第1章 電路模型和電路定律

1、電路原理電路原理1.1 電路和電路模型電路和電路模型1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向1.3 電功率和能量電功率和能量1.4 電路元件電路元件1.5 電阻元件電阻元件1.6 電壓源和電流源電壓源和電流源1.7 受控電源受控電源1.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 第一章第一章 電路模型和電路定律電路模型和電路定律(circuit model ) (circuit laws) 1. 電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向3. 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 重點重點：2. 電路元件特性電路元件特性(VCR)1.1 電路和電路模型（電路和電路模型（model)一一 實際電路實際電路：電工設(shè)備

2、構(gòu)成的整體，它為電流：電工設(shè)備構(gòu)成的整體，它為電流的流通提供路徑。的流通提供路徑。 實際電路主要由各種電路器件構(gòu)成的。實際電路主要由各種電路器件構(gòu)成的。電源電源(source)：提供能量或信號：提供能量或信號.（如電池等）（如電池等）負載負載(load)：將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，：將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量， 或?qū)π盘栠M行處理或?qū)π盘栠M行處理.（如電動機等）（如電動機等）傳輸控制器件：電源和負載的聯(lián)接部分。（如傳輸控制器件：電源和負載的聯(lián)接部分。（如 導(dǎo)線導(dǎo)線(line)、開關(guān)（、開關(guān)（switch)等）等） 實際實際電路的功能電路的功能(1) 進行能量的傳送和轉(zhuǎn)換。進行能量的傳送和轉(zhuǎn)換。

3、(2) 進行信號的傳遞和處理。進行信號的傳遞和處理。10BASE-T wall plate導(dǎo)線導(dǎo)線電池電池開關(guān)開關(guān)電源電源電壓電壓電流電流激勵源激勵源響應(yīng)響應(yīng)輸入輸入輸出輸出2、電路模型、電路模型 (circuit model) 理想電路元件理想電路元件：根據(jù)實際電路元件所具備的電磁根據(jù)實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，其性質(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)系可用簡單的數(shù)學(xué)式子嚴格表示。關(guān)系可用簡單的數(shù)學(xué)式子嚴格表示。電路模型（電路圖）電路模型（電路圖）：由理想元件及其組合代：由理想元件及其組合代 表實際電路元件，與實際電路具有基本相同的電磁表實際電

4、路元件，與實際電路具有基本相同的電磁性質(zhì)，稱其為電路模型。性質(zhì)，稱其為電路模型。10BASE-T wall plate電池電池開關(guān)開關(guān)燈泡燈泡RSRSUS5種基本的理想電路元件：種基本的理想電路元件：電阻元件：電阻元件：表示消耗電能的元件表示消耗電能的元件電感元件：電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電壓源和電流源：電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成 電能的元件。電能的元件。5種基本理想電路元件有三個特征：種基本理想電路元件有三個特征： （

5、a a）只有兩個端子；只有兩個端子； （b b）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述；可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述； （c c）不能被分解為其他元件。不能被分解為其他元件。注意l 具有相同的主要電磁性能的實際電路部件，具有相同的主要電磁性能的實際電路部件， 在在一定條件下可用同一電路模型表示；一定條件下可用同一電路模型表示；l 同一實際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其電路同一實際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其電路模型可以有不同的形式。模型可以有不同的形式。例例電感線圈的電路模型電感線圈的電路模型注意 3、電路理論體系的劃分、電路理論體系的劃分電路分析電路分析(analysis)：在給定的激勵：在給定

6、的激勵(excitation)下，求結(jié)下，求結(jié)構(gòu)構(gòu) 已知的電路的響應(yīng)已知的電路的響應(yīng)(response)。 電電 路路 已已 知知激勵給定激勵給定響應(yīng)待求響應(yīng)待求re電路綜合電路綜合(synthesis)：在特定的激勵下，為了得到預(yù)期：在特定的激勵下，為了得到預(yù)期的響應(yīng)而研究如何構(gòu)成所需的電路。的響應(yīng)而研究如何構(gòu)成所需的電路。 電電 路路 未未 知知激勵已知激勵已知目標(biāo)給定目標(biāo)給定re 電路分析、電路綜合過程：電路分析、電路綜合過程：實際電路實際電路電路模型電路模型分析分析求解方程求解方程（代數(shù)、常微分、偏微分）（代數(shù)、常微分、偏微分）結(jié)果結(jié)果電路分析電路分析電路綜合電路綜合 電路的分類：電路

