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1、第一章直流电路,第一节 电路的基本概念第二节 电路的基本定律第三节 电路的工作状态和电器设备的额定值 第四节 线性电路的两个基本原理,第一节 电路的基本概念,一、电路的组成电源：提供电能负载：用电设备 中间环节：连接电源和负载,二、实际电路和电路模型1.实际电路的分析和计算，需将实际电路元件理想化（或模型化），突出其主要的电磁性质，近似看作理想元件。2.理想元件：,3.电路模型：实际电路可近似看做由理想元件组成的电路,三、电路中的基本物理量,物理量正方向的表示方法,电路分析中的假设正方向（参考方向）,提问：在复杂电路中难于判断元件中物理的实际方向，电路如何求解？,A B,B A,解决：在解题前
2、先设定一个正方向，作为参考方向。如A B,注意：,(1)方程式如：U/I=R 适用于假设正方向一致的情况,(2)“实际方向”是物理中规定的，而“假设 正方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(3)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.,(4)为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向按相同方向假设。称：关联的参考方向,关联参考方向,非关联参考方向,电功率,功率的概念：设电路任意两点间的电压为 U,流入此部分电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为:P=UI,在 U、I 正方向选
3、择一致的前提下，,1)若 P=UI 0,“吸收功率”（负载）,2)若 P=UI 0,“发出功率”（电源）,电路中能量守衡关系,P（吸收）=P（发出）,第二节 电路的基本定律,电流源与电压源欧姆定律基尔霍夫定律 1.基尔霍夫电流定律 2.基尔霍夫电压定律电路中电位的计算,一电压源与电流源,（1）伏安关系,（2）特性曲线与符号,电压源,电流源,二、欧姆定律：,U=RI,U=-RI,U=-RI,注意：用欧姆定律列方程时，一定要在 图中标明参考方向！,还可表示为：I=GUG表示传导电流的能力，单位：S（西门子）,二、基尔霍夫定律,从电路的全局和整体上阐明各部分电压、电流之间必须遵循的规律。,支路：电路
4、中每一分支节点：三个或三个以上支路的连接点回路：电路中任一闭合路径,例：,支路：ab、ad、ac、bc、bd cd（共6条）,节点：a、b、c、d(共4个）,回路：abda、abcda、abca bcdb、adca、cbdac、acbda（共7 个）,1.基尔霍夫电流定律,对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于流出该节点的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数为零 即：I=0,I1+I2=I3+I4或I1+I2I3I40,基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性原理,基尔霍夫电流定律的扩展,KCL不仅适用于节点，也可推广到包围部分电路的任一假设闭合面。,节点方程：IA=IAB-IBCI
5、B=IBC-IABIC=ICA-IBC,三式相加：IA+IB+IC=0,(二)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。,例如：回路 a-d-c-a,U=0,电压升,电压降,或,例,设顺时针方向为绕行方向：a b c d,KCL方程：U1-U2-U3+U4=0,已知：U3=+20V,U4=5V,U5=+5V,U6=+10V,求：U1,U1-U6-U5+U3=0U1-(+10)-(+5)+(+20)=0U1=-5V,KVL推广：基尔霍夫电压定律也适合开口电路。,注意,E-RI-Uab=0Uab=E-IR,一、KCL方程的两套
6、符号：U前面的正负号由回路的绕行方向及电压参考极性确定；括号内数字前面的正负号表示电压数值的正负，取决于各元件的真实极性与参考极性是否一致。二、两点之间的电压降与所选的路径无关。,只要电位变化是首尾相接，各段电压构成闭合回路即可,1、什么是电位？电路中某点与参考点之间的电压，称为该点的电位。说明：参考点电位一般规定为零。通常选择大地、接地点或电器设备的机壳为参考点。电子电路中常选一条公共线作为参考点，该线是很多元件的汇集处且和机壳相连，称“地线”表示符号：,三、电路中电位的计算,计算电位，参考点任选,例,Uab=106=60VUca=420=80VUda=65=30VUcb=140VUdb=9
