電路模型和電路定律PPT課件

1、 重重 點點 電路變量電路變量 電路元件及電路元件及VAR 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向第1頁/共96頁 11 電路和電路模型電路和電路模型 1 12 2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 1 13 3 電功率和能量電功率和能量 1 14 4 電阻元件電阻元件 1 15 5 電壓源和電流源電壓源和電流源 1 16 6 受控電源受控電源 1 17 7 基爾霍夫定律基爾霍夫定律第2頁/共96頁1 11 1 電路和電路模型電路和電路模型一、一、 電路電路1.定義定義：電路是由若干個電路是由若干個電工元器件電工元器件按一定的方向相互按一定的方向相互連接構成

2、連接構成的電流的電流通路通路。2.功能功能：（1）提供能量及其傳送與分配提供能量及其傳送與分配 （2）傳遞、處理、存儲信號傳遞、處理、存儲信號 （3）測量電量測量電量第3頁/共96頁（1）能量轉(zhuǎn)換： 實現(xiàn)電能傳送、轉(zhuǎn)換等。例如：（2）信號處理： 實現(xiàn)電信號產(chǎn)生、加工、傳輸、變換等。第4頁/共96頁 電源電源：提供能量或信號。提供能量或信號。 負載負載：將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)π艑㈦娔苻D(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)π盘栠M行處理號進行處理. . 導線導線、開關開關等：將電源與負載接成通路等：將電源與負載接成通路. .電路主要由電源、負載、連接導線及開關等構成電路主要由電源、負載、連接導線及開關

3、等構成。3.3.組成組成：10BASE-T wall plate導線電池開關燈泡例 .第5頁/共96頁二、電路分類：二、電路分類：fC線 性非 線 性時 變時 不 變 集中參數(shù)分布參數(shù) 靜 態(tài) 動 態(tài) 激勵與響應滿足疊加性和齊次性的電路。電路元件參數(shù)不隨時間變化。電路幾何尺寸遠小于最小工作波長的電路。含有動態(tài)元件的電路。 f(Hz) 5025k 500M30G(m)6x10612k 0.60.01C=3x108m/s第6頁/共96頁三、集總假設與集總電路三、集總假設與集總電路 實際電路的最大尺寸為實際電路的最大尺寸為 d，與作用于電路與作用于電路工作信號的波長工作信號的波長 相比小得多，即相比

4、小得多，即 d 或或表述為：表述為： 作用在電路上的信號從一端傳到另一端所需作用在電路上的信號從一端傳到另一端所需要的時間要的時間 遠小于該信號的周期遠小于該信號的周期 T T， 即即 T這就是著名的集總假設。這就是著名的集總假設。第7頁/共96頁集總假設，在很多情況下是成立集總假設，在很多情況下是成立的。對工頻電路：對工頻電路：f = 50Hz對音頻電路：對音頻電路：f = 25 kHz例：例：對微波電路：對微波電路：f = 105 MHz = = =6106m=6000kmcf3108m/s50Hz第8頁/共96頁iiz集總參集總參數(shù)電路數(shù)電路) t (u+ +- -) t ( iLCR例

5、：例：兩線傳輸線的等效電路兩線傳輸線的等效電路當兩線傳輸線的長度當兩線傳輸線的長度 l 與電磁波的波長滿足：與電磁波的波長滿足：ll),(tzu+ + +- -),(tzi) tz,u(z- -),(tzzizL 0zC 0zR 0zR 0z0LzC 0分布參分布參數(shù)電路數(shù)電路第9頁/共96頁 由集總參數(shù)元件組成的電路。簡稱電路。由集總參數(shù)元件組成的電路。簡稱電路。 凡是消耗電能的，都集中在電阻元件里，除此以外凡是消耗電能的，都集中在電阻元件里，除此以外不再考慮電阻的作用；凡是電磁感應現(xiàn)象，都集中用不再考慮電阻的作用；凡是電磁感應現(xiàn)象，都集中用電感元件表達；電荷都集中在電容元件上積儲。這種電感