7、的分類：(1) 線性線性(linear)電路與非線性電路與非線性(nonlinear)電路電路(2) 時變時變(time-varying)與時不變與時不變(定常定常)(time-invariance)電路電路(3) 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)(steady state)和暫態(tài)和暫態(tài)(transient state)電路電路(4)集總參數(shù)集總參數(shù)(lumped parameter)和分布參數(shù)和分布參數(shù)(distributed parameter)電路電路本課程研究的主要對象：本課程研究的主要對象：線性、時不變、集總參數(shù)電路線性、時不變、集總參數(shù)電路。1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 (refere

8、nce direction)一、電路中的主要電磁參量一、電路中的主要電磁參量 主要電參量有電壓、電流、電荷、電功率、電主要電參量有電壓、電流、電荷、電功率、電能；磁參量有磁通、磁場強度、磁感應(yīng)強度。能；磁參量有磁通、磁場強度、磁感應(yīng)強度。1. 電流電流 (current)：帶電質(zhì)點的運動形成電流。帶電質(zhì)點的運動形成電流。電流的大小用電流的大小用電流強度電流強度表示：單位時間內(nèi)通過表示：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電量。導(dǎo)體截面的電量。tqtqitddlim) t (0def 單位：單位：A (安安) (Ampere，安培，安培)當(dāng)數(shù)值過大或過小時，常用十進制的倍數(shù)表示。當(dāng)數(shù)值過大或過小時，常用十進

9、制的倍數(shù)表示。SI制中，一些常用的十進制倍數(shù)的表示法：制中，一些常用的十進制倍數(shù)的表示法：符號符號 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 2. 電壓電壓 (voltage)：電場中某兩點電場中某兩點A、B間的電壓間的電壓(降降)UAB 等于等于單位正電荷單位正電荷q 從電路中一點移至另一點時電場從電路中一點移至另一點時電場力做功（力做功（W）的大小。）的大小。單位：單位：V (伏伏) (Volt，伏特，伏特) 當(dāng)把點電荷當(dāng)把點電荷q由由B移至移至A時，需外

10、力克服電場力做時，需外力克服電場力做同樣的功同樣的功WAB=WBA，此時可等效視為電場力做了負，此時可等效視為電場力做了負功功WAB，則，則B到到A的電壓為的電壓為ABABBAUdqdWUdq dWUABAB 電位電位：電路中為分析的方便，常在電路中選某一點為電路中為分析的方便，常在電路中選某一點為參考點，把任一點到參考點的電壓稱為該點的電位。參考點，把任一點到參考點的電壓稱為該點的電位。參考點的電位一般選為參考點的電位一般選為零零，所以參考點也稱為，所以參考點也稱為零電位點。零電位點。 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)。abcd設(shè)設(shè)c點為電位參考點

11、，則點為電位參考點，則 c=0 a=Uac， b=Ubc， d=Udc*兩點間電壓與電位的關(guān)系：兩點間電壓與電位的關(guān)系：abcd仍設(shè)仍設(shè)c點為電位參考點，點為電位參考點， c=0Uac = a ， Udc = dUad= Uac Udc= a d前例前例結(jié)論結(jié)論：電路中任意兩點間的電壓等于該兩：電路中任意兩點間的電壓等于該兩點間的電位之差。點間的電位之差。例例 . abc1.5 V1.5 V已知已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V，求，求Uac(1) 以以a點為參考點點為參考點， a=0Uab= a b b = a Uab= 1.5 VUbc= b c c = b Ubc= 1.51.

12、5= 3 VUac= a c = 0 (3)=3 V(2) 以以b點為參考點點為參考點， b=0Uab= a b a = a +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：電路中電位參考點可任意選擇；當(dāng)選擇不同的：電路中電位參考點可任意選擇；當(dāng)選擇不同的電位參考時，電路中各點電位均不同，但任意電位參考時，電路中各點電位均不同，但任意兩點間電壓保持不變。兩點間電壓保持不變。一、一、 引入?yún)⒖挤较虻脑颍阂雲(yún)⒖挤较虻脑颍?R1 i R2 + u - + R3 + 10V + 20V _ 30V _ _ 具

