電路元件和電路定律

1、電路元件和電路定律電路元件和電路定律 參考資料參考資料 z，電路分析基礎(chǔ)，北京：高等教育出版社。 z邱關(guān)源，邱關(guān)源，電工基礎(chǔ)，北京：高等教育出版社。 z，電路分析導(dǎo)論，北京：高等教育出版社。 z，電路原理，北京：高等教育出版社。 z, 電路基礎(chǔ)，北京：高等教育出版社。 第一章第一章 電路元件和電路定律電路元件和電路定律 1-1 1-1 電路和電路模型電路和電路模型 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 1-3 1-3 電路元件的功率電路元件的功率 1-4 1-4 電阻元件電阻元件 1-5 1-5 電感元件電感元件 1-6 1-6 電容元件電容元件 1-7 1-7 電源元件電

2、源元件 1-8 1-8 受控電源受控電源 1-9 1-9 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 電路元件和電路定律電路元件和電路定律 z重點(diǎn)：電壓和電流的參考方向，電路元件的電壓和電流的參考方向，電路元件的 功率，電阻元件，電感元件，電感元件，電功率，電阻元件，電感元件，電感元件，電 源元件，源元件，受控電源，基爾霍夫定律。受控電源，基爾霍夫定律。 z難點(diǎn)：難點(diǎn)：受控電源。受控電源。 一、一、 電路電路：電工設(shè)備構(gòu)成的整體，它為電流的流通提供路徑。：電工設(shè)備構(gòu)成的整體，它為電流的流通提供路徑。 電路主要由電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線及開(kāi)關(guān)等構(gòu)成。電路主要由電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線及開(kāi)關(guān)等構(gòu)成。 電源電源(source

3、)：提供能量或信號(hào)：提供能量或信號(hào). 負(fù)載負(fù)載(load)：將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)Γ簩㈦娔苻D(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)?信號(hào)進(jìn)行處理信號(hào)進(jìn)行處理. 導(dǎo)線導(dǎo)線(line)、開(kāi)關(guān)（、開(kāi)關(guān)（switch)等：將電源與負(fù)載接成通路等：將電源與負(fù)載接成通路. 1-1 1-1 電路和電路模型電路和電路模型 二、電路模型二、電路模型 (circuit model) 1. 理想電路元件理想電路元件：根據(jù)實(shí)際電路元件所具備的電磁性：根據(jù)實(shí)際電路元件所具備的電磁性 質(zhì)所設(shè)想的具有某種單一電磁性質(zhì)的元件，其質(zhì)所設(shè)想的具有某種單一電磁性質(zhì)的元件，其u，i 關(guān)系可用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)式子嚴(yán)格表示。關(guān)系可用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)式子

4、嚴(yán)格表示。 幾種基本的電路元件：幾種基本的電路元件： 電阻元件：表示消耗電能的元件電阻元件：表示消耗電能的元件 電感元件：表示各種電感線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存電能的作用電感元件：表示各種電感線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存電能的作用 電容元件：表示各種電容器產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電能的作用電容元件：表示各種電容器產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電能的作用 電源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件電源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件 1-1 1-1 電路和電路模型電路和電路模型 電路元件和電路定律電路元件和電路定律 建模時(shí)建模時(shí),工作條件不一樣工作條件不一樣,其模型也不一樣其模型也不一樣:如一個(gè)電感線圈如一個(gè)電感線圈

5、 R 直流狀態(tài)直流狀態(tài),僅消僅消 耗能量耗能量 R L 交流低頻狀態(tài)交流低頻狀態(tài), 消能消能,儲(chǔ)能儲(chǔ)能 交流高頻狀態(tài)交流高頻狀態(tài),消耗能消耗能 量量,儲(chǔ)磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)儲(chǔ)磁場(chǎng)能量和電場(chǎng) 能量能量 R L C 實(shí)際線圈實(shí)際線圈 1-1 1-1 電路和電路模型電路和電路模型 2. 電路模型電路模型：由理想元件及其組合代表實(shí)際電路元件，與：由理想元件及其組合代表實(shí)際電路元件，與 實(shí)際電路具有基本相同的電磁性質(zhì)，稱其為電路模型。實(shí)際電路具有基本相同的電磁性質(zhì)，稱其為電路模型。 * 電路模型是由理想電路元件構(gòu)成的。電路模型是由理想電路元件構(gòu)成的。 10 BA SE -T w all pl ate 導(dǎo)線導(dǎo)線