6、元件表達；電荷都集中在電容元件上積儲。這種理想元件稱為理想元件稱為集總參數(shù)元件集總參數(shù)元件，簡稱元件。，簡稱元件。分布參數(shù)電路分布參數(shù)電路: :不滿足不滿足d d 的電路的電路理想元件：理想元件： 在一定的條件下可把實際元件理想化，用其主要在一定的條件下可把實際元件理想化，用其主要的電磁性質(zhì)來代替，即的電磁性質(zhì)來代替，即有某種確定的電磁性能的元件有某種確定的電磁性能的元件不用考慮元件以外任何雜散參數(shù)的影響。不用考慮元件以外任何雜散參數(shù)的影響。集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路第10頁/共96頁i例如：白熾燈R R L 消耗電能（電阻性）產(chǎn)生磁場儲存磁能( (電感性) ) 忽略L,L,非線性等因素在一定條

7、件下忽略實際部件次要因素而突出其主要電磁性質(zhì)在一定條件下忽略實際部件次要因素而突出其主要電磁性質(zhì): :理想電路元件理想電路元件。理想電阻元件+ u -第11頁/共96頁理想電路元件理想電路元件R+ USLIS 理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性單一、精確，可定量分析和計算。單一、精確，可定量分析和計算。C三個特征：（三個特征：（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)學方式描述；）可以用電壓或電流按數(shù)學方式描述； （c c）不能被分解為其他元件。）不能被分解為其他元件。第12頁/共96頁四、電路模型

8、四、電路模型 ( (circuit model) )1.1.定義：按一定方式，相互連接著的定義：按一定方式，相互連接著的理想元件理想元件所所組成的電路。組成的電路。2.2.理想電路：理想電路：（1 1）電路器件或電路尺寸本身）電路器件或電路尺寸本身0ii 0實際方向?qū)嶋H方向i 參考方向參考方向i 0-電位實際方向?qū)嶋H方向U+-（參考方向）（參考方向）U 0 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) ) u, i 取非取非關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向+ +- -iu+ +- -iu第

9、32頁/共96頁功率的計算功率的計算1. u, i 取取關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向 p吸 = u ip吸 0 實際發(fā)出實際發(fā)出5W+iu2. u, i 取非取非關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向+iu p發(fā) = u ip發(fā) 0 實際吸收實際吸收5W例 U = 5V， I = - - 1AP吸= UI = 5 (- -1) = - -5 W例 U = 5V， I = - - 1AP發(fā)= UI = 5 (- -1) = - -5 W第33頁/共96頁例 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：已知： U1=1V, U2= - -3V，U3=8V,

10、U4= - -4V,U5=7V, U6= - -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= - -1A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1第34頁/共96頁解解）（發(fā)發(fā)出出W221111IUP）（發(fā)發(fā)出出W62)3(122IUP（吸收）W1628133IUP（吸收）W3) 1()3(366IUP）（發(fā)發(fā)出出W7) 1(7355IUP）（發(fā)發(fā)出出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注意564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1第35頁/共96頁小結小結 3)3)“實際方向?qū)嶋H方向”是客觀存在的物理現(xiàn)象，

11、參考方向也稱為假定正是客觀存在的物理現(xiàn)象，參考方向也稱為假定正方向，方向，以后討論均在參考方向下進行，不考慮實際方向。以后討論均在參考方向下進行，不考慮實際方向。 參考方向是人為假設的方向。參考方向是人為假設的方向。2)2)參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應位置標注參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應位置標注 ( (包括方向和包括方向和 符號符號），在計算過程中不得任意改變。為方便列電路方程，），在計算過程中不得任意改變。為方便列電路方程， 習慣假設習慣假設 I 與與U 的參考方向的參考方向 是關聯(lián)（一致）是關聯(lián)（一致）1)1)在解題前，在解題前，先要在電路圖上標出電壓、電流的先要在電路圖上標出電壓

