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
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1章 电路的基本概念与基本定律
1.2.3 电功率
1. 电功率的定义 电功率的定义 图1.11(a)所示方框为电路中的一部分a、b段，图中采用了关 联参考方向，设在dt时间内，由a点转移到b点的正电荷量为dq， ab间的电压为u，根据对式(13)的讨论可知，在转移过程中dq失去 的能量为
dω (t ) = u (t )dq (t )
I1 a b I3 I2 c
d
图1.4例1.1图
1.2.2 电压及其参考方向 电压及其参考方向 1. 电压的定义及单位
u=
dω dq
（1—3）
在电路中，电压的单位为伏特，简称伏(V)，实用中还有千 伏(kV)，毫伏(mV)和微伏(µV)等。 2. 用电位表示电压及正负电压的讨论 （1—4） （1）如果正电荷由a点移到b点，获得能量，由a点到b点为电 位升(电压升)，即 u ab = u a − ub < 0 （2）如果电荷由a点移到b点， 失去能量， 则a点为高电位端 (正极)， b点为低电位端(负极)由a点到点b为电位降(电压降)， 即 u ab = u a − ub > 0 3.直流电压的测量 直流电压的测量 在直流电路中， 测量电压时， 应根据电压的实际极性将直流 电压表跨接在待测支路两端 。
电路模型与电路图 所谓电路模型，就是把实际电路的本质抽象出来所 构成的理想化了的电路。将电路模型用规定的理想元件 符号画在平面上形成的图形称作电路图。 图1.1就是一个 最简单的电路图。
＋ US － RS RL
图1.1电路模型图
1.2 电路变量
电学中几个重要的物理量，如：电流 电压 电功率 电流、电压 电功率和 电流 电压、电功率 电能量等是研究电路过程中必然要涉及的电路变量。 电能量 1.2.1 电流及其参考方向 1. 电流的表达式及单位 dq i= （1—1） dt q （1—2） I= t 国际单位制(SI)中，电荷的单位是库仑(C)，时间的单 位是秒(s)，电流的单位是安培， 简称安(A)， 实用中还有 毫安(mA)和微安(µA)等。
电路的基本概念和定律、定理
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。
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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。
电路基本概念与定律
电路基本概念与定律在现代科技的飞速发展中，电路是一个至关重要的概念。
无论是家庭电器、通信设备还是计算机系统，电路都扮演着一个不可或缺的角色。
本文将介绍电路的基本概念以及一些重要的定律。
一、电路的基本概念电路是由电子元件、导线以及其他连接部件组成的。
它们通过导电材料形成一个封闭的路径，使电流可以在其中流动。
在电路中，电子元件扮演着非常重要的角色。
电子元件包括电阻、电容和电感等。
它们分别对电流、电压和电磁场产生不同的影响，从而决定了电路的性质和功能。
二、欧姆定律欧姆定律是电路中最基本、最重要的定律之一。
它表明了电压、电流和电阻之间的关系。
根据欧姆定律，电流等于电压与电阻之间的比值，即I = V/R，其中I表示电流，V表示电压，R表示电阻。
根据欧姆定律，我们可以计算电路中的电流、电压和电阻的数值，并根据需求对电路进行优化和改进。
欧姆定律为电路的设计和分析提供了重要的理论支持。
三、基尔霍夫定律基尔霍夫定律是电路分析的基础之一。
它包括基尔霍夫第一定律和基尔霍夫第二定律。
基尔霍夫第一定律（电流定律）指出在任何一个电路节点，进入节点的电流等于离开节点的电流的总和。
基尔霍夫第二定律（电压定律）指出在电路中的任何一个闭合回路中，电压的代数和等于零。
这意味着电路中的电压可以根据闭合回路的电流和电阻进行计算。
凭借基尔霍夫定律，我们可以对复杂的电路进行分析，研究电流和电压的分布情况，从而了解电路的工作原理和性能。
四、功率和能量在电路中，功率和能量也是非常重要的概念。
功率表示单位时间内电路所消耗或产生的能量（或做功）的大小。
在直流电路中，功率可以通过电压和电流的乘积来计算，即P = VI。
能量表示电路中储存的电荷的能量。
在电容器和电感器中，电能可以以电势能和磁场能的形式存在。
能量也可以通过功率和时间的积分来计算。
理解电路中的功率和能量有助于我们评估电路的效率和耗能情况，从而在实际应用中进行合理的选择和设计。
五、总结电路作为现代科技的核心，理解电路的基本概念和定律对于电子工程师和科技爱好者来说至关重要。
