1、 1.1.1 電路電路 電路是電流的流通路徑, 它是由一些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接而成的。干電池開(kāi)關(guān)小燈泡(a)S(b)RiRUs1、 電路的組成電路的組成負(fù)載負(fù)載: 吸收吸收電能的裝置電能的裝置電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置傳輸控制器件傳輸控制器件導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)導(dǎo)線和開(kāi)關(guān)放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線輸電線電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓

2、降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線輸電線直流電源直流電源: 提供能源提供能源負(fù)載負(fù)載信號(hào)源信號(hào)源: 提供信息提供信息放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒信號(hào)處理：信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等3、電路元件與電路模型、電路元件與電路模型手電筒的電路模型手電筒的電路模型 為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路, 一般要將實(shí)際電一般要將實(shí)際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來(lái)模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電其組合來(lái)模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。路相對(duì)應(yīng)的電路

3、模型。 手電筒由電池、燈泡、手電筒由電池、燈泡、開(kāi)關(guān)和筒體組成。開(kāi)關(guān)和筒體組成。 理想電路元件主要理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。電容元件和電源元件等。+R0R開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)EI電珠電珠+U干電池干電池 導(dǎo)線導(dǎo)線 電池電池是電源元件，其是電源元件，其參數(shù)為電源電壓參數(shù)為電源電壓US 和內(nèi)和內(nèi)阻阻Ro； 燈泡燈泡主要具有消耗電能主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻其參數(shù)為電阻R； 筒體筒體用來(lái)連接電池和燈用來(lái)連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)用來(lái)

4、控制電路的通用來(lái)控制電路的通斷。斷。+R0R開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)USI電珠電珠+U干電池干電池 導(dǎo)線導(dǎo)線汽車(chē)電路舉例： 后窗除霜裝置 1作用 在較冷的季節(jié)，車(chē)窗玻璃上會(huì)凝結(jié)上一層霜、霧、雪或冰，從而影響駕駛員的視線。為了避免水蒸氣凝結(jié)，設(shè)置了除霜（霧）裝置，需要時(shí)可以對(duì)風(fēng)窗玻璃加熱。 2組成和原理 1蓄電池；2點(diǎn)火開(kāi)關(guān)；3熔絲；4除霜器開(kāi)關(guān)及指示燈；5-除霜器（電熱絲）。 。 簡(jiǎn)化電路后窗除霜電路 1蓄電池；2點(diǎn)火開(kāi)關(guān)；3熔絲；4除霜器開(kāi)關(guān)及指示燈；5-除霜器（電熱絲）。 dtdqi tQI 電流的實(shí)際方向?yàn)檎姾傻倪\(yùn)動(dòng)方向。 帶電粒子（電子、離子等）的定向運(yùn)動(dòng), 稱為電流。用符號(hào)i表示, 即當(dāng)電流的量值

5、和方向都不隨時(shí)間變化時(shí), 稱為直流電流, 簡(jiǎn)稱直流。 直流電流常用英文大寫(xiě)字母I表示。 電荷在電路中運(yùn)動(dòng)，必定受到力的作用，也就是電場(chǎng)力對(duì)電荷做了功，或者說(shuō)帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)必然要做功。電場(chǎng)力做功的能力用電壓來(lái)度量，電壓的方向規(guī)定為由高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)，并定義為：?jiǎn)挝徽姾稍陔妶?chǎng)力作用下，由a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到b點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功，稱為電路中a點(diǎn)到b點(diǎn)間的電壓，即 dqdwuabab 電荷的運(yùn)動(dòng)EU+內(nèi)電路外電路+Iab+電源在直流時(shí)，上式可寫(xiě)成 ：QWUabab2）電壓）電壓物理量物理量實(shí)實(shí) 際際 方方 向向電流電流 I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向 電壓電壓 U( (電位降低的方向電位降低的方向

6、) )高電位高電位 低電位低電位 單單 位位kA 、A、mA、AkV 、V、mV、V電流：電流：Uab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)電壓：電壓：I 在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。電量任意假定的方向。Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)箭箭 標(biāo)標(biāo)abRI正負(fù)極性正負(fù)極性+abU U+_+R0U3V注意：注意： 在參考方向選定后在參考方向選定后,電流電流(或電壓或電壓)值才有正負(fù)之分。值才有正負(fù)之分。 實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為正值正值；實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為負(fù)值負(fù)值。I = 0.28

