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
电路的基本概念和基本定律
伏-安关系： 电压电流关系 （u，i关联参考方向下）
i u e
N
d e dt dLi di L dt dt
di u e L dt
电磁感应定律 感应电动势阻碍电流 变化，且其大小与电 流变化快慢有关
对于线性电感
伏安关系
说明1： 电压与电流的变化率成正比，电感是动态元件 当
如果U 、I方向不 一致该如何？
江苏大学电工电子教研室
电路的基本概念和基本定律
二、功率的计算：
U、 I 为关联参考方向时： U、 I 为非关联参考方向时：
P = UI或 p＝ui
三、功率性质： 若计算结果 P（p） 0
若计算结果P（p） 0
Hale Waihona Puke + u –+
i
i
u –
P = －UI或 p＝－ui
电工技术（电工学I）
第一章 电路的基本概念和基本定律 Basic conception and Laws of circuit
江苏大学电气信息工程学院
School of electric and information，UJS
电路的基本概念和基本定律
内容
1.1 电路的作用与组成
1.2 电路模型 1.3 电流和电压的参考方向 1.4 电路的功率
江苏大学电工电子教研室
电路的基本概念和基本定律
4.关联与非关联参考方向 对任一元件或一段电路 关联方向：
I
与
U
的参考方向一致
a
I U
b
非关联方向：
I
与
U
的参考方向相反
a
《电工学》电路的基本概念与基本定律
(2) 说明功率的平衡关系。
I
解：(1) 对于电源
+++
U= E1 U1= E1 IR01
E1
–
即 E1= U + IR01 = 220 +50.6 = 223V R01
U = E2 + U2 = E2 + IR02
U
–
–E2
R02
即 E2= UIR02 = 220 50.6 = 217V
(2) 功率的平衡关系 E1 = E2 + IR01 + IR02
+ (d)
解： (a) 电流从“+”流出，故为电源；
(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。
例2：已知：U1 = 9V，I = -1A，R = 3Ω
求：元件1、2分别是电源还是负载，并验证
电路功率是否平衡？ I R
解：因为U2 = -RI + U1 = 12V
I1 a I2
对回路1：E1 = I1 R1 +I3 R3
R1
R2
或 I1 R1 +I3 R3 –E1 = 0
E1 1 I3 R3 2 E2 对回路2：E2= I2 R2+I3 R3
b
或 I2 R2+I3 R3 –E2 = 0
基尔霍夫电压定律（KVL） 反映了电路中任一
回路中各段电压间相互制约的关系。
所以电流从元件1的“+” 流入，从元件2的“+”流
1 U1
U2 2
出，
故元件1为负载，元件2为电源。 电源产生功率： P2 =︱U2I︱= 12W
第一章电路的基本概念和基本定律
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
电工技术(西电第二版)第1章 电路的基本概念与基本定律
第 1 章 电路的基本概念与基本定律
图1-8 电动势与电压的方向
第 1 章 电路的基本概念与基本定律
1.2.5 电能和电功率
当正电荷从电源正极经过元件移动到负极时， 电场力 要对电荷做功， 这时元件吸收能量， 此元件可看作是负载， 如电阻等； 反之， 当正电荷从负极经过元件移动到正极时， 外力做功， 电场力做负功， 这时元件对外释放电能， 此元 件可看作电源， 如电池等。
第 1 章 电路的基本概念与基本定律
