第1章電路模型與電路定理(第5版修正)

1、 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè) 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè) 電路理論是所有電類專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。通電路理論是所有電類專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握近代電路理論的基礎(chǔ)過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生掌握近代電路理論的基礎(chǔ)知識(shí)與分析計(jì)算電路的基本方法，具備進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)知識(shí)與分析計(jì)算電路的基本方法，具備進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)的初步技能，并為后續(xù)課程準(zhǔn)備必要的電路知識(shí)。的初步技能，并為后續(xù)課程準(zhǔn)備必要的電路知識(shí)。 所學(xué)內(nèi)容包含：所學(xué)內(nèi)容包含：電路模型和電路定律電路模型和電路定律，電阻電路的等電阻電路的等效轉(zhuǎn)換效轉(zhuǎn)換 ，支路法，網(wǎng)孔法和回路法，節(jié)點(diǎn)法支路法，網(wǎng)孔法和

2、回路法，節(jié)點(diǎn)法，電路定電路定理理( (迭加定理，替代定理，戴維南定理和諾頓定理，特迭加定理，替代定理，戴維南定理和諾頓定理，特勒根定理，互易定理勒根定理，互易定理) )，具有，具有運(yùn)算放大器的電阻電路運(yùn)算放大器的電阻電路, ,相相量法量法，正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析 ，具有，具有耦合電感的電路耦合電感的電路, ,三三相電路相電路 ，非正弦周期電流電路，非正弦周期電流電路，非線性電路非線性電路，一階電一階電路和二階電路，路和二階電路，拉普拉斯變換，網(wǎng)絡(luò)函數(shù)拉普拉斯變換，網(wǎng)絡(luò)函數(shù) ，網(wǎng)絡(luò)圖論，網(wǎng)絡(luò)圖論，二端口網(wǎng)絡(luò)二端口網(wǎng)絡(luò)及及pspicepspice簡(jiǎn)介。簡(jiǎn)介。 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄

3、 上一頁(yè)上一頁(yè)先修課程：先修課程：高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理及工程數(shù)學(xué)。高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理及工程數(shù)學(xué)。適用專業(yè)：適用專業(yè)：信電學(xué)院本科電類各專業(yè)。信電學(xué)院本科電類各專業(yè)。 電路理論電路理論(1)(1)、(2)(2)共共9696學(xué)時(shí)，分上、下兩學(xué)期進(jìn)行學(xué)時(shí)，分上、下兩學(xué)期進(jìn)行學(xué)時(shí)：學(xué)時(shí)： （1 1）6464學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)，（2 2）3232學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)學(xué)分：學(xué)分： （1 1） 4 4學(xué)分，學(xué)分，（2 2）2 2學(xué)分學(xué)分 學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求: :理論及實(shí)驗(yàn)理論及實(shí)驗(yàn)作業(yè)要求：作業(yè)要求：每周交一次，獨(dú)立完成每周交一次，獨(dú)立完成答疑時(shí)間及地點(diǎn)：答疑時(shí)間及地點(diǎn)：? ? 電話：電話：? ? 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)

4、上一頁(yè) 1.電路電路，邱關(guān)源編，高等教育出版社；，邱關(guān)源編，高等教育出版社； 2.電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ), 李瀚蓀編，高等教育出版社；李瀚蓀編，高等教育出版社； 3.fundamentals of electric circuits，電路基礎(chǔ)電路基礎(chǔ)charles k.alexander ,matthew n.o.sadiku編，清華大學(xué)出版社，編，清華大學(xué)出版社，2000年年12月。月。 4introductory circuit analysis ( 9th edition ),boylestad.r.l著，著， 高等教育出版社高等教育出版社,2002年年10月。月。 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄

5、章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)1-1 1-1 電路和電路模型電路和電路模型1-2 1-2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向1-3 1-3 功率和能量功率和能量1-4 1-4 電路元件及其特性電路元件及其特性1-5 1-5 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)v本章要求本章要求v一、充分理解電流、電壓參考方向的概念一、充分理解電流、電壓參考方向的概念v二、掌握功率二、掌握功率p p的計(jì)算，充分理解功率的計(jì)算，充分理解功率p p 0 0和和p p 0 0 的意義的意義v三、熟練掌握電路基本元件端口特性的電壓電流關(guān)系三、熟練掌握電路基本元件端口特性的電壓電流關(guān)系v四、熟練掌

