1、直流电路正弦交流电路磁路与变压器电动机单元1单元2单元3单元4城市轨道交通供电及用电知识单元5常用半导体器件交流放大电路集成运算放大器及其应用直流电源单元6单元7单元8单元9数字电路单元10活塞连杆组故障诊断与修复 教学目标1.掌握电路的组成、主要物理量的概念；2.掌握欧姆定律的应用以及电压源和电流源；3.掌握基尔霍夫电压、电流定律，正确使用电压表、电流表；4.掌握电阻串、并联的等效变换；5.了解电路的三种工作状态以及直流电流法；6.掌握电路中电位的计算与测量；7.掌握叠加定理和戴维南定理。18 学时 建议学时 1.1.1电路的组成和作用 1.1.1.1电路的概念 电路，是为了完成某种功能，将
2、电器元件或设备按一定方式连接起来而形成的系统，通常用以构成电流的通路。从广义上说，日常生活中使用的用电设备到工农业生产中用到的各种生产机械的电气控制部分及计算机、各种测试仪表等，都是实际的电路。电路规模的大小，可以相差很大，小到硅片上的集成电路，大到高低压输电网。实际应用的电路都比较复杂。因此，为了便于分析电路的实质，通常用规定的图形符号表示，组成电路实际元件及其连接线，即画成所谓的电路图。1.1电路及其基本物理量 1.1.1电路的组成和作用 1.1.1.2电路的组成 电源、负载和中间环节是电路的基本组成部分。（1）电源是提供电能的设备，电源的功能是把非电能转变成电能。例如电池是把化学能转变成
3、电能，发电机是把机械能转变成电能。由于非电能的种类很多，转变成电能的方式也很多，所以，目前使用的电源类型也很多。最常用的电源是干电池、蓄电池和发电机等。（2）负载是在电路中使用电能的各种设备，负载的功能是把电能转变为其他形式的能。例如，电炉把电能转变为热能，电动机把电能转变为机械能等。通常使用的照明器具、家用电器、机床等都可称为负载。（3）中间环节是把电源与负载连接起来的部分，起传递和控制电能的作用，包括各种开关、连接导线、熔断器、电流表、电压表及测量仪表等。1.1电路及其基本物理量 1.1.1电路的组成和作用 1.1.1.3电路的作用 电路的作用是实现电能的转换和信息的传递。电路按功能可以分
4、为两类：一类是电力电路；另一类是信号电路。电力电路主要起电能的传输、转换和分配的作用。电力系统电路就是典型例子，发电机组将其他形式的能量转换成电能，经变压器、输电线传输到各用电部门，用户又把电能转换成光能、热能、机械能等其他形式的能量而加以利用。对于这一类电路，一般要求在传输和转换过程中，尽可能地减少能量损耗，以提高效率。1.1电路及其基本物理量 1.1.1电路的组成和作用 1.1.1.3电路的作用 信号电路在电子技术、电子计算机和非电量电测中广泛应用，其主要目的是实现信号（例如语言、音乐、文字、图像、温度、压力等）的传递、存储和处理。典型放大器电路，就是对信号源提供的信息进行放大、调谐、检波
5、等信息处理后，再输出给负载。在这类电路中，虽然也有能量的传输和转换问题，但最主要的是信号传递的质量，一般要求传输的过程中信号不能失真，应尽可能准确、快速。1.1电路及其基本物理量 1.1.1电路的组成和作用 1.1.1.4电路模型 在工程中应用的电路中，元件种类繁多。在进行分析和计算中不可能因物而异，通常将实际的元件理想化，用一个假定的二端元件来代替，这个二端元件的电磁性质反映了实际元件的电磁性质，这个假定的二端元件称为理想电路元件。如电灯、电炉、电烙铁、电阻器等各种消耗电能的实际器件，都用“电阻”来表示，干电池、蓄电池、太阳能电池、发电机等各种提供电能的实际器件，都用“电源”来表示。将实际电
6、路中的各种元件按其主要物理性质分别用理想电路元件来表示，构成的电路就是实际电路的“理想电路模型”，简称电路模型。1.1电路及其基本物理量 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.1电流（1）电流的形成。电荷的定向移动称为电流。在金属导体中，电流是电子在外电场作用下有规则地运动形成的。而在某些液体或气体中，电流则是正离子或负离子在电场力作用下有规则地运动形成的。（2）电流的方向。在不同的导电物质中，形成电流的运动电荷可以是正电荷，也可以是负电荷，甚至两者都有。规定以正电荷移动的方向为电流的方向。1.1电路及其基本物理量 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.1电流（2）电流的方向。在分析或计算
