律

1电路基本概念和基本定律知识要点·了解电路和电路模型的概念；·理解电流、电压和电功率；理解和掌握电路基本元件的特性；·掌握电位和电功率的计算；会应用基尓霍夫定律分析电路。

随着科学技术的飞速发展，现代电工电子设备种类日益繁多，规模和结构更是日新月异，但无论怎样设计和制造，几乎都是由各种基本电路组成的。

所以，学习电路的基础知识，掌握分析电路的规律与方法，是学习电工学的重要内容，也是进一步学习电机、电器和电子技术的基础。

本章的重点阐明有关电路的基本概念、基本元件特性和电路基本定律。

1.1电路和电路模型1.1.1 电路的概念1. 电路及其组成简单地讲，电路是电流通过的路径。

实际电路通常由各种电路实体部件（如电源、电阻器、电感线圈、电容器、变压器、仪表、二极管、三极管等）组成。

每一种电路实体部件具有各自不同的电磁特性和功能，按照人们的需要，把相关电路实体部件按一定方式进行组合，就构成了一个个电路。

如果某个电路元器件数很多且电路结构较为复杂时，通常又把这些电路称为电网络。

手电筒电路、单个照明灯电路是实际应用中的较为简单的电路，而电动机电路、雷达导航设备电路、计算机电路，电视机电路是较为复杂的电路，但不管简单还是复杂，电路的基本组成部分都离不开三个基本环节：电源、负载和中间环节。

电源是向电路提供电能的装置。

它可以将其他形式的能量，如化学能、热能、机械能、原子能等转换为电能。

在电路中，电源是激励，是激发和产生电流的因素。

负载是取用电能的装置，其作用是把电能转换为其他形式的能（如：机械能、热能、光能等）。

通常在生产与生活中经常用到的电灯、电动机、电炉、扬声器等用电设备，都是电路中的负载。

中间环节在电路中起着传递电能、分配电能和控制整个电路的作用。

最简单的中间环节即开关和联接导线；一个实用电路的中间环节通常还有一些保护和检测装置。

复杂的中间环节可以是由许多电路元件组成的网络系统。

图1-1所示的手电筒照明电路中，电池作电源，灯作负载，导线和开关作为中间环节将灯和电池连接起来。

【学习】第1章电路的基本概念与基本定律

参考方向：分析计算时，任意设定，电路中用箭头表示。
根据计算结果的正负确定实际方向：
若计算结果为正，则实际方向与参考方向一致；若计算结果为负，则实际方向与参考方向相反。
参考方向元件
实际方向 I＞ 0
参考方向元件
实际方向 I＜ 0
例： I aR
若 I = 2A，则电流从 a 流向 b； b 若 I = –2A，则电流从 b 流向 a 。
电压 uab
dW电场力 dq
概念：电荷在导体中作定向运动时，一定要受到力的作用。如果这个力源是电场，则电荷运动就要消耗电场能量，或者说电场力对电荷作了功。为衡量电场力对电荷作功的能力，引入一新的物理量——电压
大小：a、b两点间电压 Uab 在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功。也就是单位正电荷在移动过程中所失去的电能。
电流源或电压源所在支路 —— 受控支路控制电流或电压所在支路 —— 控制支路
编辑ppt
U1
U1
UU1
I1
I1
U r I1
U1
gU1
I2 gU1
I1
I1
编辑ppt
I2 I1
电路中的基本物理量
例：下U2图=-所3V示,U电3=路2V为,I1某=电2A路,I2的=4一A部,I3分=-，1A已,求知各U元1=件4吸V,
电气器件－－泛指实际的电路部件，如电阻、电容器、电感线圈、晶体管、变压器等。
编辑ppt
电子学概论
电路－由电气器件按一定方式连接起来的电流的电源通：路可。将其他形式的能量转换成电能、向
电路提供电能或电信号的设备。电路组成负载：可将电能转换成其他形式的能量、在

第1章(电路的基本概念与基本定律)

