第1章 直流电路与电路分析

电工技术

第1章 直流电路与电路分析 章1.1 电路和电路模型 电路和电路模型 1.2 电路中的主要物理量 电路中的主要物理量 1.3 电路的基本元件 电路的基本元件 1.4 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 1.5 基尔霍夫定律的应用 基尔霍夫定律的应用 1.6 简单电阻电路的分析方法 简单电阻电路的分析方法

1.1 电路和电路模型

图1.1 手电筒

图1.2 电路模型

是图1.1所示实际电路的电路模型 图1.2是图 所示实际电路的电路模型。 是图 所示实际电路的电路模型。 图中U 表示电源， 表示开关 表示开关， 表示耗能元件 表示耗能元件。 图中 S表示电源，S表示开关，R表示耗能元件。

1.2 电路中的主要物理量1.电流及其参考方向 电流及其参考方向 电流及其参考方向 几种常见的电流波形如图1.3所示 所示， 几种常见的电流波形如图 所示，图1.3 (a)为直流电流，图1.3(b)为交流电流。 )为直流电流， ( )为交流电流。

图1.3 几种常见的电流波形

1.2 电路中的主要物理量参考方向是一个假想的电流方向。 参考方向是一个假想的电流方向。 特别注意：图中实线箭头和电流符号  特别注意：图中实线箭头和电流符号i 缺一不可。 缺一不可。

图1.4 电流的参考方向

1.2 电路中的主要物理量2.电压及其参考方向 电压及其参考方向 在分析电路时， 在分析电路时，也需要对未知电压任意规 定电压“参考方向” 其标注方法如图1.5 定电压“参考方向”,其标注方法如图 所示。 所示。 其中， 其中，图1.5(b)所示的标注方法，即参 ( )所示的标注方法， 考极性标注法中， 考极性标注法中，“+”号表示参考高电位 号表示参考高电位 正极), 号表示参考低电位端(负极 端(正极 ，“-”号表示参考低电位端 负极 ； 正极 号表示参考低电位端 负极); 图1.5(c)所示的标注方法中，参考方向 ( )所示的标注方法中， 是由 点指向 点指向B 是由A点指向 点。

1.2 电路中的主要物理量

图1.5 电压参考方向的几种标注方法

1.3 电路的基本元件1.3.1 电阻元件 1.3.2 电容元件 1.3.3 电感元件 1.3.4 电压源 1.3.5 电流源

1.3.1 电阻元件1.电阻和电阻元件 电阻和电阻元件 电阻和电阻元件 2.电导 电导 电导 3.电阻元件上电压、电流的关系 电阻元件上电压、 电阻元件上电压 电流的关系 如图1.9所示电路 所示电路， 、 为关联参考方向 为关联参考方向， 如图 所示电路，u、i为关联参考方向， 其伏安特性为 u=Ri u、i为非关联参考方向时，有 为非关联参考方向时， 为非关联参考方向时 u=-Ri

1.3.1 电阻元件

图1.9 电阻元件

的图形符号

1.3.1 电阻元件4.电阻元件上的功率 电阻元件上的功率 电阻元件上的功率 为关联参考方向， 若u、i为关联参考方向，则电阻R上消耗的 为关联参考方向 则电阻  功率为 p=ui=(Ri)i=Ri2 ( ) 为非关联参考方向， 若u、i为非关联参考方向，则 为非关联参考方向 p=-ui=-(-Ri)i=Ri2 可见， 吸收)功率 可见，p>0,说明电阻总是消耗 吸收 功率，而与 ，说明电阻总是消耗(吸收 功率， 其上的电流、电压极性无关。 其上的电流、电压极性无关。 5.电阻器的使用 电阻器的使用 电阻器的使用

1.3.2 电容元件1.电容器 电容器 电容器 电容器是一种能够储存电场能量的元件。 电容器是一种能够储存电场能量的元件。 2.电容元件 电容元件 电容元件 3.电容上的电压与电流 电容上的电压与电流 电容上的电压与电流 在如图1.15所示电路中，u、i选关联参考方向， 所示电路中， 、 选关联参考方向 选关联参考方向， 在如图 所示电路中 其伏安关系为 i=CduC/dt  4.电容器的使用 电容器的使用 电容器的使用

1.3.3 电感元件1.电感器 电感器 电感器 2.电感元件 电感元件 电感元件 3.电感上的电压与电流 电感上的电压与电流 电感上的电压与电流 在图1.17所示电路中，u、i取关联参考方 所示电路中， 在图 所示电路中 取关联参考方 向，其伏安关系为 u=LdiL/dt

1.3.4 电压源电压源是实际电源(如干电池、蓄电池等 电压源是实际电源 如干电池、蓄电池等) 如干电池 的一种抽象概念，是理想电压源的简称。 的一种抽象概念，是理想电压源的简称。 电压源具有如下两个特点： 电压源具有如下两个特点：(1)它的端电压固定不变，与外电路取用的 )它的端电压固定不变， 电流I无关 无关； 电流 无关； (2)通过它的电流取决于它所连接的外电路， )通过它的电流取决于它所连接的外电路， 电流是可以改变的。 电流是可以改变的。

1.3.5 电流源电流源也是实际电源(如光电池 的一种抽 电流源也是实际电源 如光电池)的一种抽 如光电池 象概念，是理想电流源的简称。 象概念，是理想电流源的简称。 本节内容仅涉及直流电流源(恒流源 ，用 本节内容仅涉及直流电流源 恒流源), 恒流源 符号I 表示。 符号 S表示。 电流源的图形符号及其伏安特性曲线如图 1.20所示。 所示。 所示 箭头所指方向为I 的参考方向。 箭头所指方向为 S的参考方向。

1.3.5 电流源

图1.20 直流电流源的图形符号及其伏安特性曲线

1.3.5 电流源电流源具有如下两个特点： 电流源具有如下两个特点：电流源流出的电流I是

恒定的 (1)电流源流出的电流 是恒定的，即I=IS,与 电流源流出的电流 是恒定的， 其两端的电压U无关 无关； 其两端的电压 无关； 电流源的端电压取决于它所连接的外电路， (2)电流源的端电压取决于它所连接的外电路， 电流源的端电压取决于它所连接的外电路 端电压是可以改变的。 端电压是可以改变的。 例如， 的电阻连接于a 例如，设IS=3A,将R=5 的电阻连接于 、b , 两端，则有U=15V;若将 改为 ，则有 改为6 两端，则有 ；若将R改为 U=ISR=18V。 。

1.4 基尔霍夫定律1.4.1 几个有关的电路名词 几个有关的电路名词 1.4.2 基尔霍夫电流定律 1.4.3 基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电压定律

1.4.1 几个有关的电路名词1.支路 支路 支路 2.节点 节点 节点 3.回路 回路 回路 4.网孔 网孔 网孔

1.4.2 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(简称 基尔霍夫电流定律(简称KCL)指出：任 )指出： 一时刻， 一时刻，流入电路中任一个节点的各支路 电流的代数和恒等于零， 电流的代数和恒等于零，即 ∑i=0  KCL源于电荷守恒。 源于电荷守恒。 源于电荷守恒

1.4.3 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(简称 指出： 基尔霍夫电压定律 简称KVL)指出：任一 简称 指出 时刻，沿电路中的任何一个回路， 时刻，沿电路中的任何一个回路，所有支 路的电压代数和恒等于零， 路的电压代数和恒等于零，即 ∑u=0  KVL源于能量守恒原理。 源于能量守恒原理。 源于能量守恒原理

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