在电源内部， 电动势的实际方向是正电荷所受外力的方 向， 因此从低电位（负极）指向高电位（正极）。 而电压的 实际方向是正电荷所受电场力的方向， 所以是从高电位（正 极）指向低电位（负极）， 即在电源内部， 电动势与电压方 向相反。 在电源内部， 电流从低电位流向高电位， 与电源 外部电流方向相反。 电动势的单位与电压相同， 也用伏特 （V）表示。 电源电动势与电压的方向如图1-8所示。
第 1 章 电路的基本概念与基本定律
信号电路在电子技术、 电子计算机和非电量电测中广泛 应用， 其主要目的是实现信号（例如语言、 音乐、 文字、 图像、 温度、 压力等）的传递、 存储和处理。 电视机就是通 过有线或无线的方式接收电视信号， 然后进行转换处理并输 出图像和声音的。 在这类电路中，虽然也有能量的传输和转 换问题， 但最主要的是信号传递的质量， 一般要求传输的过 程中信号不能失真， 应尽可能准确、 快速。
(3) ① 如果已知A、 B两a)所示， 可证明如下
UAB=UAO+UOB=UAO－UBO=VA－VB 图1-6(a)中， 电压UAB=VA－VB=2－(－4)=6 V。
第 1 章 电路的基本概念与基本定律
② 电路中某一点的电位随参考点（零电位点）选择的不 同而不同， 但两点间的电压（电位差）不变。
第一章电路的基本概念和定律
§1.1 电路与电路模型
基本的电路参数有3个，即电阻、电容和电感。 基本的集中参数元件有电阻元件、电感元件和电容元件，分别用图13(a)，(b)和(c)来表示。
图1-3 三种基本的集中参数元件
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§1.2 电路中的基本描述量
电流 电压 电阻 电功及电功率
§1.2 电路中的基本描述量
电流——它是指电荷在电路中做规则的定向运动 (如图案1.2-1) 。电流分直流和 交流两种。电流的大小和方向不随时间变化的叫做直流，用符号DC 表示。 电流的大小和方向随时间变化的叫做交流，用符号ＡＣ表示。
我们以d为参考点（即Ud=0） 设Uc=15V，R=5欧姆则电流 I=（Uc-Ud）/R= 15/5=3A Ub=IR=3×（4+5）
=3×9=27V Ua=IR=3×（2+4+5）=3×11=33V 我们再以b为参考点（即Ub=0）设Ua=6V R=2欧姆 则电流I=（UaUb）/R=6/2=3A
Ｐ＝Ｕ×Ｉ （Ｐ＞０吸收能量 Ｐ＜０释放能量） 非关联参考方向：（电路图如右）－──→─□───＋（电压为U，电流为I， 电阻为R） Ｐ＝-Ｕ×Ｉ （Ｐ＞０吸收能量 Ｐ＜０释放能量） 举例如下：
如下图所示：R=6欧姆、电压1和2分别为2V和6V，求两个电压元件各自的功 率？并判断吸收和释放 分析：首先要求功率必须先求出电流，然后在利用公 式P=UI来求解。
Uc=;5）=-27V （可见c、d两 点的电位为负） 总结：电路中某点电位数值随选参考点的不同而改变，但参考点一经 选定，那么某点电位就是唯一确定的数值。
返回
§1.2 电路中的基本描述量
电功—电流通过负载时，将电场能转换成 其他形式的能，即电流做功叫做电功。 电功用符号“W”表示，单位为焦耳（J）。 电功W可用下式表示：
第1章 电路的基本概念与基本定律
1第1章电路的基本概念与基本定律1.11.1电路和电路模型电路和电路模型1.21.2电路中的基本物理量电路中的基本物理量 1.3 1.3 电阻电阻电阻、、电感电感、、电容元件 1.4 1.4 电压源和电流源电压源和电流源 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律2实际电路是实际电路是为实现某种应用目的由若干电器设备或器件按一定方式用导线连接而成的电流通路成的电流通路。
实现电能的传输和转换 电力电路或强电电路实现信号的传递和处理 电子电路或弱电电路1.1 电路和电路模型一、电路的定义3负载电源电源（（或信号源或信号源）：）：）：提供电能提供电能提供电能（（或信号源或信号源））的部分的部分。