7、电路时，常常需要求出电流的方向。但当电路比较复杂时，某段电路中电流的实际方向很难确定，此时通常先假定电流的参考方向，然后列方程求解。若求出的电流为正值，则说明电流的实际方向与参考方向一致，如图1-1a）所示；反之，电流为负值，则说明电流的实际方向与参考方向相反，如图1-1b）所示。1.1电路及其基本物理量图1-1 电流的方向注：虚线为电流实际方向，实线为电流参考方向 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.1电流（2）电流的方向。若电流的方向和大小恒定不变，称为稳恒电流，简称直流，用DC表示；若电流的方向和大小都随着时间的变化而变化，则称为交变电流，简称交流，用AC表示。由直流电源供电的电路，
8、称为直流电路；同样，由交流电源供电的电路，称为交流电路。1.1电路及其基本物理量 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.1电流（3）电流的大小。电流的大小取决于在一定时间内通过导体横截面的电荷量的多少。通常规定用单位时间（1s）内通过导体横截面的电量来表示电流的大小，以字母I表示。若在t s内通过导体横截面的电量是Q，则电流I可以用式（1-1）表示：电流的单位是安培，简称安，用符号A表示；电量的单位是库仑，简称库，用C表示。电流的单位还有kA、mA、A，其换算关系为：1.1电路及其基本物理量 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.2电压与电动势（1）电压。在图1-2中，两个极板a、b上分别
9、带有正、负电荷，这样两极板间就存在一个电场，其方向由a指向b。1.1电路及其基本物理量图1-2 电压与电动势 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.2电压与电动势（1）电压。电荷在电路中运动时受到电场力的作用，即电场力对电荷做功。规定：电场力把单位正电荷由a点移向b点所做的功，称为a、b两点间的电压，用符号Uab表示，即：电压的单位是伏特，用V表示。电压常用的单位还有kV、mV、V，其换算关系如下：1.1电路及其基本物理量 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.2电压与电动势（1）电压。规定电压的实际方向为高电位端指向低电位端。在电路中用箭头、“”“”或者双下标Uab表示，如图1-3所示。
10、电压的参考方向也可以任意选定。但在外电路中常选择电压电流方向相同，称为关联参考方向，在电路图中只需标明一个参考方向（电压或电流）。若计算结果为正，则实际方向与参考方向相同；若为负，则实际方向与参考方向相反。1.1电路及其基本物理量图1-3 电压的方向 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.2电压与电动势（2）电位。在电路中任意选一点为参考点，那么电路中某点的电位就是该点到参考点的电压，即将单位正电荷从该点移动到参考点所做的功。电位的符号用V 表示，a点的电位为Va，b点的电位为Vb，单位是伏（）。参考点的电位等于零，即V0，所以，参考点又称零电位点。高于参考点的电位是正电位，低于参考点的电位
11、是负电位。电路中两点之间的电压又称两点之间的电位差，即：1.1电路及其基本物理量 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.2电压与电动势（3）电动势。电动势是描述电源性质的重要物理量。电动势在数值上等于电源力把单位正电荷从电源的负极板b移到正极板a所做的功，用E表示，即：电动势只存在电源内部，数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，其方向是由电源负极指向正极，与电压方向相反，单位也是伏特（），如图1-2所示。1.1电路及其基本物理量 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.3电功率与电能（1）电功率。单位时间电流所做的功称为电功率，用以表示电场力做功的快慢。用字母P表示，单位为W。式中，P、
