電工電子技術基礎課件：電路基本概念及基本定律

電工電子技術基礎

電路基本概念及基本定律

教學目標電工電子技術基礎

電路基本概念及基本定律1.理解電路作用與組成部分，掌握電路模型。2.掌握電壓和電流參考方向及相關性，理解元件物理性質和外特性。3.掌握歐姆定律，理解電路的工作狀態(tài)。4.理解基爾霍夫定律并能熟練運用。5.理解電位概念，掌握電源與負載判斷，功率平衡。第一節(jié)電路模型第二節(jié)電路基本物理量第三節(jié)基爾霍夫定律第四節(jié)電路元件第五節(jié)電路的工作狀態(tài)本章目錄電路基本概念與定律電工電子技術基礎

思政引例電路基本概念與定律電工電子技術基礎下一頁上一頁章目錄千里之行，始于足下。——老子

思政引例電路基本概念與定律電工電子技術基礎下一頁上一頁章目錄日常生活人們所接觸實際電路很多，如家用電器：電視、洗衣機、電飯煲、微波爐、電磁爐、電冰箱、空調等，不管內部是交流電路還是直流電路，比如手電筒，若要弄清工作原理，必須從電路原理上進行分析，就需要具備一定的電路基礎知識。

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以中國戰(zhàn)斗機FC-1“梟龍”為例，該戰(zhàn)斗機包括雷達、通信導航與識別、大氣數據等系統(tǒng)。

飛機系統(tǒng)從簡單飛機照明電路，到復雜飛機供電系統(tǒng)，都是由電路元器件構成，如電源電阻、電容、電感、集成電路等。電路分析是分析由理想電路元件組成電路模型。介紹電路基本物理量、理想電路元件、電路狀態(tài)，從工程案例出發(fā)，引出參考方向、額定值、功率平衡、參考電位，討論基爾霍夫定律。

由實際電氣元件按一定方式連接而成的一個整體，以形成電流通路，從而實現某種特定的功能。

一、實際電路的組成和作用1.1電路模型①實現電能的傳輸和轉換組成作用電路基本概念與定律——電路模型②實現信號的傳遞和處理電路電源（或信號源）負載中間環(huán)節(jié)（強電）（弱電）電工電子技術基礎下一頁上一頁章目錄

最簡單的手電筒電路示意圖電路基本概念與定律——電路模型電源負載中間環(huán)節(jié)電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄干電池作電源，燈泡作負載，導線和開關作為中間環(huán)節(jié)將燈泡和干電池連接起來，實現將電能轉變?yōu)楣饽艿墓δ堋?/p>

半導體擴音機的工作原理方框圖電路基本概念與定律——電路模型信號源負載中間環(huán)節(jié)電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄

話筒（麥克風）是電源（信號源），中間環(huán)節(jié)是放大電路，負載是揚聲器。二、電路模型由理想化的電路元件組成的電路圖。電路基本概念與定律——電路模型理想電路元件理想無源元件理想有源元件理想電阻元件R理想電感元件L理想電容元件C理想電壓源US理想電流源IS電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路模型電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路模型電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路模型電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路模型電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路模型是由實際電路抽象而成，近似地反映實際電路的電氣特性。電路模型是由理想化的電路元件組成電路圖。雖然利用電路模型分析計算的結果僅是實際電路的近似值，但它是我們判斷實際電路電氣性能和指導電路設計的重要理論依據。

圖中，US為汽車上的直流發(fā)電機的輸出電壓，R1為發(fā)電機的內阻，E為蓄電池，R2為蓄電池內阻，RL是汽車上的等效負載電阻，它包括各種車用電氣設備的等效電阻。電路基本概念與定律——電路模型汽車供電電路模型電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄響應由激勵產生的結果（如某個元件上的電流或電壓等）

已知激勵、電路結構和參數的情況下，根據電路的基本定律對電路模型進行分析，求出各元件上的電壓、電流及功率等物理量，預測實際電路的特性，以便設計更優(yōu)化的電路。激勵對一個電路而言，電源（或信號源）的作用激勵和響應的關系就是作用和結果的關系。電路基本概念與定律——電路模型電路分析電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路模型電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄【練習與思考】(1)電路由哪3個基本部分組成?(2)電路的主要作用大致分為哪兩個方面?(3)什么是電路模型?為什么要用電路模型來表示電路?1.2電路基本物理量

