第2章 电路的基本概念与基本元件

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1、1.1 电路和电路模型1.1.1 电路由实际元器件构成的电流的通路。负载电源开关连接导线电源、负载、中间环节（连接导线、 开关设备、继电保护）1.1 电路和电路模型1.1.1 电路负载电源开关连接导线电源：电路中提供电能的装置。如发电机、蓄电池等。负载：消耗或转换电能的设备。如电动机、电灯等。中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件。1.1.2 电路模型电源负载实体电路中间环节电路模型负载电源开关连接导线SRL+ UIUS+_R0与实体电路相对应、由理想元件构成的。2、理想电路元件：是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、确切，可定量分析和计算。R只具耗能的电特性C只具有储存

2、电能的电特性L只具有储存磁能的电特性+ US输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定IS1.2 电路的基本物理量1.2.1 电流电荷的定向移动形成电流。有大小和方向的。1、 电流大小单位时间内通过导体截面的电量。UsAB电场方向S面tqti)(dttdqtqtit)(lim)(02、 电流方向正电荷运动方向规定为电流的实际方向3、 电流单位）秒（）库仑（）安培（sCA 4、 电流分类OitT2TOititO(a)(b)(c) 交流 无规律变化电流 直流1.2.2 电压电路中a、b点两点间电压的定义是：单位正电荷从a点移到b点电场力所做的功。负 载 eAB

3、电源u(t)dqdwuabab1、 电压大小2、 电压方向电压的实际方向高电位指向低电位3、 电压单位）库仑（）焦耳（）伏特（CJV 1.2.3 电位单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。（用用 “”表示）表示） baabVVUa、b两点间的电压等于a、b两点的电位差。举例一举例二第二讲 参考方向1.2.4 电流、电压的参考方向需要假设电流方向，再进行计算。所谓参考，就是分析计算时的参照，人为假定。目的是将电流、电压看成代数量。不正确，电流是有方向的1、电流的参考方向元件（或导线）中电流流动的实际方向有两种可能。电流的参考方向：任意假设的电流方向。代数量可以表示电流大小（绝对值）方向（正、

4、负号）(i) 电流参考方向的表示方法：Iab 双下标双下标箭箭 头头abRI(ii) 实际方向与参考方向的关系电流计算值为正值，实际方向与参考方向一致；电流计算值为负值，实际方向与参考方向相反。若若 I = 5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；若若 I = 5A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a 。abRI2、电压的参考方向电压的参考方向：任意假设的电压方向。(i) 电压参考方向的表示方法：U+-正负号正负号 双下标双下标箭箭 头头 U Uab-ab+(ii) 实际方向与参考方向的关系电压计算值为正值，实际方向与参考方向一致；电压计算值为负值，实际方向与参考方向相反。abRU+若若

5、U = 5V，则电压的实际方向从，则电压的实际方向从 a 指向指向 b；若若 U= 5V，则电压的实际方向从，则电压的实际方向从 b 指向指向 a 。3、关联参考方向 对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为方便，常将其取为一致，称关联方向；如不一致，称非关联方向。aIUbaIUb1.2.5 电能与电功率UItPtW日常生产和生活中，电能（或电功）也常用度作为量纲：1度度=1KWh(千瓦时) = 3600kJ电阻在时间电阻在时间t 内所消耗的电能为：内所消耗的电能为：式中单位：式中单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电能时，电能W为焦耳为焦耳【J】1度电的概念100

6、0W的电炉加热 1 小时 100W的电灯照明10小时 40W的电灯照明25小时2、电功率 电场力在单位时间内所做的功称为电功率。功率：符号P 表示，单位为（瓦），常用的还有k（千瓦）。功率与电流、电压的关系：关联方向时：P= =UI非关联方向时：P = =UIp0时吸收功率（负载），p0时放出功率(电源)。求图示各元件的功率求图示各元件的功率 I=-2A I=2A + U=5V (a) (b) + U=5V I=-2A (c) + U=5V a）c）P=UI=52=10W，P0，吸收，吸收10W功率。功率。b）P=UI=5(2)=10W，P0，吸收，吸收10W功率。功率。关联方向关联方向关联方

7、向关联方向非关联方向非关联方向 右下图电路，若已知元件吸收功率为20W，电压U=5V，求电流I。+UI元 件由图可知UI为关联参考方向，因此:A4520UPII为负值，说明它的实际方向与图上标示的参考方向相反。元件元件A：I=1A，U1=10V，U2=6V，U3=4V。求各元件功率，并分析电路的功率平衡关系。解解：关联方向，关联方向，P3=U3I =41=4W，P30，吸收，吸收10W功率，功率，负载负载。非关联方向，非关联方向，P1=U1I=101=10W，P10，吸收，吸收10W功率，功率，负载负载。元件元件B：元件元件C：P1+P2+P3=1=+6+4=0，功率平衡功率平衡。总功率：总功