12、W、t的单位分别为W、J、s。在实际应用中，电功率的单位还有kW，它和瓦（W）的换算关系为：1.1电路及其基本物理量 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.3电功率与电能（2）电能。电流所做的功，简称电功（即电能），用字母W表示。如电流流过日光灯管时，日光灯发光；电流流过电阻时，电阻会发热。这说明电流流过用电设备时，用电设备将电源提供的电能转变成其他形式的能量，电流做功。电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积，即：式中，W、U、I、t的单位分别为J、V、A、s。在实际应用中，电能的另一个常用单位是千瓦时（kWh），即通常所说的1度电，1度=1k
13、Wh=3.6106J。1.1电路及其基本物理量 1.1.2电路的主要物理量 1.1.2.3电功率与电能（3）电流的热效应。电流通过导体时使导体发热的现象称为电流的热效应。电流与它流过导体时所产生的热量之间的关系可用式（1-7）表示：式中，Q的单位是J，这种热也称焦耳热。当电阻元件通过电流时，由于电流的热效应，导体和周围空气的温度升高。但电流的热效应也有有害的一面。如电流通过输电线、电动机、变压器等时，会使元件本身线圈发热。不仅使能量浪费，还造成温度过高而烧毁设备。所以电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为它们的额定电流、额定电压和额定功率。如常见的灯泡上的220V 60
14、W或电阻上标出的100 2W等都是额定值。1.1电路及其基本物理量 1.1.3直流电在城市轨道交通中的应用 在轨道交通供电系统中，直流牵引供电系统直接给列车提供动力，其好坏直接影响整个地铁供电系统质量的高低。如果牵引供电系统出现问题，小则影响某个变电站、几个供电区间的输送电，大则引起整个牵引供电系统崩溃，给地铁列车的安全、运营造成影响。图1-4所示为双机组双边供电方式，分别向上行、下行车辆进行主备供电，两个相邻的牵引变电站同时向站内同一馈电区间供电。1.1电路及其基本物理量 1.1.3直流电在城市轨道交通中的应用 1.1电路及其基本物理量图1-4 轨道交通变电站直流牵引供电系统典型主接线图 1
15、.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.1部分电路欧姆定律 只含有负载而不包含电源的一段电路称为部分电路，如图1-5中虚线框中所示电路。1.2电路元件及其伏安关系图1-5 部分电路欧姆定律 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.1部分电路欧姆定律 通过试验可以知道，流过电阻的电流I与电阻两端的电压U成正比，与电阻成反比，这称之为部分电路欧姆定律，用公式（1-8）表示为：从图1-5可以看出，电阻两端的电压方向是由高点位指向低点位，并且点位是逐点降低的。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.1部分电路欧姆定律 如果以电流为横坐标，电压为纵坐标，可以画出电阻的电压
16、与电流的关系曲线，称为此电阻的伏安特性曲线。如果伏安特性曲线是直线的电阻元件，称为线性电阻，如图1-6所示，其电阻值是不变的常数；否则，该电阻为非线性电阻，如图1-7所示。1.2电路元件及其伏安关系图1-6 线性电阻的伏安特性曲线图1-7 非线性电阻的伏安特性曲线 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.2全电路欧姆定律 全电路是指含有电源的闭合电路，如图1-8所示。电源内部的电路称为内电路（虚线框中为内电路）。电源内部一般都是有电阻的，这个电阻称为内电阻，简称内阻，用r表示。电源外部的电路称为外电路，外电路中的电阻称为外电阻。1.2电路元件及其伏安关系图1-8 全电路 1.2.1电阻元件的
17、欧姆定律 1.2.1.2全电路欧姆定律 通过实验可以验证，在一个闭合电路中，电流I与电源的电动势E成正比，与电路中内电阻和外电阻之和成反比，这个规律称为全电路欧姆定律，用公式（1-9）表示为：1.2电路元件及其伏安关系 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.3电阻的连接（1）单口网络等效电路的概念。等效电路也是单口网络的一种描述方式。如果一个单口网络N的伏安关系和另一个单口网络N的伏安关系完全相同，则这两个单口网络N和N便是等效的。尽管这两个单口网络可以具有完全不同的结构，但对任一外电路M来说，它们却具有完全相同的影响，没有丝毫的区别。这样，使得在研究分析单口网络M的性能时，可以用N来置换