13、體難定具體難定有方向有方向?qū)嵪螂y判斷實向難判斷!問題？問題？時變時變us=u(t)習(xí)慣上將正電荷運動習(xí)慣上將正電荷運動方向規(guī)定為電流方向方向規(guī)定為電流方向為什么要引入?yún)⒖挤较驗槭裁匆雲(yún)⒖挤较?？(b) 實際電路中有些電流是交變的，實際電路中有些電流是交變的，無法標(biāo)出無法標(biāo)出實際方向?qū)嶋H方向。標(biāo)出參考方向，再加上與之配。標(biāo)出參考方向，再加上與之配合的表達式，才能表示出電流的大小和實合的表達式，才能表示出電流的大小和實際方向。際方向。(a) 有些復(fù)雜電路的某些支路事先無法確定實有些復(fù)雜電路的某些支路事先無法確定實際方向。際方向。為分析方便為分析方便，只能先任意標(biāo)一方，只能先任意標(biāo)一方向（參考方

14、向），根據(jù)計算結(jié)果，才能確向（參考方向），根據(jù)計算結(jié)果，才能確定電流的實際方向。定電流的實際方向。二、二、 電流的參考方向：電流的參考方向：1、 定義：定義：任意選定一個方向即為電流的參考方向。任意選定一個方向即為電流的參考方向。任選任選參考方向參考方向元件元件(導(dǎo)線導(dǎo)線)中電流流動的實際方向有兩種可能中電流流動的實際方向有兩種可能: 實際方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向i 參考方向參考方向i 參考方向參考方向 i 參考方向參考方向i 參考方向參考方向i 0i 0實際方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向電流的參考方向與實際方向的關(guān)系電流的參考方向與實際方向的關(guān)系：大小大小方向方向電流電流(代數(shù)量代數(shù)量)電

15、流參考方向的兩種表示：電流參考方向的兩種表示： 用箭頭表示用箭頭表示：箭頭的指向為：箭頭的指向為電流的參考方向。電流的參考方向。i 參考方向參考方向ABiABAB 用雙下標(biāo)表示用雙下標(biāo)表示：如：如 iAB , 電流的參考方向由電流的參考方向由A指向指向B。2. 電壓電壓(降降)的參考方向的參考方向+U 0參考方向參考方向U+實際方向?qū)嶋H方向+實際方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向U+U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：箭頭指向為電壓（降）的參考方向用箭頭表示：箭頭指向為電壓（降）的參考方向(2) 用正負極性表示：由正極指向負極的方向為電壓用正負極性表示：由正

16、極指向負極的方向為電壓 (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的方向為電壓的方向為電壓 (降降)的參考方向的參考方向UU+ABUAB3 關(guān)聯(lián)參考方向：關(guān)聯(lián)參考方向： 元件的電流的參考方向是從標(biāo)以電壓正極元件的電流的參考方向是從標(biāo)以電壓正極性的一端指向負極性一端，即性的一端指向負極性一端，即u，i參考方向相參考方向相同，則把同，則把u， i 的這種參考方向稱之為的這種參考方向稱之為關(guān)聯(lián)參關(guān)聯(lián)參考方向考方向。反之，稱為。反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向。+iu+iu小結(jié)：小結(jié)：(1) 電壓和電流的參考方向是任意假定的。分析電電壓

17、和電流的參考方向是任意假定的。分析電路前必須標(biāo)明。路前必須標(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 (包括方向和符號），在計算過程中不得任意改包括方向和符號），在計算過程中不得任意改變。參考方向不同時，其表達式符號也不同，變。參考方向不同時，其表達式符號也不同，但實際方向不變。如下圖所示：但實際方向不變。如下圖所示：+Riuu = Riu = Ri+Riu(3) 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行，不考慮實際方向均在參考方向下進行，不考慮實際方向。1.3 電功率和能量電功率和能

18、量一、一、 電功率：單位時間內(nèi)電場力所做的功。電功率：單位時間內(nèi)電場力所做的功。tqiqwu,twpdd ,dd dd uitqqwtwp dddddd功率的單位：功率的單位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)當(dāng)當(dāng) u,i 為為關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向時，時，p表示元件表示元件吸收吸收的功率；的功率；能量的單位：能量的單位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳) 當(dāng)當(dāng) u,i 為為非關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向時，時，p表示元件表示元件發(fā)出發(fā)出的功率。的功率。二、功率的計算和判斷二、功率的計算和判斷1. u, i 為關(guān)聯(lián)參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向p = ui 表示元件吸收的功率表示元件吸收的