12、、電流的參考方向參考方向， 然后再列方程求解然后再列方程求解; ; 缺少參考方向的物理量，其數(shù)值含義不清缺少參考方向的物理量，其數(shù)值含義不清4)4)電壓、電流本身有正值或負值電壓、電流本身有正值或負值 一個式子中有兩套正負號。一個式子中有兩套正負號。第36頁/共96頁1-4 1-4 電阻元件電阻元件一、元件分類一、元件分類l無源理想元件：電阻、電容、電感無源理想元件：電阻、電容、電感l(wèi)有源理想元件：電壓源、電流源有源理想元件：電壓源、電流源 電路元件受自身伏安特性的約束。電路元件受自身伏安特性的約束。一個線性二端電路元件是由其特性定義的。一個線性二端電路元件是由其特性定義的。線性元件：其特性曲

13、線是一條通過原點的直線。否則為線性元件：其特性曲線是一條通過原點的直線。否則為 非線性元件。非線性元件。非時變：特性不隨時間變化。否則為時變。非時變：特性不隨時間變化。否則為時變。電路元件 電源：獨立電壓源 獨立電流源 受控電源 負載：電阻 電感 電容 耦合電感 運算放大器 理想變壓器第37頁/共96頁R 稱為電阻，單位：稱為電阻，單位： (Ohm)GuRuil 單位單位G 稱為電導，單位：稱為電導，單位：S (Siemens) u、i 取關聯(lián)取關聯(lián)參考方向參考方向Riu Rui+二、電阻元件二、電阻元件(resistor)R 1826年年1.理想電阻元件：在理想電阻元件：在u,i關聯(lián)參考方向

14、下，在任何時關聯(lián)參考方向下，在任何時刻它兩端的電壓和電流關系服從歐姆定律，即刻它兩端的電壓和電流關系服從歐姆定律，即第38頁/共96頁線性線性電阻電阻元件的伏元件的伏安特性曲線安特性曲線 ui0特點特點 * *線性線性電阻的電阻的VARVAR是一條過原點的直線。是一條過原點的直線。* *線性電阻的線性電阻的R R是一個與電壓和電流無關是一個與電壓和電流無關的常數(shù)。的常數(shù)。 R tan * *線性線性電阻具有雙向性。（互換端子）電阻具有雙向性。（互換端子）* *線性線性電阻無記憶性。（即時性）電阻無記憶性。（即時性）第39頁/共96頁如電阻上的電壓與電流參考方向非關如電阻上的電壓與電流參考方向非

15、關聯(lián)，公式中應冠以負號；聯(lián)，公式中應冠以負號；歐姆定律歐姆定律只適用于線性電阻只適用于線性電阻( R 為常數(shù)為常數(shù)）；）；則歐姆定律寫為則歐姆定律寫為u R i i G u公式和參考方向必須配套使用！公式和參考方向必須配套使用！注意Rui-+第40頁/共96頁2.2.功率和能量功率和能量 電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。P發(fā) u i (R i) i i2 R - u2/ RP吸 u i i2R u2 / Rl 功率功率Rui+ +- -表明表明Rui- -+ +第41頁/共96頁ui從從 t0 到到 t 電阻消耗的能量：電阻消耗的能量：ttttRuipW00

16、dd3.3.電阻的開路與短路電阻的開路與短路l 能量能量l 短路短路0 0uiGor R 0l 開路開路0 0ui0 Gor RuiRiu+u+i00第42頁/共96頁壓敏電阻 熱敏電阻 第43頁/共96頁15 電壓源和電流源電壓源和電流源一一、理想電壓源：理想電壓源：(Voltage Source )us (1791 (1791年年) )定義：電源兩端電壓總保持為定值或一定的時間函數(shù)，其值定義：電源兩端電壓總保持為定值或一定的時間函數(shù)，其值 與流過它的電流與流過它的電流 i 無關。無關。電路符號電路符號+_iuS第44頁/共96頁圖圖（a）為為直流電源直流電源，t = =任何值，任何值， u