18、N，即用N来等效，以达到简化电路结构、便于分析计算的目的。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.3电阻的连接（1）单口网络等效电路的概念。最简单也是最基本的等效便是电阻的串联和电阻的并联等效，分别可以用与其具有相同伏安关系的单一电阻等效。单口网络的等效电路注意事项如下：等效是指对任意的外电路等效，而不是指对某一特定的外电路等效。等效就是要求在外接任何电路时，都要求具有相同的端口电压和端口电流，即要求N与N的电压、电流和电阻完全相同。运用等效的概念和方法，可以把一个结构复杂的单口网络用一个结构简单的单口网络去置换，从而简化了电流的分析计算。1.2电路元件及其伏安关
19、系 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.3电阻的连接（2）电阻的串联及分压。把两个或两个以上的电阻，一个接一个地连成一串，使电流只有一条通路的连接方式为串联，如图1-9所示。1.2电路元件及其伏安关系图1-9 电阻的串联及其等效电路 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.3电阻的连接（2）电阻的串联及分压。串联电路的特点如下：电路中流过每个电阻的电流都相等，即：电路两端的总电压等于各电阻两端的电压之和，即：电路的等效电阻（即总电阻）等于各串联电阻之和，即：电路中各电阻的电压与各电阻的阻值成正比，即：1.2电路元件及其伏安关系 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.3电阻的连接（3
20、）电阻的并联及分流。把两个或两个以上的电阻并列连接在两点之间，使每一电阻两端都承受同一电压的连接方式称为并联，如图1-10所示。1.2电路元件及其伏安关系图1-10 并联电路及其等效电路 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.3电阻的连接（3）电阻的并联及分流。并联电路的特点如下：电路中各电阻两端的电压相等，并且等于电路两端的电压，即：电路的总电流等于各电阻中的电流之和，即：电路的等效电阻（即总电阻）的倒数等于各并联电阻的倒数之和，即：在电阻并联电路中，各支路分配的电流与支路的电阻值成反比，即：1.2电路元件及其伏安关系 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.3电阻的连接（4）混联电路
21、等效电阻的计算。电路中电阻元件既有串联又有并联的连接方式，称为混联。图1-11所示的电路就是一些电阻的混联电路。对于电阻混联电路的计算，只需根据电阻串、并联的规律逐步求解即可，但对于某些较为复杂的电阻混联电路，比较有效的方法就是画出等效电路图，然后计算其等效电阻。1.2电路元件及其伏安关系图1-11 电阻混联电路 1.2.1电阻元件的欧姆定律 1.2.1.3电阻的连接（4）混联电路等效电阻的计算。在混联电路中，已知电路总电压，若求解各电阻上的电压、电流，其步骤一般如下：求出该电路的等效电阻；应用欧姆定律求出总电流；应用电流分流公式和电压分压公式，分别求出各电阻上的电压和电流。1.2电路元件及其
22、伏安关系 1.2.2接地电阻测试仪的使用 接地电阻测试仪是摒弃了传统的人工手摇发电工作方式，采用先进的大规模集成电路，应用DC/AC变换技术将三端钮、四端钮测量方式合并为一种机型的新型数字接地电阻测试仪。适用于电力、邮电、铁路、通信、矿山等部门测量各种装置的接地电阻以及测量低电阻的导体电阻值；还可测量土壤电阻率及地电压。1.2.2.1接地电阻 保证住宅或是工厂电气安全的一个基本的先决条件就是提供一个接地电极。如果没有接地电极，人员将有生命危险，电气装置及其他财产也将受到损害。然而，一个单独的接地电极不能够完全保证安全。只有定期检查才能保证电气装置的正确操作。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.