19、功率P0 吸收正功率吸收正功率 (實際吸收實際吸收)P0 發(fā)出正功率發(fā)出正功率 (實際發(fā)出實際發(fā)出)P0 發(fā)出負功率發(fā)出負功率 (實際吸收實際吸收)+iu2. u, i 為非關(guān)聯(lián)參考方向為非關(guān)聯(lián)參考方向例：如圖所示電路為某一復(fù)雜電路中的一部分，各節(jié)點的例：如圖所示電路為某一復(fù)雜電路中的一部分，各節(jié)點的電位分別為電位分別為uA=15V， uB=5V， uC=-5V ，uD=15V。已。已知支路知支路1發(fā)出發(fā)出10W功率，支路功率，支路2吸收吸收40W功率，支路功率，支路3發(fā)出發(fā)出30W功率，支路功率，支路4吸收吸收10W功率，求各支路電流功率，求各支路電流。1.4 電路元件電路元件 集總元件假定

20、：在任何時刻，流入二集總元件假定：在任何時刻，流入二端元件的一個端子的電流等于從另一個端端元件的一個端子的電流等于從另一個端子流出的電流子流出的電流, 兩個端子間的電壓為單值兩個端子間的電壓為單值量。量。電路元件：電路元件： 二端二端、 多端多端 有源有源、無源、無源 線性、非線性線性、非線性 時變、時不變時變、時不變?nèi)? 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：每一個具有兩個端鈕的元：每一個具有兩個端鈕的元件中有確定的電流，端鈕間有確定的電壓。件中有確定的電流，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

21、構(gòu)成的電路。一個實際電路要能用集總參數(shù)電路近似，一個實際電路要能用集總參數(shù)電路近似，要滿足如下條件：即要滿足如下條件：即實際電路的尺寸必須遠小實際電路的尺寸必須遠小于電路工作頻率下的電磁波的波長于電路工作頻率下的電磁波的波長。例：例：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)若若 電路的工作頻率為電路的工作頻率為f=50 Hz，則則 周期周期 T = 1/f = 1/50 = 0.02 s 波長波長 = 3105 0.02=6000 km2） 若若 電路的工作頻率為電路的工作頻率為 f=50 MHz， 則則 周期周期 T =

22、 1/f = 0.02 106 s = 0.02 ns 波長波長 = 3105 0.02 106 = 6 m 此時一般電路尺寸均與此時一般電路尺寸均與 可比，所以電路不能視可比，所以電路不能視為集總參數(shù)電路為集總參數(shù)電路。 1.5 電阻元件電阻元件 (resistor) 線性定常電阻元件：線性定常電阻元件：任何時刻端電壓與其電流成任何時刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。正比的電阻元件。1. 符號符號R(1) 電壓與電流的參考方向設(shè)定為一致的方向電壓與電流的參考方向設(shè)定為一致的方向Riu+2. 歐姆定律歐姆定律 (Ohms Law) 伏安特性曲線伏安特性曲線: u R i R tg 線性電阻線性

23、電阻R是一個與電壓和電流無關(guān)的常數(shù)。是一個與電壓和電流無關(guān)的常數(shù)。令令 G 1/RR 稱為電阻稱為電阻G稱為電導(dǎo)稱為電導(dǎo)則則 歐姆定律表示為歐姆定律表示為 i G u .電阻的單位：電阻的單位： (歐歐) (Ohm，歐姆，歐姆)電導(dǎo)的單位：電導(dǎo)的單位： S (西西) (Siemens，西門子，西門子)uiO實際電阻器實際電阻器(2) 電阻的電壓和電流的參考方向相反電阻的電壓和電流的參考方向相反Riu+則歐姆定律寫為則歐姆定律寫為u Ri 或或 i Gu 公式必須和參考方向配套使用！公式必須和參考方向配套使用！ 3. 功率和能量功率和能量Riu+Riu+上述結(jié)果說明電阻元件在任何時刻總是消耗功率

24、的。上述結(jié)果說明電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p吸吸 ui (Ri)i i2 R u(u/ R) u2/ Rp吸吸 ui i2R u2 / R1）功率：）功率：2）能量：）能量：可用功率表示。從可用功率表示。從 t 到到t0電阻消耗的能量：電阻消耗的能量： ttttRuipW00ddRiu+4. 開路與短路開路與短路對于一電阻對于一電阻R，當(dāng)當(dāng)R=0，視其為短路。，視其為短路。 i為有限值時，為有限值時，u=0。當(dāng)當(dāng)R= ，視其為開路。，視其為開路。 u為有限值時，為有限值時，i=0。* 理想導(dǎo)線的電阻值為零。理想導(dǎo)線的電阻值為零。 1.6 電壓源和電流源電壓源和電流源 (source)一

