1、第一章電路的基本知識1.1 認(rèn)識電路1.3 電流、電壓及其參考方向1.2 電路模型的構(gòu)建1.4 電路的-電阻、電感、電容元件1.5 電路的有源元件電壓源與電流源1.6 電路的3種狀態(tài)及電氣設(shè)備的額定值1.1.1 電路的組成及各部分的作用 一個最簡單的電路由電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)3個部分組成。（2）負(fù)載：是將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能的器件或設(shè)備，是電路中能量的消耗者，如電燈、電爐、電動機(jī)等。負(fù)載是各類用電器的統(tǒng)稱。（3）中間環(huán)節(jié)：包括連接導(dǎo)線、控制、保護(hù)裝置等。連接導(dǎo)線的作用是輸送、分配電能?？刂啤⒈Ｗo(hù)裝置的作用是控制電路的通斷、保護(hù)及檢測電路等，如開關(guān)電器、熔斷器、儀器儀表等。（1）電源：是將其他形

2、式的能轉(zhuǎn)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(fā)電機(jī)或信號源等圖1-1 手電筒電路1.1 認(rèn)識電路1.1.2 電路的作用1.電能的傳送、分配與轉(zhuǎn)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.傳遞和處理信號 發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能通過變壓器、輸電線等送到用電單位，將電并通過負(fù)載能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量（如熱能、機(jī)械能等）。 通過電路將輸入的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)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 電路元件1.2 電路模型的構(gòu)建 無源二端元件有電阻元件R、電感元件L、電容元件C。 有源二端元件分為電壓源元件和電流源元件。1.2.2 電路模型 用理想電路元

3、件及其組合來模擬實(shí)際電路中的各個元器件，再用理想導(dǎo)線將各個理想電路元件進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)所組成的電路稱為實(shí)際電路的電路模型。手電筒實(shí)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 電流、電壓及其參考方向1電流的定義 電荷的定向移動形成電流。單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體某一橫截面的電量稱為電流強(qiáng)度（電流的大?。?，用小寫字母i表示，即 電流的大小和方向均不隨時間變化稱為穩(wěn)恒直流電流，簡稱直流（DC），用大寫字母I表示，即 2電流的單位 安培（A）。較小的單位有毫安（mA）、微安（A）、納安（nA）。1.3.1 電流及其參考方向3電流的方向圖1-8 電流方向的表示方法 電流的實(shí)際方向規(guī)定為正電荷

4、運(yùn)動的方向，為了分析計(jì)算電路方便，預(yù)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(dǎo)線上用箭頭或用雙下標(biāo)表示，如圖1-8所示。當(dāng)參考方向與實(shí)際方向一致時電流為正;當(dāng)參考方向與實(shí)際方向相反時，電流為負(fù)。，。4電流的分類各種電流的波形圖如圖1-9所示。圖1-9 電流的分類5電流的測量、 電流可用電流表 來測量。測量接線時將電流表串聯(lián)在電路中，用電流表接通電路。直流電流表有正、負(fù)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(fù)之分。 1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(diǎn)移動到b點(diǎn)，電場力所做的功稱為a、b兩點(diǎn)間的電壓，即電壓的大小和方均不隨時間變化

5、時稱為穩(wěn)恒直流電壓，用大寫字母U表示；一般電壓用小寫字母 表示 2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）1.3.2 電壓及其參考方向 電位降低的方向?yàn)殡妷旱膶?shí)際方向。任意假設(shè)的電壓方向稱為電壓的參考方向（或正方向）。當(dāng)電壓的實(shí)際方向與參考方向一致時，電壓為正值；當(dāng)電壓的實(shí)際方向與參考方向相反時，電壓為負(fù)值。3電壓的方向4電壓方向的表示方法5電壓的測量電壓用電壓表來測量。 接線時將電壓表并聯(lián)在被測元件兩端。 電流和電壓的參考方向選為一致，稱為關(guān)聯(lián)正方向；反之為非關(guān)聯(lián)正方向。例1-1 電路如圖1-12所示，各電量的參考方向在圖中已經(jīng)標(biāo)出。請

6、問：（1）各段電路電流、電壓的參考方向是否關(guān)聯(lián)？（2）各段電路電流的實(shí)際方向如何？（3）AB段電壓的實(shí)際方向如何？ 例1-1 電路如圖1-12所示，例1-1 電路如圖1-12所示，各電量的參考方向在圖中已經(jīng)標(biāo)出。請問：（1）各段電路電流、電壓的參考方向是否關(guān)聯(lián)？（2）各段電路電流的實(shí)際方向如何？（3）AB段電壓的實(shí)際方向如何？解：（1）一個兩端元件若電流從電壓的正極流入、從負(fù)極流出，則電壓電流為關(guān)聯(lián)方向；反之為非關(guān)聯(lián)方向。 由圖1-12可知為關(guān)聯(lián)方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)方向?yàn)榉顷P(guān)聯(lián)方向?yàn)檎?，?shí)際方向與參考方向一致為負(fù)值，實(shí)際方向與參考方向相反U1的實(shí)際方向與參考方向相反，故B點(diǎn)的電位高，A點(diǎn)的電位低。AB

