第1章電路基礎(chǔ)

1、 第一章第一章 電路基礎(chǔ)電路基礎(chǔ) 第一節(jié)第一節(jié) 直流電路直流電路一、電路：電流所流過(guò)的路徑，它是由電源、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、負(fù)載（用電器）組成。作用：電能的傳輸與轉(zhuǎn)換，信號(hào)的傳遞與轉(zhuǎn)換1.電阻、電容、電感: 電導(dǎo)：電阻的倒數(shù)，G=1/R 單位：s 認(rèn)識(shí)部份電氣圖形符號(hào)GuiRiuRRRR或dtdiLuLLdtduCiCC（一）電流（一）電流 電流及其參考方向電流及其參考方向 帶電粒子（電子、離子等）的定向運(yùn)動(dòng), 稱(chēng)為電流。用符號(hào)i表示, 即 q為極短時(shí)間t內(nèi)通過(guò)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。dtdqtqit0lim當(dāng)電流的量值和方向都不隨時(shí)間變化時(shí), 稱(chēng)為直流電流, 簡(jiǎn)稱(chēng)直流

2、。 直流電流（直流電流（DC）常用英文大寫(xiě)字母）常用英文大寫(xiě)字母I表示表示。量值和方向隨著時(shí)間按周期性變化的電流, 稱(chēng)為交流電流交流電流(AC), 常用英文小寫(xiě)字母常用英文小寫(xiě)字母i表示。表示。單位是安培, 符號(hào)為A。常用的有毫安（mA）, 微安（A）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。tqI AmAA6310101電流方向電流方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向 （實(shí)際方向）。（實(shí)際方向）。電流參考方向電流參考方向任選一方向?yàn)殡娏髡较?。任選一方向?yàn)殡娏髡较?。正值正值?fù)值負(fù)值Iab = - Iba例：例：IIaabb （二）電壓（二）電壓 電壓及其參

3、考方向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由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)電場(chǎng)力所作的功, 即 式中, q為由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)的電荷量, WAB為移動(dòng)過(guò)程中電場(chǎng)力所作的功。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(hào)為V。 常用的有千伏（kV）、毫伏（mV）、 微伏（V）等。 qWuABAB 量值和方向都不隨時(shí)間變化的直流電壓, 用大寫(xiě)字母U表示。交流電壓, 用小寫(xiě)字母u表示。(a)(b)uuABBA電壓的參考方向電壓方向電壓方向由高電位端指向低電位端由高電位端指向低電位端（實(shí)際方向）（實(shí)際方向）。電壓參考方向電壓參考方向任選一方向位為電壓正方向。任選一方向位為電壓正

4、方向。電壓表示方法：電壓表示方法：U+-UabUabUab = -Uba關(guān)聯(lián)正方向：關(guān)聯(lián)正方向：UI關(guān)聯(lián)正方關(guān)聯(lián)正方向向U0UI非關(guān)聯(lián)正方非關(guān)聯(lián)正方向向U0電位、電功率、電能電位電位U：電路中某點(diǎn)的電位等于單位正電荷由該點(diǎn) 移動(dòng)到無(wú)窮遠(yuǎn)處電場(chǎng)力所作的功。 電路中可選取任一點(diǎn)為零電位參考點(diǎn)，某點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓就是該點(diǎn)的電位 電功率電功率p p： 正：吸收電能 負(fù)：產(chǎn)生電能 電能電能W： 常用單位：1度1KW h（三）電動(dòng)勢(shì)（三）電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)的方向電動(dòng)勢(shì)的方向電位升高的方向（實(shí)際方向）。電位升高的方向（實(shí)際方向）。電動(dòng)勢(shì)的參考方向電動(dòng)勢(shì)的參考方向任選一方向?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)的正方向。任選一方向?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)的

5、正方向。電動(dòng)勢(shì)的表示方法：電動(dòng)勢(shì)的表示方法：a.箭頭箭頭b.正負(fù)號(hào)正負(fù)號(hào)c.雙下標(biāo)（雙下標(biāo)（EAB）電動(dòng)勢(shì)和電壓的關(guān)系：電動(dòng)勢(shì)和電壓的關(guān)系：EU 電壓與電動(dòng)勢(shì)規(guī)定正方向相反時(shí)電壓與電動(dòng)勢(shì)規(guī)定正方向相反時(shí) E=UEU 電壓與電動(dòng)勢(shì)規(guī)定正方向相同時(shí)電壓與電動(dòng)勢(shì)規(guī)定正方向相同時(shí) E= -U電路分析中的電路分析中的假設(shè)假設(shè)正方向正方向（參考方向）（參考方向）問(wèn)題的提出：?jiǎn)栴}的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量 的實(shí)際方向，電路如何求解？的實(shí)際方向，電路如何求解？電流方向電流方向AB？電流方向電流方向BA？E1ABRE2IR(1) 在解題前在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向先設(shè)