6、握基爾霍夫電流定律和電壓定律四、熟練掌握基爾霍夫電流定律和電壓定律 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)一：電路一：電路1 1、定義、定義：由若干電氣設(shè)備或器件組成，由若干電氣設(shè)備或器件組成，如實(shí)際手電筒電路如實(shí)際手電筒電路電電池池?zé)襞轃襞蓍_關(guān)開關(guān)2 2、組成、組成( (三部分三部分) )：電源、電源、 導(dǎo)線、導(dǎo)線、負(fù)載負(fù)載( (用電設(shè)備用電設(shè)備) ) 3 3、作用、作用: : 1) 1)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和分配；實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和分配； 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線輸電線維持電流流維持電流流通的通路，稱為電路或網(wǎng)絡(luò)。通的通路，稱為電路或

7、網(wǎng)絡(luò)。 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)二：電路模型二：電路模型4 4、實(shí)際手電筒電路各部分的作用、實(shí)際手電筒電路各部分的作用導(dǎo)線導(dǎo)線傳輸能量傳輸能量提供能量提供能量電源電源消耗能量消耗能量燈泡燈泡設(shè)備的電磁特性主要有以下幾種：設(shè)備的電磁特性主要有以下幾種： (d) (d)電能電能 磁場(chǎng)能磁場(chǎng)能(c) (c) 電能電能 電場(chǎng)能電場(chǎng)能放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒2)2)進(jìn)行電信號(hào)的加工與處理。進(jìn)行電信號(hào)的加工與處理。 (a) (a) 產(chǎn)生電能產(chǎn)生電能 (b)(b)消耗電能消耗電能 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)1.1.理想電路元件：理想電路元件： 假想的只反映一種電磁特性的元件

8、假想的只反映一種電磁特性的元件消耗能量：理想電阻元件消耗能量：理想電阻元件r r電能電能 電場(chǎng)能：理想電容元件電場(chǎng)能：理想電容元件c c產(chǎn)生能量：理想電源元件產(chǎn)生能量：理想電源元件2.2.實(shí)際電路元件：實(shí)際電路元件：實(shí)際的電氣設(shè)備實(shí)際的電氣設(shè)備電能電能 磁場(chǎng)能：理想電感元件磁場(chǎng)能：理想電感元件l l電阻器、燈、電爐等電阻器、燈、電爐等r r實(shí)際電感線圈實(shí)際電感線圈l lr r實(shí)際電源實(shí)際電源e er r組合反映其電磁特性組合反映其電磁特性可以用理想電路元件及其可以用理想電路元件及其 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)電路模型電路模型3.3.電路模型電路模型 ： 由理想電路元件組合而成的由理

9、想電路元件組合而成的抽象電路抽象電路，電電池池?zé)魺襞菖蓍_關(guān)開關(guān)電源電源負(fù)載負(fù)載r rr re e開關(guān)開關(guān)導(dǎo)線導(dǎo)線4.4.激勵(lì)和響應(yīng)激勵(lì)和響應(yīng)激勵(lì)激勵(lì): :響應(yīng)響應(yīng): :叫做實(shí)際電路叫做實(shí)際電路的電路模型，簡(jiǎn)稱電路。的電路模型，簡(jiǎn)稱電路。電路中外加的電源稱為激勵(lì)電路中外加的電源稱為激勵(lì)( (輸入輸入) )由激勵(lì)在電路中產(chǎn)生的電壓或電流稱為響應(yīng)由激勵(lì)在電路中產(chǎn)生的電壓或電流稱為響應(yīng)( (輸出輸出) ) 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路：一個(gè)實(shí)際電路要能用集總參數(shù)電路近似，要滿一個(gè)實(shí)際電路要能用集總參數(shù)電路近似，要滿足足三、集總參數(shù)元件與集總參數(shù)電路三、集總參數(shù)元件與集

10、總參數(shù)電路 集總參數(shù)元件集總參數(shù)元件：個(gè)端鈕之間的電壓為單值量。個(gè)端鈕之間的電壓為單值量。個(gè)端子的電流一定等于從另一個(gè)端子流出的電流，兩個(gè)端子的電流一定等于從另一個(gè)端子流出的電流，兩在任何時(shí)刻，流入二端元件的一在任何時(shí)刻，流入二端元件的一頻率下的電磁波的波長(zhǎng)頻率下的電磁波的波長(zhǎng)。如下條件：如下條件： 即即實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小于電路工作實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小于電路工作由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路。由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路。 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)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) (1)