電路分析中，基本物理量有電流、電壓、電動勢和電功率。一、電流及其參考方向電流就是電荷的定向移動，電流的大小用電流強度表示。交流電流用小寫字母i表示，直流電流用大寫字母I表示。電流強度（電流）電路基本概念與定律——電路基本物理量即單位時間內通過導體橫截面的電荷量。（安[培]，A)電工電子技術基礎下一頁上一頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路基本物理量電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路基本物理量電路基本概念與定律——電路基本物理量在分析較為復雜的電路時，往往難于事先判斷某支路中電流的實際方向。

通常引入參考方向（正方向）的概念。參考方向可以任意選定，用“→”表示。若選定的參考方向與電流實際方向一致，則電流為正值；若選定的參考方向與電流實際方向相反，則電流為負值。電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎二、電壓、電位和電動勢及其參考方向電場力把單位正電荷從電場中的一點移到另一點所作的功。直流電壓用大寫字母U表示，交流電壓用小寫字母u表示。電壓電路基本概念與定律——電路基本物理量（伏[特],V）電壓的實際方向規(guī)定為從高電位端指向低電位端。（3）雙下標表示

（1）箭頭“→”表示（2）極性表示參考方向的表示方法+-下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路基本物理量電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路基本物理量電工電子技術基礎1.參考方向可以任意選取。3.在未標明參考方向時，電壓值的正負沒有意義。2.當參考方向與實際方向相同時，電壓值為正值當參考方向與實際方向相反時，電壓值為負值注意電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄描述了電源中外力做功的能力，大小等于外力在電源內部克服電場力把單位正電荷從負極移到正極所做的功。電工電子技術基礎電動勢電動勢的實際方向在電源內部由負極指向正極。電動勢的實際方向是電位升的方向，與電壓的實際方向相反。電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎關聯參考方向

一個元件或者一段電路上的電流和電壓的參考方向可以任意假定。電路基本概念與定律——電路基本物理量非關聯參考方向下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄

特別提示參考方向，是為了電路分析計算的方便而任意假定的方向。參考方向也稱為正方向。在分析電路時，需要預先假設電壓和電流的參考方向，并且做標識，一旦參考方向確定，在分析過程中不要做任何變動，直至分析過程結束。在參考方向選定后，電流或電壓值才有正負之分。當采用關聯參考方向時，可以簡化參考方向的標注，電路中只要標出電流或電壓的一個參考方向即可，另一個電量的參考方向由關聯一致來確定。P（p）<0P（p）>0電工電子技術基礎三、電功率單位時間內電路元件所吸收或發(fā)出的電能，其值等于該元件上的電壓與電流的乘積。p=ui電路基本概念與定律——電路基本物理量（功率）電功率(瓦[特]，W)直流電功率P=UI交流電功率關聯參考方向非關聯參考方向p=-uiP=-UI電功率正負的物理含義吸收功率（負載作用）發(fā)出功率（電源作用）下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——電路基本物理量拓展分析下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄如圖所示，驗證功率平衡，說明元件是電源還是負載？電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄【練習與思考】（1）某元件電壓和電流采用關聯參考方向，當元件

時，該元件是發(fā)出功率還是吸收功率？該元件在電路中起電源還是負載作用?（2）某元件電壓與電流的參考方向一致時，說明該元件是負載，這句話對嗎?（3）

是否表示a

端的電位高于b

端的電位?電路基本概念與定律——電路基本物理量電工電子技術基礎1.3基爾霍夫定律

對于簡單電路，可以用歐姆定律進行分析。對于除簡單電路以外的電路，就得運用基爾霍夫定律?；鶢柣舴蚨山沂玖嘶芈分懈鞑糠蛛妷褐g和結點上各個電流之間的規(guī)律。

電路中通過同一電流的分支電路電路基本概念與定律——基爾霍夫定律（1）支路

有源支路無源支路下一頁上一頁章目錄電工電子技術基礎電路中不再含有分支電路的回路

包含回路較多的電路

實際上電路和網絡兩個名詞經常通用電路基本概念與定律——基爾霍夫定律三條或三條以上支路的聯接點(2)結點(3)回路(4)網孔(5)網絡電路中由支路構成的任何閉合路徑下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——基爾霍夫定律下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎

基爾霍夫電流定律(Kirchoff’sCurrentLaw)，它描述了一個結點上各個電流的約束關系。一、基爾霍夫電流定律

任一瞬時，對電路中的任一結點，流入結點的電流之和等于流出該結點的電流之和?；鶢柣舴螂娏鞫审w現了電流的連續(xù)性。

如果規(guī)定流入結點的電流為正，流出結點的電流為負，那么，對電路中的任一結點而言，電流的代數和恒等于零電路基本概念與定律——基爾霍夫定律(KCL)，即下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——基爾霍夫定律電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——基爾霍夫定律電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——基爾霍夫定律電路基本概念與定律——基爾霍夫定律電工電子技術基礎1.運用KCL時，首先應標定每一支路電流的參考方向。根據各支路電流的參考方向，確定各電流變量前面的正、負號。按上述規(guī)定，流入結點的電流取正號，流出結點的電流取負號。2.基爾霍夫電流定律不僅適用于電路中任一結點，也適用于電路中任一假想的封閉面（廣義結點）。注意下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎右圖電路中，根據KCL有