7、段電壓的實(shí)際方向是由B指向A。因1.3.3 電位1電位任選電路中的一點(diǎn)o為參考點(diǎn)，則電路中的某點(diǎn)a與參考點(diǎn)o間的電壓就稱為a點(diǎn)的電位，用 表示，單位也是伏特。 任選電路中的一點(diǎn)o為參考點(diǎn)，則電路中的某點(diǎn)a與參考點(diǎn)o間的電壓為參考點(diǎn)的電位規(guī)定為零，故參考點(diǎn)又稱為零電位點(diǎn)。2參考點(diǎn)的選擇物理學(xué)中常選無限遠(yuǎn)處或大地為參考點(diǎn)。電工學(xué)中若研究的電路有接地點(diǎn)，就選擇接地點(diǎn)為參考點(diǎn)，用符號 表示。3電壓與電位的關(guān)系電路中a、b兩點(diǎn)間的電壓等于a、b兩點(diǎn)的電位之差，即電位是相對的，隨參考點(diǎn)發(fā)生變化；但任意兩點(diǎn)間的電壓是絕對的，不隨參考點(diǎn)變化。電子線路中，常取若干導(dǎo)線匯集的公共點(diǎn)或機(jī)殼作為電位的參考點(diǎn)，用符號

8、表示。 例1-2 電路如圖1-13所示。求各點(diǎn)的電位及c、d間的電壓解：如果選b點(diǎn)為參考點(diǎn)，則如果選d點(diǎn)為參考點(diǎn)，則 選用不同的參考點(diǎn)，各點(diǎn)電位的數(shù)值不同，但任意兩點(diǎn)之間的電壓不隨參考點(diǎn)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(biāo)注法。如圖1-14（a）所示電路用電位標(biāo)注時，可簡化成圖1-14（b）的形式。1.3.4 電動勢1電動勢 在電源內(nèi)部，電源力將單位正電荷由負(fù)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。直流電源的電動勢為2電動勢的圖形符號3電源電動勢和電壓的關(guān)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

9、，沿電壓的方向電位降低了同樣的數(shù)值，故有。 1.3.5 電能、電功率1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。W=UIt電功的單位是焦耳（J）。電功的實(shí)用單位是千瓦/時（kWh），簡稱“度”。2電功率 單位時間內(nèi)電路吸收或發(fā)出電能的速率稱為電功率，簡稱功率，用符號p或P表示。習(xí)慣上常把吸收或發(fā)出電能說成是吸收或發(fā)出功率。直流情況下 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。1W=1V1A功率用功率表 測量。（4）功率正負(fù)的意義在電路分析中，電功率有正、負(fù)之分：當(dāng)一個電路元件的功率為正值時，即 這個元件起

10、電源作用，它發(fā)出功率，即向電路提供電能。當(dāng)一個電路元件的功率為負(fù)值時，即 這個元件是負(fù)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(jì)算公式： ，當(dāng)一段電路或一個元件的電流、電壓參考方向關(guān)聯(lián)時，直流時為當(dāng)一段電路或一個元件的電流、電壓參考方向非關(guān)聯(lián)時，直流時為例1-3 求圖1-17中各二端元件的功率，并說明各功率的性質(zhì)。解：圖1-17（a）中電流、電壓關(guān)聯(lián)方向，因此吸收10W的功率。該元件為負(fù)載。圖1-17（b）中電流、電壓關(guān)聯(lián)方向，因此產(chǎn)生10W的功率。該元件為電源。圖1-17（c）中電流、電壓非關(guān)聯(lián)方向，因此吸收10W的功率。該元件為負(fù)載。圖1-17（d）中電流、電壓非關(guān)聯(lián)方

11、向，因此產(chǎn)生10W的功率。該元件為電源。1.4.1 電阻元件與歐姆定律電阻元件的伏安特性如圖所示2.電阻元件的伏安關(guān)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電阻器、白熾燈、電熱器等可視為電阻元件，電路中導(dǎo)線和負(fù)載上產(chǎn)生的熱損耗通常也歸結(jié)于電阻元件。1.4電路的無源元件電阻電感電容元件1.電阻元件3.電導(dǎo)電阻的倒數(shù)稱為電阻元件的電導(dǎo)。令G=1/R，其單位是西門子（S） 在電流和電壓關(guān)聯(lián)參考方向下，任何瞬時線性電阻元件接收的電功率為 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

