項目一、電路及基本元件測試任務1-1儀器儀表的認知與使用任務1-2電阻元件特性測試任務1-3電源元件特性測試任務1-4基爾霍夫定律驗證測試目錄項目導入表征器件的基本理想元件有電阻元件，電容元件，電感元件。表征激勵的有理想電壓源和理想電流源。在集中參數電路假設下：理想元件都是抽象的模型，它們沒有體積，其特性集中在空間一點上，稱為集中參數元件。由電阻、電容、電感等集總參數元件組成的電路稱為集總電路。任務1-1儀器儀表的認知與使用1.1.1電路的基本概念1、什么是電路電路是由各種電器器件按照特定的方式相互連接而成的，這些連接為電流的流通提供了通路。為了實現電能或電信號的生產、傳輸及利用，將所需的電氣元件或設備按照一定方式連接起來形成一個集合，統稱為實際電路。2、電路的組成電路的基本組成包括以下四個部分：（1）電源（供能元件）

（2）負載（耗能元件）（3）控制器件

（4）連接導線火線..零線電源連接導線和其余設備為中間環節負載3、電路的模型在一定條件下將實際元件理想化，利用電氣符號表征其主要性能的電路稱為電路模型。

實體電路負載電源開關連接導線SRL+

U–IUS+_R0電路模型電源負載說明：1、電路模型是用來探討存在于具有不同特性的、各種真實電路中共同規律的工具。2、將電路實體中的各種元件用能夠表征它們主要電磁特性的理想元件(模型)來代替，而對它的實際上的結構、材料、形狀等非電磁特性不予考慮。這種做法我們成為集總假設。1·1·2描述電路的常見物理量電流電壓電功率電流定義：單位時間內通過導體橫截面的電荷量，稱為電流強度i(t)，簡稱電流。單位：安培(A)。配套單位還有毫安(mA)、微安(μA)等。實際方向：正電荷流動的方向。參考方向：任意設定，表示方法如下：若計算得電流為正值，說明所設參考方向與實際方向一致；若計算得電流為負值，說明所設參考方向與實際方向相反?！纠?-1-1】請回答下圖中經過電阻上的電流的實際方向。(a)(b)分類：直流電流：電流的大小及方向都不隨時間變化。記為DC或dc，用大寫字母表示。交流電流：電流的大小及方向均隨時間變化。記為AC或ac，用小寫字母表示。電壓定義：電壓是指電路中兩點A、B之間的電位差。單位：伏特(V)。常用單位還有毫伏(mV),千伏(kV)等。實際方向：規定為從高電位指向低電位的方向。參考方向：任意假定。表示方法如下：(a)箭頭表示(b)+-符號表示(c)下標表示分類：分為直流電壓和交流電壓兩大類。關聯參考方向定義：對一個確定的電路元件或支路而言，若電流的參考方向是從電壓參考極性的“+”流向“-”，則稱電流與電壓為關聯參考方向，簡稱關聯方向，否則為非關聯方向。(a)關聯參考方向(b)非關聯參考方向【例1-1-2】下圖所示電路中，電壓u和電流i的參考方向是否關聯？電功率定義：單位時間電場力所做的功，稱為電功率，簡稱功率。u，i為關聯參考方向：若為非關聯參考方向：則公式為單位：瓦特（W）吸收功率與發出功率通常約定p>0時，元件吸收功率；p<0時，元件發出功率?！纠?-1-3】下圖中，各電流大小均為2A，各電壓大小均為5V，其參考方向如圖中所示，求圖中各元件吸收或發出的功率?！窘狻?a)，元件吸收10W的功率。(b)，元件發出10W的功率。(c)，元件發出10W的功率。(d)，元件吸收10W的功率。關聯非關聯關聯非關聯【例1-1-4】已知圖中元件1的功率為-20W，I1=5A，求電壓U1；元件2的功率為-12W，U1=-4V，求電流I2【例1-1-5】已知U1=1V，U2=-3V，U3=8V，U4=-4V，I=2A，求圖示電路中各方框所代表的元件消耗或產生的功率，證明能量守恒。小結：1、實際電路和電路的模型。2、電流和電壓的定義、表達式、單位、實際方向、參考方向、分類。3、電壓、電流的關聯參考方向。4、功率、發出功率和吸收功率的判斷。任務1-2電阻元件特性測試實際電阻器實際電位器1、電阻電阻是導體材料的固有屬性，取決于材料的種類。導體電阻的大小與導體長度L成正比，與導體導通電荷的橫截面積S成反比。在固定溫度下，電阻的大小可以由下式表示：其中ρ為導體的電阻系數，稱為電阻率，它與導體的材料質地有關。單位：歐姆(Ω)，配套單位有毫歐(mΩ)，千歐(kΩ)等。熱效應：衡量電阻受溫度影響大小的物理量是溫度系數，其定義為溫度每升高1℃時電阻值發生變化的百分數。1.2電阻元件分類：（1）線性電阻所謂線性電阻元件是一種理想元件，在任何時刻，它兩端電壓U與通過它的電流I的比值為常量，其伏安特性曲線在I－U平面坐標系中為一條通過原點的直線。通常所說的“電阻”，如不作特殊說明，均指線性電阻。(a)線性電阻的伏安特性曲線（2）非線性電阻實際上，所有電阻器件的伏安特性曲線或多或少都是非線性的。例如晶體二極管，其電壓-電流關系呈明顯的非線性，如圖(b)所示，屬于非線性電阻器件。(b)非線性電阻的伏安特性曲線還有一類電阻器件，它的電阻值隨時間而變化，稱為時變電阻器，其模型為時變電阻元件。2、電導電阻元件的特性還可以用另一參數——電導來表示。電導是電阻的倒數，用符號G表示，即單位：西門子(S)1.3歐姆定律歐姆定律（Ohm’sLaw，簡稱OL）是電路分析中重要的基本定律之一，它說明流過線性電阻的電流與該電阻兩端電壓之間的關系，反映了電阻元件的特性。若線性電阻上的電壓、電流取關聯參考方向時，歐姆定律表示如下式：當電壓、電流取非關聯參考方向時，歐姆定律表示為：式中：R為電阻，G為電導。1、歐姆定律的內容注意事項：（1）只適用于線性電阻(R為常數)；非線性電阻元件的伏安特性不是一條通過原點的直線面是曲線，所以元件上電壓和流過元件的電流之間不服從歐姆定律。（2）如電阻上的u與i的參考方向非關聯，公式中應冠以負號；（3）在參數值不等于零、不等于無限大的電阻、電導上，電流與電壓是同時存在、同時消失的?！纠?-2-1】電路如圖所示，圖中標示的為各個物理量的參考方向，已知電源電壓為20V，求開關分別撥至A端和B端時，電路中的電流以及電阻上的電壓。uAuBi2、開路和短路（1）開路：對應電阻為無窮大的情況（2）短路：對應電阻為零的情況開路時電流為零，短路時電壓為零?！纠?-2-2】電路如圖所示的電路存在故障，當開關S閉合時，燈泡L1、L2都不亮；用一段導線兩端連接a、b兩點時，兩燈都不亮；導線連接b、c兩點時，兩燈都不亮；導線連接c、d兩點時，兩燈都亮。說明故障存在于（