第1章 电路的基本概念和基本定律
1.1 电路的基本概念 1.2 电路的工作状态及最大功率传输 1.3 电路的基本元件 1.4 基尔霍夫定律及其应用 习题
第1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 电路的组成与模型 1. 电路是电流的通路，它是根据不同需要由某些电工设备
或元件按一定方式组合而成的。电路通常由电源或信号源、 中间环节和负载组成。
第1章 电路的基本概念和基本定律
1.1.3 在分析电子电路时，常用电位这个概念。譬如二极管，
只有当它的阳极电位高于阴极电位时，管子才导通，否则截 止。分析三极管的工作状态时，也常要分析各个极的电位高
第1章 电路的基本概念和基本定律 两点间的电压表明了两点间电位的相对高低和相差多少， 但不表明各点的电位是多少。要计算电路中某点的电位，就 要先设立参考点。参考点的电位称为参考电位，通常设其为 零。其他各点电位与它比较，比它高的为正电位，比它低的 为负电位。电路中各点电位就是各点到参考点之间的电压， 故电位计算即电压计算。
第1章 电路的基本概念和基本定律
又如一台直流发电机，标有额定值10 kW，230 V，实际 使用时一般不允许所接负载功率超过10 kW，实际供出的功 率值可能低于10 kW。
在一定电压和额定功率范围内，电源输出的功率和电流 决定于负载的大小，就是负载需要多少电源就供多少，电源 通常不一定工作在额定工作状态。对电动机也是这样，它的 实际功率和电流决定于其轴上所带机械负载的大小，通常也 不一定处于满载状态，但一般不应超过额定值。电源设备工 作于额定状态时称满载运行。
第1章 电路的基本概念和基本定律 电能或电信号的发生器(信号源)即为电源。如图 1.1.1(a) 所示的电力系统，发电机是电源，是供应电能的，它可以将 热能、水能或核能转换为电能。电池也是常用的电源，可将 化学能或光能转化为电能。电压和电流是在电源的作用下产 生的，因此，电源又称为激励源，也称输入。
电路的基本概念及定律
电路的根本概念及定律什么是电路？电路是由电流源、电阻、电容、电感等元件构成的系统，它能够为电子设备提供所需的电力。
电路是现代科技中非常重要的一局部，无论是家庭用电还是电子产品，都离不开电路的支持。
电路的根本元件电路中的根本元件有三种：电源、电阻和导线。
其中，电源产生电流，电阻控制电流的流动，而导线将电流从电源传输到电阻上。
电源电源是电路中产生电流的局部。
常见的电源有直流电源和交流电源。
直流电源的电压极性不变，而交流电源的电压周期性地正负交替变化。
电阻电阻是电路中的一种被动元件，它对电流有阻碍作用，限制电流的流动。
电阻的单位是欧姆〔Ω〕。
电阻是通过材料的电阻率和截面积、长度来计算的。
较长的电阻材料和较小的截面积会产生较大的电阻。
导线导线是将电路中的电流从电源传输到电阻上的局部。
良好的导线应该具有低电阻、高导电性和良好的导热性。
常见的导线材料有铜和铝。
电路中的根本定律电路中有几个根本的定律，它们是描述电流、电压和电阻之间关系的数学公式。
下面介绍三个常见的电路定律。
基尔霍夫电流定律〔KCL〕基尔霍夫电流定律，又称为节点定理，是由物理学家基尔霍夫提出的。
它规定在一个封闭的电路中，所有流入节点的电流之和等于所有流出节点的电流之和。
这一定律可以用以下公式表示：基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电压定律〔KVL〕基尔霍夫电压定律，又称为环路定理，也是由基尔霍夫提出的。
它规定在一个闭合回路中，电路中所有电压的代数和等于零。
这一定律可以用以下公式表示：基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律欧姆定律〔Ohm’s Law〕欧姆定律是电路中最根本的定律之一，它规定电流、电压和电阻之间的关系。
欧姆定律说明，在一条导体上，通过的电流与电压成正比，与电阻成反比。
这一定律可以用以下公式表示：欧姆定律欧姆定律根据欧姆定律，我们可以计算电路中的电流、电压或电阻，只要其中两个数值。
总结电路是由电源、电阻和导线构成的系统，它能够为电子设备提供所需的电力。
电路的基本概念与基本定律
+
_
+
_
I2
5
1
1
5
6V
12V
I1
I3
基尔霍夫电压定律（KVL定律)
或：在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。
一 基本内容
即： U = 0
在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。
对回路1：
对回路2：
E1 = I1 R1 +I3 R3
