1、第一章電路的基本知識第一章電路的基本知識1.1 1.1 認識電路認識電路1.3 1.3 電流、電壓及其參考方向電流、電壓及其參考方向1.2 1.2 電路模型的構建電路模型的構建1.4 1.4 電路的電路的-電阻、電感、電容元件電阻、電感、電容元件1.5 1.5 電路的有源元件電路的有源元件電壓源與電流源電壓源與電流源1.6 1.6 電路的電路的3 3種狀態及電氣設備的額定值種狀態及電氣設備的額定值1.1.1 1.1.1 電路的組成及各部分的作用電路的組成及各部分的作用 一個最簡單的電路由電源、負載、中間環節3個部分組成。（2）負載：是將電能轉換成其他形式能的器件或設備，是電路中能量的消耗者，如

2、電燈、電爐、電動機等。負載是各類用電器的統稱。（3）中間環節：包括連接導線、控制、保護裝置等。連接導線的作用是輸送、分配電能。控制、保護裝置的作用是控制電路的通斷、保護及檢測電路等，如開關電器、熔斷器、儀器儀表等。（1）電源：是將其他形式的能轉換成電能的裝置。它是電路中能量的提供者，如干電池、蓄電池、發電機或信號源等圖1-1 手電筒電路1.1 1.1 認識電路認識電路1.1.2 1.1.2 電路的作用電路的作用1.1.電能的傳送、分配與轉換電能的傳送、分配與轉換2傳遞和處理信號2傳遞和處理信號2傳遞和處理信號2.2.傳遞和處理信號傳遞和處理信號 發電廠中發電機發出的電能通過變壓器、輸電線等送到

3、用電單位，將電并通過負載能轉換成其他形式的能量（如熱能、機械能等）。 通過電路將輸入的信號進行轉換、傳送或加工處理，使之成為滿足一定要求的輸出信號。1.2.1 1.2.1 電路元件電路元件1.2 1.2 電路模型的構建電路模型的構建 無源二端元件有電阻元件無源二端元件有電阻元件R R、電感元件、電感元件L L、電容元件、電容元件C C。 有源二端元件分為電壓源元件和電流源元件。有源二端元件分為電壓源元件和電流源元件。1.2.2 1.2.2 電路模型電路模型 用理想電路元件及其組合來模擬實際電路中的各個元器件，再用理想導線將各個理想電路元件進行串聯或并聯所組成的電路稱為實際電路的電路模型。手電筒

4、實體電路的電路模型如圖1-1（b）所示。圖1-1 手電筒電路1.3 1.3 電流、電壓及其參考方向電流、電壓及其參考方向1 1電流的定義電流的定義 電荷的定向移動形成電流。單位時間內通過導體某一橫截面的電量稱為電流強度（電流的大小），用小寫字母i表示，即ddqit 電流的大小和方向均不隨時間變化稱為穩恒直流電流，簡稱直流（DC），用大寫字母I表示，即 2 2電流的單位電流的單位QIt 安培（A）。較小的單位有毫安（mA）、微安（A）、納安（nA）。1.3.1 1.3.1 電流及其參考方向電流及其參考方向3 3電流的方向電流的方向abbaii 12ii 圖1-8 電流方向的表示方法 電流的實際方

5、向規定為正電荷運動的方向，為了分析計算電路方便，預先假定的電流方向稱電流的參考方向（或正方向）。電流的方向在連接導線上用箭頭或用雙下標表示，如圖1-8所示。當參考方向與實際方向一致時電流為正;當參考方向與實際方向相反時，電流為負。，。4 4電流的分類電流的分類 恒定直流電：大小和方向均不隨時間變化（用字母I 表示） （DC） 脈動直流電：方向不隨時間變化 正弦交流電：大小和方向隨時間按正弦規律變化（用字母i 表示） 非正弦交流電：大小和方向不按正弦規律周期性變化 交流電 （AC） 電流 直流電 各種電流的波形圖如圖1-9所示。圖1-9 電流的分類5 5電流的測量電流的測量、 電流可用電流表 來

