第一章 电路基本概念

注意： 注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负 在参考方向选定后， 之分。 之分。 123
1.3 关联方向及应用
一、关联方向与欧姆定律
在电路的同一个元件上， 在电路的同一个元件上，若U、I 参考方向相同时， 、 参考方向相同时， 如图： 称它们为关联参考方向。 如图： + 称它们为关联参考方向。 U – U、I 参考方向相反时，称为非关联参考方向， 参考方向相反时，称为非关联参考方向， 如图： 如图： + U – I R U = – IR I R U=IR
Ro
–
电池
内电路
导线
灯泡
外电路
今后分析的都是指电路 模型，简称电路。 模型，简称电路。在电路 图中， 图中，各种电路元件都用 规定的图形符号表示。 规定的图形符号表示。
1.2 电流和电压的参考方向
电路基本物理量的实际方向: 电路基本物理量的实际方向:
电流的实际方向为正电荷运动的方向。 电流的实际方向为正电荷运动的方向。 电动势(electromotive force)是衡量电源 电动势 (electromotive force) 是衡量电源 将非电能转换成电能的物理量， 将非电能转换成电能的物理量，电动势的实际方 向规定为由电源内部的“ 极性端指向“+”极 向规定为由电源内部的“-”极性端指向“+”极 性端； 电压(voltage) (voltage)是衡量电场力做多少功的 性端 ； 电压 (voltage) 是衡量电场力做多少功的 物理量， 电压的实际方向规定为由电压的“ 物理量 ， 电压的实际方向规定为由电压的 “ +” 极性端指向“ 极性端。 极性端指向“-”极性端。 由此可知，在电源内部， 由此可知，在电源内部，电动势的实际方向 与电源电压的实际方向恰好相反。 与电源电压的实际方向恰好相反。
双下标
3. 实际方向与参考方向的关系
实际方向与参考方向一致，电流(或电压 值为正值； 实际方向与参考方向一致，电流 或电压)值为正值； 一致 或电压 值为正值 实际方向与参考方向相反 电流(或电压 值为负值 相反， 或电压)值为负值。 实际方向与参考方向相反，电流 或电压 值为负值。 例： a I R + U – a R b 若 I = 5A，则电流从 a 流向 b； ， ； ， b 若 I = –5A，则电流从 b 流向 a 。 若 U = 5V，则电压的实际方向 ， 从 a 指向 b； ； 若 U= –5V，则电压的实际方向 ， 从 b 指向 a 。
信号源: 信号源 提供信息
放 大 器
扬声器
直流电源: 直流电源 提供能源
负载
直流电源
一般来说，电力系统的工作电压较高， 一般来说，电力系统的工作电压较高，故 称为“强电”系统， 称为“强电”系统，电子技术和计算机系统的 工作电压较低，则称为“弱电”系统。 工作电压较低，则称为“弱电”系统。而许多 设备（例如电视机）则包含有强电部分， 设备（例如电视机）则包含有强电部分，也可 能包含有弱电部分。 能包含有弱电部分。 在各种电路中，由电源（或信号源） 在各种电路中，由电源（或信号源）提供 的电压和电流，均用于推动电路工作， 的电压和电流，均用于推动电路工作，称为激 信号）； ）；由激励信号在电路中产生的电压 励（信号）；由激励信号在电路中产生的电压 和电流，则称为响应（信号）。电路的分析， ）。电路的分析 和电流，则称为响应（信号）。电路的分析， 就是在已知电路结构和元件参数的条件下， 就是在已知电路结构和元件参数的条件下，研 究电路中响应与激励之间的关系。 究电路中响应与激励之间的关系。
d
6A + E2 10A − 90V
+ _
R 电阻
C 电容
L 电感
E
电源
理想元件的电气符号
手电筒的电路模型 I S E
+ +
–
U
开关 R
电池是电源元件， 电池是电源元件，其参数 是电源元件 和内阻R 为电动势 E 和内阻 o； 灯泡主要具有消耗电能的 灯泡主要具有消耗电能的 性质，是电阻元件， 性质，是电阻元件，其参数 电阻R； 电阻 ； 筒体用来联接电池和灯泡， 筒体用来联接电池和灯泡， 用来联接电池和灯泡 其电阻忽略不计， 其电阻忽略不计，认为是无 电阻的理想导体。 电阻的理想导体。 开关用来控制电路的通断。 开关用来控制电路的通断。 用来控制电路的通断
1.4 电位
一、电位的概念
电位：电路中任一点至参考点的电压， 表示。 电位：电路中任一点至参考点的电压，用V表示。 参考点：在分析和计算电路时， 参考点：在分析和计算电路时，常常将电路中某一 点选作参考点，并规定其电位为零， 来表示。 点选作参考点，并规定其电位为零，用⊥来表示。 某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 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。 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。 参考点的选择： 参考点的选择： 原则上，参考点可以任意选择； 原则上，参考点可以任意选择； 在物理学和工程上常选地球表面（大地）为参考点； 在物理学和工程上常选地球表面（大地）为参考点； 机壳需要接地的设备，可以选择机壳为参考点； 机壳需要接地的设备，可以选择机壳为参考点；