17、s =10v。圖圖（b）為為負指數(shù)電源負指數(shù)電源，t=1S, us=10v。t=0s, us=10/0.368v。圖（c）為正弦交流電源正弦交流電源，t=/2, us=0v。 t=/4, us=10v。ooUS=10Vus=10e /0.368v-tttuuuT/2Tous=10sin2tvt(a)(b)(c)1. 特點特點：(a) 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；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)是確定的時間函數(shù)，如 uS=Umsin t第45頁/共96頁（b）電壓源端電壓由電源本身決定，與外電路無關；電壓源端電壓由電

18、源本身決定，與外電路無關； 與流經(jīng)它的電流方向、大小無關與流經(jīng)它的電流方向、大小無關。 通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。 電壓源電流是任意的，取決于外電路。電壓源電流是任意的，取決于外電路。外電路外電路Ri-+SuRuiS)( 0Ri)0( Ri電壓源不能短路！電壓源不能短路！第46頁/共96頁2. 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，電流軸的直線，反映電壓與電源中的電流無關反映電壓與電源中的電流無關。 (2) 若若uS為變化的電源，則某一時刻的伏安關系也

19、是為變化的電源，則某一時刻的伏安關系也是 這樣這樣。電壓為零的電壓源電壓為零的電壓源，伏安曲線與，伏安曲線與 i 軸重合軸重合, ,相當于相當于短路短路元件元件。uS+_iu+_uiO第47頁/共96頁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開路：R ，i=0，u=uS。* 實際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)實際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。燒毀電源。US+_iu+_rUsuiOu=USri實際電壓源實際電壓源*一個實際電壓源向外電路提供電流時，它的端電壓 u 總是小于 uS ，電流越大，端電壓 u 越小。第

20、48頁/共96頁實際電壓源的外特性實際電壓源的外特性(VAR)u = us iRO 輸出電流輸出電流 i 一定一定時，時，RO 越大，輸出電壓越大，輸出電壓 u 越小。越小。RO 一定一定時，時，輸出電流輸出電流 i 越大，越大， 輸出電壓輸出電壓 u 越小。越小。 Ro: : 電源內(nèi)阻電源內(nèi)阻, ,一般很小。一般很小。uiouS Roi第49頁/共96頁4.理想電壓源的功率理想電壓源的功率+_iu+_SuiuPS發(fā)出功率，起電源作用發(fā)出功率，起電源作用+_iu+_Su電場力作電場力作( (正正) )功，電源功，電源吸收功率，充當負載吸收功率，充當負載 電流（正電荷電流（正電荷 ）由低電位向高

21、電位）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出功率功率 p發(fā)發(fā) uS i (i , us非關聯(lián)非關聯(lián)）或或p吸=uS i ( i, uS關聯(lián)關聯(lián) )物理意義：物理意義： 第50頁/共96頁二、二、理想電流源理想電流源：輸出電流總能保持定值或一定的時間函輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與此電源的端電壓數(shù)，其值與此電源的端電壓 u 無關無關電路符號電路符號iS+_u第51頁/共96頁1. 特點特點：(a)電源電流由電源本身決定，與外電路無關電源電流由電源本身決定，與外電路無關；與它兩端與它兩端電壓方向、大小無關。電壓方向、大小無關。直流：直流：

22、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 (b)電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定 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。Ru-+Si外電路外電路SRiu )0( 0Ru)( Ru電流源不能開路！電流源不能開路！第52頁/共96頁2. 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，反映電流壓軸的直線，反映電流與端電壓無關與端電壓無關。 (2) 若若iS為變化的電源，則某一時刻的

