第1章電路的基本概念和基本定律

1.1電路和電路模型

1.2電流電壓及其參考方向

1.3電功率和電能

1.4電阻元件和歐姆定律

1.5電壓源和電流源

1.6基爾霍夫定律1.1電路和電路模型

1.1.1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。復(fù)雜的電路呈網(wǎng)狀,又稱網(wǎng)絡(luò)。電路和網(wǎng)絡(luò)這兩個(gè)術(shù)語是通用的。 它的一種作用是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。另一種作用是實(shí)現(xiàn)信號的處理。電路中提供電能或信號的器件,稱為電源,。電路中吸收電能或輸出信號的器件,稱為負(fù)載。在電源和負(fù)載之間引導(dǎo)和控制電流的導(dǎo)線和開關(guān)等是傳輸控制器件。圖1.1電路的組成

1.1.2理想電路元件 在一定條件下對實(shí)際器件加以理想化,只考慮其中起主要作用的某些電磁現(xiàn)象。 理想電路元件是一種理想化的模型,簡稱為電路元件。電阻元件是一種只表示消耗電能的元件;電感元件是表示其周圍空間存在著磁場而可以儲(chǔ)存磁場能量的元件;電容元件是表示其周圍空間存在著電場而可以儲(chǔ)存電場能量的元件等。 對具有兩個(gè)引出端的元件,稱為二端元件;對具有兩個(gè)以上引出端的元件,稱為多端元件。

1.1.3電路模型 實(shí)際電路可以用一個(gè)或若干個(gè)理想電路元件經(jīng)理想導(dǎo)體連接起來模擬,這便構(gòu)成了電路模型。1.2電流、電壓及其參考方向

1.2.1電流及其參考方向 帶電粒子（電子、離子等）的定向運(yùn)動(dòng),稱為電流。用符號i表示,即 Δq為極短時(shí)間Δt內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量。 電流的實(shí)際方向?yàn)檎姾傻倪\(yùn)動(dòng)方向。 當(dāng)電流的量值和方向都不隨時(shí)間變化時(shí),稱為直流電流,簡稱直流。直流電流常用英文大寫字母I表示。 量值和方向隨著時(shí)間按周期性變化的電流,稱為交流電流,常用英文小寫字母i表示。單位是安［培］,符號為A。常用的有千安（kA）,毫安（mA）,微安（μA）等。

在分析與計(jì)算電路時(shí),?？扇我庖?guī)定某一方向作為電流的參考方向或正方向。圖1.2電流的參考方向

1.2.2電壓及其參考方向 電路中A、B兩點(diǎn)間的電壓是單位正電荷在電場力的作用下由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所減少的電能,即 式中,Δq為由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)的電荷量,ΔWAB為移動(dòng)過程中電荷所減少的電能。 電壓的實(shí)際方向是使正電荷電能減少的方向,電壓的SI單位是伏［特］,符號為V。常用的有千伏（kV）、毫伏（mV）、微伏（μV）等。 量值和方向都不隨時(shí)間變化的直流電壓,用大寫字母U表示。交流電壓,用小寫字母u表示。圖1.3電壓的參考方向 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。圖1.4電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向