6、定一個(gè)正方向，作為參考方向；，作為參考方向；解決方法解決方法(3) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向：根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向： 若若計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果為為正正，則實(shí)際方向與假設(shè)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致方向一致； 若若計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果為為負(fù)負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反方向相反。(2) 根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān) 系的代數(shù)表達(dá)式并計(jì)算；系的代數(shù)表達(dá)式并計(jì)算；例例已知：已知：E=2V, R=1求：求： 當(dāng)當(dāng)Uab分別為分別為 3V 和和 1V 時(shí)，時(shí)，IR=?E IRRURabUab解：解：(1) 假定電路中物理量的正方向如圖所示；假

7、定電路中物理量的正方向如圖所示；(2) 列電路方程：列電路方程： EUURabREURUIabRREUUabR (3) 數(shù)值計(jì)算數(shù)值計(jì)算A1121 V1A112-3 3VRabRabIUIU（實(shí)際方向與假設(shè)方向一致實(shí)際方向與假設(shè)方向一致）（實(shí)際方向與假設(shè)方向相反）實(shí)際方向與假設(shè)方向相反）REUIabRE IRRURabUab(4) 為了避免列方程時(shí)出錯(cuò)，為了避免列方程時(shí)出錯(cuò)，習(xí)慣上習(xí)慣上把把 I 與與 U 的方向的方向 按相同方向假設(shè)按相同方向假設(shè)(關(guān)聯(lián)正方向）。關(guān)聯(lián)正方向）。(1) 方程式方程式U/I=R 僅適用于假設(shè)正方向一致的情況。僅適用于假設(shè)正方向一致的情況。(2) “實(shí)際方向?qū)嶋H方向

8、”是物理中規(guī)定的，而是物理中規(guī)定的，而“假設(shè)假設(shè) 正方向正方向”則是人們?cè)谶M(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí)則是人們?cè)谶M(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí),任意假設(shè)的。任意假設(shè)的。 (3) 在以后的解題過(guò)程中，注意一定要在以后的解題過(guò)程中，注意一定要先假定先假定“正方向正方向” (即在圖中表明物理量的參考方向即在圖中表明物理量的參考方向)，然后再列方程然后再列方程 計(jì)算計(jì)算。缺少。缺少“參考方向參考方向”的物理量是無(wú)意義的的物理量是無(wú)意義的. 提示提示二.基爾霍夫定律1概念 （1）支路：電路中通過(guò)同一電流的每一分支（至少包含一個(gè)元件）。含有電源的稱(chēng)有源支路；沒(méi)有電源的稱(chēng)無(wú)源支路（2）節(jié)點(diǎn)：三條或三條以上的支路的聯(lián)接點(diǎn)。（3）回

9、路：電路中任一閉合路徑稱(chēng)回路。（4）網(wǎng)孔：回路內(nèi)不含支路的回路稱(chēng)網(wǎng)孔。 基爾霍夫電流定律 電流的連續(xù)性原理：對(duì)于某一二端元件，單位時(shí)間內(nèi)從一個(gè)端紐流出的電荷必然等于流入另一端紐的電荷，否則就會(huì)發(fā)生電荷的“堆積”?；鶢柣舴螂娏鞫桑↘CL）：任一時(shí)刻流入某一節(jié)點(diǎn)電流之和必等于流出該節(jié)點(diǎn)電流之和。 0iII或出入 規(guī)定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)實(shí)際應(yīng)用： 如電流的方向不能預(yù)先確定，則先假定任意一個(gè)方向，最后計(jì)算結(jié)果：如為正，則說(shuō)明實(shí)際方向與假定方向一致，如為負(fù)，則說(shuō)明實(shí)際方向與假定方向相反基爾霍夫電壓定律（基爾霍夫電壓定律（ KVL Kirchhoffs voltage law ）在任

10、一時(shí)刻，在電路中任一回路內(nèi)各支路電壓降的代數(shù)和恒等于零基爾霍夫電壓定律（寫(xiě)成公式）：0iRE oU規(guī)定電壓升高為負(fù)，電壓降低為正。電阻：電流方向與繞行方向相同取正；相同取正； 電流方向與繞行方向相反取負(fù)相反取負(fù)，電源：電源方向與繞行方向相反取正相反取正， 電源方向與繞行方向一致取負(fù)。一致取負(fù)。 應(yīng)用時(shí)首先需要確定一個(gè)回路繞行方向，凡元件兩端電壓降的參考方向與繞行方向一致取正，反之取負(fù)具體應(yīng)用：具體應(yīng)用： 解題步驟： 標(biāo)出各支路電流參考方向和回路繞行方向。列出節(jié)點(diǎn)電流方程（注意符號(hào)的選?。毫魅腚娏魅≌鞒鲭娏魅∝?fù)）； 回路電壓方程（如流過(guò)電阻的電流與繞行方向相同，IR取正值，否則取負(fù)值；如電動(dòng)

