第1章電路的基本概念和基本定律

（1-1）

2.《電路》（上冊）

第四版邱關(guān)源編教材及參考書1.《電工學(xué)》（上冊）

秦曾煌主編電工技術(shù)第七版（1-2）2011.2—2011.6春季學(xué)期電工課要求汽車、機(jī)械學(xué)院適用（1-3）

每兩周（雙周五）上課時交作業(yè)，課代表收齊后交給我。作業(yè)不交的也要認(rèn)真完成，每次檢查完成情況并登記。缺交作業(yè)者在平時成績中扣分。凡作業(yè)抄襲者一經(jīng)發(fā)現(xiàn)從嚴(yán)扣分。（1-4）

平時成績要記入總評成績中。平時成績包括：作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、小測驗(yàn)、考勤，占總評成績的30%。期末筆試成績占總評成績的70%。（1-5）本學(xué)期擬開展電路設(shè)計及仿真軟件（pspice）的學(xué)習(xí)活動，主要是以自學(xué)為主，各班課代表可到我這里拷貝軟件，若時間允許將安排一次課跟同學(xué)們介紹一下該軟件的使用。（1-6）可根據(jù)情況自行安排上機(jī)時間，如有興趣可自擬題目進(jìn)行電路設(shè)計仿真，并以論文形式交到我處，對論文出色者可于期末給予加分。此活動將貫穿本學(xué)年。（1-7）

教學(xué)課件存放信箱

密碼：?。c2010（暫未開通）聯(lián)系信箱：聯(lián)系電話：69589486聯(lián)系人：王晶晶（1-8）教學(xué)內(nèi)容

電工學(xué)部分：電路基本概念與定律、電路分析方法、電路暫態(tài)分析、正弦交流電路、三相電路、磁路、交流電動機(jī)、繼電接觸器及其控制

電子學(xué)部分：模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù) 模擬電子技術(shù)：半導(dǎo)體二極管、三極管、 基本放大電路、集成運(yùn)算放大器、正弦波振 蕩電路、直流穩(wěn)壓電源 數(shù)字電子技術(shù)：組合電路、時序電路主要教學(xué)內(nèi)容電工技術(shù)電路分析電機(jī)與控制直流電路交流電路暫態(tài)分析變壓器、電機(jī)工業(yè)控制電工技術(shù)

應(yīng)用舉例(1)工業(yè)控制電機(jī)控制機(jī)床控制生產(chǎn)過程自動化控制樓宇電梯控制......電工技術(shù)的應(yīng)用電工技術(shù)

應(yīng)用舉例(2)信號檢測壓力、溫度、水位、流量等的測量與調(diào)節(jié)電子儀器醫(yī)療儀器......家用電器電燈、電話廣播、電視冰箱、洗衣機(jī)家庭影院......電工技術(shù)

應(yīng)用舉例(3)樓宇電梯的控制電工技術(shù)

應(yīng)用舉例(4)樓宇電梯的控制信號檢測供電系統(tǒng)電機(jī)（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）可編程序控制器ProgrammableLogicController電機(jī)控制器汽車電子汽車電子電源發(fā)動機(jī)控制行駛裝置報警與安全裝置旅居性儀表娛樂通訊收音機(jī)、汽車電話、業(yè)余電臺點(diǎn)火裝置、燃油噴射控制、發(fā)動機(jī)電子控制車速控制、間歇刮水、除霧裝置、車門緊鎖….安全帶、車燈未關(guān)報警、速度報警、安全氣囊….空調(diào)控制、動力窗控制里程表、數(shù)字式速度表、出租車用儀表….電工技術(shù)

應(yīng)用舉例(5)EV?ElectricVehicle21世紀(jì)綠色環(huán)保汽車EV安全、舒適、可靠無廢氣排放（零排放）高效率機(jī)電機(jī)電一體化EV充電系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)汽車照明、電動轉(zhuǎn)向、空調(diào)、音響、雨刷、安全報警、電動門窗…….電子機(jī)械驅(qū)動控制系統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)汽車電子強(qiáng)電弱電電機(jī)驅(qū)動逆變電源電力電子…...電機(jī)與電器控制信號處理（DSP）計算機(jī)、單片機(jī)…...