11、若電路的工作頻率為若電路的工作頻率為f f =50 hz=50 hz，則，則一般電路尺寸遠(yuǎn)小于一般電路尺寸遠(yuǎn)小于 。(2) (2) 若電路的工作頻率為若電路的工作頻率為f f=50 mhz=50 mhz，則，則此時(shí)一般電路尺寸均與此時(shí)一般電路尺寸均與 可比，所以電路在可比，所以電路在高頻情況下不能視為集總參數(shù)電路。高頻情況下不能視為集總參數(shù)電路。周期周期t = 1/f = 1/50 = 0.02 s波長(zhǎng)波長(zhǎng) = 3105 0.02=6000 km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 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上

12、一頁(yè)上一頁(yè)一：一： 電流、電壓的實(shí)際方向電流、電壓的實(shí)際方向電流：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電流：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向低電位低電位二：電流、電壓的參考方向二：電流、電壓的參考方向 (1)(1)為了便于分析計(jì)算電路，為了便于分析計(jì)算電路， (2)(2)參考方向與電流、電壓的數(shù)值，參考方向與電流、電壓的數(shù)值，電壓：高電位電壓：高電位電路圖中，稱參考方向電路圖中，稱參考方向( (正方向正方向) )任意假設(shè)的方向，任意假設(shè)的方向，標(biāo)在標(biāo)在電壓的實(shí)際方向。電壓的實(shí)際方向。共同說明共同說明電流、電流、為什么要引入?yún)⒖挤较驗(yàn)槭裁匆雲(yún)⒖挤较?？ 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè) i 0 0實(shí)際方實(shí)際方向向i 參考

13、方向參考方向a ab b實(shí)際方向?qū)嶋H方向i 參考方參考方向向a ab b 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)例例1 1：圖示電路，求流過電阻圖示電路，求流過電阻r r的電流的電流。i ii ir r11u u1 110v10vu u2 25v5v 為了便于分析復(fù)雜電路，為了便于分析復(fù)雜電路，需假設(shè)需假設(shè)i i的方向的方向( (參考方向參考方向) )，并標(biāo)在圖中并標(biāo)在圖中解：解： 上述兩種參考方向的選擇均可，其結(jié)果都同樣正確上述兩種參考方向的選擇均可，其結(jié)果都同樣正確說明了電流的大小和方向，所以說明了電流的大小和方向，所以參考方向是任意選擇參考方向是任意選擇的。的。說明實(shí)際方向與參考方向相反

14、說明實(shí)際方向與參考方向相反說明實(shí)際方向與參考方向相同說明實(shí)際方向與參考方向相同 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)結(jié)論結(jié)論 1.1.在解題前在解題前先設(shè)定一個(gè)參考方向先設(shè)定一個(gè)參考方向，然后再列方程然后再列方程 計(jì)算計(jì)算，否則計(jì)算沒有依據(jù)。否則計(jì)算沒有依據(jù)。 2.2.電流、電壓的正負(fù)值，只有相對(duì)于參考方向才有電流、電壓的正負(fù)值，只有相對(duì)于參考方向才有意義。意義。5.5.作業(yè)要求作業(yè)要求: : 1) 1)已知、求、解已知、求、解 2)2)必須畫電路圖，并在圖中標(biāo)出必須畫電路圖，并在圖中標(biāo)出u u 、i i參考方向參考方向4.4.參考方向一經(jīng)選定，在整個(gè)解題過程中不得中途改變參考方向一經(jīng)選定，

15、在整個(gè)解題過程中不得中途改變3.3.若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計(jì)算結(jié)果為正，則實(shí)際方向與假設(shè)方向一致；若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。若計(jì)算結(jié)果為負(fù)，則實(shí)際方向與假設(shè)方向相反。 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)r ra ab b三：參考方向的表示三：參考方向的表示四：關(guān)聯(lián)參考方向四：關(guān)聯(lián)參考方向+ +- -uab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)電壓電壓: :a ab b箭箭 頭頭u u電流：電流：i i u u、i i在某一元件上的參考方向一致，則稱在某一元件上的參考方向一致，則稱u u、i i關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)。 + +- -i iu u雙下標(biāo)雙下標(biāo)iab箭頭表示箭頭表示a ab b