6、 電池電池 開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) 燈泡燈泡 例例 . 1-1 1-1 電路和電路模型電路和電路模型 三三. 集總參數(shù)元件與集總參數(shù)電路集總參數(shù)元件與集總參數(shù)電路 集總參數(shù)元件集總參數(shù)元件：每一個(gè)具有兩個(gè)端鈕的元件中有確：每一個(gè)具有兩個(gè)端鈕的元件中有確 定的電流，端鈕間有確定的電壓。定的電流，端鈕間有確定的電壓。 集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路：由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路。：由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路。 一個(gè)實(shí)際電路要能用集總參數(shù)電路近似，一個(gè)實(shí)際電路要能用集總參數(shù)電路近似， 要滿足如下條件：即實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小要滿足如下條件：即實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小 于電路工作頻率下的電磁波的波長(zhǎng)。于電路工作頻率下的電磁波的波

7、長(zhǎng)。 1-1 1-1 電路和電路模型電路和電路模型 已知電磁波的傳播速度與光速相同，即已知電磁波的傳播速度與光速相同，即 v=3105 km/s (千米千米/秒秒) (1) 若電路的工作頻率為若電路的工作頻率為f=50 Hz，則，則 周期周期 T = 1/f = 1/50 = 0.02 s 波長(zhǎng)波長(zhǎng) = 3105 0.02=6000 km 一般電路尺寸遠(yuǎn)小于一般電路尺寸遠(yuǎn)小于 。 (2) 若電路的工作頻率為若電路的工作頻率為 f=50 MHz，則，則 周期周期 T = 1/f = 0.02 106 s = 0.02 ns 波長(zhǎng)波長(zhǎng) = 3105 0.02 106 = 6 m 此時(shí)一般電路尺寸均

8、與此時(shí)一般電路尺寸均與 可比，所以電可比，所以電 路不能視為集總參數(shù)電路。路不能視為集總參數(shù)電路。 1-1 1-1 電路和電路模型電路和電路模型 一、電路中的主要物理量一、電路中的主要物理量 主要有電壓、電流、電荷、磁鏈等。在線性電路分析中主要有電壓、電流、電荷、磁鏈等。在線性電路分析中 常用電流、電壓、電位等。常用電流、電壓、電位等。 1. 電流電流 (current)：帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形成電流。：帶電質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形成電流。 電流的大小用電流的大小用電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度表示：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截表示：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截 面的電量。面的電量。 單位：?jiǎn)挝唬篈 (安安) (Ampere，安培，安培)

9、1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 t q t q i t d d lim)( 0 def t 當(dāng)數(shù)值過(guò)大或過(guò)小時(shí)，常用十進(jìn)制的倍數(shù)表示。當(dāng)數(shù)值過(guò)大或過(guò)小時(shí)，常用十進(jìn)制的倍數(shù)表示。 SI制中，一些常用的十進(jìn)制倍數(shù)的表示法：制中，一些常用的十進(jìn)制倍數(shù)的表示法： 符號(hào)符號(hào) T G M k c m n p 中文中文 太太 吉吉 兆兆 千千 厘厘 毫毫 微微 納納 皮皮 數(shù)量數(shù)量 1012 109 106 103 102 103 106 109 1012 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 2. 電壓電壓 (voltage)：電場(chǎng)中某兩點(diǎn)：電場(chǎng)中某兩點(diǎn)A、B

