电路的基本概念与基本定律
电路的基本概念和基本定律
电路的基本概念和基本定律
电路基本概念和基本定律
电路是由电工设备或元件按照一定方式组合而成，用于实现电能的传输和转换，以及传递和处理信号。
一般电路由电源、负载和连接导线组成。
电源是一种将其他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。
负载是将电能或电信号转换成其他形式的能量或信号的用电装置，如电灯、电动机、电炉等。
变压器和输电线是连接电源和负载的部分，起到传输和分配电能的作用。
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，而电源内部的通路则称为内电路。
电路有三种状态：通路、开路和短路。
通路是连接负载的正常状态。
开路是电路中某处的连接导线断开，电路中的电流
为零，电源不输出电能。
短路是非正常连接，外电路的电阻可视为零，电流有捷径可通，不再流过负载。
电路中产生电流的条件是电路中有电源供电且电路必须是闭合回路。
电路的功能包括传递和分配电能，以及传递和处理信号。
电路的基本定律包括欧姆定律、基尔霍夫定律和电功率定律。
欧姆定律指出电流与电阻成正比，与电压成反比。
基尔霍夫定律分为节点定律和回路定律，用于分析电路中的电流和电压分布。
电功率定律则描述了电路中能量的转换和损失。
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
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。
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：
电路的基本概念和基本定律
R
R C
R
L
L
直流状态,仅 消耗能量
交流低频状 态,消能,储能
交流高频状态,消 耗能量,储磁场能 量和电场能量
{end}
1.2 电路变量及电流和电压的参考方向
1.2.1 电路变量 在电路理论中涉及的变量主要有电流、电压、电位、电荷、磁 通、磁通链、功率和能量。其中电流、电压、电位、能量和功率最 为常用。
+
–u(–u/ R) = u2/ R
能量：可用功表示。从t0 到 t电阻消耗的能量
WR pdξ ui dξ
t t t0 t0
1.3 电路元件及其伏安特性关系 1.3.2 电容元件 定义： 一个二端元件，其电荷q(t)和电压u(t)之间的 关系，可以用q-u平面上的一条曲线来确定，则 称为电容元件。 q 对于线性电容，有 q =Cu
第1章 电路的基本概念和基本定律
1.1 电路及其理论模型 1.2 电路变量及电流和电压的参考方向
1.3 电路元件及其伏安特性关系
1.4 基尔霍夫定律 1.5 电压和电位的区别
{end}
第1章 电路的基本概念和基本定律
重点：
1. 电压、电流的参考方向
2. 电路元件特性 （电阻、电源、受控源） 电路分析的基础 3. 基尔霍夫定律
+
U
I 关联参考方向
+
U
I 非关联参考方向
1.2 电路变量及电流和电压的参考方向
功率的计算
(1) u, i 取关联参考方向 (2) u, i 取非关联参考方向
+
i
u
+
u
i
p=ui
功率的判断
p=-ui
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1-1-2 电路模型
对实际电路的分析通常是很复杂的，会受到很多因 素的制约。为了便于对实际电路进行分析，常将电路 中的元件理想化，即在一定的条件下，突出元件的主 要性质，忽略它的次要性质。 理想电路元件主要包括：电阻、电感、电容、电压源、 电流源等
电路模型：由理想电路元件组成的电路称为实际电路 的电路模型。
1-1 实际电路和电路模型
1-1-1 实际电路 实际电路是由各种电器元件按一定的方式连接起
来的电流通路,由电源、中间环节、负载三部分组成
负载 中间环节
电源
电源: 提供电能和电信号的装置 中间环节：传递、分配和控制电能的作用 负载: 将电能转化成其它形式能的装置
三、电路的功能 归纳起来主要包括电能和电信号的产生、
第1章 电路的基本概念与基本定律
1.1 实际电路和电路模型 1.2 电路的基本变量 1.3 电路的基本元件 1.4 基尔霍夫定律及其应用
重、难点提示
电路模型的概念 电压电流的参考方向和关联参考方向。 功率的计算、功率的吸收和释放。 电阻、电流源、电压源的定义和伏安关系。 受控源的概念、伏安关系及分类 基尔霍夫定律的应用。
在电路分析过程中电 流的参考方向是可以任 意假定的，通常将选定 的参考方向称为电流的 正方向。
在求解电路中的电流时，应该首先选定电流的参 考方向（正方向），然后根据假设的电流方向进行 分析求解。