課程性質(zhì):專業(yè)基礎(chǔ)課服務(wù)對象:非電專業(yè)課程特點(diǎn)：內(nèi)容豐富，技術(shù)更新快，緊密聯(lián)系實(shí)際，應(yīng)用非常廣泛。本課是非電專業(yè)一切電類后續(xù)課程（電子技術(shù)、計算機(jī)原理、自動控制、單片機(jī)、可編程邏輯控制器等）的基礎(chǔ)。學(xué)時少、內(nèi)容多，不能輕視。否則，對以后的學(xué)習(xí)將會造成很大影響。

主要教學(xué)環(huán)節(jié)習(xí)題獨(dú)立完成作業(yè)，按時交作業(yè)。緊跟老師講課思路，搞清基本概念，注意解題方法和技巧。課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)注意理論聯(lián)系實(shí)際，掌握常用儀器、儀表的使用方法，驗(yàn)證與探索相結(jié)合。衷心祝愿大家學(xué)有所成+理論實(shí)踐（1-23）第一章電路的基本概念和基本定律（1-24）電路的基本概念和基本定律第一章§1.1電路的基本概念

1.1.1電路中的物理量

1.1.2電路元件§1.2電路的基本定律

1.2.1歐姆定律

1.2.2基爾霍夫定律（1-25）§1.1電路的基本概念1.1.1

電路的物理量1.1.2

電路元件

(一)無源元件

(二)有源元件（1-26）1.1.1電路的物理量電池?zé)襞蓦娏麟妷弘妱觿軪IRU+_負(fù)載電源（1-27）電位：在電路中為方便起見，常用電位表示各處電壓。所謂電位是指電路中某一點(diǎn)相對于參考點(diǎn)而言的電壓。Va=5V

a

點(diǎn)電位：ab15Aab15Ab點(diǎn)電位：Vb=-5V（1-28）E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2電動勢的電位表示法參考點(diǎn)（1-29）電位的特點(diǎn)：電位值是相對的，參考點(diǎn)選得不同，電路中其它各點(diǎn)的電位也將隨之改變。電壓的特點(diǎn)：電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會因參考點(diǎn)的不同而改變。注意：電位和電壓的區(qū)別。（1-30）電路中物理量的參考方向物理量的方向：實(shí)際方向參考方向（又稱正方向）實(shí)際方向：物理中對電量規(guī)定的方向。參考方向（參考正方向）：在分析計算時，對電量人為規(guī)定的方向。（1-31）物理量的實(shí)際方向（1-32）電路分析中的假設(shè)正方向（參考方向）問題的提出：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？電流方向AB？電流方向BA？E1ABRE2IR（1-33）(1)在解題前先設(shè)定一個正方向，作為參考方向；解決方法(3)根據(jù)計算結(jié)果確定實(shí)際方向：若計算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)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)系的代數(shù)表達(dá)式；（4）今后解題時一律以正方向?yàn)闇?zhǔn)。（1-34）物理量正方向的表示方法電池?zé)襞軮RUabE+_abu_+正負(fù)號abUab（高電位在前，低電位在后）

雙下標(biāo)箭頭uab電壓IR電流：從高電位指向低電位。（1-35）例已知：E=2V,R=1Ω問：當(dāng)Uab分別為3V和1V時，IR=?E

IRRURabU解：（1）首先假設(shè)各物理量的正方向，如圖所示；（2）列方程求解。（1-36）(3)數(shù)值計算（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）E