1.2.3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)的電壓。

如果已知a、b兩點(diǎn)的電位各為Va#,Vb,則此兩點(diǎn)間的電壓即兩點(diǎn)間的電壓等于這兩點(diǎn)的電位的差,1.3電功率和電能傳遞轉(zhuǎn)換電能的速率叫電功率,簡稱功率,用p或P表示。 如果電流、電壓選用關(guān)聯(lián)參考方向,則所得的p應(yīng)看成支路接受的功率,計(jì)算所得功率為負(fù)值時(shí),表示支路實(shí)際發(fā)出功率。 如果電流、電壓選擇非關(guān)聯(lián)參考方向,p應(yīng)看成支路發(fā)出的功率,即計(jì)算所得功率為正值時(shí),表示支路實(shí)際發(fā)出功率;計(jì)算所得功率為負(fù)值時(shí),表示支路接受功率。 在直流情況下 功率的單位為瓦［特］,簡稱瓦,符號為W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。 從t0到t時(shí)間內(nèi),電路吸收（消耗）的電能為直流時(shí)，有電能的SI主單位是焦［耳］,符號為J,在實(shí)際生活中還采用千瓦小時(shí)（kW·h）作為電能的單位,簡稱為1度電。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”。例1形.1圖1下.5所示多為直采流電妥路,U1=4神V,U2=-肯8V姑,U3=6忌V,I=4巖A,求各容元件幫接受撒或發(fā)似出的異功率P1、P2和P3,并求坡整個(gè)休電路價(jià)的功位率P。養(yǎng)解P1的電傾壓參金考方交向與陵電流槍參考繩方向洞相關(guān)贈(zèng)聯(lián),腰故P1=U1I=4膏×4牙=1抵6W飽(接受席16W)抽P2和P3的電榜壓參黃考方桐向與碼電流恩參考竿方向晚非關(guān)旺聯(lián),測故P2=U2I=(豈-8蘇)×昨4=竿-3削2W轎(接受濫32W)唱P3=U3I=6車×4帶=2削4W胡(發(fā)出寸24W)獸整個(gè)凈電路斯的功船率P,設(shè)接渠受功央率為言正,全發(fā)佳出功到率為跡負(fù),填故P=1菜6+甚32熊-2妹4=禿24酒W睡圖月1.異5每例1近.1堅(jiān)圖1.昌4雀電凝阻元族件和漿歐姆洞定律電阻羞元件艱是一嗽個(gè)二校端元胞件,團(tuán)它嘩的電迫流和困電壓夠的方券向總古是一柏致的倦,餡它的把電流持和電控壓的陽大小排成代乘數(shù)關(guān)僵系。電流宰和電侮壓的掩大小淹成正原比的押電阻德元件崗叫線播性電鞋阻元染件。趙元傍件的幫電流就與電貍壓的頌關(guān)系壓曲線鍬叫做雞元件許的伏火安特猶性曲羅線。銷線性肥電阻城元件堤的伏亭安特跨性為女通過妙坐標(biāo)殿原點(diǎn)涌的直慰線,西這純個(gè)關(guān)呼系稱泉為歐迅姆定寶律。密在電掩流和魚電壓功的關(guān)毒聯(lián)參地考方飾向下騾,混線性尤電阻應(yīng)元件響的伏平安特麻性如氧圖1芬.6拖所示歉,紀(jì)歐姆遣定律異的表廊達(dá)式左為圖壺1.非6仗線仙性電石阻的澇伏安爹特性鞏曲線式中柜,R是元穴件的杯電阻烏,犧它是懶一個(gè)麗反映供電路鞭中電膨能消鮮耗的釋電路巖參數(shù)側(cè),伙是一車個(gè)正肚實(shí)常熱數(shù)。層式中耳電壓伴用V表示示,澤電流誰用A表示愿時(shí),考電萬阻的腐單位托是歐厘［姆樹］,嫌符說號為Ω。電阻倍的十獸進(jìn)倍培數(shù)單軋位有郵千歐榴（kΩ身）、兆歐犧（MΩ罪）等。禾電流夏和電膏壓的豆大小雁不成筍正比晚的電嫌阻元皺件叫命非線面性電茫阻元洲件,琴本乓書只捐討論似線性猴電阻昏電路顫。令G=1辦/R蛾,則式辜（1貢.7需）變?nèi)槭街袘?G稱為方電阻脹元件像的電攀導(dǎo),撈單扭位是酒西［嘩門子蘇］,匠符家號為S播。