7、A I = 0.28A 電源電壓電源電壓為為US =3VU+R0US3VU +例例: 電路如圖所示。電路如圖所示。 電流電流I的參考方向的參考方向與實(shí)際方向相同，與實(shí)際方向相同，I=0.28A, 反之亦然。反之亦然。 電壓電壓U 的參考方向與實(shí)際的參考方向與實(shí)際方向相反方向相反, U = 2.8V;即即: U = U 電壓電壓U的參考方向與實(shí)際的參考方向與實(shí)際方向相同方向相同, U = 2.8V2.8V 2.8V元件的電壓參考方向與電流參考方向是一致的, 稱為關(guān)聯(lián)參考方向。iu電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向6） 電位電位 在電路中任選一點(diǎn), 叫做參考點(diǎn), 則某點(diǎn)的電位就是由該點(diǎn)到參考點(diǎn)0的電壓。 如

8、果已知a、 b兩點(diǎn)的電位各為Va, Vb, 則此兩點(diǎn)間的電壓0aaUV bababaabVVUUUUU0000即兩點(diǎn)間的電壓等于這兩點(diǎn)的電位的差, 1.1.3 電功率和電能電功率和電能傳遞轉(zhuǎn)換電能的速率叫電功率, 簡(jiǎn)稱功率,用p或P表示。iupdtdqdqdwdtdwpdqdwudtdqi,1、電功率 在直流情況下功率的單位為瓦特, 簡(jiǎn)稱瓦, 符號(hào)為W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。UIP ttpdtW0從t0到t時(shí)間內(nèi), 電路吸收（消耗）的電能為2、電能 直流時(shí)， 有)(0ttPW 電能的SI主單位是焦耳, 符號(hào)為J, 在實(shí)際生活中還采用千瓦小時(shí)（kWh）作為電能的單位

9、,簡(jiǎn)稱為1度電。JhkW63106 . 33600101 所有元件接受的功率的總和為零。這個(gè)結(jié)論叫做“電路的功率平衡”。 U、I 參考方向不同，參考方向不同，P = UI 0，電源電源； P = UI 0，負(fù)載負(fù)載。U、I 參考方向相同，參考方向相同，P =UI 0，負(fù)載負(fù)載； P = UI 0，電源電源。 電源：電源： U、I 實(shí)際方向相反，即電流從實(shí)際方向相反，即電流從“+”+”端流出，端流出， （發(fā)出功率）（發(fā)出功率）； 負(fù)載：負(fù)載： U、I 實(shí)際方向相同，即電流從實(shí)際方向相同，即電流從“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）。例例 示為直流電路, U1=4V, U2=-8V

10、, U3=6V, I=4A, 求各元件接受或發(fā)出的功率P1、 P2和P3, 并求整個(gè)電路的功率P。 解解 P1的電壓參考方向與電流參考方向相關(guān)聯(lián), 故P1=U1I=44=16W (接受16W)P2和P3的電壓參考方向與電流參考方向非關(guān)聯(lián), 故P2=U2I=(-8)4=-32W (接受32W)P3=U3I=64=24W (發(fā)出24W)整個(gè)電路的功率P, 設(shè)接受功率為正, 發(fā)出功率為負(fù), 故P=16+32-24=24WU1IU2U3P1P2P3圖 1.5 例1.1圖描述消耗電能的性質(zhì)描述消耗電能的性質(zhì)iRu 根據(jù)歐姆定律根據(jù)歐姆定律:即電阻元件上的電壓與通過(guò)的電流成線性關(guān)系即電阻元件上的電壓與通過(guò)

11、的電流成線性關(guān)系SlR 金屬導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的尺寸及導(dǎo)體材料的金屬導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的尺寸及導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能有關(guān)導(dǎo)電性能有關(guān)，表達(dá)式為：表達(dá)式為：Riu+_1.2電路的三種狀態(tài)電路的三種狀態(tài) 遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。電路電壓與電流的比值為常數(shù)。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻的伏安特性常數(shù)常數(shù)即：即： IUR 歐姆定律歐姆定律U、I 參考方向相同時(shí)參考方向相同時(shí)RU+IRU+I 表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)：表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)：(1) 式前的正負(fù)號(hào)由式前的正負(fù)號(hào)由U、I 參考方向的關(guān)系確定；參考方向的關(guān)系