23、伏安關系也是為變化的電源，則某一時刻的伏安關系也是 這樣這樣。 電流為零電流為零的電流源，伏安曲線與的電流源，伏安曲線與 u 軸重軸重合合, ,相當于相當于開路開路元件元件。uiOiSiu+_第53頁/共96頁R3. 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，電路模型為病迫斷開電流源回路，電路模型為病態(tài)，理想電流源不允許開路。態(tài)，理想電流源不允許開路。(1) 短路：短路：R=0， i= iS ，u=0 ，電流電流源被短路。源被短路。iSiu+_4. 4. 實際電流源的產(chǎn)生：實際電流源的產(chǎn)生： 可由可由穩(wěn)流電子設備穩(wěn)流電子設

24、備產(chǎn)生，有些電產(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無關；載無關；光電池光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定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。值的電流等。在實際工作中，電流源較少，如：光電二極在實際工作中，電流源較少，如：光電二極管、太陽能電池，穩(wěn)流源等。管、太陽能電池，穩(wěn)流源等。第54頁/共96頁實際電流源外特性實際電流源外特性(VAR)i = is uGO 輸出電壓輸出電壓 u一定時，一定時，GO 越大，越大， 輸出電流輸出電流 i 越小。越小。GO 一定時，一定時，輸出電壓輸出電壓 u 越大，

25、越大， 輸出電流輸出電流 i 越小。越小。G0：電流源內(nèi)電導，一般很小。電流源內(nèi)電導，一般很小。uioisGoU實際電流源也不允許開路。實際電流源也不允許開路。 因其內(nèi)阻大，若開路，電壓因其內(nèi)阻大，若開路，電壓很大，可能燒毀電源。實際電流源向外提供電流時，總很大，可能燒毀電源。實際電流源向外提供電流時，總小于電流源電流。小于電流源電流。第55頁/共96頁4、理想電流源的功率理想電流源的功率u+_SiSuiP 電壓、電流的參考方向非關聯(lián)電壓、電流的參考方向非關聯(lián)；發(fā)出功率，起電源作用發(fā)出功率，起電源作用電壓、電流的參考方向關聯(lián)電壓、電流的參考方向關聯(lián)；u+_Si吸收功率，充當負載吸收功率，充當負

26、載p發(fā)=uisP吸=uis第56頁/共96頁例例:計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:A2SiiV5uW10522uiPSAW10)2(55iuPSV發(fā)出發(fā)出吸收吸收滿足滿足：P（發(fā)）（發(fā)）P（吸）（吸）u2Ai+_5V-+第57頁/共96頁例：例：計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：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-+第58頁/共96頁三、實際電源的電路模型三、實際電源的電路模型IRUIIUUUoo

27、cscococUGIUUIIIoscocscscocUocUscIscI 實際電源的電壓實際電源的電壓( (或電流或電流) )往往會隨著電源電流往往會隨著電源電流( (或電壓或電壓) )的增加而下降。圖的增加而下降。圖(a)(a)和和(c)(c)表示用電壓表、電流表和可變表示用電壓表、電流表和可變電阻器測量直流電源電阻器測量直流電源VCRVCR特性曲線的實驗電路。所測得的兩特性曲線的實驗電路。所測得的兩種典型種典型VCRVCR曲線如圖（曲線如圖（b b）和）和(d)(d)所示所示 第59頁/共96頁 根據(jù)根據(jù) 得到的電路模型如圖得到的電路模型如圖(a)所示，它所示，它由電壓源由電壓源Uoc和電

28、阻和電阻Ro的串聯(lián)組成。電阻的串聯(lián)組成。電阻Ro的電壓降模擬實的電壓降模擬實際電源電壓隨電流增加而下降的特性。電阻際電源電壓隨電流增加而下降的特性。電阻Ro越小的電源，越小的電源，其電壓越穩(wěn)定。其電壓越穩(wěn)定。 IRUUooc第60頁/共96頁 按照按照 作出的電路模型如圖作出的電路模型如圖(b)所示，它由所示，它由電流源電流源ISC和電導為和電導為Go的電阻并聯(lián)組成。電阻中的電流模擬的電阻并聯(lián)組成。電阻中的電流模擬實際電源電流隨電壓增加而減小的特性。并聯(lián)電阻的電導實際電源電流隨電壓增加而減小的特性。并聯(lián)電阻的電導Go越小的電源，其電流越穩(wěn)定。越小的電源，其電流越穩(wěn)定。 UGIIosc第61頁/