10、間的電壓間的電壓(降降)UAB 等于將點(diǎn)電荷等于將點(diǎn)電荷q從從A點(diǎn)移至點(diǎn)移至B點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功WAB與與 該點(diǎn)電荷該點(diǎn)電荷q的比值，即的比值，即 單位：?jiǎn)挝唬篤 (伏伏) (Volt，伏特，伏特) 當(dāng)把點(diǎn)電荷當(dāng)把點(diǎn)電荷q由由B移至移至A時(shí)，需外力克服電場(chǎng)力做同樣的功時(shí)，需外力克服電場(chǎng)力做同樣的功 WAB=WBA，此時(shí)可等效視為電場(chǎng)力做了負(fù)功，此時(shí)可等效視為電場(chǎng)力做了負(fù)功WAB，則，則B到到 A的電壓為的電壓為 q W U AB def AB AB AB BA U q W U 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 3. 電位電位：電路中為分析方便，常在電路中選

11、某一點(diǎn)為參考：電路中為分析方便，常在電路中選某一點(diǎn)為參考 點(diǎn)，把任一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱為該點(diǎn)的電位。點(diǎn)，把任一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱為該點(diǎn)的電位。 參考點(diǎn)的電位一般選為零，所以，參考點(diǎn)也稱為零電位參考點(diǎn)的電位一般選為零，所以，參考點(diǎn)也稱為零電位 點(diǎn)。點(diǎn)。 電位用電位用 表示，單位與電壓相同，也是表示，單位與電壓相同，也是V(伏伏)。 ab c d 設(shè)設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則 c=0 a=Uac， b=Ubc， d=Udc 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 兩點(diǎn)間電壓與電位的關(guān)系：兩點(diǎn)間電壓與電位的關(guān)系： ab cd 仍設(shè)仍設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，

12、 c=0 Uac = a ， Udc = d Uad= Uac Udc= a d 前例前例 結(jié)論結(jié)論：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的 電位之差。電位之差。 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 例例 . a b c 1.5 V 1.5 V 已知已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V (1) 以以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，點(diǎn)為參考點(diǎn)， a=0 Uab= a b b = a Uab= 1.5 V Ubc= b c c = b Ubc= 1.51.5= 3 V Uac= a c = 0 (3)=3 V (2) 以以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，點(diǎn)為參考點(diǎn)，

13、b=0 Uab= a b a = a +Uab= 1.5 V Ubc= b c c = b Ubc= 1.5 V Uac= a c = 1.5 (1.5) = 3 V 結(jié)論結(jié)論：電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；當(dāng)選擇不同的電：電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；當(dāng)選擇不同的電 位參考時(shí)，電路中各點(diǎn)電位均不同，但任意兩點(diǎn)間位參考時(shí)，電路中各點(diǎn)電位均不同，但任意兩點(diǎn)間 電壓保持不變。電壓保持不變。 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 4. 電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)(eletromotive force)：外力克服電場(chǎng)力把單位正電荷從負(fù)：外力克服電場(chǎng)力把單位正電荷從負(fù) 極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所作的功稱為

14、電源的電動(dòng)勢(shì)。極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所作的功稱為電源的電動(dòng)勢(shì)。 e 的單位與電壓相同，也是的單位與電壓相同，也是 V (伏伏) 根據(jù)能量守恒：根據(jù)能量守恒：UAB = eBA。電壓表示電位降，。電壓表示電位降， 電動(dòng)勢(shì)表示電位升，即從電動(dòng)勢(shì)表示電位升，即從A到到B的電壓，數(shù)的電壓，數(shù) 值上等于從值上等于從B到到A的電動(dòng)勢(shì)。的電動(dòng)勢(shì)。 * 電場(chǎng)力把單位正電荷從電場(chǎng)力把單位正電荷從A移到移到B所做的功所做的功(UAB )，與外，與外 力克服電場(chǎng)力把相同的單位正電荷從力克服電場(chǎng)力把相同的單位正電荷從B經(jīng)電源內(nèi)部移向經(jīng)電源內(nèi)部移向 A所做的功所做的功(eBA)是相同的，所以是相同的，所以UAB = eB