8、率： I A B C + U1 + U3 + U2 1.3 电阻元件及其伏安特性1.3.1 电阻与电阻元件2.Ou(t)i(t)()(tantituR 对于线性电阻元件：对于线性电阻元件： U = I RU、I关联方向时关联方向时RU+IU = I R非关联方向时非关联方向时RU+I应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。对图对图(b)有有, U = IR326 :IUR所以326:IUR所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A解：解：对图对图(a)有有, U = IR3.（1）有载工作（通路） U RLS USR0S0LUIRRS0LUI

9、RUIRPPPSP=UI -电源输出的功率电源输出的功率PS=USI -电源产生的功率电源产生的功率P=I2R0 -内阻消耗的功率内阻消耗的功率（2）开路状态：U=USI0S US R0RLSS000IUUPP（3）短路状态：RLS US R002S0SSC00RIPPPRUIIUU1.4 电容元件及其伏安特性1.4.1 电容器1.4.2 （线性）电容元件1.4.3 电容元件的伏安特性电容的特点：1) i 的大小取决于 u 的变化率,与 u 的大小无关,电压有变化才有电流,电容是动态元件；2)当 u 为常数(直流)时, i =0.电容相当于开路,电容有隔断直流作用; 3）当 u、i为非关联方向

10、时,上述微分和积分表达式前要冠以负号。1.5.1 电感元件1.5 电感元件及其伏安特性线圈1.5.2 电感元件的伏安特性电容的特点：（2）（3）1.6 理想电源蓄电池蓄电池 电源是能将其他形式的能量转换为电能的装置。任何一个实际的电源（或信号源）对外电路所呈现的特性可以用电压源模型或电流源模型来表示。 1.6.1 理想电压源电压源模型S USR0RL输出端电压 UI. .实际电压源实际电压源oIRUsU伏安特性伏安特性Ro越大越大斜率越大斜率越大IUUSIRO. .理想电压源理想电压源 （恒压源）（恒压源）: : RO= 0 时的电压源时的电压源.特点特点：（3）电源中的电流由外电路决定。）电

11、源中的电流由外电路决定。IUS+_abUab伏安特性伏安特性IUabUS （2）电源内阻为）电源内阻为 “RO= 0”。（1）理想电压源的端电压恒定。）理想电压源的端电压恒定。1.6.2 理想电流源. . 实际电流源实际电流源SoUIIRIsUI外特性外特性 电流源模型电流源模型RORO越大越大特性越陡特性越陡U+_RLR0ISI. .理想电流源理想电流源 （恒流源（恒流源):): RO= 时的电流源时的电流源. . 特点特点：（1）输出电流恒定）输出电流恒定。abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性（3）输出电压由外电路决定。）输出电压由外电路决定。（2）理想电流源内阻为无穷大（）理想电

12、流源内阻为无穷大（ RO= ）。）。2.1.4 两种实际电源等效变换当外接负载相同时，两种电源模型对外部电路的电压、电流相等。 I = I Uab = Uab即即Us = Is R0内阻改并联Is = UsR0bI IR0Uab+_Us+_aIS R0Us bI IR0Uab+_a内阻改串联变换过程中内阻不变内阻不变。等效变换的要点等效变换的要点（1 1）“等效等效”是指是指“对外对外”等效（等效互换前后等效（等效互换前后对外伏安特性一致），对外伏安特性一致），对内不等效。对内不等效。IsaRObUabI RLaUS+-bIUabRORLRO不消耗能量不消耗能量RO 则消耗能量则消耗能量对内不

13、等效对内不等效时时例如：例如：LR （2 2）等效变换前后）等效变换前后 E E 与与 I Is s 的方向要一致：的方向要一致：aUs+-bIROUs+-bIROaIsaRObIaIsRObI（3 3）理想电压源和理想电流源不能等效互换）理想电压源和理想电流源不能等效互换abIUabIsaUs+-bI(4) (4) 任何一个电动势任何一个电动势和某个电阻和某个电阻串联的串联的电路，都可化为一个电流为电路，都可化为一个电流为和这个电阻并联和这个电阻并联的电路。的电路。+RUSI-视为实视为实际电压源际电压源IsR1视为实视为实际电流源际电流源1、多个电压源串联时，其等效电压源的电压等于各电压源

14、电压的代数和。ab+US1+US2US3+USab321SSSSUUUU321SSSSIIII2、多个电流源并联时，其等效电流源的电流等于各电流源电流的代数和。ab+US+USab+US3、任一支路和电压源并联时，其等效电压源的电压等于 。(对外电路而言）ab+USab4、任一支路和电流源串联时，其等效电流源的电流等于 。(对外电路而言）(a)a+5V3 2 U+ +abU2 5V(a)+ (b)aU 5A2 3 b+ a5AbU3 (b)+ 例：用电源模型等效变换的方法求图（例：用电源模型等效变换的方法求图（a a）电路的电流）电路的电流i i1 1和和i i2 2(a) 电路2Ai1i2 +5V 105(b)2Ai21051AA1351052i3Ai2105(c)A1221 ii补充：电压源、电流源的串联和并联1、理想电压源的串联和并联2、理想电流源的串联和并联