29、共96頁實際電源實際電源干電池鈕扣電池1. 1. 干電池和鈕扣電池（化學電源）干電池和鈕扣電池（化學電源） 干電池電動勢干電池電動勢1.5V，僅取決于（糊狀）化學材料，其大僅取決于（糊狀）化學材料，其大小決定儲存的能量，化學反應不可逆。小決定儲存的能量，化學反應不可逆。鈕扣電池電動勢鈕扣電池電動勢1.35V V，用固體化學材料，化學反應不可逆。用固體化學材料，化學反應不可逆。第62頁/共96頁 氫氧燃料電池示意圖2. 2. 燃料電池（化學電源）燃料電池（化學電源） 電池電動勢電池電動勢1.23V1.23V。以氫、氧作為燃料。約以氫、氧作為燃料。約40-45%40-45%的化學能的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡?/p>

30、能。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。 第63頁/共96頁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0.6V0.6V。太陽光照射到。太陽光照射到P-NP-N結上，結上，形成一個從形成一個從N N區(qū)流向區(qū)流向P P區(qū)的電流。約區(qū)的電流。約 11%11%的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽食Ｓ锰柲茈姵匕?。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板太陽能電池板第64頁/共96頁蓄電池示意圖4. 4. 蓄電池（化學電源）蓄電

31、池（化學電源） 電池電動勢電池電動勢2V2V。使用時，電池放電，當電解液濃度小。使用時，電池放電，當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2V2V，常要充電，化學反應可逆。，常要充電，化學反應可逆。第65頁/共96頁發(fā)電機組發(fā)電機組第66頁/共96頁草原上的風力發(fā)電草原上的風力發(fā)電第67頁/共96頁16 受控電源受控電源( (非獨立源非獨立源) )(controlled source or dependent source)1. 定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定的時間函定義：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電壓數(shù)，而是受電路中某個支路的電壓

32、( (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受控支路控制支路第68頁/共96頁例例: :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系電流關系, ,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. .

33、第69頁/共96頁(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. 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，受控源可分為四種類型：當被控制量是電壓時，用受源可分為四種類型：當被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；當被控制量是電流時，用受控電控電壓源表示；當被控制量是電流時，用受控電流源表示。流源表示。+_u1i1u

34、2=ri1+_u2i2CCVS+_(b) 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( Current Controlled Voltage Source )晶體管放大電路晶體管放大電路勵磁發(fā)電機勵磁發(fā)電機第70頁/共96頁g: 轉(zhuǎn)移電導轉(zhuǎn)移電導 :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 Controlle

35、d Voltage Source )場效應管場效應管 運算放大器運算放大器 第71頁/共96頁3 3.線性時不變受控源特點：線性時不變受控源特點： （1 1） 非獨立的電源：非獨立的電源：不能獨立向外電路提供能量。不能獨立向外電路提供能量。（2 2） 具有兩重性：具有兩重性：電源性、電阻性。電源性、電阻性。注意注意：獨立電源在電路中可以獨立地起：獨立電源在電路中可以獨立地起“激勵激勵”作作 用，是實際電路電能或電信號的用，是實際電路電能或電信號的“源泉源泉”。 受控源是描述電子器件中某一支路對另一支路控受控源是描述電子器件中某一支路對另一支路控制作用的理想模型，本身不直接起制作用的理想模型，本