U与 I 的参考方向选择亦为非关联参考方向。
电阻
而电压U’与电流 I 的参考方向为关联参考方向。
电源
电功率
功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U ,流入部分
电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为:
a
b
I
U
P U I
R
W
功率有无正负？如果U I方向不一致结果如何？
在 U、 I 正方向选择一致的前提下：
U=－IR
例题1

如图所示
I=0.28A E=3V + I =-0.28A
电动势为E=3V 方向由负极指向正极
U=2.8V U =-2.8V
电压为U=2.8V 由指向电流为I=0.28A 由左流向右 R0 其参考方向为关联参考方向。
U 与 I 的参考方向选择亦为关联参考方向。而电压U 与电流 I 的参考方向为非关联参考方向。
负载电阻两端的电压为
为电源外特性关系式
U=IR
有载工作状态

一般常见电源的内阻都很小当R0« 时， R 则 U E
a
E R0 b U
I

此时当电流(负载)变动时，电源的端电压变化不大。
R
有载工作状态（功率平衡式）
由得：
U=E-IR0 UI=EI-I2R
I
0
a
E R0 U R
负载吸收的功率
转换成电能，是向电路提供能量的装置。
负载：指电动机、电灯等各类用电器，在电路中是接
收电能的装置，可将其它形式的能量转换成电能。
中间环节：将电源和负载连成通路的输电导线、控
制电路通断的开关设备和保护电路的设备等。