23、2接地电阻测试仪的使用 1.2.2.2接地是必须的 接地包括使用一条导线连接一个接地电极至金属底盘地线，可以将电气设备上因为绝缘故障而产生的电流导入大地中。使用这种方法，由于故障电流被导入了大地中，这样对人员就没有危险了。如果没有接地，任何接触的人员都可能触电，如果电流很大，就有可能致命。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.2接地电阻测试仪的使用 1.2.2.3测量现有接地电阻的方法 现有接地测量电阻的方法主要包括：单钳测量、两线法、三线法、四线法、双钳法。（1）单钳测量（推荐设备型号：VICTOR64XX系列）。测量多点接地中的每个接地点的接地电阻，而且不能断开接地连接防止发生危险。适用于：
24、多点接地，不能断开连接，测量每个接地点的电阻。（2）两线法（推荐设备型号：VICTOR4105系列）。条件：必须有已知接地良好的地，所测量的结果是被测地和已知地的电阻和。假如已知地远小于被测地的电阻，测量结果可以作为被测地的结果。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.2接地电阻测试仪的使用 1.2.2.3测量现有接地电阻的方法（3）三线法（推荐设备型号：VICTOR4105系列）。条件：必须有两个接地棒：一个辅助地和一个探测电极。各个接地电极间的间隔为510m。原理是在辅助地和被测地之间加上电流，测量被测地和探测电极间的电压降，测量结果包括测量电缆本身的电阻。（4）四线法（推荐设备型号：VICT
25、OR4105系列）。基本上同三线法，在低接地电阻测量和消除测量电缆电阻对测量结果的影响时替换三线法。测量时E和ES必须单独直接连接到被测地。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.2接地电阻测试仪的使用 1.2.2.3测量现有接地电阻的方法（5）双钳法（推荐设备型号：VICTOR4105系列）。条件：多点接地，不打辅助地桩，测量单个接地。接线：使用厂商指定的电流钳接到相应的插口上，将两钳卡在接地导体上，两钳间的间隔要大于0.25m。钳形接地电阻仪是传统接地电阻测量技术的重大突破，广泛应用于电力、电信、气象、油田、建筑及工业电气设备的接地电阻测量。钳形接地电阻仪在测量有回路的接地系统时，不需断开接地
26、引下线，不需辅助电极，安全快速、使用简便。钳形接地电阻仪能测量出用传统方法无法测量的接地故障，能应用于传统方法无法测量的场合，因为钳形接地电阻仪测量的是接地体电阻和接地引线电阻的综合值。钳形接地电阻仪有长钳口及圆钳口之分。长钳口特别适宜于扁钢接地的场合。钳形接地电阻测试仪如图1-14a）所示。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.2接地电阻测试仪的使用 1.2.2.3测量现有接地电阻的方法（5）双钳法（推荐设备型号：VICTOR4105系列）。1.2电路元件及其伏安关系图1-14 钳形接地电阻测试仪 1.2.2接地电阻测试仪的使用 1.2.2.3测量现有接地电阻的方法（5）双钳法（推荐设备型号：
27、VICTOR4105系列）。钳形接地电阻测试仪测量接地电阻的基本原理是测量回路电阻，如图1-14b）所示。钳形接地电阻测试仪的钳口部分由电压线圈及电流线圈组成。电压线圈提供激励信号，并在被测回路上感应一个电势E。在电势E的作用下将在被测回路产生电流I。钳形接地电阻测试仪对E及I进行测量，并通过公式R=E/I，即可得到被测电阻R。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.2接地电阻测试仪的使用 1.2.2.4接地电阻测试仪的使用注意事项（1）接地线路要与被保护设备断开，以保证测量结果的准确性。（2）被测地极附近不能有杂散电流和已极化的土壤。（3）下雨后和土壤吸收水分太多的时候，以及气候、温度、压力等急
28、剧变化时不能测量。（4）探测针应远离地下水管、电缆、铁路等较大金属体，其中电流极应远离10m以上，电压极应远离50m以上，如上述金属体与接地网没有连接时，可缩短距离1/31/2。（5）连接线应使用绝缘良好的导线，以免有漏电现象。（6）注意电流极插入土壤的位置，应使接地棒处于零电位的状态。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.2接地电阻测试仪的使用 1.2.2.4接地电阻测试仪的使用注意事项（7）测试宜选择土壤电阻率大的时候进行，如初冬或夏季干燥季节时进行。（8）测试现场不能有电解物质和腐烂尸体，以免造成错觉。（9）当检流计灵敏度过高时，可将电位探针电压极插入土壤中浅一些，当检流计灵敏度过低时，可
