第1章电路基本概念

（1）电容的储能只与当时的电压值有关，电容电压不能跃变，反 映了储能不能跃变；（2）电容储存的能量一定大于或等于零。
例题 电压的方向
电压的参考方向：
复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别， 给实际电路问题的分析计算带来困难。在分析与计算电路时，要假 定一个方向-----参考方向。
●电压(降)的参考方向：假设的电压降低之方向
电压的参考方向用箭头（或+ / 号）在电路中标出。
u a + 或 a b -u b或 a uab b
i=0
u = uOC P = 0 负载功率
开路电压
●短路工作状态 i
含源 电路 + _
u
ISC
电路外接端直接用导线连接，端口电压： u=0 （短路） 此时，端电流由电路内部电源与结构决定，称为短路电流， 记作： iSC 或 ISC 使用时要注意短路电流过大而损坏电路。 负载状态
●负载工作状态 i
电工电子技术基础
黄冈科技职业学院
主讲 张红旗
第一章 电路的基本概念及电路元件
本章在物理学的基础上，主要介绍 电路模型的概念、电路中的基本物理量 及其参考方向、电路的工作状态，还将 介绍无源电路元件、有源电路元件及其 特性。这些内容都是今后分析和计算电 路的基础。
主要内容
1.1 电路的作用与组成部分
+
U 关联参考方向-- NhomakorabeaU 非关联参考方向
+
i
＋
A U B
电压电流参考方向如图中所标，问：对A、 B两部分电路电压电流参考方向关联否？ 答： A 电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。
－
(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。 (2) 参考方向一经选定，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。 （3）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际 方向不变。
+q -q
+ + + + + + + +
E
u
●电路符号
+q
-
- - - - - -
C
u
-q
当这条曲线是一条过原点的直线时， 称为线性电容。（本课程中如无特别
＋
单位
－
声明电容元件均指线性电容。）
C 称为电容器的电容, 单位：F (法) (Farad，法拉), 常用F，p F等表示。
●线性电容的电压、电流关系:
若U 0，则实际方向与参考方向 相同
若U 0，则实际方向与参考方向 相反
1.电路（电场）中，只有定义了参考点，电位才有意义。 2.电压是一个相对量，与参考点的选取无关。 3.电位实际上是电路中某点到参考点之间的电压。
●电压的测量：
实验和工程中采用电压表测量电压，电压表必须和被 测支路并联。
放 大 器
扬声器
负载
直流电源
电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动
电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。
1. 2 电路模型
为了便于分析和用数学模型描述, 一般要将实际电路 模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合 来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的 电路模型。
理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、 电容元件和电源元件等。
● 能量：可用功表示。从 t 到t0电阻消耗的能量：
WR pdξ uidξ Ri dξ 0
2 t0 t0 t0
t
t
t
二、电容元件 C (capacitor)
电容元件的原型是平板电容器，基本特性是存储在极板上的电荷 量 q 与两极板之间的电压 u 满足代数关系。用 q-u 平面上的一条曲线 fC(q, u)=0 描述。
C i （1）i 的大小取决于 u 的变化率, 与 u 的大小无关，电容是动态元件；
＋
u
－
动态元件
dq(t ) du (t ) q(t ) C u (t ) i(t ) C dt dt
(2) 当 u 为常数(直流)时i =0。电容相当于开路， 电容 有隔断直流作用； (3) 实际电路中通过电容的 电流 i为有限值，则电容 电压u必定是时间的连续 函数.
1 1 1 u (t ) i (t )dt i (t )dt + i (t )dt C C C0 1 u (0) + i (t )dt C0
记忆元 件
t
t
0
t
（ 1）当 u， i为非关联方向时，上述微分和积分 表达式前要冠以负号 ; （2）上式中u(t0)称为电容电压的初始值，它反映 电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。
非线性电阻
O
i
当这条曲线是一条过原点的直线 时，称为线性电阻。（本课程中如
无特别声明电阻元件均指线性电阻。） R + R
电路符号
i
u
－
●线性电阻的特性u～i 关系： 满足欧姆定律
Ru i
u Ri
i u R Gu
(Ohm，欧姆)
单位： R 称为电阻，单位： (欧)
G 称为电导，单位： S(西门子) (Siemens，西门子)
●电容的功率和储能
功率：
du p ui u C dt
(1) 当电容充电， u>0，du/dt>0，则i>0， q ， p>0, 电容吸收功率。 (2) 当电容放电，u>0，du/dt<0，则i<0， q ，p<0, 电容发出功率.