25、、一、理想電壓源理想電壓源：電源兩端電壓為：電源兩端電壓為uS，其值與流過，其值與流過它的電流它的電流 i 無關(guān)。無關(guān)。1. 特點：特點：(a) 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) 通過電壓源的電流是任意的，由外電路決定。通過電壓源的電流是任意的，由外電路決定。直流：直流：uS為常數(shù)為常數(shù)交流：交流： uS是確定的時間函數(shù)，如是確定的時間函數(shù)，如 uS=Umsin tuS電路符號電路符號+_i2. 伏安特性伏安特性US(1) 若若uS = US ，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

26、流軸的直線，反映電壓與 電源中的電流無關(guān)。電源中的電流無關(guān)。 (2) 若若uS為變化的電源，則某一時刻的伏安關(guān)系也是為變化的電源，則某一時刻的伏安關(guān)系也是 唯一確定的唯一確定的。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+_iu+_uiO3. 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) 開路：開路：R，i=0，u=uS。(2) 短路：短路：R=0，i ，理想電源，理想電源出現(xiàn)病態(tài)，因此出現(xiàn)病態(tài)，因此理想電壓源不理想電壓源不允許短路允許短路。* 實際電壓源也不允許短路。因其實際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)

27、阻小，若短路，電流很大，可內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源能燒毀電源。US+_iu+_rUsuiOu=USri實際電壓源實際電壓源4 電壓源的功率電壓源的功率 電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；+_iu+_SuiuPS 電流（正電荷電流（正電荷 ）由低電位向高）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出功率。功率。 iuPS發(fā)出功率，起電源作用發(fā)出功率，起電源作用物理意義物理意義：+_iu+_Su 電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；物理意義：物理意義：電場力做功，電源吸收功率電場力做功，電源吸收功率 iuPS吸

28、收功率，充當(dāng)負載吸收功率，充當(dāng)負載二、二、理想電流源理想電流源：電源輸出電流為：電源輸出電流為iS，其值與，其值與此電源的端電壓此電源的端電壓 u 無關(guān)。無關(guān)。1. 特點：特點：(a) 電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) 電流源兩端電壓電流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是確定的時間函數(shù)，如是確定的時間函數(shù)，如 iS=Imsin t電路符號電路符號iS+_u2. 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，即直流電源，則其伏安特性為平行于

29、電壓軸的直線，反映電流與端電壓無關(guān)。電壓軸的直線，反映電流與端電壓無關(guān)。 (2) 若若iS為變化的電源，則某一時刻的伏安關(guān)系也是為變化的電源，則某一時刻的伏安關(guān)系也是 唯一確定的唯一確定的。 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,相當(dāng)于開路元件相當(dāng)于開路元件。uiOiSiu+_3. 理想電流源的短路與開路理想電流源的短路與開路(2) 開路：開路：R，i= iS ，u 。若強。若強迫斷開電流源回路，電路模型為迫斷開電流源回路，電路模型為病態(tài)，病態(tài)，理想電流源不允許開路理想電流源不允許開路。(1) 短路：短路：R=0， i= iS ，u=0 ，電流，電流源被短

30、路。源被短路。RiSiu+_4. 實際電流源的產(chǎn)生：實際電流源的產(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載具備電流源特性，如晶體管的集電極電流與負載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)無關(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。生一定值的電流等。一個高電壓、高內(nèi)阻的電壓源，在外部負載電阻較一個高電壓、高內(nèi)阻的電壓源，在外部負載電阻較小，且負載變化范圍不大時，可將其等效為電流源。小，且負載變化范圍不大時，可將其等效為電流源。RUS+_iu+_rr =1000 ，US =1000 V， R =

31、12 時時 當(dāng)當(dāng) R =1 時，時，u=0.999 V，i1A 當(dāng)當(dāng) R =2 時，時，u=1.999 V，i1AR1Aiu+_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，時，u=1 V 當(dāng)當(dāng) R =2 時，時，u=2 V與上述結(jié)果誤差均很小。與上述結(jié)果誤差均很小。5. 功率功率iSiu+_iSiu+_p發(fā)發(fā)=uisp吸吸=uis 例例1計算圖示電路各元件的功率計算圖示電路各元件的功率V5)510(RuA155RuiRW5152 RiPRW1011010iuPSVW5155iuPSV發(fā)出發(fā)出吸收吸收吸收吸收滿足滿足：P（發(fā)發(fā)）P（吸吸）5Ri+_Ru+_10V5V-+例例計