6、測量。測量接線時將電流表串聯在電路中，用電流表接通電路。直流電流表有正、負兩個接線端子，正極接電路的高電位端。交流電流表的兩個接線端子無正、負之分。 u1 1電壓的定義電壓的定義單位正電荷在電場力的作用下從電路中的a點移動到b點，電場力所做的功稱為a、b兩點間的電壓，即abddwuq電壓的大小和方均不隨時間變化時稱為穩恒直流電壓，用大寫字母U表示；一般電壓用小寫字母 表示 u2 2電壓的單位電壓的單位電壓的單位是伏特（V）。較大的單位有千伏（kV），較小的單位有毫伏（mV），微伏（V）uu1.3.2 1.3.2 電壓及其參考方向電壓及其參考方向 電位降低的方向為電壓的實際方向。任意假設的電壓方

7、向稱為電壓的參考方向（或正方向）。當電壓的實際方向與參考方向一致時，電壓為正值；當電壓的實際方向與參考方向相反時，電壓為負值。3 3電壓的方向電壓的方向4 4電壓方向的表示方法電壓方向的表示方法5 5電壓的測量電壓的測量電壓用電壓表來測量。 接線時將電壓表并聯在被測元件兩端。 電流和電壓的參考方向選為一致，稱為關聯正方向；反之為非關聯正方向。17 VU 13 AI 22AI 35 AI ，各電量的參考方向在圖中已經標出。請問：（1）各段電路電流、電壓的參考方向是否關聯？（2）各段電路電流的實際方向如何？（3）AB段電壓的實際方向如何？ 例例1-1 1-1 電路如圖1-12所示，例1-1 電路如

8、圖1-12所示，各電量的參考方向在圖中已經標出。請問：（1）各段電路電流、電壓的參考方向是否關聯？（2）各段電路電流的實際方向如何？（3）AB段電壓的實際方向如何？17 VU 13 AI 22 AI 35 AI 解：解：（1）一個兩端元件若電流從電壓的正極流入、從負極流出，則電壓電流為關聯方向；反之為非關聯方向。 由圖1-12可知為關聯方向為關聯方向為非關聯方向22UI、33UI、11UI、為正值，實際方向與參考方向一致13II、為負值，實際方向與參考方向相反2IU1的實際方向與參考方向相反，故B點的電位高，A點的電位低。AB段電壓的實際方向是由B指向A。因17VU 1.3.3 1.3.3 電

9、位電位aouaV1 1電位電位任選電路中的一點o為參考點，則電路中的某點a與參考點o間的電壓就稱為a點的電位，用 表示，單位也是伏特。 任選電路中的一點o為參考點，則電路中的某點a與參考點o間的電壓為參考點的電位規定為零，故參考點又稱為零電位點。2 2參考點的選擇參考點的選擇物理學中常選無限遠處或大地為參考點。電工學中若研究的電路有接地點，就選擇接地點為參考點，用符號 表示。3 3電壓與電位的關系電壓與電位的關系電路中a、b兩點間的電壓等于a、b兩點的電位之差，即ababuVV電位是相對的，隨參考點發生變化；但任意兩點間的電壓是絕對的，不隨參考點變化。電子線路中，常取若干導線匯集的公共點或機殼

10、作為電位的參考點，用符號 表示。 例例1-2 1-2 電路如圖電路如圖1-131-13所示。求各點的電位及所示。求各點的電位及c c、d d間的電壓間的電壓解：如果選解：如果選b b點為參考點，則點為參考點，則aab10 660 VVUccb140 VVUddb90 AVUcdcd1409050 VUVV如果選如果選d d點為參考點，則點為參考點，則aad6 530 VVU bbd90 VVU ccbbd1409050 VVUUcdcdc50 VUVVV 選用不同的參考點，各點電位的數值不同，但任意兩點選用不同的參考點，各點電位的數值不同，但任意兩點之間的電壓不隨參考點的改變而變化。之間的電壓