） A.L1斷路 B.L2斷路

C.L2短路 D.開關S斷路3、線性電阻元件的功率電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p

ui

i2R

u2/R表明Rui-+在關聯參考方向下，電阻上消耗的功率為：在非關聯參考方向下，電阻上消耗的功率為：Rui-+p

-ui-(-iR)i=i2R

u2/R【例1-2-3】電路如圖所示，若電流i<0，電壓u是否為正？小結：1、線性電阻元件的符號和伏安特性曲線；2、歐姆定律的內容及使用注意；3、電阻元件的功率。練習某一電阻元件為10Ω，額定功率PN=40W。問：（1）當加在其兩端電壓為30V，該電阻能正常工作嗎？（2）若要使該電阻正常工作，外加電壓不能超過多少伏?任務1-3電源元件特性測試1.4理想電源電源是一種能將其他形式的能量（如光能、熱能、機械能、化學能等）轉換成電能的裝置。發電機、蓄電瓶、干電池等是一些常見的電源，為電路提供這種電能。理想電源是在一定條件下從實際電源抽象出來的一種電源模型。根據對實際電源的觀察分析，從而得出兩種電源模型：理想電壓源和理想電流源。干電池鈕扣電池蓄電池直流穩壓源1.4.1理想電壓源電路符號定義i無論流過它的電流是多少，其兩端電壓總是保持不變，這樣的元件叫理想電壓源。+_Us電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；與流經它的電流方向、大小無關。通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。電壓、電流關系理想電壓源的伏安特性曲線理想電壓源可以開路，但是不能短路！理想電壓源的外電路【例1-3-1】求下圖兩種情況下u的取值。理想電壓源的功率+_iu+_P<0,發出功率+_iu+_P>0,吸收功率（1）電壓、電流參考方向非關聯（2）電壓、電流參考方向關聯物理意義：1.4.2理想電流源其輸出電流總能保持定值，與它的兩端電壓u

無關的元件叫理想電流源。

電路符號

定義u+_is電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。電壓、電流關系電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關；與它兩端電壓方向、大小無關。

圖理想電流源的伏安特性圖外接電路理想電流源可以短路，但不能開路！

理想電流源的功率參考方向非關聯參考方向關聯u+_isu+_isP<0,發出功率，起電源作用P>0,吸收功率，充當負載【例1-3-2】計算電路中各元件的功率。1.5實際電源理想電壓源和電流源從理論上說都是可以向外提供無窮大功率的理想電源。例如當電壓源的外接電路短路時，i→∞，而us仍保持不變；故功率為無窮大，實際上這是不可能的。實際電源的內部是有電阻（稱為內電阻）存在的，端電壓將隨電流增加面下降。一般可用具有串聯電阻的電壓源作為實際電源的模型。如果電流源外接電路開路時，因為開路相當于外接電阻R→∞，而is保持不變，功率為無窮大，實際上這也是不可能的。一般可用具有并聯電阻的電流源作為實際電源的模型。由此我們可用一個理想電壓源US和內阻RS串聯的模型來表示實際電壓源。開路電壓短路電流特性：端電壓隨著端電流的增加而減小。原因：實際電壓源內部電阻上的壓降隨電流贈大而增大，端電壓也就越低。1.5.2實際電流源