电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电 场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路 ，因此电容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消 耗能量。
1安培 1库仑 / 1秒
1mA=10-3A 1 A=10-6A
方向
规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。
分析电路之前，电流的真实方向一般是未知的，在分析 与计算电路时，要假定一个方向-----参考方向。
参考方向：任意假定的一个方向。分析电路时用箭头或双
下标来表示。
电流的参考方向与实际方向的关系：
+
被测 支路
电压的参考方向由电压表接线方式决定： “+”接线柱指向“”接线柱
电压表
_
●关联参考方向
同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参考方向。作为参 考方向，都是人为假设出来的，两者之间没有实际联系。
为了分析方便，同一电路元件或电路部分，电压和电 流的参考方向采用一致的方向，称为关联参考方向。反之 称为非关联参考方向。 i i
含源
u _ 电路 负载
+
电路外接一定负载，电路中有电流流 过，此时的状态称为负载状态。
对于确定的电路，电流的大小取决于负载的大小。
当电路中的i=IN，P=PN时，叫做“满载”（经济合理安全可靠）； 当电路中的i>IN，P>PN时，叫做“过载”； (设备易损坏) 当电路中的i<IN，P<PN时，叫做“欠载”。 (不经济) 一般来说电路不能工作在过载状态，但短时少量的过 载还是可以的，长时过载可能会引起事故的发生，是绝 不允许的。为保证电路安全工作，一般需在电路中接入 必要的过载保护装臵。
(1) 只适用于线性电阻，( R 为常数）
欧姆定律
(2) 如电阻上的电压与电流参考方向非关联 公式中应冠以负号即：u –R i i –G u (3) 说明线性电阻是无记忆、双向性的元件
R u
● 功率
i
i
R
u
+
-
-
+
关联参考方向：p u i i2R u2 / R 上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。
思考：有一盏白炽灯，标有220V，40W的字样，问：能否接到
380V和127V的电源上使用？若将它接到127V的电源上使用，其实 际功率是多少？
1.5 电路的工作状态
工作时，根据所接负载不同，电路的工作状态分为三种： 开路、短路、负载状态。
●开路工作状态
i + u 电路 =UOC_ 含源
电路外接端未接任何负载，端电流 i=0 （开路）。 此时，端口电压由电路内部电源与结构 决定，称为开路电压，记作uOC 或 UOC
iab A 参考方向 实际方向 B A iab 参考方向 实际方向 B
iab > 0，即iab为正值
iab < 0，即iab为负值
注意：在参考方向选定后,电流值才有正负之分。
电流的测量
实验和工程中采用电流表测量电流，电流表必须串接 在被测电路中。
电流表
+ _
i
被测支路 断开通路 串接电流表
电流的参考方向由电流表接线方式决定：
“+”接线柱指向“-”接线柱
二、电压
电位：就是单位正电荷在电场(电路是电场的一种特殊形式。)中
某点所具有的电位能。
它表示外力将单位正电荷从某点移动到参考点（0电位）所作的功。
Wa 用 v 或 V 表示： a 点电位 va q
b 点电位 vb Wb
q
电压：就是电路（电场）中两点（如a与b）之间的电位差。
●负载工作状态续
+ E R0 I + U
E I R0 + R
① 电流的大小由负载决定。 负载端电压：U=RI或 U = E –
I
R IRo
当 R0<<R 时，则U E ，表 明当负载变化时，电源的端电 压变化不大，即带负载能力强。
② 在电源有内阻时，I U 。 UI = EI – I² Ro即：