16、u u正負(fù)號(hào)正負(fù)號(hào)否則，非關(guān)聯(lián)否則，非關(guān)聯(lián) 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)一一 功率功率: :元件產(chǎn)生或消耗能量的速率。元件產(chǎn)生或消耗能量的速率。2 2. .功率的計(jì)算功率的計(jì)算: :+ +元件元件u ui i功率的大小功率的大小元件的端電壓元件的端電壓 流過元件的電流流過元件的電流即即: p: p u u i i 3 3. .如何判斷元件是吸收還是發(fā)出功率如何判斷元件是吸收還是發(fā)出功率: :(1) (1) (簡(jiǎn)單電路簡(jiǎn)單電路) )直接觀察直接觀察: :1.1.定義定義: : 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)例例1 1：求圖示電路元件的功率。：求圖示電路元件的功率。i ir r1

17、1u u1 110v10vu u2 25v5vu ur r+ +解：解：i i5a05a0u ur r=5v=5vp pr ru ur r i i5 5 5 525w25wu u1 1作為電源：作為電源：p pu u1 1u u1 1 i i50w50wu u2 2作為電源：作為電源：p pu u2 2u u2 2 i i25w25w (2) (2)根據(jù)電流、電壓的參考方向與功率的正、負(fù)值根據(jù)電流、電壓的參考方向與功率的正、負(fù)值判斷判斷: :( (吸收吸收) )( (發(fā)出發(fā)出) )( (吸收吸收) ) 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)計(jì)算功率表達(dá)式計(jì)算功率表達(dá)式u、i 關(guān)聯(lián)(求吸收功率）

18、u、i 非關(guān)聯(lián)時(shí)（求發(fā)出功率）+iu+iu-i 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)i ir r11u u1 110v10vu u2 25v5v+ +u ur r解：解：a5i v5ur )(0w25iuprr吸收 例例2 2：例：例1 1中選參考方向如圖示，再求各元件功率。中選參考方向如圖示，再求各元件功率。)(0w50iup1u1發(fā)出 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)練習(xí)：計(jì)算下列元件的功率。練習(xí)：計(jì)算下列元件的功率。u u10v10vi i5a5a1.1.解：解：1.1. 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè) 發(fā)出關(guān)聯(lián)、00.2w102010iupiu3 2.2.3.3. 吸收

19、關(guān)聯(lián)、00.05w10105iupiu3- i20mau10v2.2.i10mau5v3.3.解：解： 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)二二. .能量能量從從t t0 0到到t t的時(shí)間內(nèi)，元件吸收的電能可根據(jù)電壓的時(shí)間內(nèi)，元件吸收的電能可根據(jù)電壓的定義求得為的定義求得為 )()(0tqtqudqw電能量的單位：電能量的單位：j( (焦焦) () (joule，焦耳，焦耳) )由于由于dtdqi 所以所以 diuwtt0作 業(yè)作 業(yè) : p 2 5: p 2 5 頁(yè)頁(yè) 1 - 1 ( 1 ) ( 3 )1 - 1 ( 1 ) ( 3 ) ， 1 1 3 3 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一

20、頁(yè)上一頁(yè)1.1.電位電位：電路中為分析的方便，常在電路中選某：電路中為分析的方便，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)的電位。參考點(diǎn)的電位一般選為參考點(diǎn)的電位一般選為零零，所以，參考點(diǎn)也稱為零，所以，參考點(diǎn)也稱為零電位點(diǎn)。電位點(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 v( (伏伏) )。a ab bc cd d設(shè)設(shè)c c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則 c c=0=0 a= =uac， b= =ubc， d= =udc補(bǔ)充：補(bǔ)充： 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)兩點(diǎn)間電壓與電位

21、的關(guān)系：兩點(diǎn)間電壓與電位的關(guān)系：abcd仍設(shè)仍設(shè)c c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，點(diǎn)為電位參考點(diǎn)， c c=0=0uac = a ， udc = duad= 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：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的電位之差。點(diǎn)間的電位之差。 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)例例 . abc1.5 v1.5 v已知已知 uab=1.5 v，ubc=1.5 v。求。求 a； b； c；uac(1) 以以a a點(diǎn)為參考點(diǎn)點(diǎn)為參考點(diǎn)， a=0uab= a b b = a uab= 1.5 vubc= b c c = b ubc= 1.51.5= 3 vu

22、ac= a c = 0 (3)=3 v(2) 以以b b點(diǎn)為參考點(diǎn)點(diǎn)為參考點(diǎn)， b=0uab= a b a = b +uab= 1.5 vubc= b c c = b ubc= 1.5 vuac= 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)間電壓保持不變，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)2.2.電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)( (eletromotiveeletromotive force force) )：局外力