29、沿探针注水使其湿润。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.3电压源和电流源 1.2.3.1电压源 对外提供电压的电源称为电压源。电压源按其内阻是否考虑可分为两类，一类是忽略内阻或内阻为零的电压源，称为理想电压源，或称恒压源；另一类是考虑内阻，内阻不为零的电压源，称为实际电压源。（1）理想电压源（恒压源）。图1-15a）所示为理想电压源US与负载RL连接的电路，理想电压源对负载提供一个恒定的电压US，其伏安特性如图1-15b）所示。理想电压源具有端电压保持恒定不变，而输出电流大小由负载决定：1.2电路元件及其伏安关系 1.2.3电压源和电流源 1.2.3.1电压源（1）理想电压源（恒压源）。1.2
30、电路元件及其伏安关系图1-15 理想电压源及其伏安特性 1.2.3电压源和电流源 1.2.3.1电压源（2）实际电压源。理想电压源实际上是不存在的。一个实际电源（如干电池）总是有内阻的，当电源通过电流时，存在着能量损耗。图116a）所示为一个实际电压源与负载RL连接的电路。一个实际电压源可等效成一理想电压源US与内阻R0串联的模型。电路中，负载RL上的电压与电流的关系为：其伏安特性如图1-16b）所示。图中U US，I越大，U越低。1.2电路元件及其伏安关系 1.2.3电压源和电流源 1.2.3.1电压源（2）实际电压源。1.2电路元件及其伏安关系图1-16 实际电压源及其伏安特性 1.2.3
31、电压源和电流源 1.2.3.2电流源（1）理想电流源（恒流源）。图1-17a）所示为理想电流源IS与负载RL连接的电路。理想电流源对负载提供一个恒定的电流IS，其伏安特性如图1-17b）所示。负载RL两端的电压为：1.2电路元件及其伏安关系图1-17 理想电流源及其伏安特性 1.2.3电压源和电流源 1.2.3.2电流源（2）实际电流源。理想电流源实际上是不存在的。如光电池，总有一部分能量被内阻R0消耗而没输送出去，可用理想电流源IS与内阻R0并联的模型来代替，其电路模型如图1-18a）所示，其伏安特性如图1-18b）所示。RL上的电压与电流的关系为：1.2电路元件及其伏安关系图1-18 实际
32、电压源及其伏安特性 1.2.3电压源和电流源 1.2.3.3实际电压源和实际电流源的等效互换 一个实际的电源，就其外部特征而言，既可以看成是一个电压源，又可以看成是一个电流源。若视为电压源，则可用一个电压源与一个电阻相串联来表示；若视为电流源，则可用一个电流源与一个电阻相并联来表示。若它们向同样大小的负载供出同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的，即具有相同的外特性。1.2电路元件及其伏安关系 根据所接负载的情况，电路有三种工作状态：空载（开路）、短路、有载（通路），如图1-23所示。1.3电路的三种状态图1-23 电路的三种工作状态 1.3.1空载（开路）开路也称为断路，是指电源与负
33、载之间未接成闭合回路。因为电路中某一处因中断，没有导体连接，电流无法通过，所以导致电路中电流消失，一般对电路无损害。1.3.2短路 短路是指电源未经过任何负载而直接由导线接通成闭合回路。短路时，电路中电流比正常工作时大很多，易造成电路损坏、电源瞬间损坏，如温度过高烧坏导线、电源等，所以应避免短路的发生。1.3.3有载（通路）有载工作状态，即通路，是指处处连通的电路，即电源与负载连成回路，电路中有电流存在。但要注意，处于通路状态的各种电气设备的电压、电流、功率等数值不能超过其额定值。1.3电路的三种状态 由若干电路元件按一定连接方式构成电路后，其电压、电流受到两类约束，一类是元件本身的伏安关系；
34、另一类是电路结构的约束关系，这一类约束由基尔霍夫定律确定。基尔霍夫定律是电路中电压和电流必须遵守的基本定律，是分析电路的依据，它是由电流定律和电压定律组成的。下面介绍几个名词。支路：是由一个或几个元件首尾相连构成的一段无分支电路。可以从下列三个方面来说明：（1）每个元件就是一条支路，如图1-24中ab、bd。（2）将串联的元件视为一条支路，如图1-24中aec。（3）流入等于流出的电流的支路。1.4基尔霍夫定律 节点：指三条或三条以上支路的连接点。如图1-24中a、b、c、d点。回路：电路中任意一个闭合路径称为回路，如图1-24中abda、bcdb。网孔：内部不含支路的回路，如图1-24中ab