32、算圖示電路各元件的功率計算圖示電路各元件的功率解解A2SiiV5uW10522 uiPSAW10)2(55iuPSV發(fā)出發(fā)出發(fā)出發(fā)出滿足滿足：P（發(fā)）（發(fā)）P（吸）（吸）u2Ai+_5V-+12VU+2I-+-12VU+2I-+-12VU+2I-+-12VU+2I-+-例：例：I=2A（1）支路電壓；（）支路電壓；（2）電源、電阻及支路功率）電源、電阻及支路功率討論功率平衡關(guān)系。討論功率平衡關(guān)系。（a） （b） （c） （d）解答解答(1) ( )2 2 1216aUV ( )2 2 128bUV ( )2 2 128cUV ( )2 2 1216dUV (2) 2( )12 22422816

33、 232VRUUVRapW pWpUIWppp（吸收）2( )12 224()2288 216VRUUVRbpWpWpUIWppp 發(fā)出（發(fā)出）（發(fā)出）2( )12 224()228( 8)216VRUUVRcpWpWpUIWppp 發(fā)出（發(fā)出）（發(fā)出）2( )12 224()228( 16) 232VRUUVRdpWpWpUIWppp 吸收（吸收）（吸收）例例 求圖示電路中各求圖示電路中各方框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或產(chǎn)生的功率。收或產(chǎn)生的功率。已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1

34、A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1解解）（發(fā)發(fā)出出W221111IUP（吸收）W62) 3(122IUP（吸收）W1628133IUP（吸收）W3) 1()3(366IUP（吸收）W7) 1(7355IUP（吸收）W41)4(244IUP對一完整的電路，滿足：對一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率吸收的功率發(fā)出的功率吸收的功率564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1注意三、實際電源三、實際電源干電池鈕扣電池1. 1. 干電池和鈕扣電池（化學(xué)電源）干電池和鈕扣電池（化學(xué)電源） 干電池電動勢干電池電動勢1.5V，僅取決于（糊狀）化學(xué)材料，其大，僅取決于（糊狀）化學(xué)材料，其大

35、小決定儲存的能量，化學(xué)反應(yīng)不可逆。小決定儲存的能量，化學(xué)反應(yīng)不可逆。鈕扣電池電動勢鈕扣電池電動勢1.35V V，用固體化學(xué)材料，化學(xué)反應(yīng)不可逆。，用固體化學(xué)材料，化學(xué)反應(yīng)不可逆。 氫氧燃料電池示意圖氫氧燃料電池示意圖2. 2. 燃料電池（化學(xué)電源）燃料電池（化學(xué)電源） 電池電動勢電池電動勢1.23V。以氫、氧作為燃料。約。以氫、氧作為燃料。約40-45%的化學(xué)能的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。實驗階段加燃料可繼續(xù)工作。轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。實驗階段加燃料可繼續(xù)工作。 3. 3. 太陽能電池（光能電源）太陽能電池（光能電源） 一塊太陽能電池電動勢一塊太陽能電池電動勢0.6V。太陽光照射到。太陽光照射到P-N結(jié)上，結(jié)上

36、，形成一個從形成一個從N區(qū)流向區(qū)流向P區(qū)的電流。約區(qū)的電流。約 11%的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姷墓饽苻D(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，故常用太陽能電池板。能，故常用太陽能電池板?一個一個50cm2太陽能電池的電動勢太陽能電池的電動勢0.6V,電流電流0.1A 太陽能電池示意圖太陽能電池示意圖太陽能電池板太陽能電池板蓄電池示意圖蓄電池示意圖4. 4. 蓄電池（化學(xué)電源）蓄電池（化學(xué)電源） 電池電動勢電池電動勢2V。使用時，電池放電，當(dāng)電解液濃度小。使用時，電池放電，當(dāng)電解液濃度小于一定值時，電動勢低于于一定值時，電動勢低于2V，常要充電，化學(xué)反應(yīng)可逆。，常要充電，化學(xué)反應(yīng)可逆。直流穩(wěn)壓源直流穩(wěn)壓源發(fā)電機組發(fā)電機組風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力