23、克服電場(chǎng)力把：局外力克服電場(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電源的電動(dòng)勢(shì)。為電源的電動(dòng)勢(shì)。e e 的單位與電壓相同，也是的單位與電壓相同，也是 v v ( (伏伏) ) 根據(jù)能量守恒：根據(jù)能量守恒：u uabab = = e ebaba。電壓表示電位。電壓表示電位降，電動(dòng)勢(shì)表示電位升，即從降，電動(dòng)勢(shì)表示電位升，即從a a到到b b的電壓的電壓，數(shù)值上等于從，數(shù)值上等于從b b 到到a 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 a移到移到b b所做的功所做的功( (u uab ab ) )，與，與外力克服電場(chǎng)

24、力把相同的單位正電荷從外力克服電場(chǎng)力把相同的單位正電荷從b b經(jīng)電源內(nèi)經(jīng)電源內(nèi)部移向部移向a a所做的功所做的功( (e ebaba ) )是相同的，所以是相同的，所以u(píng) uabab= = e ebaba。 ba 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)練習(xí)：練習(xí)： 方塊表示電路元件，方塊表示電路元件， (1)(1)已知元件已知元件a a吸收的功率為吸收的功率為5w5w，確定，確定i ia a值；值； (2)(2)已知元件已知元件b b產(chǎn)生的功率為產(chǎn)生的功率為6w6w，確定，確定u ub b值。值。 a a1v1vi ia a(1)(1)u ub bb b1a1a(2)(2)5ai5i1iupi

25、uaa非關(guān)聯(lián)、 解：解：(1)(1)6vu61uiupiubbb關(guān)聯(lián)、 (2)(2) 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)1 14 4 電路元件及其特性電路元件及其特性一：電阻元件一：電阻元件 1. 1.定義定義: :任何一個(gè)二端元件任何一個(gè)二端元件, ,在任意時(shí)刻端口電壓在任意時(shí)刻端口電壓u u與與流過元件的電流流過元件的電流i i之間的關(guān)系之間的關(guān)系, ,可以由可以由u u、i i平面上過原點(diǎn)平面上過原點(diǎn)的一條直線所決定，該元件叫電阻元件。的一條直線所決定，該元件叫電阻元件。+ +元元 件件uiui0 元件端口的電壓、電流關(guān)元件端口的電壓、電流關(guān)系稱為伏安特性系稱為伏安特性此曲線稱伏安特

26、性曲線此曲線稱伏安特性曲線2.2.模型模型(1)(1)物理模型物理模型( (符號(hào)符號(hào)) )r r 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)(2)(2)端口電壓、電流關(guān)系端口電壓、電流關(guān)系( (數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型) )r ru ur ri ir ru ur rr ri ir r伏安特性伏安特性常用的兩套單位：常用的兩套單位： airvu maikrvu(3)(3)功率功率r ru ur ri ir ru ur r和和i ir r關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)u ur ri ir rr ru ur r和和i ir r非關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)u ur r-i-ir rr ru ur r和和i ir r關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)ruriiuprrrrr22

27、 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)u ur rr ri ir r電阻元件是耗能元件電阻元件是耗能元件(4)(4)兩種特例兩種特例 開路任何值 iur0iu1 短路任何值0iur0ui2 ou u短路短路i i0開路開路u ui iu ur r和和i ir r非關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)ruriiriiuprrrrrrr22)( 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)二：電壓源二：電壓源1.1.理想電壓源理想電壓源 (1)(1)定義：如果一個(gè)二端元件，接到任一電路后，該定義：如果一個(gè)二端元件，接到任一電路后，該元件兩端的電壓始終保持為規(guī)定值元件兩端的電壓始終保持為規(guī)定值u us s(t)(t) u us

28、s(t(t) )是一個(gè)給是一個(gè)給定的時(shí)間函數(shù)定的時(shí)間函數(shù) ，則此電壓源為理想電壓源，簡(jiǎn)稱電壓源。則此電壓源為理想電壓源，簡(jiǎn)稱電壓源。 說明：如說明：如u us s(t(t) ) u us s定值，則此電壓源稱直流電壓源定值，則此電壓源稱直流電壓源(2)(2)模型模型( (電路符號(hào)電路符號(hào)) ) + +u ui iu us s(t(t) )+ +u us s特點(diǎn)特點(diǎn): :(a)(a)電壓源兩端電壓電壓源兩端電壓u u由電壓源電壓由電壓源電壓u us s決定，與外電路無關(guān)決定，與外電路無關(guān)(b)(b)通過電壓源中的電流是任意的，由外電路決定。通過電壓源中的電流是任意的，由外電路決定。直流：直流：u