物理量 电ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ I
实 际 方 向 正电荷运动的方向
单
位
kA 、A、mA、 、 、 µA
高电位(+) → 低电位(-) kV 、V、mV、 低电位( 高电位(+) 、 、 电压 U µV (电位降低的方向) 电位降低的方向) 低电位( 高电位(+) 低电位(-) → 高电位(+) kV 、V、mV、 、 、 电动势E 电动势 µV 电位升高的方向) (电位升高的方向)
注：功率也有正、负之分 功率也有正、 当功率为正 (P> 说明该元件用于消 当功率为 正 值 (P>0) 时 ， 说明该元件用于 消 耗(或吸收)功率，具有负载特性，所以这类元件 或吸收)功率，具有负载特性， 负载特性 称为耗能 元件； 反之， 当功率为负 (P<0 耗能元件 称为 耗能 元件 ； 反之 ， 当功率为 负 值 (P<0) 时 ， 说明该元件用于提供 或发出)功率， 提供( 说明该元件用于提供(或发出)功率，因此该元件 具有电源特性，故这类元件称为电源元件。 电源特性 电源元件 具有电源特性，故这类元件称为电源元件。
电位的计算步骤: 电位的计算步骤: 1.任选电路中某一点为参考点 任选电路中某一点为参考点， 1.任选电路中某一点为参考点，设其电位 为零； 为零； 2.标出各电流参考方向并计算 标出各电流参考方向并计算； 2.标出各电流参考方向并计算； 3.计算各点至参考点间的电压即为各点的 3.计算各点至参考点间的电压即为各点的 电位。
二、电路的组成部分
E
+ +
I
S R
连接导线 负载（灯泡） 负载（灯泡）
Ro
– U –
电源（电池） 电源（电池）
电源： 电源：是将非电形态的能量转换为电能的供电 设备，如蓄电池、发电机等。 设备，如蓄电池、发电机等。 负载： 负载：是将电能转换为非电形态能量的用电设 如电动机、电炉等。 备，如电动机、电炉等。负载的大小通常用负 载取用功率的大小来衡量。 载取用功率的大小来衡量。 连接导线：起着沟通电路、输送电能的作用。 连接导线：起着沟通电路、输送电能的作用。
二、电路的组成部分 二、电路的组成部分
电源: 电源 提供 电能的装置
升压 变压器 输电线
负载: 负载 取用 电能的装置
电灯 电动机 电炉 ...
发电机
降压 变压器
中间环节：传递、 中间环节：传递、分 配和控制电能的作用
二、电路的组成部分 二、电路的组成部分
信号处理： 信号处理： 放大、调谐、 放大、调谐、检波等 话筒
1.2 电流和电压的参考方向
1. 参考方向
在分析与计算电路时， 在分析与计算电路时，对 + E 电量任意假定的方向。 电量任意假定的方向。 _ I R b + a Uab U– b a + U _
2. 参考方向的表示方法
电流： 电流： 箭 标 a I R Iab b 电压： 电压： 正负号 双下标
R
+ U I –2A R 6V – （b） ）
由上题看出，表达式中有两套正负号： 由上题看出，表达式中有两套正负号： 式前的正负号由U、 参考方向的关系确定； ① 式前的正负号由 、I 参考方向的关系确定； ② U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 、 方向之间的关系。 方向之间的关系。 通常取 U、I 参考方向相同。 、 参考方向相同。
三、电路模型
电路中实际的元件种类繁多，且电磁特性复杂， 电路中实际的元件种类繁多，且电磁特性复杂，因 此很难于按照实物绘制和分析电路。在工程上， 此很难于按照实物绘制和分析电路。在工程上，均采用 国家统一规定的电气符号绘制电路图，这种电路图称为 国家统一规定的电气符号绘制电路图， 电路模型，简称为电路。 电路模型，简称为电路。电气符号是一种理想的电路元 所谓理想元件是指在一定条件下， 件。所谓理想元件是指在一定条件下，忽略了实际电气 元件的次要因素并将它抽象为只反映单一电磁性质的元 件模型。 件模型。
例： 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻 。 + U I 6V 2A – （a） ） 解： 对图（ ） 对图（a）有， U = IR 对图（ ） 对图（b）有， U = – IR
U 6 ∴ R = = = 3Ω I 2 U 6 = 3Ω ∴ R=− =− I −2
嘉庚学院机电系 教师： 教师：张丹
第1章 电路基本概念
1.1 电路及其模型 1.2 电压和电流的参考方向 1.3 关联方向及其应用 1.4 电位 1.5 电路基本元件及其特性 1.6 电路的工作概况