7、0V,分析：若分别选、为参考点,则：Ua=0 Ub=0 Ub=60V Ua=60V Uc=80V Uc=140V Ud=30V Ud=90V,结论：,各点的电位是相对的，与参考点的选取有关；而任意两点间的电压是绝对的，与参考点的选取无关。,引入参考点后，电路可简化。,第三节 电源的工作状态和电气设 备的额定值,电源有三种工作状态带载工作状态开路（空载）状态短路状态,一、带载工作状态,图中开关合上，接通电源与负载，即电源的带载工作状态,外特性曲线表明了电源电压U与输出电流I的关系其斜率和电源内阻R0有关。U=E-R0I,功率的平衡UI=EI-R0I 即P=PE-PPE=EI是电源产生的功率P=-
8、R0I 是电源内阻消耗的功率P=UI 是电源输出的功率,电气设备的额定值各种电气设备的电源、电流及功率都有一个额定值，它是为使设备在给定的工作条件下运行而规定的正常允许值。额定值常标在铭牌或说明中，用UN、IN和PN表示,二、开路（空载）状态,当开关断开时，电源处于开路（空载）状态开路：是外电路的电阻对电源来说等于无穷大，因此电路中电流为零，电源的端电压（称开路电源或空载电压U0）等于电源电动势，电源不输出电能。,I=0 U=U0=E P=0,三、短路状态,1、当电源的两端a 和b由于某种原因连在一起，电源被短路，外电路的电阻视为零，电源的端电压也为零。,2、电流的回路中仅有电源内阻R0，电流
9、很大，称为短路电流IS,U=0I=IS=E/R0PE=P=R0I,P=0,第四节 线性电路的两个基本原理,一、叠加原理,二、等效电源原理,一、叠加原理,概念:,在多个电源同时作用的线性电路(电路参数不随电压、电流的变化而改变)中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。,=,+,I=,注,电路中一个电源单独作用时，应将其余电源作“零值”，即理想电压源短接，而理想电流源开路，但它们的内阻仍计算在内。,例,用叠加原理求：I=?,I=2A,I=-1A,I=I+I=1A,应用叠加定理要注意的问题,1.叠加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。,2
10、.叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令E=0；暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即Is=0。,3.解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电 路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电 流的代数和。,4.叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用 来求功率。如：,5.运用叠加定理时也可以把电源分组求解，每个分 电路的电源个数可能不止一个。,二、二端网络等效电源定理,二端网络：若一个电路只通过两个输出端与外电路相联，则该电路称为“二端网络”。,无源二端网络：二端网络中没有电源,有源二端网络：二端网络中含有电源,等效电源：计算复杂电路中某一支路的电流或电压
11、时，相对于该支路之外的部分多么复杂，均可用一个线性有源二端网络来表示，对于计算支路仅相当于一个电源。,注意：“等效”是指对端口外等效,有源二端网络用电压源模型替代-戴维南定理,有源二端网络用电流源模型替代-诺顿定理,戴维南定理：,等效电压源的电动势（Ed）等于有源二端网络的开端电压,等效电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络的输入电阻。（有源网络变无源网络的原则是：电压源短路，电流源断路）,Ed=Ux,Rd=Rab,利用戴维宁定理解题的方法、步骤,断开所求支路；利用KVL定律求UX；除源(恒压源短路；恒流源开路)，求等效电阻Rd；利用I=UX Rd+R，求出未知电流,戴维南定理应用举例,
12、已知：R1=20、R2=30 R3=30、R4=20 E=10V求：当 R5=10 时，I5=?,等效电路,有源二端网络,第一步：求开端电压Ux,第二步：求输入电阻 Rd,例,等效变换后：,第三步：求未知电流 I5,Ed=UX=2V,Rd=24,时,(二)诺顿定理：任何一个线性有源二端网络均可以用一个电流为IS的理想电流源和内阻R0并联的电源等效代替。,等效电阻Rd仍为相应无源二端网络的输入电阻,等效电流源 Id 为有源二端网络输出端的短路电流,诺顿定理应用举例:,已知：R1=20、R2=30、R3=30、R4=20、E=10V 求：当 R5=10 时，I5=?,第一步：求输入电阻Rd。,有源二端网络,D,R1,R3,+,_,R2,R4,E,A,C,B,第二步：求短路电流 Id,D,R1,R3,+,_,R2,R4,E,A,C,I5,A,B,Id,24,0.083A,R5,10,Rd,第三步：求解未知电流 I5。,