12、確定； (2) U、I 值本身的正負(fù)則說(shuō)明實(shí)際方向與參考方向值本身的正負(fù)則說(shuō)明實(shí)際方向與參考方向 之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。 通常取通常取 U、I 參考方向相同。參考方向相同。U = I R 解解: 對(duì)圖對(duì)圖(a)有有, U = IR 例例: 應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。對(duì)圖對(duì)圖(b)有有, U = IR326 : IUR所所以以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A電流的參考方向電流的參考方向與實(shí)際方向相反與實(shí)際方向相反電壓與電流參電壓與電流參考方向相反考方向相反URRRU2111 URRRU2122 IR

13、RRI2121 IRRRI2112 21111 RRR 1.2電路的三種狀態(tài)電路的三種狀態(tài)0SUIRR負(fù)載端電壓負(fù)載端電壓U = IR 1） 電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系電路的三種狀態(tài)電路的三種狀態(tài)(1) 電流的大小由負(fù)載決定。電流的大小由負(fù)載決定。 2、 在電源有內(nèi)阻時(shí)，在電源有內(nèi)阻時(shí)，I U 。或或 U = US IR0電源的外特性電源的外特性USUI0R0USR+I 額定值額定值: 電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值 1. 額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性；額定值反映電氣設(shè)備的使用安全性； 2. 額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。 例：例

14、：一只一只220V, 60W的白熾燈的白熾燈, 接在接在220V的電源的電源上，試求通過(guò)電燈的電流和電燈在上，試求通過(guò)電燈的電流和電燈在220V電壓下工作電壓下工作時(shí)的電阻。如果每晚工作時(shí)的電阻。如果每晚工作3h(小時(shí)小時(shí))，問(wèn)一個(gè)月消耗，問(wèn)一個(gè)月消耗多少電能多少電能? 注意：注意：電氣設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際值不一定都等于其電氣設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際值不一定都等于其額定值，要能夠加以區(qū)別。額定值，要能夠加以區(qū)別。A0.273A22060 UPI解解: 通過(guò)電燈的電流為通過(guò)電燈的電流為： I IN ，P IN ，P PN 額定工作狀態(tài)：額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN 在在220V電壓下工作時(shí)的

15、電阻電壓下工作時(shí)的電阻 0680.273220IUR一個(gè)月用電一個(gè)月用電W = Pt = 60W (3 30) h = 0.06kW 90h = 5.4kW. h特征特征: 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) 斷開(kāi)斷開(kāi)I = 0電源端電壓電源端電壓 ( 開(kāi)路電壓開(kāi)路電壓 )負(fù)載功率負(fù)載功率U = U0 = U S P = 0(1) 開(kāi)路處的電流等于零；開(kāi)路處的電流等于零； I = 0(2) 開(kāi)路處的電壓開(kāi)路處的電壓 U 視電路情況而定。視電路情況而定。電路中某處斷開(kāi)時(shí)的特征電路中某處斷開(kāi)時(shí)的特征: :I+U有有源源電電路路IRoR U SU0 電源外部端子被短接電源外部端子被短接 特征特征:0SRUIISU = 0 P

16、 = 0(1)短路處的電壓等于零；短路處的電壓等于零； U = 0(2) )短路處的電流短路處的電流 I 視電路情況而定。視電路情況而定。I+U有有源源電電路路IRRo U S短路、斷路汽車(chē)電氣設(shè)備線路常見(jiàn)故障 1開(kāi)路 （斷路）故障（右圖） 2短路（短接）故障（下圖） 3接觸不良（接觸電阻過(guò)大）故障 OSREI 電壓源電壓源0SRUII 電流源電流源設(shè)設(shè) IS = 10 A，接上，接上RL 后，恒流源對(duì)外輸出電流。后，恒流源對(duì)外輸出電流。RL IUISOIISU+_0SREI 注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：解解:+abU2 5V(a)+ +abU5V(c)+ a+-2V5VU+-b2 (c)+ (b)a