35、cea。1.4基尔霍夫定律图1-24 简单电路 1.4.1基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律又称基尔霍夫第一定律（KCL）。其内容为：电路中任意一个节点上，流入节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，即：如图1-25所示，有六条支路汇于O点，其中，I1、I2和I6流入节点，I3、I4和I5流出该节点，则可得：1.4基尔霍夫定律图1-25 基尔霍夫电流定律 1.4.1基尔霍夫电流定律 规定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负，则基尔霍夫第一定律内容可以改为：电路中任意一个节点上，电流的代数和恒等于零，即：在应用基尔霍夫第一定律求解未知电流时，可先任意假设支路电流的参考方向，列出节点电流方程。通
36、常可将流进节点的电流取正，流出节点的电流取负，再根据计算值的正负来确定未知电流的实际方向。有些支路的电流可能是负，这是由于所假设的电流方向与实际方向相反。基尔霍夫电流定律规定了节点上支路电流的约束关系，而与支路上元件的性质无关，不论元件是线性的还是非线性的、含源的或无源的、时变的还是非时变的等，都是适用的。在解此类题目时，一定要注意流进等于流出和正负号问题。1.4基尔霍夫定律 1.4.2基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电压定律又称基尔霍夫第二定律（KVL）。其内容为：对于电路中任意一回路，沿回路绕行方向的各段电压的代数和为零，即：此时，凡电流的参考方向与回路循环方向一致者，该电流在电阻上所产生的电压
37、降取正，反之取负。电动势也作为电压来处理，即从电源的正极到负极电压取正，反之取负。基尔霍夫第二定律也可以描述为：在任一回路循环方向上，回路中电动势的代数和恒等于电阻上电压降的代数和，即：此时，电阻上电压的规定与用式U=0时相同，而电动势的正负号则恰好相反。1.4基尔霍夫定律 1.4.2基尔霍夫电压定律 如图1-27所示，根据KVL，则有：1.4基尔霍夫定律图1-27 KVL举例用 利用支路电流法解题的步骤如下：（1）任意标定各支路电流的参考方向和网孔绕行方向。（2）用基尔霍夫电流定律列出节点电流方程。有n个节点，就可以列出n-1个独立电流方程。（3）用基尔霍夫电压定律列出L=m-（n-1）个网
38、孔方程。L指的是网孔数，m指支路数，n指节点数。（4）代入已知数据求解方程组，确定各支路电流及方向。1.5支路电流法 在线性电路中，任一支路的电流（或电压）可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流（或电压）的代数和，这就是叠加定理。其反映了线性电路的基本性质。例如两个电源共同作用的图1-30a）可以分解为两个单元单独作用下的图1-30b）和图1-30c）。则电路中的 当应用叠加定理考虑某一电源单独作用时，应保持电路结构不变，将电路中其他理想电源视为零值，即理想电压源短路，电动势为零，E0；理想电流源开路，电流为零，IS0。1.6叠 加 定 理图1-30 叠加定理示意图
39、 在电路分析计算中，往往只需计算电路中有一支路的电流、电压及功率。对所研究支路而言，电路的其余部分便成为一个二端网络。任何一个具有两个端点与外部相连接的电路，均为二端网络。如果二端网络中含有电流源或电压源，则被称为有源二端网络，不含电源的则被称为无源二端网络，如图1-32所示。为了化简电路，方便计算，可以把有源二端网络等效为一个电压源模型即戴维南定理。1.7戴维南定理图1-32 二端网络 戴维南定理又称等效电压源定律，是由法国科学家戴维南于1883年提出的一个电学定理。其内容是：任一线性有源二端网络都可用一个电压源与一个电阻的串联支路来等效地加以置换，此电压源的电压等于有源二端网络的开路电压，此电阻等于有源二端网络内全部独立电源置零（将理想电压源短路、理想电流源开路）后的等效电阻。1.7戴维南定理 在图1-33a）中，RL中的I实际上是由两个实际电压源（理想电压源和内阻串联）共同作用的结果，可将此两个实际电压源用一个实际电压源来等效为图1-33b）所示电路，则计算I就方便多了。即用戴维南定理进行等效。其中US是图1-33a）电路中RL断开时两个实际电压源共同作用在a、b两端的电压UabO，R0是将US1=0、US2=0后求得的等效电阻。1.7戴维南定理图1-33 戴维南定理
