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1、电工电子技术,人民邮电出版社 童星 郑火胜 主编,知识模块一 电路,主要内容 电路的作用和组成 ； 有关电路主要物理量的定义； 电路的三种状态，理解电流、电压之间的关系； 掌握电流、电压的参考方向。 重点 电流、电压的参考方向和电路的三种状态,一、电路,一、电路的概念 电路是电流流通的路径，是由电源、用电器、导线和开关等组成的闭合回路，主要用来实现能量的传输和转换，或实现信号的传递和处理。 电路的结构形式，按所实现的任务不同而多种多样，但无论是简单还是复杂的电路，均离不开电源、负载和中间环节这三个最基本的组成部分。 电源是提供电能的设备，如发电机、电池、信号源等。 负载就是指用电设备，如电灯、
2、电动机、空调、风扇等。 中间环节是用作电源与负载相连接的，通常是一些连接导线、开关、接触器等电器设备。,图1-1电路在两种典型场合应用示意图,无论是电能的传输和转换电路，还是信号的传递和变换电路，其中电源或信号源的电压、电流输入称为激励，它推动电路工作；激励在电路各部分所产生的电压和电流输出称为响应。分析电路，其实质就是讨论电路的激励和响应之间的关系。 在今后学习中，所分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件用规定的图形符号表示。 如常用的手电筒，其电路模型如下图所示，电路中灯泡用电阻元件表示，其参数为电阻R，电池是电源元件，其电动势可用E，电池与灯泡的连接还有筒体和开关，其电
3、阻微小忽略不计，认为是一个无电阻的理想导体。,图1-2 手电筒电路模型,二、电路的主要物理量,1电流 (1)电流的概念 带电粒子（电子）在电场力作用下有规则的定向移动就形成电流。在金属导体中流动的电流是自由电子在电场力作用下定向运动而形成的。人们把单位时间内通过某一导体横截面的电荷量定义为电流强度(简称电流)，它是衡量电流强弱的物理量。 如图1-3所示，设在极短的时间dt内，通过导体ab横截面S的微小电荷量为dq，则电流为 i = 式中的i表示随时间而变化的电流在某一瞬时的瞬时值。如果电流不随时间变化，则dq/dt为一常数，这种电流称为恒定电流，简称直流，常用大写字母I表示，即 I = =,图
4、1-3 导体中的电流,(2)电流的单位 电流的国际单位单位是安培，简称安(A)。当1秒(s)时间内通过导体截面的电荷为1库仑(C)时，则电流为lA，即1A=1Cs。在计量大电流时，用千安(kA)为计量单位；计量微小电流时，用毫安(mA)或微安(A)为计量单位。其换算关系为： 1kA=10A 1mA=10A 1A=10mA=10A (3)电流的方向 电流的方向有实际方向和参考方向之分。 电流的实际方向是指正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向。 电流的参考方向是指在分析与计算电路时，任意假定某一个方向作为电流的参考方向。当所假定的电流方向与实际方向一致时，则电流为正值（I0）；所假定的电流方向与实
5、际方向不一致时，则电流为负值（I0）。可见，参考电流的值是有正负之分；只有参考方向被假定后，电流的值才有正负之分。见图1-4所示。,图1-4 电流参考方向与时间方向,2电压,（1）电压和电位的概念图1-5 电压的概念 电压又称电位差。在图1-5中电源的两个极板A和B分别带有正、负电荷，这两个极板间就存在一个电场，其方向由A指向B。在电场中若电场力将电荷Q从A点移到B点所做的功为W,则功W与电荷Q的比值就称为该两点之间的电压，用字母U表示。其数学表达式为： U= W/Q 为了分析电路方便，常指定电路中一点为参考点。电场力把单位正电荷从电路中某点移到参考点所做的功，称为该点的电位，用大写字母V表示
6、。电压与电位的关系是： U=V-V,图1-5 电压的概念,（2）电压和电位的单位 当电荷的单位为库仑（C），功的单位为焦耳（J）时，电压的单位为伏特，简称伏（V），即1V=1J/C。电位的单位也是伏特。在工程上还可用千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（V）为计量单位，其换算关系为： 1kV=10V 1mV=10V 1V=10mV=10V （3）电压的方向 电压在分析电路时也有方向性，电压的方向规定为从高电位端指向低电位端，即电位降低的方向（电源电动势的方向规定为在电源内部由低电位(“一”极性)端指向高电位(“+”极性)端）。电压参考方向和电流参考方向一样，也是任意指定，分析电路时，假定某一方向是
7、电位降低的方向，如所假定的电压方向与实际方向一致时，则电压为正值(UO)；电压参考方向与实际方向不一致时，则电压为负值(UO)。因此，参考电压的值也是有正负之分；只有参考方向被假定后，电压的值才有正负之分。见图1-6所示。,图1-6 电压参考方向与时间方向,3电功率 在图1-7中，a点和b点之间的电压为U，在时间t内电荷Q受电场力作用从a点经由负载移到b点，电场力所做的功为W=UQ。因Q=It,故W=UIt,对应的电功率为： P= W/t=UI 当电压的单位为伏（V）、电流的单位为安（A）、时间的单位为秒（S）时，功率的单位为瓦特（W）。常用的单位千瓦（kW）,1kW=10W。 日常生活中，常
8、用千瓦小时（kW/h）表示1度电，即功率为1 kW的用电设备工作1h所消耗的电能。,图1-7 电路的功率,三、电路的状态,1电路的有载工作 图1-8电路中，RL为负载电阻，Ro为电源内阻，E为电源电动势。,图1-8 简单的有源闭合电路 图1-9 电源外特性曲线,2电路的开路 图1-10所示的电路中，当开关S断开时，就称电路处于开路状态。开路时，电源没有带负载，所以又称电源空载状态。电路开路，外电路的电阻对电源来说等于无穷大，因此电路中电流为零。无电流，则电源内阻没有压降U损耗，电源的端电压U等于电源电动势E，电源也不输出电能。 电路开路时外电阻视为无穷大，电路开路时的特征可表示为： I=0 U=Uo=E P=0,图1-10 电源开路状态图,3电路的短路 图1-11所示电路，当电源的两端由于某种原因被电阻值接近为零的导体连接在一起，电源处于短路状态。 电源短路状态，外电阻可视为零，电源端电压也为零，电流不经过负载，电流回路中仅有很小的电源内阻Ro，因此回路中的电流很大，这个电流称为短路电流，用I表示。 电源短路时的特征可表示为： U=0 I= IS =E/Ro PE =P= Ro IS P=0,图1-11 电源短路状态图,