36、身不直接起“激勵激勵”作用。作用。第72頁/共96頁4. 4. 受控源與獨立源的比較受控源與獨立源的比較(1) (1) 獨立源電壓獨立源電壓( (或電流或電流) )由電源本身決定，與電路中其由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關，而受控源電壓它電壓、電流無關，而受控源電壓( (或電流或電流) )直接由控直接由控制量決定。制量決定。(2) (2) 獨立電源是電路的輸入或激勵，它為電路提供按給定獨立電源是電路的輸入或激勵，它為電路提供按給定時間函數(shù)變化的電壓和電流，從而在電路中產(chǎn)生電壓時間函數(shù)變化的電壓和電流，從而在電路中產(chǎn)生電壓和電流。和電流。受控源只是反映控制端與被控制端的關系，受控源只是

37、反映控制端與被控制端的關系，在電路中不能作為在電路中不能作為“激勵激勵”。受控源則描述電路中兩受控源則描述電路中兩條支路電壓和電流間的一種約束關系，它的存在可以條支路電壓和電流間的一種約束關系，它的存在可以改變電路中的電壓和電流，使電路特性發(fā)生變化。改變電路中的電壓和電流，使電路特性發(fā)生變化。(3) ，g，r，為控制系數(shù)為控制系數(shù)，為無量綱為無量綱，g，r，分別分別具有電導和電阻量綱。當具有電導和電阻量綱。當，g，r，為常數(shù)時，受控為常數(shù)時，受控源為線性控制源。源為線性控制源。 第73頁/共96頁17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定律包

38、括基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律(Kirchhoffs Current LawKCL )和和基爾霍夫電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系，是分析了電路中所有支路電壓和電流的約束關系，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨杉s束電路集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨杉s束電路的整體結構，元件的的整體結構，元件的VAR 約束元件自身的性能約束元件自身的性能, ,它它們構成了電路分析的基礎。它們只與電路的拓撲結們構成了電路分析的基礎。它們只與電路的拓撲結構有關而與支路特性無關，即不管是電阻、電容、構有關

39、而與支路特性無關，即不管是電阻、電容、電感還是電源；不管是線性電路還是非線性電路都電感還是電源；不管是線性電路還是非線性電路都適用。適用。 第74頁/共96頁一一. . 幾個名詞幾個名詞電路中通過同一電流的分支。電路中通過同一電流的分支。(b)(b)三條或三條以上支路的連接點稱三條或三條以上支路的連接點稱為節(jié)點。為節(jié)點。( ( n n ) )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1 1）支路）支路 (branch)(branch)電路中每一個兩端元件就叫一條支路電路中每一個兩端元件就叫一條支路i3i2i1(2) (2) 節(jié)點節(jié)點 (node)(node)b=5第75頁/共96頁由支

40、路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。( ( l ) )兩節(jié)點間的一條兩節(jié)點間的一條通路通路。由支路構成。由支路構成。對對平面電路平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3) (3) 路徑路徑(path)(path)(4) (4) 回路回路(loop)(loop)(5) (5) 網(wǎng)孔網(wǎng)孔(mesh)(mesh)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)孔第76頁/共96頁上圖所示電路共有上圖所示電路共有6條支路條支路。 a、b、c點是節(jié)點，點是節(jié)點，d點和點和e點點間由理想導線相連，應視為一個節(jié)

41、點。該電路共有間由理想導線相連，應視為一個節(jié)點。該電路共有4個節(jié)點個節(jié)點。 1,2、1,3,4、1,3,5,6、2,3,4、2,3,5,6和和4,5,6都是都是回路回路。 1,2、2,3,4和和4,5,6回路都是回路都是網(wǎng)孔網(wǎng)孔。第77頁/共96頁二二. . 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律 (KCL)(KCL)令流出為令流出為“+”+”，有：，有：例： 在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意節(jié)點流出或在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意節(jié)點流出或流入該節(jié)點電流的代數(shù)和等于零。流入該節(jié)點電流的代數(shù)和等于零。mkti10)( 出出入入iior 流進的電流進的電流等于流流等于流出的電流出的電流1i5i4