如果薪線性掀電阻峽元件虜?shù)碾姵骱徒桦妷禾膮⒂芽挤届`向不突關(guān)聯(lián)稀,卵則歐丙姆定臭律的堅(jiān)表達(dá)劍式為在電凝流和蛙電壓病關(guān)聯(lián)達(dá)參考碰方向宜下,防任悶何瞬努時(shí)線魯性電牢阻元們件接蔥受的澇電功追率為或線性兇電阻粉元件批是耗飯能元柿件。如果另電阻羞元件渣把接否受的找電能宣轉(zhuǎn)換船成熱宇能,岡則坊從t0到t時(shí)間拔內(nèi)。欄電阻鍵元件無的熱句［量廳］Q,也就遲是這謙段時(shí)公間內(nèi)解接受事的電批能W為若電炊流不應(yīng)隨時(shí)臣間變設(shè)化,以上完兩式甜稱為繡焦耳甲定律參。線性刮電阻條元件懂有兩汗種特燥殊情慘況值彈得注奏意:卸一筐種情丑況是銳電阻參值R為無者限大炮,據(jù)電壓擇為任剝何有客限值撕時(shí),鴉其似電流彼總是庸零,認(rèn)這稼時(shí)把矮它稱識為“窯開路么”;革另規(guī)一種陶情況詠是電瓶阻為肉零,鏟電奸流為門任何紙有限災(zāi)值時(shí)屯,猛其電羊壓總淹是零看,歡這時(shí)業(yè)把它飄稱為懶“短滿路”陳。例1乞.2有2欄20V,羽1瓦00剩W燈泡傭一個(gè)經(jīng),子其燈農(nóng)絲電笑阻是勿多少售？每沾天用趨5h,一個(gè)址月（菊按3馳0天廁計(jì)算均）消販耗的溫電能熱是多蛇少度谷？解燈泡忘燈絲課電阻蹲為一個(gè)財(cái)月消拴耗的棉電能疏為1.遮5幕電吼壓源遼和電聲流源女電壓洋源是玩一個(gè)燦理想脾二端桃元件挎。電光壓源停具有喉兩個(gè)校特點(diǎn)染:(1蜂)孟電壓賤源對放外提說供的摩電壓u(t)是某酸種確撤定的扭時(shí)間服函數(shù)兔,粥不會(huì)沖因所話接的滑外電庸路不源同而稅改變辮,枕即u(t)=us(t)。(2夜)通過襪電壓纖源的胞電流i（t）隨外看接電攻路不錄同而貴不同責(zé)。常黑見的缺電壓兆源有戀直流閘電壓是源和迫正弦耀交流減電壓訴源。圖涂1.臉7糠電壓缺源電膜壓波易形圖段1.幻玉8妻是直雕流電居壓源構(gòu)的伏度安特女性。圖1.鳥8哄直殿流電慕壓源伐的伏襪安特畜性電壓雪為零傅的電濤壓源稠相當(dāng)眉于短講路。由圖下1.驅(qū)7(a)知,鳥電勝壓源落發(fā)出乎的功赴率為p＞顧0時(shí),茂電始壓源因?qū)嶋H尾上是注發(fā)出齒功率濕；p＜濾0時(shí),匠電選壓源呆實(shí)際蜻上是填接受哭功率某。電流兼源也從是一握個(gè)理態(tài)想二兆端元歇件,逆電流角源有偷以下蜜兩個(gè)旋特點(diǎn)惹:(1展)致電流遣源向目外電何路提序供的恩電流i(t)是某宮種確姑定的飲時(shí)間殃函數(shù)際,碎不會(huì)股因外黑電路效不同驕而改急變,陳即i(t)=is,is是電則流源爛的電旋流。窄(涉2)蘭電臺流源祖的端偽電壓u(t)隨外議接的猴電路在不同該而不打同。級如果善電流旦源的薯電流is=Is(Is是常葵數(shù))效,常則為妻直流曉電流皺源。電流頃為零說的電薯流源纖相當(dāng)袍于開丑路。圖1召.9續(xù)電屈流源梅及直滴流電茂流源扎的伏簡安特尺性電流子源發(fā)步出的弄功率技為p＞年0,電流懶源實(shí)掃際是旁發(fā)出感功率絮;p＜燈0,電流術(shù)源實(shí)旨際是蒙接受聲功率灘。電壓最源和持電流腫源,盈稱為尿獨(dú)立亮源。優(yōu)在電謙子電左路的稱模型惱中還菜常?？坑龅綉嵙硪粔m種電火源,嘗它萬們的艙源電偽壓和吐源電案流不解是獨(dú)第立的躍,偽是受撇電路鞋中另畜一處這的電翻壓或其電流湯控制焦,吳稱為炕受控掀源或筍非獨(dú)駱立源啦。漁例1恒.3計(jì)算與圖使1.步10耽所尋示電杯路中叮電流產(chǎn)源的斧端電翻壓U1,點(diǎn)5Ω電阻脫兩端酬的電軌壓U2和電懼流源向、電喘阻、盟電壓妙源的繁功率P1,P2,P3。電流罪源的與電流脈、電軍壓選城擇為迫非關(guān)踩聯(lián)參夕考方努向,鴉所瞞以P1=U1Is=1放3×樓2=沸26廁W場(發(fā)出扔)蜂電阻鐵的電鞏流、句電壓喜選擇科為關(guān)傲聯(lián)參憶考方鄉(xiāng)豐向,負(fù)所謎以P2=1哪0×討2=警20善W倦(接受祥)勞電壓描源的棟電流壇、詞電壓碼選擇乏為關(guān)兄聯(lián)參沿考方道向,隨所互以P3=2曠×3鴿=6服W技(接受種)玩圖筒1.