17、U 5A2 3 b+ (a)a+5V3 2 U+ a5AbU3 (b)+ 94A1A1 32I 2A1A1A+5V4V+1V1、 支路電流法支路電流法1、為每條支路設(shè)定電流并標(biāo)出參考方向、為每條支路設(shè)定電流并標(biāo)出參考方向2、列結(jié)點(diǎn)電流方程（、列結(jié)點(diǎn)電流方程（n個(gè)結(jié)點(diǎn)列個(gè)結(jié)點(diǎn)列n-1-1個(gè)方程）個(gè)方程） 3、對(duì)單孔回路列電壓方程、對(duì)單孔回路列電壓方程( (內(nèi)部不含任何支路的回路內(nèi)部不含任何支路的回路) ) 4、聯(lián)立求解、聯(lián)立求解5、檢驗(yàn)、檢驗(yàn)對(duì)未用過(guò)的回路列回路電壓方程對(duì)未用過(guò)的回路列回路電壓方程支路電流法以每個(gè)支路的電流為求解的未知量支路：支路：電路中的每一個(gè)分支。電路中的每一個(gè)分支。 一條支

18、路流過(guò)一個(gè)電流，稱為支路電流。一條支路流過(guò)一個(gè)電流，稱為支路電流。三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)。由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。內(nèi)部不含支路的回路。內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I31 12 23 3ba E2R2 R3R1E1adbcE+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1 在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。點(diǎn)的電流。 實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì): 或或: = 0對(duì)結(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn) a： I1+I2 = I3或或 I1+I2I3= 0ba U2R2 R3R1U1I1I2I3I =?例例:I = 0IA + IB +

19、IC = 012 +_+_I6 1 1 5 3V12VIAIBICAIBCIABACBIC廣義結(jié)點(diǎn)廣義結(jié)點(diǎn)即：即： U = 0 在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。一周，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。對(duì)回路對(duì)回路1：對(duì)回路對(duì)回路2： U1 = I1 R1 +I3 R3I2 R2+I3 R3=U2或或 I1 R1 +I3 R3 U1 = 0 或或 I2 R2+I3 R3 U2 = 0 1 12 2I1I2I3ba U2R2 R3R1U11列方程前列方程前標(biāo)注標(biāo)注回路繞行方向；回路繞行方向； U

20、 = 0 I2R2 U2 + UBE = 02應(yīng)用應(yīng)用 U = 0項(xiàng)前符號(hào)的確定：項(xiàng)前符號(hào)的確定： 反之電壓前面取“-”號(hào)。3. 開(kāi)口電壓可按回路處理開(kāi)口電壓可按回路處理 注意：注意：1 1對(duì)回路對(duì)回路1：U1UBEE+B+R1+U2R2I2_對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔abda：對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔acba：對(duì)網(wǎng)孔對(duì)網(wǎng)孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 U = 0對(duì)回路對(duì)回路 adbca，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?，沿逆時(shí)針?lè)较蜓校?I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應(yīng)用應(yīng)用 U = 0列方程列方程對(duì)回

21、路對(duì)回路 cadc，沿逆時(shí)針?lè)较蜓?，沿逆時(shí)針?lè)较蜓校?I2 R2 I1 R1 + U = 0adbcU+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I1.5 電路的一般分析電路的一般分析支路電流法支路電流法疊加定理疊加定理 當(dāng)不需求當(dāng)不需求a、c和和b、d間的電流時(shí)，間的電流時(shí)，(a、c)( b、d)可分別看成一個(gè)結(jié)點(diǎn)?？煞謩e看成一個(gè)結(jié)點(diǎn)。 支路數(shù)支路數(shù)b =4，且恒流，且恒流源支路的電流已知。源支路的電流已知。I1= 2A， I2= 3A， I3=6A 例例3：試求各支路電流。試求各支路電流。對(duì)結(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn) a： I1 + I2 I3 = 7對(duì)回路對(duì)回路1：12I1 6I2 = 42對(duì)回路對(duì)回路2：6I2 + UX = 0baI2I342V+I112 6 7A3 cd123+UX對(duì)回路對(duì)回路3：UX + 3I3 = 0117246 . 01171306 . 003221321IIIIIII解得I1=10A, I2=-5A, I3=5A。例例 4 所示電路中, Us1=130V、R1=1為直流發(fā)電機(jī)的模型, 電阻負(fù)載R3=24, Us2=117V、R2=0.6為蓄電池組的模型。 試求各支路電流和各元件的功率。解解 以支路電流為變量, 應(yīng)用KCL、KVL列出方程式, 并將已知數(shù)據(jù)代入, 即得Us