IRRURabU（1-37）(4)為了避免列方程時出錯，習(xí)慣上把

I

與U

的方向按相同方向假設(shè)（關(guān)聯(lián)參考方向）。(1)方程式R=

U/I

僅適用于U和I假設(shè)正方向一致的情況。(2)“實(shí)際方向”是物理中規(guī)定的，而“假設(shè)正方向”則是人們在進(jìn)行電路分析計算時，任意假設(shè)的。(3)在以后的解題過程中，注意一定要先設(shè)定“正方向”

(即在圖中表明物理量的參考方向)，然后再列方程計算。缺少“參考方向”的物理量是無意義的。注意（1-38）

IRURab假設(shè):

與的方向一致例假設(shè):

與的方向相反

IRURab（1-39）電功率aIRUb功率的概念：設(shè)電路任意兩點(diǎn)間的電壓為

U

，流入此部分電路的電流為I，則這部分電路消耗的功率為:功率有無正負(fù)？如果UI方向不一致結(jié)果如何？（1-40）IRUab或IRUab“吸收功率”（負(fù)載）“發(fā)出功率”（電源）若P=UI0若P=UI0IUab+-根據(jù)能量守衡關(guān)系P（吸收）=P（發(fā)出）在U、I正方向選擇一致（關(guān)聯(lián)參考方向）的前提下，

（1-41）IaRUb+-E設(shè)E=10V,R=1求：PE=?PR=?解：顯然U=10VI=10A

PR=UI=10X10=100WP>0(負(fù)載）P<0(電源）PE=－UI=－100W(U,I方向不一致）例：額定值：制造廠為了使產(chǎn)品能在規(guī)定的工作條件下正常運(yùn)行而規(guī)定的正常容許值。例：有一220V/100W的燈泡，試求燈泡在220V條件下的電阻值。額定值與實(shí)際值例：有一電熱器從220V電源取用的功率為1000W，問如將它接到110V電源上，則取用的功率為多少？（1-44）按此，計算出P>0

時,說明此部分電路消耗電功率，為負(fù)載。

所以，從P的+或-可以區(qū)分器件的作用，是電源，還是負(fù)載。結(jié)論在進(jìn)行功率計算時，如果假設(shè)U、I

正方向一致，則P=UI,如果U、I

正方向不一致，則P=UI。計算出P<0

時,說明此部分電路產(chǎn)生電功率，為電源。--（1-45）作業(yè)：P30習(xí)題1.5.9（1-46）伏-安特性iuRiuui線性電阻非線性電阻(一)無源元件電阻（R）,電容（C),電感（L）常用單位：、k、M

1.1.2電路元件電阻：（1-47）1.電壓源伏安特性電壓源模型IUEUIRO+-ERo越大?小？特性越平?(二)有源元件（P41）主要介紹有源元件中的兩種電源：電壓源和電流源。（1-48）理想電壓源（恒壓源）:

RO=0時的電壓源。特點(diǎn)：（1）輸出電壓不變，其值恒等于電動勢，即Uab

E； （2）電源中的電流由外電路決定。IE+_abUab伏安特性IUabE（1-49）恒壓源中的電流由外電路決定設(shè):

E=10VIE+_abUab2R1當(dāng)R1

R2

同時接入時：I=10AR22例當(dāng)R1接入時：I=5A則：（1-50）恒壓源特性中不變的是：_____________E恒壓源特性中變化的是：_____________I_________________會引起I的變化。外電路的改變I的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向+_I恒壓源特性小結(jié)EUababRE+_ROabUoR電源開路E+_ROabRIs電源短路（1-53）2.電流源ISROabUabIIsUabI外特性

電流源模型RORO越大特性越陡（1-54）理想電流源（恒流源):

RO=

時的電流源。特點(diǎn)：（1）輸出電流不變，其值恒等于電流源電流IS；abIUabIsIUabIS伏安特性（2）輸出電壓由外電路決定。（1-55）恒流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設(shè):IS=1A