37、發(fā)電1.7 受控電源受控電源 (非獨立源非獨立源)(controlled source or dependent source)1. 定義定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定的：電壓源電壓或電流源電流不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個支路的時間函數(shù)，而是受電路中某個支路的電壓電壓(或電流或電流)的控制。的控制。電路符號電路符號+受控電壓源受控電壓源受控電流源受控電流源例例:ic=b b ib用以前講過的元件無法表示此用以前講過的元件無法表示此電流關(guān)系電流關(guān)系,為此引入新的電路模為此引入新的電路模型型電流控制的電流源電流控制的電流源.一個三極管可以用一個三極管可以用CCCS模型來表示模型來表示

38、CCCS可以用一個三極管來實現(xiàn)可以用一個三極管來實現(xiàn).ibb b ib控制部分控制部分受控部分受控部分RcibRbic受控源是一個四端元件受控源是一個四端元件: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.(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)電流放大倍數(shù)r : 轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電阻 u1=0i2=b b i1 u1=0u2=ri1CCCSi2=b b i1+_u2i2+_u1i12. 2. 分類分類：根據(jù)控制量和被控制量是：根據(jù)控制量和被控制量是電壓電壓u或或

39、電流電流i ，受控源可，受控源可分為四種基本類型：當(dāng)被控制量是電壓時，用受控電壓分為四種基本類型：當(dāng)被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；當(dāng)被控制量是電流時，用受控電流源表示。源表示；當(dāng)被控制量是電流時，用受控電流源表示。+_u1i1u2=ri1+_u2i2CCVS+_(b) 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( Current Controlled Voltage Source )例例: :晶體三極管晶體三極管例例: :直流發(fā)電機直流發(fā)電機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=0i2=gu1 i1=0u2= u1VCCSi2=gu1+_u2i2+_u1i1(c) 電壓控制的

40、電流源電壓控制的電流源 ( Voltage Controlled Current Source )+_u1i1u2= u1+_u2i2VCVS+_(d) 電壓控制的電壓源電壓控制的電壓源 ( Voltage Controlled Voltage Source )例例: :場效應(yīng)管場效應(yīng)管例例: :電子三極管電子三極管3. 受控源與獨立源的受控源與獨立源的比較比較(1) 獨立源電壓獨立源電壓(或電流或電流)由電源本身決定，與電由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓(或或電流電流)直接由控制量決定直接由控制量決定。(2) 獨立源作為電路中獨立源

41、作為電路中“激勵激勵”，在電路中產(chǎn)生，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的關(guān)系，在電路中不能作為入端的關(guān)系，在電路中不能作為“激勵激勵”。不能獨立不能獨立向外電路提供能量。向外電路提供能量。1.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 ( Kirchhoffs Laws )基 爾 霍 夫 定 律 包 括 基 爾 霍 夫 電 流 定 律基 爾 霍 夫 定 律 包 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

42、 ) )。它反。它反映了電路中所有支路電壓和電流的約束關(guān)系，是映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。分析集總參數(shù)電路的基本定律。基爾霍夫定律與基爾霍夫定律與元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。兩種約束兩種約束: :元件的元件的VCRVCR、基爾霍夫定律、基爾霍夫定律一一 、 幾個名詞幾個名詞(定義定義) ：1. 支路支路 (branch)：電路中通過同一電流的每個分支。：電路中通過同一電流的每個分支。 (b)2. 結(jié)點結(jié)點 (node): 三條或三條以上支路的連接點稱為結(jié)點。三條或三條以上支路的連接點稱為結(jié)點。( n )4. 回路回路(lo

43、op)：由支路組成的閉合路徑。：由支路組成的閉合路徑。( l )b=33. 路徑路徑(path)：兩結(jié)點間的一條通路。路徑由支路構(gòu)成。：兩結(jié)點間的一條通路。路徑由支路構(gòu)成。5. 網(wǎng)孔網(wǎng)孔(mesh)：對：對平面電路平面電路，每個網(wǎng)眼即為網(wǎng)孔。，每個網(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。+_R1uS1+_uS2R2R3123abl=3n=2電路中每一個兩端元件就電路中每一個兩端元件就叫一條支路叫一條支路。b=5元件的連接點稱為結(jié)點元件的連接點稱為結(jié)點。n=4平面電路平面電路 可以畫在一個平面上而不使任何兩條支路交叉的電路可以畫在一個平面上而不使任何兩條支路