负载负载：：吸收或转换电能的部分吸收或转换电能的部分。
中间环节中间环节：：连接和控制它们的部分连接和控制它们的部分。
电路的组成中间环节4电路在工作时电路在工作时，，对电源来说对电源来说，，通常处于下列三种方式之一种方式之一：：负载负载、、空载和短路。
负载与电源接通负载与电源接通，，负载中有电流通过有电流通过，，负载电流的大小与负载电阻有关与负载电阻有关。
负载都是并联负载都是并联。
因此当负，负载电阻减小负载电阻减小，，负，即功率增大即功率增大。
一般所说的负载的大小一般所说的负载的大小，，指的是负载电流或功率的大小的是负载电流或功率的大小，，而不是指负载电阻的大小不是指负载电阻的大小。
负载工作方式：5空载开路这时电源两端的外电阻等于零，电源输出的电流仅由电源内阻限制限制，，此电流称为短路电流此电流称为短路电流。
6为了保证电器设备和器件为了保证电器设备和器件（（包括电线包括电线、、电缆电缆））可以安全、可靠和经济地工作可靠和经济地工作，，每种电器设备每种电器设备、、器件在设计时都对其规定了工作时允许的最大电流对其规定了工作时允许的最大电流、、最高电压和最大功率等参数值等参数值，，这些数值统称为额定值这些数值统称为额定值。
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第一节 电路和电路模型
三、实际电路的分类
实际电路可分为“集中参数电路”和“分 布参数电路”两大类。当一个Байду номын сангаас际电路的几何 尺寸远小于电路中电磁波的波长时，称为“集 中参数电路”。否则就称为“分布参数电路”。
返回主目录 电工基础
第二节 电路的基本物理量
一、电流、电压及其参考方向 1.电流
（1）定义： 带电粒子的定向移动形成了电流。单位时 间内通过导体截面的电荷量定义为电流强度，简称为电 流，用i表示。
电工基础
第第一一节节 电电路路和和电电路路模模型型
二、电路模型
1.电路模型： 就是把实际电路的本质特征抽象出来所形成的理想
化的电路。今后所讨论的电路都是电路模型。 2.电路图：
用规定的电路符号表示各种理想元件而得到的电路 模型图称为电路原理图，简称电路图。
电工基础
第一节 电路和电路模型
下图表示的就是一个实际电路的电路模型图。
电工基础
第二节 电路的基本物理量
二、电位
1.定义：在电路中任选一点O作为参考点，则该电路中
某一点A到参考点的电压即为A点的电位，用 表示。 即
A uAO
电位与电压的单位完全相同，也是用伏特（V）计量。 因电路参考点的电位为零，所以参考点也称零电位点。
电工基础
第二节 电路的基本物理量
2.说明：
（1）电路中A、B两点间的电压是A点与B点电位之差， 又叫电位差。即
因此，电压
uAB A B
（2）除参考点外，各点的电位值可正可负。 （3）参考点可任意选择，一经选定，电路其它各点电位随之确定。 （4）参考点选择得不同，电路中同一点的电位随之改变，但任两点间
的电压不变。
电工基础
第二节 电路的基本物理量
三、电动势
1.定义：电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做 的功，人们将其称为电源的电动势，用e表示，即
电工基础
第一节 电路和电路模型
一、电路及其功能
电路是各种电气设备按一定方式联接起来的整体， 它提供了电流流通的路径。从工程技术领域来看，电路 的应用可分为能量与信息两大领域。
电路的功能基本上可以分成两大类。一类是实现 电能的转换、传输和分配。另一类则是在信息网络中， 用来传递、储存、加工和处理各种电信号。
（4）直流电压：在直流时，电压表达式应写为
U AB
WAB Q
电工基础
第二节 电路的基本物理量
3. 参考方向