上式表明，通過封閉面的電流代數和確實等于零，即KCL適用于廣義結點。

將上述3個結點電流方程相加，即得廣義結點(圓圈圍攏的封閉面)的電流方程電路基本概念與定律——基爾霍夫定律

結點A

結點B

結點C下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路如圖所示，試求電流表A的讀數。電路基本概念與定律——基爾霍夫定律設想用一個假想封閉面來包圍電路的左邊部分（廣義結點）電流表A讀數:0下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄[解][例題]電工電子技術基礎二、基爾霍夫電壓定律

基爾霍夫電壓定律（Kirchoff’sVoltageLaw），它描述了一個回路中各支路電壓之間的約束關系。

在任一時刻，對于電路中的任一回路，按一定方向沿著回路繞行一周，回路中所有支路電壓或元件電壓的代數和為0。電路基本概念與定律——基爾霍夫定律(KVL)其數學表達式為

運用KVL列回路方程時，應首先設定回路的繞行方向，并標出各支路或元件上電流、電壓的參考方向。當回路內某個電壓的參考方向與回路的繞行方向一致時取正號，相反時取負號。下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——基爾霍夫定律電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——基爾霍夫定律電工電子技術基礎

下圖中，abcd回路以順時針方向為繞行方向，運用KVL有(1)Uab+Ubc+Ucd+Uda=0(2)Uab=I3R3電路基本概念與定律——基爾霍夫定律(3)Ubc=﹣I2R2+US2(5)Uda=－US1+I1R1(4)Ucd=I4R4將式(2)~(5)代入式(1)得I3R3

+(-

I2R2+Us2)+I4R4-

Us1

+

R1I1=0US1=E1US2=E2經化簡整理，得E1-E2=I1R1-I2R2+I3R3+I4R4∑E=∑(IR)

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下圖中，abcd回路以順時針方向為繞行方向，運用KVL有(1)Uab+Ubc+Ucd+Uda=0(2)Uab=I3R3(3)Ubc=﹣I2R2+US2(5)Uda=－US1+I1R1(4)Ucd=I4R4將式(2)~(5)代入式(1)得US1=E1US2=E2經化簡整理，得電工電子技術基礎

規(guī)定：電流參考方向與回路繞行方向一致時，該電流在電阻上所產生的電壓取正號；兩者方向不一致時，取負號。凡電動勢參考方向與繞行方向一致者取正號；不一致者取負號。

該式表明：在任一回路內，電阻上電壓降的代數和等于電動勢的代數和。電路基本概念與定律——基爾霍夫定律下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄∑E=∑(IR)

電工電子技術基礎KVL可應用于任一閉合回路，但也可以推廣應用于不閉合回路或某一條支路。

對圖示電路，由KVL有電源的端電壓可求得：

Uab=US－IRS用這種方法可求得一段電路的電壓Uab。US=IRS+Uab電路基本概念與定律——基爾霍夫定律廣義回路下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——基爾霍夫定律電工電子技術基礎電路基本概念與定律——基爾霍夫定律下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——基爾霍夫定律下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎電路基本概念與定律——基爾霍夫定律下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄【練習與思考】（1）什么叫結點、支路和回路?什么叫網孔?（2）基爾霍夫電流定律的內容是什么?它的適用范圍如何?（3）基爾霍夫電壓定律的內容是什么?它的適用范圍如何?（4）基爾霍夫定律能適用于非線性電路嗎?電路基本概念與定律——基爾霍夫定律

(歐[姆]，)電工電子技術基礎1.4電路元件

電阻、電感和電容是三種常用的無源元件，它們具有不同的物理性質。一、電阻元件電阻是反映消耗電能的電路參數。電路基本概念與定律——電路元件1.伏安關系非線性電阻

線性電阻u=Ri下一頁上一頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎2.功率關系電阻在任一段時間內吸收的電能也總是大于或等于0。電路基本概念與定律——電路元件

電阻的特性也可以用電導G來表示，電阻與電導的關系為(西[門子]，S)≥0耗能元件≥下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎

電阻（如電爐、白熾燈）吸收的能量全部轉化為熱能或其他形式的能量消耗掉了，這是一個不可逆的能量轉換過程。對各種電氣設備來說，為了安全運行，這些設備都有一定的額定功率、額定電壓和額定電流。

實際使用電阻時，除了要知道其阻值外，還應知道其額定功率(如1W、1／2W、1／4W、1／8W等)。電路基本概念與定律——電路元件（利用電流熱效應）下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄耗能元件電感線圈示意圖實際電感元件通常是由線圈構成。電工電子技術基礎二、電感元件N1.定義磁鏈自感系數（電感）(亨[利]，H)線性電感非線性電感下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎法拉第發(fā)現楞次發(fā)現電路基本概念與定律——電路元件感應電動勢e的大小正比于磁通的變化率。

感應電動勢e的方向總是力圖阻礙原來磁通的變化。規(guī)定感應電動勢e的參考方向與磁通的參考方向符合右手螺旋定則，在此規(guī)定下，便可得到自感電動勢的表達式為2.伏安關系下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件

在任一時刻，電感上的電壓與該時刻電流的變化率成正比。對于恒定電流，電感兩端的電壓為零。電感元件對直流電而言相當于短路。電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎

在t時刻電感的瞬時功率為3.功率關系下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎

當i(t)為正值，且有減小的趨勢時，p(t)<0，說明電感將儲存在其中的磁場能提供給電路。儲能元件

當流過電感元件的電流為i時，它所儲存的磁場能為

實際電感除了有儲能作用外，還會消耗一部分電能，這主要是由于構成電感的線圈導線總存在一些電阻的緣故。電路基本概念與定律——電路元件

當i(t)為正值，且有增大的趨勢時，p(t)>0，表明電感吸收能量，電能以磁場能儲存在電感中。下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎三、電容元件

電容是一種能夠儲存電荷或以電場形式儲存能量的器件。電容符號電路基本概念與定律——電路元件1.定義電容容量單位電壓所能存儲的電荷量，即(法[拉]，F）下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎電容對直流電而言相當于開路。電路基本概念與定律——電路元件2.伏安關系根據電流的定義，有3.功率關系

在t時刻電容的瞬時功率為下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎

當u(t)為正值，且有增大的趨勢時，p(t)>0，表明電容吸收能量，電能以電場能儲存在電容中；

當u(t)為正值，且有減小的趨勢時，p(t)<0，說明電容將儲存在其中的電場能提供給電路。電路基本概念與定律——電路元件儲能元件電容兩端的電壓為u時，它所儲存的電場能為下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄【練習與思考】（1）一個額定功率0.5W、阻值1k?電阻能否接到輸出電壓為5V的電源上?為什么?它允許流過最大電流為多大?（2）一只110V、8W指示燈，現在按在380V電源上，問要串多大電阻?（3）如果一個電感元件兩端電壓為0，其儲能是否也一定為0?如果一個電容元件中的電流為0，其儲能是否也一定為0?（4）電感元件中通過直流電流時可視作短路，是否此時電感L為0?電容元件兩端加直流電壓時可視作開路，是否此時電容C為無窮大?電路基本概念與定律——電路元件電工電子技術基礎1.5電路的工作狀態(tài)電路可能出現三種狀態(tài)：電路基本概念與定律——電路的工作狀態(tài)有載狀態(tài)短路狀態(tài)開路狀態(tài)下面以圖示直流電路為例來介紹電路的三種工作狀態(tài)。下一頁上一頁章目錄電工電子技術基礎一、有載狀態(tài)開關S合上，電源與負載接通，電路所處的狀態(tài)。電源的端電壓為則電路基本概念與定律——電路的工作狀態(tài)上式兩邊乘以電流I，得即下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄電工電子技術基礎這種電源發(fā)出的功率之和等于電路中其它元件所消耗的功率之和稱為功率平衡。電路基本概念與定律——電路的工作狀態(tài)

PS就是電源發(fā)出的功率，I2RL為負載消耗的功率，I2R0是電源內阻R0消耗的功率。額定狀態(tài)電路（電氣設備）中的電流、電壓和功率的實際值等于額定值時的電路（電氣設備）的工作狀態(tài)。下一頁上一頁節(jié)首頁章目錄二、開路狀態(tài)

電源的端電壓叫做開路電壓（UOC，UOC=US

）。

開關S斷開時，電路所處的狀態(tài)。由于電路沒有接上負載，故也稱為空載狀態(tài)。電路基本概念與定律——電路的工作狀態(tài)電工電子技術基礎下一頁上一頁