29、 us s為常數(shù)為常數(shù)交流：交流：u us s是確定的時(shí)間函數(shù)，如是確定的時(shí)間函數(shù)，如 u us s= =u um msinsin t tu=uu=us s 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)(3)(3)端口伏安特性端口伏安特性(1) (1) 若若u us s = =u us s ，即直流電源，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，反映電壓與電源中的電流無關(guān)。電流軸的直線，反映電壓與電源中的電流無關(guān)。 (2) (2) 若若u us s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。u us s+ +_ _i iu u+

30、+_ _u us su ui io oi i0u us s( (t t1 1) )u us s( (t t2 2) )u u 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)思考：思考：u us si i0 0i ir r0 0r r1 1r r2 2問：求問：求i i0 0時(shí)，時(shí)，r r0 0對(duì)其有沒有影響？對(duì)其有沒有影響？ 解：求通過解：求通過r r1 1、r r2 2的電流的電流i i0 0時(shí)，時(shí)，r r0 0沒有影響，但對(duì)總電流沒有影響，但對(duì)總電流i i有影響，故有影響，故不能去掉。不能去掉。2.2.實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源結(jié)論：跟理想電壓源并聯(lián)的元件對(duì)外電路不起作用結(jié)論：跟理想電壓源并聯(lián)的元件對(duì)外

31、電路不起作用(1)(1)模型模型 (2)(2)端口伏安特性端口伏安特性+ +u ui iu us s+ +r rs su us si iu uirirs sssiruu 電壓源外特性電壓源外特性 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)3. 3. 理想電壓源的開路與短路理想電壓源的開路與短路us+_iu+_r(1)(1)開路：開路：r，i=0，u=us。(2)(2)短路短路：r=0，i ，因此理因此理想電壓源不允許短路。想電壓源不允許短路。* *實(shí)際電壓源也不允許短路。因?qū)嶋H電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。大，可能燒毀電源。ius+_u+_

32、rs對(duì)實(shí)際電壓源對(duì)實(shí)際電壓源 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)三：電流源三：電流源1.1.理想電流源理想電流源 (1)(1)定義：如果一個(gè)二端元件定義：如果一個(gè)二端元件, ,接到任一電路后，該元接到任一電路后，該元件提供給電路的電流始終等于規(guī)定值件提供給電路的電流始終等于規(guī)定值i is s(t)(t) i is s(t(t) )是是t t的給的給定函數(shù)定函數(shù) ，則此電流源為理想電壓流，簡(jiǎn)稱電流源。則此電流源為理想電壓流，簡(jiǎn)稱電流源。說明：如說明：如i is s(t(t) ) i is s定值，則此電流源稱直流電流源定值，則此電流源稱直流電流源(2(2) )模型模型 + +u ui ii

33、is s特點(diǎn)：特點(diǎn)：(a) (a) 電流源電流由電流源本身決定，與外電路無關(guān)；電流源電流由電流源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) (b) 電流源兩端電壓是任意的，由外電路決定。電流源兩端電壓是任意的，由外電路決定。直流：直流：i is s為常數(shù)為常數(shù)交流：交流：i is s是確定的時(shí)間函數(shù)，如是確定的時(shí)間函數(shù)，如 i is s= =i im msinsin t ti ii is s 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)(3)(3)端口伏安特性端口伏安特性( (外特性外特性) )(1) (1) 若若i is s= = i is s ，即直流電流源，則其伏安特性為平行，即直流電流源，則其伏安特性為

34、平行于電壓軸的直線，反映電流與端電壓無關(guān)。于電壓軸的直線，反映電流與端電壓無關(guān)。 (2) (2) 若若i is s為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是這樣為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是這樣i is su ui io oi ii is su u+ +_ _i is s( (t t1 1) )0i iu ui is s( (t t2 2) ) 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)2.2.實(shí)際電流源實(shí)際電流源( (實(shí)際電源有能量損耗實(shí)際電源有能量損耗) )(1)(1)模型模型 + +u ui ii is sr ri ii is s 電源電流電源電流r ri i 電源內(nèi)阻電源內(nèi)阻( (分流