15、A。 B A q A e d d def 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 二、電壓、電流的參考方向二、電壓、電流的參考方向 (reference direction) 1. 電流的參考方向電流的參考方向 + 10V 10k 電流為電流為1mA 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 元件元件(導(dǎo)線導(dǎo)線)中電流流動(dòng)的實(shí)際方向有兩種可能中電流流動(dòng)的實(shí)際方向有兩種可能: 實(shí)際方向?qū)嶋H方向 實(shí)際方向?qū)嶋H方向 參考方向：任意選定一個(gè)方向即為電流的參考方向。參考方向：任意選定一個(gè)方向即為電流的參考方向。 i 參考方向參考方向 大小大小 方向方向 電流電流(代數(shù)量

16、代數(shù)量) AB 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 電流參考方向的兩種表示電流參考方向的兩種表示： 用箭頭表示：箭頭的指向?yàn)橛眉^表示：箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较?。電流的參考方向?用雙下標(biāo)表示：如用雙下標(biāo)表示：如 iAB , 電流的參考方向由電流的參考方向由A指向指向B。 電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系： i 參考方向參考方向 i 參考方向參考方向 i 0 i 0 實(shí)際方向?qū)嶋H方向 實(shí)際方向?qū)嶋H方向 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 為什么要引入?yún)⒖挤较驗(yàn)槭裁匆雲(yún)⒖挤较?？ (b) 實(shí)際電路中有些電流是交變的，

17、無(wú)法標(biāo)出實(shí)際電路中有些電流是交變的，無(wú)法標(biāo)出 實(shí)際方向。標(biāo)出參考方向，再加上與之配實(shí)際方向。標(biāo)出參考方向，再加上與之配 合的表達(dá)式，才能表示出電流的大小和實(shí)合的表達(dá)式，才能表示出電流的大小和實(shí) 際方向。際方向。 (a) 有些復(fù)雜電路的某些支路事先無(wú)法確定實(shí)有些復(fù)雜電路的某些支路事先無(wú)法確定實(shí) 際方向。為分析方便，只能先任意標(biāo)一方際方向。為分析方便，只能先任意標(biāo)一方 向（參考方向），根據(jù)計(jì)算結(jié)果，才能確向（參考方向），根據(jù)計(jì)算結(jié)果，才能確 定電流的實(shí)際方向。定電流的實(shí)際方向。 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 2. 電壓電壓(降降)的參考方向的參考方向 + 實(shí)際方向?qū)嶋H方

18、向 + 實(shí)際方向?qū)嶋H方向 + U 0 參考方向參考方向 U + + 實(shí)際方向?qū)嶋H方向 參考方向參考方向 U + U 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 電壓參考方向的三種表示方式電壓參考方向的三種表示方式： (1) 用箭頭表示：箭頭指向?yàn)殡妷海ń担┑膮⒖挤较蛴眉^表示：箭頭指向?yàn)殡妷海ń担┑膮⒖挤较?(2) 用正負(fù)極性表示：由正極指向負(fù)極的方向?yàn)殡妷河谜?fù)極性表示：由正極指向負(fù)極的方向?yàn)殡妷?(降低降低)的參考方向的參考方向 (3) 用雙下標(biāo)表示：如用雙下標(biāo)表示：如 UAB , 由由A指向指向B的方向?yàn)殡妷旱姆较驗(yàn)殡妷?(降降)的參考方向的參考方向 U U + A B U

19、AB 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 小結(jié)：小結(jié)： (1) 電壓和電流的參考方向是任意假定的。分析電路前電壓和電流的參考方向是任意假定的。分析電路前 必須標(biāo)明必須標(biāo)明。 (2) 參考方向一經(jīng)假定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注參考方向一經(jīng)假定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注 (包包 括方向和括方向和符號(hào)符號(hào)），在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。參），在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。參 考方向不同時(shí)，其表達(dá)式符號(hào)也不同，但實(shí)際方向考方向不同時(shí)，其表達(dá)式符號(hào)也不同，但實(shí)際方向 不變。不變。 i + R u u = Ri + R i u u = Ri 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考

20、方向 (4) 參考方向也稱為假定方向、正方向，以后討論參考方向也稱為假定方向、正方向，以后討論 均在參考方向下進(jìn)行，不考慮實(shí)際方向均在參考方向下進(jìn)行，不考慮實(shí)際方向。 (3) 元件或支路的元件或支路的u，i通常采用相同的參考方向，通常采用相同的參考方向， 以減少公式中負(fù)號(hào)，稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。反以減少公式中負(fù)號(hào)，稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。反 之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。 + i u + i u 1-2 1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向 一、一、 電功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。電功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。 功率的單位：功率的單位：W (瓦瓦) (Watt，