12、地電阻（小電阻）的測量用接地?fù)u表。電流、電壓關(guān)聯(lián)方向時電流、電壓非關(guān)聯(lián)方向時1.4.2 電感元件1電感線圈及電感元件 單位電流產(chǎn)生的自感磁鏈稱為電感線圈的電感量或自感系數(shù)（電感系數(shù)），用L表示。電感量的單位是亨利（H）1H=1WbA 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(guān)系 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(shù)，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1-24 線性電感元件的圖形符號及韋安特性2.電感元件的伏安（u-i）關(guān)系3電感元件的儲能電感的單位是亨利（H），

13、電流的單位是安培（A），磁能的單位是焦耳（J）。4電感元件吸收的功率1.4.3 電容元件1電容器及電容元件 實(shí)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(shù)用電容量C表示。 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）。2電容元件的伏安（u-i）關(guān)系 當(dāng)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(dāng)于開路圖1-25線性電容元件的圖形符號及庫伏特性3電容元件的儲能 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電容元件吸收的功率1.5電路的有源元件電壓源與電流源1.5.1 電壓源1

14、理想電壓源（恒壓源）圖1-28 等效電壓源示例2實(shí)際電壓源實(shí)際直流電壓源模型的伏安關(guān)系為 實(shí)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 電流源1理想電流源（恒流源）圖1-32 等效電流源示例2實(shí)際電流源實(shí)際直流電壓源模型的伏安關(guān)系為 實(shí)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(tài)及電氣設(shè)備的額定值1.6.1 電路的3種狀態(tài)開路又稱為斷路，是電源和負(fù)載未接通時的工作狀態(tài)。典型的開路狀態(tài)如圖1-35所示。1.開路狀態(tài)電源開路時的電路特征如下。（1）電路中的電流I= 0。（2）電源兩端的開路電壓UOC=E，負(fù)載兩端的電壓U=0。（3）電源產(chǎn)生的功率

15、與負(fù)載轉(zhuǎn)換的功率均為零，即PE=P=0這種電路狀態(tài)又稱為電源的空載狀態(tài)。2短路狀態(tài) 電路中任何一部分負(fù)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(tài)。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(tài)的特征如下:電源的端電壓U=0電源發(fā)出及負(fù)載轉(zhuǎn)換的功率均為零，即P=0；電源產(chǎn)生的功率全消耗在內(nèi)阻上，即3有載工作狀態(tài)圖1-37（a）所示電路中，開關(guān)S閉合后，電源與負(fù)載接通構(gòu)成回路，電路中產(chǎn)生了電流，并向負(fù)載輸出電功率，即電路中開始了正常的功率轉(zhuǎn)換，電路的這種工作狀態(tài)稱為有載工作狀態(tài)。電路有載工作狀態(tài)的特征如下: 電路中的電流： 負(fù)載端電壓： 電

16、源的外特性曲線如圖1-37（b）所示。 功率平衡關(guān)系：圖1-37 有載工作狀態(tài)1.6.2 電氣設(shè)備的額定值1額定值電氣設(shè)備在給定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的容許值稱為額定值。電氣設(shè)備的額定值一般包括額定電壓UN、額定電流IN和額定功率PN（對電源而言稱為額定容量SN）。（1）額定電流：電氣設(shè)備在一定的環(huán)境溫度條件下長期連續(xù)工作所容許通過的最佳安全電流。（2）額定電壓：電氣設(shè)備正常工作時的端電壓。（3）額定功率：電氣設(shè)備正常工作時的輸出功率或輸入功率。2額定工作狀態(tài)若電氣設(shè)備正好在額定值下運(yùn)行，這種在額定情況下的有載工作狀態(tài)稱為額定狀態(tài)。這是一種使設(shè)備得到充分利用的經(jīng)濟(jì)、合理的工作狀態(tài)。電氣設(shè)備工作在非額定狀態(tài)時有以下兩種情況。（1）欠載：若電氣設(shè)備在低于額定值的狀態(tài)下運(yùn)行稱為欠載。這種狀態(tài)下設(shè)備不能被充分利用，還有可能使設(shè)備工作不正常，甚至損壞設(shè)備。（2）過載：電氣設(shè)備在高于額定值（超負(fù)荷）下運(yùn)行稱為過載。若超過額定值不多，且持續(xù)時間不長，一般不會造成明顯