35、作用，分流作用，反映能量損耗反映能量損耗) )(2)(2)端口伏安特性端口伏安特性isruii r ri i越大越大,i,i越接近理想越接近理想結(jié)論：與理想電流源串聯(lián)的元件對(duì)外電路不起作用結(jié)論：與理想電流源串聯(lián)的元件對(duì)外電路不起作用i iu ui is s0 0u ur ri i 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)元件伏安特性小結(jié)元件伏安特性小結(jié) r ru ur ri ir ru ur r和和i ir r關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)u ur ri ir rr r一、電阻元件一、電阻元件二、電壓源二、電壓源1.1.理想電壓源理想電壓源+ +u ui iu us s(t(t) )+ +2.2.實(shí)際電壓源實(shí)際電壓源

36、+ +u ui iu us s+ +r rs sssiruu 三：電流源三：電流源1.1.理想電流源理想電流源+ +u ui ii is s2.2.實(shí)際電流源實(shí)際電流源+ +u ui ii is sr ri iisruii 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)四四: :受控源受控源( (非獨(dú)立源非獨(dú)立源) )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1.1. 定義：受控電壓源的電壓或受控電流源的電流定義：受控電壓源的電壓或受控電流源的電流不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)支路的電壓支路的電壓( (或電流或電流) )的控制。的控制。 下

37、一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)例例: : ic= bbib三極管用以前講過的元件無法表三極管用以前講過的元件無法表示它電流關(guān)系示它電流關(guān)系, ,為此引出新的電為此引出新的電路模型路模型電流控制的電流源。電流控制的電流源。左圖用電流控制的電流源（即左圖用電流控制的電流源（即cccscccs模型）來表示一個(gè)三極管。模型）來表示一個(gè)三極管。rcibrbic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。ib ib控制部分控制部分受控部分受控部分入口入口出口出口ic 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)2.2.分類分

38、類(2)(2)電流控制電壓源電流控制電壓源(ccvs)(ccvs) 電流源電壓源電源有 某支路電流某支路電壓控制量受控源有四種形式受控源有四種形式+ + +u u1 1 u u1 1u u1 1 ：控制量控制量 ：控制系數(shù)：控制系數(shù)(1)(1)電壓控制電壓源電壓控制電壓源(vcvs)(vcvs)+ +i i1 1riri1 1r r：控制系數(shù)：控制系數(shù)單位：?jiǎn)挝唬?(3)(3)電壓控制電流源電壓控制電流源(vccs)(vccs)+ +u u1 1gugu1 1g g：控制系數(shù)：控制系數(shù)單位：?jiǎn)挝唬簊(s(西門子西門子) )(4)(4)電流控制電流源電流控制電流源(cccs)(cccs)i i1

39、 1b bi i1 1b b：控制系數(shù)：控制系數(shù)無單位無單位 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)3.3.受控源與獨(dú)立源的區(qū)別受控源與獨(dú)立源的區(qū)別(1) (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，與由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓( (或電流或電流) )直接由控制量決定。直接由控制量決定。(2) (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)”，由它在電路中，由它在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映出口端與產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映出口端與入口端的關(guān)系，在電路中不能作為入口端的關(guān)系，在電路中

40、不能作為“激勵(lì)激勵(lì)”。 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè) 用來描述電路中各元件電壓或各支路電流間的用來描述電路中各元件電壓或各支路電流間的關(guān)系關(guān)系, ,其中包括基爾霍夫電流和基爾霍夫電壓兩個(gè)定其中包括基爾霍夫電流和基爾霍夫電壓兩個(gè)定律。律。 1 15 5 基爾霍夫定律基爾霍夫定律支路：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的直接通路支路：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的直接通路回路：電路中任一閉合路徑回路：電路中任一閉合路徑名詞注釋：名詞注釋：網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路+ + +u us1s1u us2s2r r1 1r r2 2r r3 3a ab b節(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上元件的聯(lián)結(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上元件的聯(lián)

41、結(jié)點(diǎn)( (如如a a、b)b)(3(3條條) )(3(3個(gè)個(gè)) )(2(2個(gè)個(gè)) )一：基爾霍夫電流定律一：基爾霍夫電流定律(kcl) (kcl) (說明節(jié)點(diǎn)處各支路電說明節(jié)點(diǎn)處各支路電流間的關(guān)系流間的關(guān)系) ) 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè) 1.kcl:1.kcl:對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)對(duì)任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流等于由該節(jié)點(diǎn)流出的電流。點(diǎn)的電流等于由該節(jié)點(diǎn)流出的電流。i i1 1i i2 2i i3 3i i4 44231iiii 基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性例例或：或：0iiii4231 或者說，在任一瞬間，流入一個(gè)