44、交叉的電路KCL：基爾霍夫電流定律：基爾霍夫電流定律： Kirchhoffs Current LawKVL：基爾霍夫電壓定律：基爾霍夫電壓定律： Kirchhoffs Voltage Law它反映了電路中所有支路電壓和電流的約束關(guān)系，它反映了電路中所有支路電壓和電流的約束關(guān)系， 是分析集總參數(shù)電路的基本定律。是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨苫鶢柣舴蚨膳c與元件特性元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。2.2.基爾霍夫定律基爾霍夫定律A,A,基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律 (KCL)令流出為令流出為“+”，( (支路電支路電流背離節(jié)點流背離節(jié)點)，有：有：例例 在集總參數(shù)

45、電路中，任意時刻，對任意結(jié)點流在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意結(jié)點流出（或流入）該結(jié)點電流的代數(shù)和等于零出（或流入）該結(jié)點電流的代數(shù)和等于零。mti1b0)(出入ii or流進流進的電的電流等流等于流于流出的出的電流電流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 或或物理基礎(chǔ)物理基礎(chǔ):電荷恒定，電流連續(xù)性。電荷恒定，電流連續(xù)性。0641iii例例2450iii0653iii三式相加得：三式相加得：1230iiiKCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個結(jié)點可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個結(jié)點的的任一閉合面任一閉合面。1 3 25i6i4i1i3i2i表明表明包圍幾個結(jié)點的閉合面也遵守包

46、圍幾個結(jié)點的閉合面也遵守KCL1324i4i5i6i1i2i3對結(jié)點對結(jié)點1：-i3+i1+i4=0對結(jié)點對結(jié)點2：-i1-i5+i2=0對結(jié)點對結(jié)點3：-i2+i6+i3=0對閉合面：對閉合面：-i5+i4+i6=07A4Ai110A-12Ai24+i210-7(12)=0 i2=1A KCL是電荷守恒的體現(xiàn)，也稱為電流連續(xù)是電荷守恒的體現(xiàn)，也稱為電流連續(xù)性原理；性原理； KCL是對結(jié)點處支路電流和的約束，與支是對結(jié)點處支路電流和的約束，與支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)；是非線性無關(guān)； KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電方程是按

47、電流參考方向列寫的，與電流實際方向無關(guān)流實際方向無關(guān)。明確明確R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US40U例：順時針方向繞行例：順時針方向繞行:三、三、基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 (KVL)：在任何集總參數(shù)電路：在任何集總參數(shù)電路中，在任一時刻，沿任一閉合路徑中，在任一時刻，沿任一閉合路徑( 按固定繞向按固定繞向 )， 各支路各支路電壓的電壓的代數(shù)和代數(shù)和為零。為零。 即即電阻壓降電阻壓降電源壓升電源壓升 S UUR即即u3u1u2u4I1+uS1R1I4_+uS4R4I3R3R2I2_ 標(biāo)定各元件電壓參考方向標(biāo)定各元件電壓

48、參考方向 選定回路繞行方向，順選定回路繞行方向，順時針或逆時針時針或逆時針. .mtu1b0)(升降uuor U1US1+U2+U3+U4+US4= 0Uab (沿沿l1)=Uab (沿沿l2）結(jié)論：電位的單值性結(jié)論：電位的單值性推論推論：電路中任意兩點間的電壓等于兩點間任一條路電路中任意兩點間的電壓等于兩點間任一條路徑經(jīng)過的各元件電壓的代數(shù)和。元件電壓方向與徑經(jīng)過的各元件電壓的代數(shù)和。元件電壓方向與路徑繞行方向一致時取正號，相反取負號。路徑繞行方向一致時取正號，相反取負號。+_R1uS1+_uS2R2R3123ab KVL的實質(zhì)反映了電壓與路徑無關(guān)的實質(zhì)反映了電壓與路徑無關(guān); ; KVL是對回路中的支路電壓的約束，與回路各是對回路中的支路電壓的約束，與回路各支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)；是非線性無關(guān)； KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實際方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實際方向無關(guān)。方向無關(guān)。明確明確定律名稱KCLKVL性質(zhì)與特點給電路中支路電流施加了一個線性約束給電路中支路電壓施加了一個線性約束與元件性質(zhì)無關(guān)與元件性質(zhì)無關(guān)斷言了電流的連續(xù)性兩點間電壓與路徑無關(guān)可從一個節(jié)點推廣到一個封閉面可從一個回路推廣到一段電路KCL