R=10

時，

U=10

V。R=1

時，

U=1

V。則:例（1-56）恒流源特性小結(jié)恒流源特性中不變的是：_____________Is恒流源特性中變化的是：_____________Uab_________________會引起Uab

的變化。外電路的改變Uab的變化可能是_______的變化，或者是_______的變化。大小方向

理想恒流源兩端可否被短路？

abIUabIsR（1-57）恒流源器件舉例IcIbUce當(dāng)I

b

確定后，Ic

就基本確定了。在IC

基本恒定的范圍內(nèi)，Ic

可視為恒流源(電路元件的抽象)。cebIb+-E+-晶體三極管UceIc（1-58）電壓源中的電流如何決定？電流源兩端的電壓等于多少？例IER_+abUab=?Is原則：Is不能變，E不能變。電壓源中的電流I=IS恒流源兩端的電壓（1-59）恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒流源不變量變化量E+_abIUabUab=E

（常數(shù)）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對Uab

無影響。IabUabIsI=Is

（常數(shù)）I

的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對I

無影響。輸出電流I

可變-----

I

的大小、方向均由外電路決定端電壓Uab

可變-----Uab

的大小、方向均由外電路決定END（1-60）3.兩種電源的等效互換等效互換的前提：對外的電壓電流相等。I=I'Uab

=Uab'即：IRO+-EbaUabISabUab'I'RO'（1-61）等效互換的條件：IRO+-EbaUabISabUab'I'RO'則：I=I'Uab=Uab'若：（1-62）aE+-bIUabRO電壓源電流源Uab'RO'IsabI'（1-63）等效變換的注意事項(xiàng)（1）“等效”是指“對外”等效（即等效互換前后對外伏--安特性一致），但對內(nèi)不等效。時例如：IsaRO'bUab'I'RLaE+-bIUabRORLRO中不消耗能量RO'中則消耗能量對內(nèi)不等效對外等效（1-64）（2）注意轉(zhuǎn)換前后E

與Is

的方向。aE+-bIROE+-bIROaIsaRO'bI'aIsRO'bI'（1-65）（3）恒壓源和恒流源不能等效互換。abI'Uab'IsaE+-bI（不存在）（1-66）（4）進(jìn)行電路計算時，恒壓源串電阻和恒電流源并電阻兩者之間均可等效變換。RO和RO

'

不一定是電源內(nèi)阻。（1-67）R1R3IsR2R5R4I3I1I應(yīng)用舉例-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?（1-68）(接上頁)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I（1-69）+RdEd+R4E4R5I--(接上頁)ISR5R4IR1//R2//R3I1+I3（1-70）10V+-2A2I討論題哪個答案對???+-10V+-4V2求下列各電路的等效電源解:+–abU25V(a)++–abU5V(c)+a5AbU3(b)+例a+-2V5VU+-b2(c)+(b)aU5A23b+(a)a+–5V32U+b課后練習(xí)試用電壓源與電流源等效變換的方法計算2電阻中的電流。解:–8V+–22V+2I(d)2由圖(d)可得6V3+–+–12V2A6112I(a)2A3122V+–I2A61(b)4A2222V+–I(c)（1-73）3.受控源種類：VCVS、VCCS、CCVS、CCCS其中：V-Voltage C-Control，Current S-Source（1-74）1.2.1歐姆定律1.2.2基爾霍夫定律

（一）基爾霍夫電流定律（KCL）（二）基爾霍夫電壓定律（KVL）§1.2電路的基本定律（1-75）RUI注意：用歐姆定律列方程時，一定要在圖中標(biāo)明正方向。RUIRUI1.2.1歐姆定律解：對圖(a)有,U=IR例：應(yīng)用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖(b)有,U=–IRRU6V+–2AR+–U6V