42、節(jié)點(diǎn)上電流的或者說，在任一瞬間，流入一個(gè)節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為零代數(shù)和為零。 i i入入 = = i i出出 即：即： i i = 0 = 0 即：即： 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)2.kcl2.kcl的推廣式的推廣式: :流入任一流入任一封閉面封閉面的電流代數(shù)和為零。的電流代數(shù)和為零。廣義節(jié)點(diǎn)廣義節(jié)點(diǎn)如圖如圖i i1 1i i2 2i i3 3i i1 1+i+i2 2=i=i3 3例例u u2 2u u3 3u u1 1+ +_ _r rr r1 1r r+ +_ _+ +_ _r ri i=?=?i=i=0 0 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)二：基爾霍夫電壓定律二：基爾霍

43、夫電壓定律(kvl) (kvl) (說明電路任一說明電路任一回路中各元件電壓間的關(guān)系回路中各元件電壓間的關(guān)系) )1. kvl1. kvl：沿任一回路，繞行一周，各元件上電壓代數(shù)：沿任一回路，繞行一周，各元件上電壓代數(shù)和恒為零。和恒為零。 u u = 0 = 0 即即：例例c c+ + +u us1s1u us2s2r r1 1r r2 2r r3 3a ab bd d首先確定回路首先確定回路abcdaabcda，繞行方向如圖，繞行方向如圖由由kvlkvl得：得：0uuuudacdbcab 證明：證明：0)vv()vv()vv()vv(addccbba 實(shí)質(zhì)：電位的單值性實(shí)質(zhì)：電位的單值性 下

44、一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)ab l1l2uab ( (沿沿l1) )= =uab ( (沿沿l2）電位的單值性電位的單值性基爾霍夫電壓定律實(shí)質(zhì)上是電壓與路徑無關(guān)這一性質(zhì)基爾霍夫電壓定律實(shí)質(zhì)上是電壓與路徑無關(guān)這一性質(zhì)的反映。的反映。 如果考慮各元件的電壓如果考慮各元件的電壓 u u和電流和電流 i i 的約束關(guān)系的約束關(guān)系，可將基爾霍夫電壓定律，可將基爾霍夫電壓定律( (kvlkvl) )表達(dá)式換成用電流、表達(dá)式換成用電流、電阻、電壓源的電壓來表示的另一種形式。電阻、電壓源的電壓來表示的另一種形式。即即: : 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)2. kvl2. kvl的另一種形式的

45、另一種形式由元件的伏安特性由元件的伏安特性22abiru 2sbcuu 1scduu 11dairu + + +u us1s1u us2s2r r1 1r r2 2r r3 3a ab bc cd di i1 1i i2 2得得: :0riuuir111s2s22 整理得整理得: :2s1s2211uuriri 電阻電壓降電阻電壓降電源電壓升電源電壓升即：即： riri u us s沿回路繞行方向，電阻電壓降等于電源電壓升沿回路繞行方向，電阻電壓降等于電源電壓升在式在式中中0uuuudacdbcab 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)kclkcl、kvlkvl小結(jié)小結(jié)(1)(1)kclkc

46、l是對(duì)支路電流的線性約束是對(duì)支路電流的線性約束，kvlkvl是對(duì)支是對(duì)支路電壓的線性約束。路電壓的線性約束。(2)(2)kclkcl、kvlkvl與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。(3)(3)kclkcl表明在每一節(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的；表明在每一節(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的；kvlkvl是電是電位單值性的具體體現(xiàn)位單值性的具體體現(xiàn)( (電壓與路徑無關(guān)電壓與路徑無關(guān)) )。(4)(4)kclkcl、kvlkvl只適用于集總參數(shù)的電路。只適用于集總參數(shù)的電路。 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)例例1 1： 電路如圖所示。已知電路如圖所示。已知u uabab=6v,=6v, u us1s1( (t t)=4v,)=4v, u us2s2( (t t)=10v,)=10v,r r1 1=2=2 和和r r2 2=8=8 。求電流。求電流i和各電壓源發(fā)和各電壓源發(fā)出的功率。出的功率。 下一頁(yè)下一頁(yè)章目錄章目錄 上一頁(yè)上一頁(yè)iruiruuuuuu22s11s22s11saba2 . 1821046212s1sabrruuuiw122 . 110w8 . 42 . 142s2s1s1siupiup兩個(gè)電壓源的吸收功率分別為兩個(gè)電壓源的吸收功率分別為 解：