開路電壓短路電流GS=1/RS實際電流源在向外電路提供電流時，也會由于內阻的存在，而不能維持一個定值。電流源輸出的電流I隨其端電壓U的增加而減小。(a)(b)特性：輸出電流隨著端電壓的增加而減小。原因：端電壓越大，內阻分流越大，實際輸出的電流就越小。小結1、理想電壓源和理想電流源的定義、圖形符號、工作特點和功率的計算；2、實際電源的兩種模型：電壓源和電流源，結構，伏安關系。1、計算圖所示的電路中4Ω電阻的電壓、電流源的端電壓及其吸收的功率。練習2、自測圖1-2所示電路，已知US＝3V，IS＝2A，求UAB和I。I－US＋IS2Ω1Ω

A

B

自測圖1-2任務1-4基爾霍夫定律驗證測試電路中通過同一電流的分支ab支路節點三條或三條以上支路的連接點+_R1uS1+_uS2R2R3網孔一定是回路，但回路不一定是網孔任一閉合路徑③回路④網孔內部沒有其他支路穿過的回路ab+_R1uS1+_uS2R2R3一般把含元件較多的電路稱為網絡。實際上電路和網絡這兩個名詞并無明確的區別，可以混用。⑤網絡節點：？個支路：？條回路：？個網孔：？個1.6電路中的電位與電壓的關系1、電位的定義電路中a、b兩點的電位之差稱為a、b兩點之間的電壓，用Uab表示，如下式表示，單位為伏（V）若Uab>0，則a點的實際電位就高于b點的實際電位，反之亦然。2、計算電路中某點電位的方法（1）確認零電位參考點的位置。（2）確定電路中的電流方向和各元件兩端電壓的正負極性。（3）從被求點開始通過一定的路徑繞到零電位參考點，則該點的電位等于此路徑上所有電壓降的代數和。Uab=Va-Vb電路中a點與零電位參考點之間的電壓為a點的電位

。（1）電路中參考點的選定是任意的，它只是一個公共點，不過一經選定，在測量過程中不允許改變電位參考點，且規定該點的電位為零，電路中電位的高低，正負都是相對于參考點而言的。若參考點發生變化，電路中各點電位都會隨之發生變化。（2）電路中任意兩點間的電壓等于該兩點間的電位差，電壓與參考點的選擇無關。若參考點發生變化，電路中該兩點間的電壓不會隨之發生變化。有關電位的特別說明【例1-4-1】電路如圖所示，分別以a、b為參考點，求圖示電路中個點的電位Va，Vb，Vc，Vd以及Uab，Uac，Uad?！纠?-4-2】電路如下圖所示，求開關S打開和閉合兩種狀態下A，B兩點的電位。1.7基爾霍夫定律基爾霍夫兩大定律構成的外部約束條件也稱為“拓撲”約束，即只與電路的連接結構有關，而與元件性質無關；元件伏安關系構成的內部約束條件也稱為元件約束，只與元件性質有關，而與電路的連接結構無關。二者的聯立就確定了電路的解。故求解電路的任何方法都應該是、也必定是這兩類約束條件既必要又充分的體現。2.基爾霍夫電流定律

(KCL)

第一種表述：任何時刻，任意節點的所有支路電流的代數和恒等于零。（一般規定電流參考方向離開節點的，方程中取正號，反之取負號。）

第二種表述：在任何時刻，電路中流入任一節點中的電流之和，恒等于從該節點流出的電流之和。令流出為“+”，有：例三式相加得：例1

32表明：KCL可推廣應用于電路中包圍多個結點的任一閉合面。-i1-i2+i3+i4+i5=0KCL的推廣應用

i=0ABi1i2i3ABi1i2ABi?圖示B封閉曲面均可視為廣義結點，-i1-i2-i3=0【例1-4-4】如圖所示，圖中標示了支路電流的參考方向，給出了部分電阻值和支路電流大小，試求i的大小。(1)KCL具有普遍意義，它適用于任意時刻、任何激勵源情況的一切集總參數電路。(2)KCL是電荷守恒和電流連續性原理在電路中任意結點處的反映；(3)KCL是對結點處支路電流加的約束，與支路上接什么元件無關，與電路是線性還是非線性無關；(4)KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電流實際方向無關。明確(5)n個節點只能列出n-1個獨立的電流方程。基爾霍夫電壓定律KVL任意時刻，沿任一回路的所有支路或元件的電壓的代數和恒等于零。電壓參考方向與回路繞行方向一致