第4章电路的基本概念和基本定律第4章电路的基本概念和基本定律电子技术的主要研究对象是电路。电路的功能有两大类：一、是进行能量的传输、转换和分配；二、是进行信号的传输和处理。本章主要内容：本章将介绍电路中的电流、电压、电功率三个主要物理量。重点介绍分析电路的基本定律＿＿基尔霍夫定律，它是分析电子线路的一个重要基础。以及电压源与电流源的等效变换和电路中各点电位的计算。4.1电路模型和电路的基本物理量4.1.1电路模型例如，我们用“电阻元件”这样一个理想电路元件来反映消耗电能的特征，因为当电流通过电阻元件时，在它内部进行着把电能转换成热能等不可逆过程。这样，在电源频率不是很高的电路中，所有的电阻器、电炉、电灯、电烙铁等实际元器件，都可以用“电阻元件”这个模型来近似的表示。这种由理想元件组成的与实际电气元器件相对应的电路，并用统一规定的符号表示而构成的电路，就是实际电路的模型，称为“电路模型”。下图（ａ）所示的就是一个最简单的实际电路＿＿手电筒电路。它由干电池（电源）、小电珠（负载）、开关及连接导线（中间环节）组成。所以，通常将电源、负载、中间环节称为是电路组成的三个部分。下图（ｂ）所示是手电筒电路模型，常称它为电原理图（简称电路图）。当K闭合，外电路短路时（R=0），则I=Is，U=0,Ir=0；在电路分析中，有时对某一段电路中电流实际方向事先很难判断出来，有时电流的实际方向（如交流电路）还在不断地改变，因此难以在电路中标明电流的实际方向。电压用Uab表示，注意其参考方向与实际方向的判断。当P>0时，表示元件实际上是吸收或消耗电能（负载）；电压用Uab表示，注意其参考方向与实际方向的判断。电压源电压的参考极性与回路饶行方向一致者，前取“－”号，相反者，前取“+”号。1V=103（mV）=106（μV）提醒同学注意：1.解：这一段有源支路可看成是一个单回路电路，开口a、b处可看成是一个电压大小为Uab的电压源，那么根据KVL可得：电子技术的主要研究对象是电路。3电路中各点电位的分析与计算以下图为例，讨论一段电路中功率与电压、电流的关系。如图所示电路，用虚线框对三角形电路作一闭合面，根据图上各电流的参考方向，列出KCL的方程，得：由于，理想电压源具有上述两个特点，所以，推广到一般情况，凡是端电压可以按照某给定规律变化而与其电流无关的电源，就称为理想电压源，简称为电压源。所以，对外电路来说，一个实际的电源，既可以用电压源模型来表示，又可以用电流源模型来表示。网孔＿＿是指回路中不含有支路的回路。支路a3b中没有电源称为无源支路。这里所谓的“理想化”指的是：假定这些现象可以分别研究，并且这些电磁过程都分别集中在各元件内部进行，将这样的元件称为集中参数元件，简称为集中元件。由集中参数元件构成的电路称为集中参数电路。4.1.2电路的基本物理量采用国际单位制（SI），时间t的单位为秒（S），电量q的单位为库仑（C），则电流的单位为安培（A）。一般情况下，电流是时间t的函数。如果不随时间变化，即任意时刻，通过导体横截面的电量，其大小和方向都不随时间发生变化，则这种电流称为恒定电流，简称直流（directcurrent）。常简写为dc或DC。其强度用符号I表示。很显然如果通过导体截面的电荷随时间变化，而电荷移动的方向不发生变化，这种电流称为脉动电流。如果电流的大小和方向都随时间变化，则称为交变电流，简称交流（alternatingcurrent），常简写作ac或AC。2.电压电路分析中用到的另一个物理量是电压（voltage）。直流电压用U表示，交流电压用ｕ表示。直流电压用U表示，交流电压用ｕ表示。下图所示电路，其中当开关K闭合，我们发现电阻R中有电流流过，若电阻元件R代表的是灯泡，则K闭合时灯泡就会发光。这是因为电源正极所带正电荷在电场力的作用下从电源的正极经导线、电阻元件R移动到电源负极。形成电流并使灯泡发光，正电荷从电源的正极移动到电源负极，这说明是电场力作了功为了衡量电场力对电荷作功能力的大小，引入了电压物理量。其定义为：电路中a、b两点间电压Uab的大小等于电场力由a点移动单位正电荷经电阻元件R到b点所作的功。用公式表示为：电压又称电位差。单位正电荷在电场中某一点具有的电位能定义为该点的电位。用符号V表示，那么，a、b间的电压也可表示为：电流在导线中或一个电路元件中流动的实际方向只有两种可能，见下图在电路分析中，有时对某一段电路中电流实际方向事先很难判断出来，有时电流的实际方向（如交流电路）还在不断地改变，因此难以在电路中标明电流的实际方向。为了解决这样的问题，引入了电流“参考方向”的概念。在一段电路中事先设定一个电流方向，这个选定的电流方向就叫做电流的参考方向。参考方向可以任意选定。若电流