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1.5.5 在图1.02中，电阻R为（
（1）0Ω （2）5 Ω （3）-5 Ω
-4A
R － 10V +
）
+
10V
－
1.5.6 在图1.03中，电压电流的关系式为（
）
（1）U=E－RI （2） U=E+RI （3） U= － E+RI
I R
－ E
+
－
U
+
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电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。例: IA IAB IB IC 广义结点
A
ICA
IA=IAB－ICA
IB=IBC－IAB IC=ICA－IBC IA + IB + IC = 0
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B
C
IBC
基尔霍夫电压定律（KVL定律)
I
R
1.5.2 在图1.01中，电源开路电压U0为230V，电源短路电流IS为1150A，当负载电流I为50A时，负载电阻R为（）（1）4.6Ω （2）0.2 Ω （3）4.4 Ω
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1.5.3 如将两只额定值为220V/100W的白炽灯串联接在220V的电源上，每只灯消耗的功率为（）。设灯电阻未变。（1）100W （2）50W （3）25W 1.5.4 用一只额定值为110V/100W的白炽灯和一只额定值为110V/40W的白炽灯串联接在220V的电源上，当开关闭合时，（）（1）能正常工作（2）100W的灯丝烧毁（3）40W的灯丝烧毁
+ Ro
+
I +
U0 I
R
电源短路
E I IS R0 U= 0 P= 0 PE = P = I² 0 R
E
+
U R
-
R0
短路电流（很大）电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉下一页总目录章目录返回上一页
电源短路
E 特征: E I IS R0 U= 0 P= 0 PE = P = I² 0 R
R1
R2
E
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如何列回路电压方程
首先标出电流参考方向和电动势极性
+
E1 –
R1 I1
E2
+ – I3 R3
R2
I2
电位升-电位降=0 E1 －E2 +R2I2 －R1I1 =0
E2－R3I3－R2I2=0
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练习： 1. 下图所示电路中，电流I与电压Uab各为多少？
b
注意：
②应用 U = 0列方程时，如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。总目录章目录返回上一页下一页
推广：开口电路可按闭合回路处理
对回路1：
电位升 = 电位降 E2 =UBE + I2R2
U=0 I2R2 – E2 + UBE = 0
+ E1 –
E2
+
– I2 1
B +
UBE _
+ -
I
+
U R R0 短路电流（很大）电源端电压负载功率电源产生的能量全被内阻消耗掉
ห้องสมุดไป่ตู้
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电气设备的额定值额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值，通常指电压、电流和功率。例：灯泡：UN = 220V ，PN = 60W
电阻： RN = 100 ，PN =1 W 电气设备运行时，电压、电流和功率的实际值不一定等于额定值。电气设备的三种运行状态额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) 过载(超载)： I > IN ，P > PN (设备易损坏)
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1.7.1 在图1.07中，B点的电位VB为（
）
（1）-1V
A
（2）1V
75k B
（3）4V
50k C +5V
－5V
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1.7.3
C 2Ω 1A 2Ω + 6V B 3Ω + 3V
-
D(开路）
I2
I3=0
3A 10Ω A + 12V -
第1章电路的基本概念与基本定律
1 欧姆定律, 电源有载工作、开路与短路, 电源与负载，功率平衡，额定值欧姆定律
U、I 参考方向相同时， U、I 参考方向相反时， + + U = – IR U=IR U – I R U I R – 通常取 U、I 参考方向相同。
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VA 20I + 12 -5.84V
VA 12 - 20I 1.96V
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作
第六版 P26 1.5.2 1.6.2 第七版
P31 1.5.10 1.6.4
业
1.7.3
1.7.5
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电流在闭合路径中流通
I2
(a)
A
2K
2k
+
6V –
I1
I2
(b)
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A
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例2：电路如下图所示，(1) 零电位参考点在哪里？画电路图表示出来。(2) 当电位器RP的滑动触点向下滑动时，A、B两点的电位增高了还是降低了？ +12V + 12V – 解：（1）电路如左图， I R1 零电位参考点为+12V R1 A A 电源的“–”端与–12V RP RP 电源的“+”端的联接处。 B B R2 R2 （2） VA = – IR1 +12 –12V – + VB = IR2 – 12 12V 当电位器RP的滑动触点向下滑动时，回路中的电流 I 减小，所以A电位增高、B点电位降低。
I 4 2A
解之，得： I 2 -3A,
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电位的概念及计算
电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX” 。通常设参考点的电位为零。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。
1A I
+ 5V –
2A
+
+ a+ Uab
b
12V
3A 5A
5V –
_
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练习：
2. 所示两个电路中，Uab和I是否等于零？如将图（a）中右下臂的6 改为3 ，又如何？
I1/2 2
a
I1/2 6 I =0 5
a
I =0 b
+ 6V _ 1
2
+12V _ 1
I U I U
I U
I U
（a）
（b）
（c）
（d）
3.一台直流发电机，其铭牌标有 40 kW /230 V/ 174 A。什么是发电机的空载运行、轻载运行、满载运行和过载运行？负载的大小一般指什么而言？
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1.5.1 在图1.01中，负载增加是指（）（1）负载电阻R增大（2）负载电流I增大 + + （3）电源电压U增高 E U R0 –
欠载(轻载)： I < IN ，P < PN (不经济)
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电阻类负载（电阻器，白炽灯，电炉）的电练习：压、电流、功率都不能超过其额定值。 1.额定值为1W100 的碳膜电阻，在使用时电流和电压不得超过多大数值？ 2.下图中，方框代表电源或负载。已知U=220V，I=－1A，哪些方框是电源，哪些是负载？
电源有载工作、开路与短路
电源有载工作
+
I + E 电源输出端电压电流 U R 关系： R0 U = E – IR0 U I U 电源的外特性 E 当 R0<<R 时，则U E ，表明当负载变化时，电源的端电压 I 变化不大，即带负载能力强。 0
功率平衡
UI = EI – I² o R
1.5.7 在图1.04中，三个电阻共消耗的功率为（（1）15W （2）9W （3）无法计算 - 6V + 2A R1 + 3V -
）
R2 1A
图1.04
R3
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基尔霍夫定律
c +
E1 I1 R1 1 I3 R3 a I2 R2 3 2
d +
E2
b 支路：电路中的每一个分支。一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路的回路。
5Ω 5A 4Ω
图1.05
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I5
+ 18V 3Ω E
I1 -4A 4Ω I2 I3 1A
1.6.4 解：由KCL,得： I1 + I 3 + I 5 0
I4
I 5 -( I1 + I 3 ) -(-4 + 1) 3A
又由KVL, 由KCL,