21、瓦特，瓦特) 當(dāng)當(dāng) p0 表示元件吸收功率；表示元件吸收功率； 能量的單位：能量的單位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳) p0 吸收正功率吸收正功率 (吸收吸收) P0 發(fā)出正功率發(fā)出正功率 (發(fā)出發(fā)出) P0，du/dt0，則，則i0，q ，正向充電，正向充電 (電流流向正極板電流流向正極板)； (2) u0，du/dt0，則，則i0，q ，正向放電，正向放電 (電流由正極板流出電流由正極板流出)； (3) u0，du/dt0，則，則i0，q ，反向充電，反向充電 (電流流向負(fù)極板電流流向負(fù)極板)； (4) u0，則，則i0，q ，反向放電，反向放電 (電流由負(fù)極板流出電流由負(fù)極板

22、流出)； 1-6 1-6 電容元件電容元件 討論討論： (1) i的大小取決與的大小取決與 u 的變化率，與的變化率，與 u 的大小無(wú)關(guān)；的大小無(wú)關(guān)； (微分形式微分形式) (2) 電容元件是一種記憶元件；電容元件是一種記憶元件；(積分形式積分形式) (3) 當(dāng)當(dāng) u 為常數(shù)為常數(shù)(直流直流)時(shí)，時(shí)，du/dt =0 i=0。電容在。電容在 直流電路中相當(dāng)于開(kāi)路，電容有隔直作用；直流電路中相當(dāng)于開(kāi)路，電容有隔直作用； (4) 表達(dá)式前的正、負(fù)號(hào)與表達(dá)式前的正、負(fù)號(hào)與u，i 的參考方向有關(guān)。當(dāng)?shù)膮⒖挤较蛴嘘P(guān)。當(dāng) u，i為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，i=Cdu/dt； u，i為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，為非關(guān)聯(lián)

23、方向時(shí)，i= Cdu/dt 。 1-6 1-6 電容元件電容元件 2. 電容的儲(chǔ)能電容的儲(chǔ)能 由此可以看出，電容是無(wú)源元件，它本身不消耗能量。由此可以看出，電容是無(wú)源元件，它本身不消耗能量。 從從t0到到 t 電容儲(chǔ)能的變化量：電容儲(chǔ)能的變化量： )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 0 22 0 22 tq C tq C tCutCuWC t u Cuuip d d 吸吸 0)( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 d d d 22 0)( 222 tq C tCu CutCuCu u CuW u t t C 若若 1-6 1-6 電容元件電容元

24、件 二二. 時(shí)變電容時(shí)變電容c(t): c uu tc ptw t tc u t utc t utc uuip , tc uc i tc u u t tc t u tc t utc t q i utcq ) ()( )( )( t t t d d d d d d d )( d d d d 1 d d d d d d d d )( 2 1 2 )( )( 2 1 2 1 )( )0()0( )( )( )( )( 22 2 2 0 吸吸 c(t) i u + + 1-6 1-6 電容元件電容元件 若若 0 )( dt tdc 則為無(wú)源元件則為無(wú)源元件 0 2 2 1 3 2 2 33 2 1 2

25、 1 dt dt tdc u dt dt tdc ututctw )( )( )()()( t t t 元件是有源的元件是有源的 由此可見(jiàn)，時(shí)變電容由此可見(jiàn)，時(shí)變電容c(t)0, dc(t)/dt 0 是無(wú)源元是無(wú)源元 充分必要條件充分必要條件 。 0 )( dt tdc 若若不成立不成立,設(shè)在設(shè)在t1,t2區(qū)間里，區(qū)間里， 特殊的電壓和特殊的時(shí)刻特殊的電壓和特殊的時(shí)刻t3,(t3t2),使使W(t3)0, 如選如選t1,t2 u 0, (- ,t1) (t2, ) u=0,則有則有 選擇某個(gè)選擇某個(gè) 1-6 1-6 電容元件電容元件 電容元件與電感元件的比較：電容元件與電感元件的比較： 電容