11、不隨參考點的改變而變化。 在電子電路中，為了簡化電路的繪制，常采用電位標注法。如圖1-14（a）所示電路用電位標注時，可簡化成圖1-14（b）的形式。1.3.4 1.3.4 電動勢電動勢1電動勢 在電源內部，電源力將單位正電荷由負極移到正極所做的功定義為電源的電動勢，電動勢用符號e表示。ddweq直流電源的電動勢為WEQ2 2電動勢的圖形符號電動勢的圖形符號3 3電源電動勢和電壓的關系電源電動勢和電壓的關系 電壓源對外電路的作用效果既可以用電動勢表示，也可以用電壓表示。 沿電動勢的方向電位升高了E伏，沿電壓的方向電位降低了同樣的數值，故有abEU。 1.3.5 1.3.5 電能、電功率電能、電

12、功率1 1電能電能 電流所具有的能量稱為電能。電能用電度表 測量。電流做的功稱為電功，用字母W表示。WW=UItUIt電功的單位是焦耳（J）。1J1V 1A 1s電功的實用單位是千瓦/時（kWh），簡稱“度”。61kW h3.6 10 J2 2電功率電功率 單位時間內電路吸收或發出電能的速率稱為電功率，簡稱功率，用符號p或P表示。習慣上常把吸收或發出電能說成是吸收或發出功率。ddddddww qpuitqt直流情況下PUI 功率的單位為瓦特（W）。較小的單位有毫瓦（mW），較大的單位有（kW）、兆瓦（MW）等。1 W = 1 V1 W = 1 V1 A1 A功率用功率表 測量。0p 0p （4

13、 4）功率正負的意義）功率正負的意義在電路分析中，電功率有正、負之分：當一個電路元件的功率為正值時，即 這個元件起電源作用，它發出功率，即向電路提供電能。當一個電路元件的功率為負值時，即 這個元件是負載，它吸收（消耗）功率，即從電路取用電能。故電功率有以下兩種計算公式： ，當一段電路或一個元件的電流、電壓參考方向關聯時，puiPUI直流時為當一段電路或一個元件的電流、電壓參考方向非關聯時，pui 直流時為PUI 例1-3 求圖1-17中各二端元件的功率，并說明各功率的性質。解：圖1-17（a）中電流、電壓關聯方向，因此5 210 WPUI 吸收10 W的功率。該元件為負載。0P 圖1-17（b

14、）中電流、電壓關聯方向，因此5 ( 2)10 WPUI 產生10 W的功率。該元件為電源。0P 圖1-17（c）中電流、電壓非關聯方向，因此5 ( 2)10 WPUI 吸收10 W的功率。該元件為負載。圖1-17（d）中電流、電壓非關聯方向，因此( 5) ( 2)10WPUI 產生10 W的功率。該元件為電源。1.4.1 1.4.1 電阻元件與歐姆定律電阻元件與歐姆定律電阻元件的伏安特性如圖所示2.2.電阻電阻元件的伏安關系元件的伏安關系若不加特殊說明，電阻元件均指線性電阻元件，線性電阻元件簡稱電阻。電阻元件及線性、非線性電阻元件的伏安特性Rui 電阻器、白熾燈、電熱器等可視為電阻元件，電路中

15、導線和負載上產生的熱損耗通常也歸結于電阻元件。1.41.4電路的無源元件電路的無源元件電阻電感電容元件電阻電感電容元件1.1.電阻元件電阻元件3.3.電導電導電阻的倒數稱為電阻元件的電導。令G=1/R，其單位是西門子（S） 在電流和電壓關聯參考方向下，任何瞬時線性電阻元件接收的電功率為222upuiRiGuR 電阻的粗略測量可用萬用表的歐姆擋，電阻的精確測量用單、雙臂電橋，絕緣電阻（大電阻）的測量用兆歐表，接地電阻（小電阻）的測量用接地搖表。電流、電壓關聯方向時電流、電壓非關聯方向時iGuiGu 1.4.2 1.4.2 電感元件電感元件1 1電感線圈及電感元件電感線圈及電感元件 單位電流產生的