皆10魂例船1.儀3圖1.掀6諒基濟(jì)爾霍逐夫定談律基爾諸霍夫痰定律岸是集著中參鼠數(shù)電附路的填基本胡定律加,耐它包篩括電沒流定縮慧律和征電壓侵定律遍。為云了便序于討愚論,闖先盛介紹潛幾個(gè)著名詞恭。（1葵）支輔路:膜電質(zhì)路中劑流過斑同一析電流雨的一徑個(gè)分印支稱老為一欺條支蹄路。（2庫）節(jié)敏點(diǎn):撇三該條或賠三條陷以上露支路熟的聯(lián)腐接點(diǎn)獲稱為籮節(jié)點(diǎn)螺。(3雕)斑回路聚:陷由若撒干支披路組汪成的放閉合谷路徑扎,其娘中每識個(gè)節(jié)勝點(diǎn)只炮經(jīng)過墳一次傷,緞這條逆閉合雪路徑企稱為筍回路鐮。(4雀)藏網(wǎng)孔霜:桿網(wǎng)孔督是回暮路的駕一種封。將懂電路寶畫在蘋平面山上,疫在步回路執(zhí)內(nèi)部宇不另芳含有靜支路扎的回臘路稱互為網(wǎng)笛孔。1.飯6.怪1魯基衛(wèi)爾霍阻夫電辣流定賞律（KC束L）在集電中參斬?cái)?shù)電姥路中觸,劈燕任何訴時(shí)刻據(jù),潤流出征（或苗流入飾）一減個(gè)節(jié)晝點(diǎn)的釣所有挖支路寶電流仇的代也數(shù)和腥恒等驚于零治,餃這就縱是基伸爾霍庸夫電荒流定腦律,剃簡它寫為KC河L個(gè)。兇對圖圈1杰.1治1冷中的順節(jié)點(diǎn)a,應(yīng)用KC壇L則有豬寫出旅一般偉式子裁,暴為∑i=著0把式圣（1天.1罷4）扭改寫麥成下拆式,憶即急i1=i3+i4（1交.1遲4）在集棄中參資數(shù)電勺路中隱,杜任何準(zhǔn)時(shí)刻急,銳流入素一個(gè)心節(jié)點(diǎn)頓電流蘆之和鹽等于浙流出華該節(jié)錯(cuò)點(diǎn)電渣流之座和。伶圖1分.1清1郵電畜路實(shí)況例KC病L原是眨適用旦于節(jié)環(huán)點(diǎn)的瞞,漆也可佩以把乏它推屯廣運(yùn)碎用于嶄電路副的任革一假鵝設(shè)的水封閉葉面。溉例如育圖1史.1山1所栽示封偏閉面S所包應(yīng)圍的褲電路沿。1.強(qiáng)6.委2蹈基務(wù)爾霍獻(xiàn)夫電沈壓定別律（KV寬L）在集魂中參多數(shù)電睬路中裂,演任何南時(shí)刻昏,耍沿著漢任一袖個(gè)回慶路繞寇行一卷周,腸所枝有支圖路電錄壓的騙代數(shù)踐和恒世等于挽零,艷這攏就是跑基爾差霍夫似電壓量定律賤,立簡寫?zhàn)^為KV輪L,用數(shù)條學(xué)表巧達(dá)式姑表示密為（1各.1翁6）在寫待出式采（1金.1床6）撤時(shí),始先吩要任攻意規(guī)奔定回短路繞熊行的賭方向君,多凡支燒路電福壓的堂參考駝方向么與回?fù)渎防@威行方衰向一抗致者極,襯此電省壓前糟面取基“+診”號檢,袋支路鏈電壓餐的參盜考方糖向與睡回路帥繞行備方向勇相反嫌者,私則龜電壓闊前面焦取“叨-”泰號。在圖翠1.啄11紐奉中,船對求回路ab墨cg多a應(yīng)用KV憤L,有如果管一個(gè)聞閉合耕節(jié)點(diǎn)扛序列盜不構(gòu)劉成回培路,樹例努如圖胡1.慌11拿中的足節(jié)點(diǎn)脾序列ac刑ga,在節(jié)宿點(diǎn)ac之間本沒有歲支路正,藝但節(jié)必點(diǎn)ac之間花有開紋路電抓壓uac,姨K由VL同樣差適用遼于這激樣的折閉合河節(jié)點(diǎn)隨序列敲,型即有（1劇.1克7）將式抖（1油.1貫7）盟改寫捕為電路撥中任足意兩癢點(diǎn)間炮的電睬壓是得與計(jì)茫算路年徑無剩關(guān)的態(tài),稱是單佩值的鑒。所破以,往基妻爾霍怪夫電禿壓定竭律實(shí)脹質(zhì)是灣兩點(diǎn)恨間電非壓與拘計(jì)算射路徑號無關(guān)冤這一這性質(zhì)軌的具帝體表工現(xiàn)。不論洲元件械是線森性的肚還是朱非