26、電容 C電感電感 L 變量變量 電流電流 i 磁鏈磁鏈 關(guān)系式關(guān)系式 電壓電壓 u 電荷電荷 q 結(jié)論：結(jié)論：(1) 元件方程是同一類型； 元件方程是同一類型； (2) 若把若把 u-I，q- ，C-L， i-u互換互換,可由電容元件可由電容元件 的方程得到電感元件的方程；的方程得到電感元件的方程； (3) C 和和 L稱為對(duì)偶元件稱為對(duì)偶元件, 、q等稱為對(duì)偶元素。等稱為對(duì)偶元素。 * 顯然，顯然，R、G也是一對(duì)對(duì)偶元素也是一對(duì)對(duì)偶元素: I=U/R U=I/G U=RI I=GU 22 2 1 2 1 d d L LiW t i Lu Li L 22 2 1 2 1 d d q C CuW

27、 t u Ci Cuq C 一一、理想電壓源：電源兩端電壓為理想電壓源：電源兩端電壓為uS，其值與流過(guò)它的電流，其值與流過(guò)它的電流 i 無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 1. 特點(diǎn)：特點(diǎn)： (a) 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)； (b) 通過(guò)它的電流是任意的，由外電路決定。通過(guò)它的電流是任意的，由外電路決定。 直流：直流：uS為常數(shù)為常數(shù) 交流：交流： uS是確定的時(shí)間函數(shù)，如是確定的時(shí)間函數(shù)，如 uS=Umsin t uS 電路符號(hào)電路符號(hào) + _ i 1-7 1-7 電源元件電源元件 2. 伏安特性伏安特性 US (1) 若若uS = US ，即直流電源，

28、則其伏安特性為平行于，即直流電源，則其伏安特性為平行于 電流軸的直線，反映電壓與電流軸的直線，反映電壓與 電源中的電流無(wú)關(guān)。電源中的電流無(wú)關(guān)。 (2) 若若uS為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是 這樣這樣。電壓為零的電壓源，伏安曲線與電壓為零的電壓源，伏安曲線與 i 軸重合軸重合, 相當(dāng)于短路元件相當(dāng)于短路元件。 uS + _ i u + _ u iO 1-7 1-7 電源元件電源元件 3. 理想電壓源的開(kāi)路與短路理想電壓源的開(kāi)路與短路 uS + _ i u + _ R (1) 開(kāi)路：開(kāi)路：R ，i=0，u=uS。 (2) 短路：短路：R=0，i ，理

29、想電源出現(xiàn)理想電源出現(xiàn) 病態(tài)，因此理想電壓源不允許短路。病態(tài)，因此理想電壓源不允許短路。 * 實(shí)際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)實(shí)際電壓源也不允許短路。因其內(nèi) 阻小，若短路，電流很大，可能燒阻小，若短路，電流很大，可能燒 毀電源。毀電源。 i US + _ u + _ r Us u iO u=USri 實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源 1-7 1-7 電源元件電源元件 4. 功率：功率： 或或 p吸 吸=uSi p發(fā)發(fā)= uSi ( i, uS關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián) ) 電場(chǎng)力做功電場(chǎng)力做功 ， 吸收功率。吸收功率。 電流（正電荷電流（正電荷 ）由低電位向高電位移動(dòng)）由低電位向高電位移動(dòng) 外力克服電場(chǎng)力作功發(fā)出功率外力克服

30、電場(chǎng)力作功發(fā)出功率 p發(fā) 發(fā) uS i (i , us非關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)） 物理意義：物理意義： i uS + _ u + _ uS + _ i u + _ 1-7 1-7 電源元件電源元件 二二、理想電流源：電源輸出電流為理想電流源：電源輸出電流為iS，其值與此電源的端電，其值與此電源的端電 壓壓 u 無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。 1. 特點(diǎn)：特點(diǎn)： (a) 電源電流由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；電源電流由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)； (b) 電源兩端電壓電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。是任意的，由外電路決定。 直流：直流：iS為常數(shù)為常數(shù) 交流：交流： iS是確定的時(shí)間函數(shù)，如是確定的時(shí)間函數(shù)，如 iS=I