11、勢(shì)的方向與繞行方向相反，E取正值，否則取負(fù)值）1.找出各節(jié)點(diǎn)并標(biāo)出各支路設(shè)定的電流方向和回路繞行方向以及各找出各節(jié)點(diǎn)并標(biāo)出各支路設(shè)定的電流方向和回路繞行方向以及各元器件符號(hào)。元器件符號(hào)。2. 列出節(jié)點(diǎn)電流方程列出節(jié)點(diǎn)電流方程(N-1)個(gè)個(gè)(N個(gè)節(jié)點(diǎn)個(gè)節(jié)點(diǎn))。3. 列出回路電壓方程列出回路電壓方程M-(N-1)個(gè)（用網(wǎng)眼法）。（個(gè)（用網(wǎng)眼法）。（ M M條支路）條支路）4. 求解所列方程求解所列方程.5.根據(jù)所得電流值的正負(fù)根據(jù)所得電流值的正負(fù),判斷各支路的實(shí)際電流方向。判斷各支路的實(shí)際電流方向。 補(bǔ)充例題：已知內(nèi)阻120.51.0rr，123410.05.04.519.0RRRR，電阻123.

12、01.0VV，電動(dòng)勢(shì)1, r1I1I2ABCDER3R1R2R4I3=I1+I21, r12, r2R3R2R1R4解：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)A，B；兩個(gè)網(wǎng)孔即獨(dú)立回路AEDCA與ACBA對(duì)節(jié)點(diǎn)A： I3=I1+I2 0132131111RIRIRIrI對(duì)獨(dú)立回路AEDCA ：對(duì)獨(dú)立回路ACBA ：02224213rIRIRI解方程組可得：I1=160mA，I2=-20mA，I3=140mA討論電流方向：因?yàn)镮2 XC ， 為正，總電壓超前總電流，為正，總電壓超前總電流，電路呈電感性；電路呈電感性； 當(dāng)當(dāng) XL C時(shí)，時(shí)，u超前超前i，當(dāng)當(dāng)LC時(shí)，時(shí)，u滯后滯后i，這樣分析對(duì)嗎？這樣分析對(duì)嗎？正誤判斷正誤判

13、斷ZUI ？ZUI Zui ？在在RLC串聯(lián)電路中，串聯(lián)電路中， ？UUUCL arctan？RXXCL arctanRCLUUU arctan？ ？CXLXRUI？CLRUUUU？CLRuuuu？)CLXXRZj(RCL arctan？ ？CLXXRZUIZ ？UIZ ？ 0II設(shè)設(shè)UZZZU2122 分壓公式分壓公式21ZZZ 21ZZZ 注意：注意：1212UUUZ IZ IUZZZU2111+U Z-I +U 1U 2U 1Z2Z+-+-I 通式通式:jkkkZZRX 12()ZZI IZU 可得可得: :21UUU 下列各圖中給定的電路電壓、阻抗是否正確下列各圖中給定的電路電壓、阻抗

14、是否正確？思考思考兩個(gè)阻抗串聯(lián)時(shí)兩個(gè)阻抗串聯(lián)時(shí),在什么情況下在什么情況下:21ZZZ成立。成立。7Z U=14V ?10Z U=70V ?(a)3 4 V1V2 6V8V+_U 6 8 30V40V(b)V1V2+_U 一般正弦交流電路的解題步驟一般正弦交流電路的解題步驟1 1、根據(jù)原電路圖畫(huà)出相量模型圖、根據(jù)原電路圖畫(huà)出相量模型圖( (電路結(jié)構(gòu)不變電路結(jié)構(gòu)不變) ) Ii UuX C XL RRCL、jj2 2、根據(jù)相量模型列出相量方程式或畫(huà)相量圖、根據(jù)相量模型列出相量方程式或畫(huà)相量圖3 3、用相量法或相量圖求解、用相量法或相量圖求解4 4、將結(jié)果變換成要求的形式、將結(jié)果變換成要求的形式相量形式的基爾霍夫定律相量形式的基爾霍夫定律KCL 0I KVL 0U 1、根據(jù)原電路圖畫(huà)出相量模型圖(電路結(jié)構(gòu)不變)解：解：V220UA15.62221IA112IA11 I所以所以 例例1: 圖示電路中已知圖示電路中已知:V314sin2220tuA)90(314sin2112ti試求試求: 各表讀數(shù)及參數(shù)各表讀數(shù)及參數(shù) R、L 和和 C。A)45(314sin221ti+u- ARL A1 A21iC2ii VA11A90114515.621 III ( (2) ) 相量圖相量圖1I