16、自感磁鏈稱為電感線圈的電感量或自感系數（電感系數），用L表示。LLLi電感量的單位是亨利（H）1H=1Wb1H=1WbA A 比亨利（H）還小的單位有毫亨（mH）、微亨（H）。它們與亨利的換算關系361mH10 H, 1H10H 忽略電阻的電感線圈稱為理想電感線圈或純電感線圈，簡稱電感元件或電感。 若電感元件的電感量為常數，這樣的電感元件稱為線性電感元件，簡稱線性電感。例如，空心電感線圈可視為線性電感。 圖圖1-24 1-24 線性電感元件的圖形符號及韋安特性線性電感元件的圖形符號及韋安特性LLLLLddddddddLiieNLtttiueLt 2.2.電感元件的伏安（電感元件的伏安（u-u-

17、i i）關系）關系3 3電感元件的儲能電感元件的儲能2L001dd2tiWui tLi iL i電感的單位是亨利（H），電流的單位是安培（A），磁能的單位是焦耳（J）。4 4電感元件吸收的功率電感元件吸收的功率ddipiuiLt1.4.3 1.4.3 電容元件電容元件1 1電容器及電容元電容器及電容元件 實際電容器的理想化電路模型稱為電容元件，它的圖形符號如圖1-25（a）所示。電容元件的參數用電容量C表示。qCu 若電量的單位是庫侖（C），電壓的單位是伏特（V），則電容量的單位為法拉（F）。6121F10 F 1pF10F，2 2電容元件的伏安（電容元件的伏安（u-u-i i）關系）關系dd

18、()ddddqCuuiCttt 當電容元件兩端加直流電壓時，電容支路的電流為零，電容元件相當于開路圖1-25線性電容元件的圖形符號及庫伏特性3 3電容元件的儲能電容元件的儲能2c001dd2tuWui tCu uCu 電容的單位是法拉（F），電壓的單位是伏特（V），電場能的單位是焦耳（J）。4 4電容元件吸收的功率電容元件吸收的功率ddupuiuCt1.51.5電路的有源元件電路的有源元件電壓源與電流源電壓源與電流源1.5.1 1.5.1 電壓源電壓源1 1理想電壓源（恒壓源）理想電壓源（恒壓源）圖圖1-28 等效電壓源示例等效電壓源示例2 2實際電壓源實際電壓源實際直流電壓源模型的伏安關系為

19、0UEIR 實際直流電壓源模型的伏安特性曲線如圖1-29（b）所示。1.5.2 1.5.2 電流源電流源1 1理想電流源（恒流源）理想電流源（恒流源）圖圖1-32 1-32 等效電流源示例等效電流源示例2 2實際電流源實際電流源實際直流電壓源模型的伏安關系為SSUIIR 實際直流電流源模型的伏安特性曲線如圖1-33（b）所示。1.6電路的3種狀態及電氣設備的額定值1.6.1 1.6.1 電路的電路的3 3種狀態種狀態開路又稱為斷路，是電源和負載未接通時的工作狀態。典型的開路狀態如圖1-35所示。1.1.開路狀態開路狀態電源開路時的電路特征如下。（1）電路中的電流I= 0。（2）電源兩端的開路電

20、壓UOC=E，負載兩端的電壓U= 0。（3）電源產生的功率與負載轉換的功率均為零，即PE=P=0這種電路狀態又稱為電源的空載狀態。2 2短路狀態短路狀態 電路中任何一部分負載被短接，使該兩端電壓降為零，這種情況稱電路處于短路狀態。圖1-36（a）所示電路是電源被短接的情況，其等效電路如圖1-36（b）所示。電源短路狀態的特征如下:電源的端電壓U=0電源發出及負載轉換的功率均為零，即P=0；電源產生的功率全消耗在內阻上，即SC0EIIR2E0PI R3 3有載工作狀態有載工作狀態圖1-37（a）所示電路中，開關S閉合后，電源與負載接通構成回路，電路中產生了電流，并向負載輸出電功率，即電路中開始了正常的功率轉換，電路的這種工作狀態稱為有載工作狀態。電路有載工作狀態的特征如下: 電路中的電流： 負載端電壓： 電源的外特性曲線如圖1-37（b）所示。 功率平衡關系：0EIRR0UIREIREPPP 圖1-37 有載工作狀態1.6.2 1.6.2 電氣設備的額定值電氣設備的額定值1額定值電氣設備在給定的工作條件下正常運行而規定的容許值稱為額定值。電氣設備的額定值一般包括額定電壓UN、額定電流IN和