31、msin t 電路符號(hào)電路符號(hào) iS + _ u 1-7 1-7 電源元件電源元件 2. 伏安特性伏安特性 IS (1) 若若iS= IS ，即直流電源，則其伏安特性為平行于電，即直流電源，則其伏安特性為平行于電 壓軸的直線，反映電流與壓軸的直線，反映電流與 端電壓無(wú)關(guān)。端電壓無(wú)關(guān)。 (2) 若若iS為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是 這這 樣樣 電流為零的電流源，伏安曲線與電流為零的電流源，伏安曲線與 u 軸重合軸重合,相相 當(dāng)于開(kāi)路元件當(dāng)于開(kāi)路元件 u iO iS i u + _ 1-7 1-7 電源元件電源元件 3. 理想電流源的短路與開(kāi)路理想電

32、流源的短路與開(kāi)路 (2) 開(kāi)路：開(kāi)路：R，i= iS ，u 。若強(qiáng)。若強(qiáng) 迫斷電流源開(kāi)路，電路模型為病態(tài)迫斷電流源開(kāi)路，電路模型為病態(tài) ，理想電流源不允許開(kāi)路。，理想電流源不允許開(kāi)路。 (1) 短路：短路：R=0， i= iS ，u=0 ，電流，電流 源被短路。源被短路。 RiS i u + _ 4. 實(shí)際電流源的產(chǎn)生：實(shí)際電流源的產(chǎn)生： 可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，有些電子器件輸出具備電流源特可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，有些電子器件輸出具備電流源特 性，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無(wú)關(guān)；光電池在一定光性，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無(wú)關(guān)；光電池在一定光 線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。線照射下光電池

33、被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。 1-7 1-7 電源元件電源元件 一個(gè)高電壓、高內(nèi)阻的電壓源，在外部負(fù)載電阻較小一個(gè)高電壓、高內(nèi)阻的電壓源，在外部負(fù)載電阻較小 ，且負(fù)載變化范圍不大時(shí)，可將其等效為電流源。，且負(fù)載變化范圍不大時(shí)，可將其等效為電流源。 r =1000 ，US =1000 V， R =12 時(shí)時(shí) 當(dāng)當(dāng) R =1 時(shí)，時(shí)，u=0.999 V 當(dāng)當(dāng) R =2 時(shí)，時(shí)，u=1.999 V R US + _ i u + _ r R1A i u + _ 將其等效為將其等效為1A的電流源：的電流源： 當(dāng)當(dāng) R =1 時(shí)，時(shí)，u=1 V 當(dāng)當(dāng) R =2 時(shí)，時(shí)，u=2 V 與上述結(jié)果誤差均很小。與上

34、述結(jié)果誤差均很小。 1-7 1-7 電源元件電源元件 5. 功率功率 iS i u + _ iS i u + _ p發(fā) 發(fā)=uis p吸 吸= uis p吸 吸=uis p發(fā) 發(fā)= uis 1-7 1-7 電源元件電源元件 1. 定義定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定的時(shí)間函：電壓源電壓或電流源電流不是給定的時(shí)間函 數(shù)，而是受電路中某個(gè)支路的電壓數(shù)，而是受電路中某個(gè)支路的電壓(或電流或電流) 的控制。的控制。 電路符號(hào)電路符號(hào) + 受控電壓源受控電壓源受控電流源受控電流源 1-8 1-8 受控電源受控電源 例例: ic=b b ib 用以前講過(guò)的元件無(wú)法表示此用以前講過(guò)的元件無(wú)法表示此 電流

