§1 电路的基本概念和基本定律.doc

§1 电路的基本概念和基本定律 本章内容：电路的作用和组成、电路模型、电压和电流的参考方向、欧姆定律、基尔霍夫定律、电源的三种状态和电路中的电位。 1.1 电路的作用及组成 电路：为某种需要，由某些电工设备或元件按一定方式组成的电流的通路。 一、作用 1、实现电能的传输与转换 以电力系统为例。 2、实现信号的传递和处理 以扩音机为例 前者属于电工技术研究的范畴； 后者属于电子技术研究的范畴。 二、组成 1、电源和信号源 其他能→电能的装置。 如：干电池、发电机、话筒等。 2、负载 用电设备。电能→其他能。 如：电灯、电炉、电动机、扬声器等。 3、中间环节 电源或信号源→负载的联结部分。 如：变压器、输电线、开关、放大器等。 三、激励和响应 激励：电路中的电源或信号源。 响应：、由激励在电路中产生的电压或电流。 讨论激励与响应的关系称为电路分析。 1.2 电路模型 一、实际电路元件的电磁特性 复杂。如 发电机除了产生电源电动势之外，还有电阻、电感和分布电容。 干电池除电动势外，还有内阻。 白炽灯除具有电阻性外，还具有电感性。 二、理想电路元件和实际元件的理想化 1、理想元件 只含一种参数的元件。 只有电阻、电感、电容和理想电源四种。 2、实际元件的理想化 忽略次要因素，用一个或几个理想元件代替实际元件。 如干电池可用一电动势和一内阻的串联代替： 又如白炽灯可用一电阻代替： 三、电路模型 由理想元件组成的电路。 如手电筒的电路模型为 1.3 电压和电流的参考方向 一、实际方向 规定正电荷运动的方向为电压、电流、电动势的实际方向。 电流：正电荷运动的方向； 电压：由高电位指向低电位，即电压降低的方向； 电动势：低电位指向高电位，即电压升高的方向。 二、参考方向（正方向） 为分析计算电路而假设的方向。 参考方向与实际方向相同时为正值； 参考方向与实际方向相反时为负值。 I为正值，为负值，且； U为正值，为负值，且； E为正值，为负值，且。 三、参考方向的下标标注法 表示该电流由A指向B； 表示该电压由A指向B； 表示该电动势由B指向A。 标参考方向时，尽可能与实际方向一致。 1.4 欧姆定律 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻的阻值成反比。 一、欧姆定律表达式 电流与电压的参考方向一致时 电流与电压的参考方向相反时 二、电阻单位 基本单位是欧姆，简称欧，用“Ω”表示。 计量高电阻时，有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。 例 应用欧姆定律求下列各图的电阻R。 解 三、线性电阻和非线性电阻 遵循欧姆定律的为线性电阻。 线性电阻的伏安特性为直线。 不遵循欧姆定律的为非线性电阻。 非线性电阻的伏安特性不为直线。 如半导体二极管为非线性元件，其伏安特性为 1.5 基尔霍夫定律 有电流、电压两个定律。 一、名词解释 支路：电路中的分支。 结点：三条或三条以上支路的联结点。 回路：一条或多条支路组成的闭合电路。 例如 有：acb、ab、adb三条支路， a、b两个结点， abca、abda、acbda三个回路。 二、基尔霍夫电流定律（KCL） 流入结点电流之和等于流出结点电流之和。 例如 则 或 即，结点上电流的代数和等于零。 应用上式时应注意： 若规定参考方向指向结点为正，则参考方向离开结点取负； 若规定参考方向离开结点为正，则参考方向向指结点取负。 例1 在图示电路中，已知 。求 解 由KCL得 ∴ 注意是中有两套正符号： I前的正符号是由根据电流的参考方向确定的； 括号内数字前的正符号表示电流数值的正负。 例2 求证： 证：由KCL可列出 三式相加，即得 上例说明，电路中任一假设的闭合面的电流的代数和也等于零。 这样的闭合面称为广义结点。 三、基尔霍夫电压定律（KVL） 顺时针或逆时针绕行回路一周，电压升高之和等于电压降低之和。 如 则 或 即，绕行电路一周，电压的代数和等于零。 应用上式时应注意： 先确定绕向； 若规定电压升高为正，则电压降低取负； 若规定电压降低为正，则电压升高取负。 例3 闭合电路如图。已知电路元件1、2、3、4上的电压分别为，，。 ⑴求UCD； ⑵求UCA。 解 ⑴对回路ABCDA，由KVL可列出 所以 ⑵对回路ABCA，由KVL可列出 所以 例4 如图，已知U1=3V，U2=6V。求U0。 解 对于回路Ⅱ，由KVL可列出 所以 可见，KVL也适用于开口回路。 四、小结 1、基尔霍夫定律有电流、电压两个定律。电流定律是对结点而言；电压定律是对回路而言的。表达式分别为 2、应用基尔霍夫定律应注意正负号。 电流定律：若规定参考方向指向结点为正，则参考方向离开结点取负；若规定参考方向离开结点为正，则参考方向向指结点取负。 电压定律：先要确定绕行方向。若规定电压升高为正