1.1 电路的作用与组成部分
1.2 电路模型
1.3 电压和电流的参考方向
1.4 欧姆定律
1.5 电源有载工作、开路与短路
1.6 基尔霍夫定律
1.7 电路中电位的概念及计算
第1章 电路的基本概念与基本定律
本章要求: 1.理解电压与电流参考方向的意义； 2. 理解电路的基本定律并能正确应用； 3. 了解电路的有载工作、开路与短路状态， 理解电功率和额定值的意义； 4. 计算电路中各点的电位。
1.根据 U、I 的实际方向判别
U、I 参考方向不同，P = UI 0，电源； P = UI 0，负载。 U、I 参考方向相同，P =UI 0，负载； P = UI 0，电源。 U、I 实际方向相同，即电流从“-”端流出→ 负载性质 （吸收功率）。
2.根据 U、I 的参考方向判别
三 电源与负载的判别
四 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
五 电气设备的三种运行状态
欠载(轻载)： I < IN ，P < PN (不经济)
过载(超载)： I > IN ，P > PN (设备易损坏)
电路的基本概念和基本定律
一、电压和电流
I
• 电路特征： I = E/(R0+R) U = IR = E – IR0 将上式乘以I，得 P = PE - △ P
+ E -
+
R
R0
U -
图3 电源有载工作
＜ ＜
< >
＞ ＞
二. 功率与功率平衡
UI EI I RO
2
P PE P
P: 电源输出的功率 PE : 电源产生的功率
＜ ＜
< >
＞ ＞
四. 额定值与实际值 ·额定值: 制造厂为了使电子设备能在给定的工作 条件下正常运行而规定的正常允许值。 ·使用时，电器的电压、电流、功率 实际值不一定等于额定值。 ①电器受外界影响 (eg:电压波动)。 ②负载变化时，电流、功率通常不一定处 于 额定工作状态。
＜ ＜
< >
＞ ＞
例
I2
I1 I 3 I 2 I 4
I3
I1
I4
或：
I1 I 3 I 2 I 4 0
＜ ＜
克氏电流定律的依据：电流的连续性。
< >
＞ ＞
1.6.2
基尔霍夫电压定律（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，电压的代数和为 0。 b 即： U 0 I1 I2
电动势的参考方向: 任选一方向为电动势的正方向。 电压、电动势的单位：伏特（V）。
＜ ＜
< >
＞ ＞
电压、电动势的表示方法：
a
1.箭头 2.正负号 3.双下标
电压、电流方向间的关系： 正方向相一致：
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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。
如电视机，它接收到
载有声像的电磁波后，通过电路使之转变成电信号，再加到扬声器和显像管上还原成原来的声像。
二、基本定律
2.1.电路基本定律
2.1.1.欧姆定律：它是分析电路的基本定律之一。
通常流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。
使用于直流电路，表达式为：I=U/R.；由公式可知，当所加电压一定时，电阻愈大，则电流愈小。
很显然，电阻具有对电流起阻碍作用的物理性质。
遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它是一个表示该段电路特性而与电压和电流无关的常数。
2.1.2.焦耳—楞次定律：
电流通过导体发热的现象。
叫做电流的热效应。
实验证明：电流通过某段导体或用电器时所产生的热量与电流的平方、导体的电阻及通过的时间成正比，这一定律成为焦耳－楞次定律，其数学表达式如下：Q=I^2Rt，电流热效应有利有弊。
利用这一现象制成许多电器，如电灯、电炉、电烙铁等。
但热效应会使导线发热、电器设备温度升高等。
2.2基尔霍夫定律：一个电路的各部分会有电流和电压，这些电流之间、电压之间是如何相互联系，统一在电路整体之中的呢？这就是电路的基本定律——基尔霍夫定律要说明的问题。
支路、节点、回路、网孔、支路电流和支路电压是电路分析的对象，电路的基本定律也用它们来表示。
2.2.1.基尔霍夫第1定律：又称节点电流定律，它指出在任一瞬间，流进某一节点的电流之和恒等于流出该节点的电流之和。
即∑I进=∑I出。
2.2.2.基尔霍夫第2定律：又称回路电压定律。
它指出在任意闭合回路中，各段电路电压降的代数和恒等于零。
用公式表示为∑U=0.
对于不能用串联、并联简化的复杂直流电路，在分析和计算电路时，除了借助欧姆定律和电阻串、并联知识外，还要运用基尔霍夫定律。