（1）实际方向：以上对电流、电压规定的方向，是电路中 客观存在的方向，称为实际方向。
（2）参考方向：参考方向是人们任意选定的一个方向。 分析电路时，可任意选定电压、电流的参考方向，并由 参考方向和电压、电流值的正、负来反映该电压或电流 的实际方向。(见下图) 参考方向一经选定，在分析电路的过程中就不再变动。
一、 电阻元件
1. 电阻元件的伏安特性 电阻元件是反映电路器件消耗电能这一物理性能的一
种理想元件。它有两个端钮与外电路相联接，是一个二端 元件。
用元件约束来描述各种理想元件的端电压与电流之间 的关系，简称为VCR。
电阻元件的伏安特性可通过伏安特性曲线来描述。 (如下图)
电工基础
第三节 电阻元件和欧姆定律
电工基础
机械工业出版社出版
制作者: 田丽鸿 陈菊红
电工基础
第一章 电路的基本概念和基本定律
学习要点： 1、 电路的基本物理量 参考方向 2 、电压源和电流源 3 、基尔霍夫定律
电工基础
第一章 电路的基本概念和基本定律
主要内容：
第一节 电路和电路模型 第二节 电路的基本物理量 第三节 电阻元件和欧姆定律 第四节 电压源和电流源 第五节 电路的工作状态 第六节 基尔霍夫定律 本章小结
（2）数学表达式： i dq dt
（3）方向：规定正电荷移动的方向为电流的方向。 （4）直流电流：当电流的大小和方向不随时间而变化时， 称为直流电流，简称直流（DC）。
电工基础
第二节 电路的基本物理量
2.电压
（1）定义：电压是电场力移动单位电荷时所做的功。
（2）数学表达式：
uAB
dwAB dq
（3）方向：规定电压的方向是电场力移动正电荷的方向。
理量。把单位时间内电路吸收或释放的电能定义为该 电路的功率，用p表示。其定义式为p=dW / dt
在直流电路中，功率与电流、电压均不随时间变 化，上式可写成
P =U I
电工基础
第二节 电路的基本物理量
一段电路，在 u和i 取关联参考方向下，
p 0 说明这段电路上电压和电流的实际方向是一致的，
正电荷在电场力作用下做了功，电路吸收了功率；
电阻元件的伏安特性
电工基础
第三节 电阻元件和欧姆定律
直流时，P为常量，则 W P(t1 t0 )
国际单位制中，电能W的单位是焦耳（J），它表示功率为1W 的用电设备在1s时间内所消耗的电能。实用中还常用千瓦小时 (俗称度）的电能单位，即
1度电= 1kW • h 103 W 3600 s 3.6106 J
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第三节 电阻元件和欧姆定律
电工基础
参考方向概念
电工基础
（4）关联参考方向： 在电路分析中，各元件的电流、电压参考方向都可
任意选定。但是为了方便起见，对于同一元件或同一段电 路，习惯上采用“关联”参考方向。即电流的参考方向与 电压参考“＋”极到“－”极的方向选为一致。关联参考 方向又称为一致参考方向。
当电流、电压采用关联参考方向时，电路图上只需 标电流参考方向和电压参考极性中的任意一种即可。
p 0 则这段电路上电压和电流的实际方向不一致，一定
是有外力克服电场力做了功，电路发出功率，也可以说电路 吸收了负功率。
注意在关联参考方向下，各功率数值的正、负号的含义。 一个电路的功率总是平衡的。
电工基础
第二节 电路的基本物理量
2 .电能
设在dt时间内电路转换的电能为dw，则 dw pdt
在t0到t1的一段时间内，电路的电能 W t1 pdt t0
e dwBA dq
电动势的方向是电源力克服电场力移动正电荷的方向， 是从低电位指向高电位的方向。
电工基础
第二节 电路的基本物理量
2.说明：
(1) 同一电源两端，电动势和电压大小相等，方 向相反。
(2) 电动势一般只针对电源而言。
电工基础
第二节 电路的基本物理量
四、 功率与电能
1.功率及其正、负号的意义 电功率(简称功率)是衡量电路中能量变化速率的物