35、關(guān)系電流關(guān)系,為此引出新的電路模為此引出新的電路模 型型電流控制的電流源電流控制的電流源. 一個(gè)三極管可以用一個(gè)三極管可以用CCCS模型來(lái)表示模型來(lái)表示 CCCS可以用一個(gè)三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)可以用一個(gè)三極管來(lái)實(shí)現(xiàn). ib b b ib 控制部分控制部分受控部分受控部分 Rc ib Rb ic 受控源是一個(gè)四端元件受控源是一個(gè)四端元件: 輸入端口是控制支路，輸入端口是控制支路， 輸出端口是受控支路輸出端口是受控支路. 1-8 1-8 受控電源受控電源 (a) 電流控制的電流源電流控制的電流源 ( Current Controlled Current Source ) b b : : 電流放大倍數(shù)電流放

36、大倍數(shù) r : 轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電阻 u1=0 i2=b b i1 u1=0 u2=ri1 CCCS i2=b b i1 + _ u2 i2 + _ u1 i1 2. 分類：根據(jù)控制量和被控制量是電壓分類：根據(jù)控制量和被控制量是電壓u或電流或電流i ，受控源可分，受控源可分 為四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓源表示為四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓源表示 ；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。 + _ u1 i1 u2=ri1 + _ u2 i2 CCVS + _ (b) 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( Current Control

37、led Voltage Source ) 1-8 1-8 受控電源受控電源 g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo)轉(zhuǎn)移電導(dǎo) :電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) i1=0 i2=gu1 i1=0 u2= u1 VCCS i2=gu1 + _ u2 i2 + _ u1 i1 (c) 電壓控制的電流源電壓控制的電流源 ( Voltage Controlled Current Source ) + _ u1 i1 u2= i1 + _ u2 i2 CCVS + _ (d) 電壓控制的電流源電壓控制的電流源 ( Voltage Controlled Current Source ) 1-8 1-8 受控電源受控電源 3. 受控源與獨(dú)立

38、源的比較受控源與獨(dú)立源的比較 (1) 獨(dú)立源電壓獨(dú)立源電壓(或電流或電流)由電源本身決定，與電路中其它由電源本身決定，與電路中其它 電壓、電流無(wú)關(guān)，而受控源電壓電壓、電流無(wú)關(guān)，而受控源電壓(或電流或電流)直接由控制直接由控制 量決定。量決定。 (2) 獨(dú)立源作為電路中獨(dú)立源作為電路中“激勵(lì)激勵(lì)”，在電路中產(chǎn)生電壓、，在電路中產(chǎn)生電壓、 電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的關(guān)系，在電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的關(guān)系，在 電路中不能作為電路中不能作為“激勵(lì)激勵(lì)”。 1-8 1-8 受控電源受控電源 基 爾 霍 夫 定 律 包 括 基 爾 霍 夫 電 流 定 律基 爾 霍 夫 定 律 包

39、括 基 爾 霍 夫 電 流 定 律 (Kirchhoffs Current LawKCL )和基爾霍夫電和基爾霍夫電 壓定律壓定律(Kirchhoffs Voltage LawKVL )。它反映。它反映 了電路中所有支路電壓和電流的約束關(guān)系，是分析集了電路中所有支路電壓和電流的約束關(guān)系，是分析集 總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu) 成了電路分析的基礎(chǔ)。成了電路分析的基礎(chǔ)。 1-9 1-9 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 一一 、 幾個(gè)名詞：幾個(gè)名詞：(定義定義) 1. 支路支路 (branch)：電路中通過(guò)同一電流的每個(gè)分支。：電路中通過(guò)同一

40、電流的每個(gè)分支。 (b) 2. 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) (node): 三條或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。三條或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。( n ) 4. 回路回路(loop)：由支路組成的閉合路徑。：由支路組成的閉合路徑。( l ) b=3 3. 路徑路徑(path)：兩節(jié)點(diǎn)間的一條通路。路徑由支路構(gòu)成。：兩節(jié)點(diǎn)間的一條通路。路徑由支路構(gòu)成。 5. 網(wǎng)孔網(wǎng)孔(mesh)：對(duì)平面電路，每個(gè)網(wǎng)眼即為網(wǎng)孔。：對(duì)平面電路，每個(gè)網(wǎng)眼即為網(wǎng)孔。 網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。 b + _ R1 uS1 + _ uS2 R2 R3123 a l=3 n=2 1-9 1-9 基爾霍