I(a)(b)I–2A（1-77）廣義歐姆定律

(支路中含有電動勢時的歐姆定律)當(dāng)Uab>E

時，I>0表明方向與圖中假設(shè)方向一致。當(dāng)Uab<E時，I<0表明方向與圖中假設(shè)方向相反。E+_baIUabR提問:I的方向反過來呢？（1-78）1.2.2基爾霍夫定律（克氏定律）該定律由基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律兩部分組成?；鶢柣舴螂娏鞫擅枋隽送还?jié)點(diǎn)處的各支路電流的關(guān)系；基爾霍夫電壓定律描述了回路中各段電壓的關(guān)系。名詞：節(jié)點(diǎn)：三個或三個以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：電路中每一個分支回路：電路中任一閉合路徑（1-79）支路：ab、ad、…...

幾個？回路：abda、bcdb、

…...

幾個？節(jié)點(diǎn)：a、b、…...

幾個？例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-647（1-80）（一）基爾霍夫電流定律（KCL）對任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流等于由節(jié)點(diǎn)流出的電流?；蛘哒f，在任一瞬間，一個節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和都為0。I1I2I3I4基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性。

I=0即：例或：（1-81）電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。例I1+I2=I3例I=0基爾霍夫電流定律的擴(kuò)展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R（1-82）（二）基爾霍夫電壓定律（KVL）

對電路中的任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位升等于電位降?；?，電壓的代數(shù)和為

0。例如：回路a-d-c-a即：或：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-I3R3-I4R4-I5R5=E3-E4（1-83）關(guān)于獨(dú)立方程式的討論問題的提出：在用基爾霍夫電流定律或電壓定律列方程時，究竟可以列出多少個獨(dú)立的方程？例aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1分析以下電路中應(yīng)列幾個電流方程？幾個電壓方程？（1-84）基爾霍夫電流方程：節(jié)點(diǎn)a：節(jié)點(diǎn)b：獨(dú)立方程只有1個基爾霍夫電壓方程：#1#2#3獨(dú)立方程只有2個aI1I2E2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bE1（1-85）設(shè)：電路中有N個節(jié)點(diǎn)，B個支路N=2、B=3bR1R2E2E1+-R3+_a小結(jié)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)電流方程有

(N-1)個獨(dú)立的回路電壓方程有

(B-N+1)個則：（一般為網(wǎng)孔個數(shù)）獨(dú)立電流方程：１個獨(dú)立電壓方程：２個（1-86）討論題求：I1、I2

、I3

能否很快說出結(jié)果？1++--3V4V11+-5VI1I2I3課堂練習(xí)：P32習(xí)題1.6.3，1.7.4 習(xí)題1.6.3已知I1、I2

、I5

，求I3、

I4

、

I6

。I1I2I3I4I5I6習(xí)題1.7.4（1）求圖示電路中A點(diǎn)和B點(diǎn)電位;（2）思考：若將 A、B兩點(diǎn)直接連接或接一電阻，對電路有無影響？20V+_R+_16V8AB1244已知：Uab=0，求I、I1和R。6ARI1I2V＋－144ab（1-91）電阻的串并聯(lián)及其等效變換（P35）原則：聯(lián)接在電位相同的兩點(diǎn)之間的電阻均可視為并聯(lián)。例：P73習(xí)題2.1.12電阻的分壓及分流補(bǔ)充1：電阻串聯(lián)等效可推廣到N個電阻串聯(lián)，N個電阻串聯(lián)等效為一個電阻，等效電阻值為各串聯(lián)電阻值的總和。abR1R2u1u2ui串聯(lián)：在電路中，如果兩個二端元件首尾相連（且聯(lián)接處無其它元件端點(diǎn)聯(lián)接，即中間無分叉），流過同一個電流，稱這兩個元件串聯(lián)。兩個電阻R1和R2串聯(lián)聯(lián)接如圖，外接端a、b，電壓u和電流i之間關(guān)系表達(dá)了這一部分電路的外特性，按照歐姆定律：u1=R1·iu2=R2·i根據(jù)KV