若求得I > 0，则电流的实际方向与参考方向一致
若求得I < 0，则电流的实际方向与参考方向相反
I =2A 电流的实际方向
I ＋u －
电压电流的关联参考方向
I －u＋
电压电流的非关联参考方向
1-2-4 功率
功率的定义：单位时间内电路吸收或产生的电能 称为功率，用符号p表示,即
p dw dt
根据电压的定义有 u ，dd代wq 入上式，得
p dw dw dq u i dt dq dt
在关联参考方向下：当p > 0时，表示电路吸收功率 当p < 0时，表示电路产生功率
1-3 电路的基本元件
电路中的元件总的来说可以分为无源元件和有源元件两 大类，其中无源元件主要包括电阻、电容、电感、互感元件 等；有源元件包括电压源、电流源、受控源。本节主要介绍 电阻、电压源、电流源、受控源的特性，其它元件留待后续 相关章节讨论。
1-3-1 电阻
一、电阻元件的类型 时变线性电阻
时变非线性电阻、
IQ t
在国际单位制中，电流的单位为安培（A）。对于 较小的电流可以用毫安（mA）、微安（μA）、纳安 （nA）来描述，他们之间的关系是
1A = 103 mA = 106μA = 109 nA
二、电流的方向
电流的方向规定为正电荷移动的方向。但在实际电 路中，往往出现多个电源同时工作的情况，所以电 流的实际方向有时很难确定，为此引入了一个新的 概念——电流的参考方向。
I =－2A 电流的实际方向
1-2-2 电压
一、电压的定义
电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功称 为a、b两点间的电压，用uab表示，即
uab
dw dq
在国际单位制中，电压的单位为伏特（V）， 对于较小的电压可以用毫伏（mV）、微伏（μV） 来描述。
二、电压的方向
电压的方向习惯上规定为电压降的方向。电压也 可以任意假定参考方向。在电路图中用“+”号表 示参考极性的高电位端，“－”号表示低电位端。 高电位端指向低电位端的方向为电压降的方向
电压降
＋u－
三、电位的概念 若在电路中选一参考点为零电位点，则电路
中某点与零电位点的电压，称为该点的电位 电压与电位的主要区别 电压为一个绝对量
电位为一个相对量
引入电位的概念， 可以给电路分析和画 电路图带来很多方便。
1-2-3 电压、电流的关联参考方向
在电路中电压和电流的参考方向均可以任意假定， 两者独立无关。但为了电路分析上的方便，对一个元 件或一段电路上的电压和电流习惯上采用关联参考方 向，即电流的参考方向与电压降的方向一致 。
S
Rs
RL
+
Us -
在本书里讨论的电路都是从实际电路中抽象出 来的电路模型。
集总参数电路：
如果电磁能量只在电路中传输、转换与储藏， 无任何电磁辐射，则将这样的电路称为集总参数 电路。具体的讲，如果电路的几何尺寸远小于电 路的工作波长，则该电路称为集总参数电路。本 课程只研究集总参数电路。
1-2 电路的基本变量
1 kW = 103 W 1W =103 mW = 106 [例1μ-1W] 已知图示电路中，元件A吸收功率30W， 元件B吸收功率15W，元件C产生功率10W，求各 元件中的电流。
I1 A
＋ 5V －
I2 B
－ 5V ＋
I3 C
＋ 5V －
I1 A
＋ 5V －
I2 B
－ 5V ＋
I3 C
＋ 5V －
1-2-1 电流 一、电流的定义
电荷的定向移动形成电流，电流的大小
用电流强度来描述，符号为I或i。电流强度
定义为电位时间流过导体横截面的电量，即
i dq dt
如果电流的大小方向随时间变化，称为交流电流； 若电流的大小方向不随时间变化，称为直流电流。
在这种情况下，通过导体横截面的电量Q与时间t呈
正比，即
非时变线性电阻、 非时变非线性电阻
二、线性电阻
1.电路符号
R
2.伏安关系
i
在关联参考方向下: u = R i
u
在非关联参考方向下: u = - R i
电阻的单位：元件A上的电压、电流为关联参考方向，且为吸收功率，
所以P > 0，则
P＝U I＝5×I1＝30
I1＝6A
元件B上的电压、电流也为关联参考方向，且为吸收功率，
所以P > 0，则
P＝U I＝(―5)×I2＝15 I2＝―3A
元件C上的电压、电流为非关联参考方向，且为产生功
率，所以P < 0，则
P＝―U I＝―(5×I3)＝―10 I3＝2A
在非关联参考方向下：当p > 0时，表示电路产生功率 当p < 0时，表示电路吸收功率
为了使关联和非关联方向下的结论相一致，在非关 联参考方向情况下，在功率的计算公式前加一负号， 即：
p u i
在国际单位制中，功率的单位为瓦特（W），也 可以用千瓦（kW）、毫瓦（mW）、微瓦（μW） 来描述，他们之间的关系是