42、i3i2i054321 iiiii54321iiiii 第78頁/共96頁1 3 25i6i4i1i3i2i0641 iii例0542 iii0653 iii三式相加得：三式相加得：0321 iii表明表明KCLKCL可推廣應用于電路中包可推廣應用于電路中包圍多個節(jié)點的任一閉合面圍多個節(jié)點的任一閉合面 KCLKCL不僅適用于節(jié)點，也適用于任何假想的封閉面，不僅適用于節(jié)點，也適用于任何假想的封閉面，即流出任一封閉面的全部支路電流的代數(shù)和等于零即流出任一封閉面的全部支路電流的代數(shù)和等于零。在。在任一時刻，流入任一節(jié)點任一時刻，流入任一節(jié)點( (或封閉面或封閉面) )全部支路電流的代全部支路電流的代

43、數(shù)和等于零，意味著由全部支路電流帶入節(jié)點數(shù)和等于零，意味著由全部支路電流帶入節(jié)點( (或封閉面或封閉面) )內(nèi)的總電荷量為零，這說明內(nèi)的總電荷量為零，這說明KCLKCL是是電荷守恒定律電荷守恒定律的體現(xiàn)的體現(xiàn)閉合面也稱為廣義節(jié)點。閉合面也稱為廣義節(jié)點。第79頁/共96頁 節(jié)點的節(jié)點的 KCLKCL方程可以視為封閉面只包圍一個節(jié)點的特方程可以視為封閉面只包圍一個節(jié)點的特殊情況。根據(jù)封閉面殊情況。根據(jù)封閉面 KCLKCL對支路電流的約束關系可以得到：對支路電流的約束關系可以得到：流出流出( (或流入或流入) )封閉面的某支路電流，等于流入封閉面的某支路電流，等于流入( (或流出或流出) )該該封閉

44、面的其余支路電流的代數(shù)和。封閉面的其余支路電流的代數(shù)和。由此可以斷言：當兩個由此可以斷言：當兩個單獨的電路只用一條導線相連接時單獨的電路只用一條導線相連接時此導線中的電流必定為此導線中的電流必定為零。零。 i = 0第80頁/共96頁明確明確（1）KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意節(jié)點處的反映；路中任意節(jié)點處的反映；（2）KCL是對支路電流加的約束，與支路上接的是是對支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關，與電路是線性還是非線性無關；什么元件無關，與電路是線性還是非線性無關；（3）KCL方程是方程是按電流參考方向列寫，與電流實際按電流參考方向列寫，

45、與電流實際方向無關。方向無關。第81頁/共96頁？ A = B?i3 =i4? A = B?AB+_1111113+_22.i4i3AB+_1111113+_21.i2i1i1 =i2?i1 =i2 A = B A = Bi3 =i4第82頁/共96頁（2 2）選定回路繞行方向，順時針或）選定回路繞行方向，順時針或逆時針逆時針. .U1US1+U2+U3+U4+US4= 0三三. .基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 (KVL)(KVL) 在在集總參數(shù)電路中，任一時刻，集總參數(shù)電路中，任一時刻，沿任一閉合路徑繞沿任一閉合路徑繞行，各支路電壓的代數(shù)和等于零行，各支路電壓的代數(shù)和等于零。 mktu1

46、0)( 升升降降uuor I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1 1）標定各元件電壓參考方向）標定各元件電壓參考方向 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4第83頁/共96頁 KVLKVL方程是以支路電壓為變量的常系數(shù)線性齊次代方程是以支路電壓為變量的常系數(shù)線性齊次代數(shù)方程，它對支路電壓施加了線性約束。數(shù)方程，它對支路電壓施加了線性約束。 由支路組成的回路可以視為閉合節(jié)點序列的特殊由支路組成的回路可以視為閉合節(jié)點序列的特殊情況。情況。沿電路任一閉合路徑沿電路任一閉合路徑( (回路或閉合結點序列回路或閉

47、合結點序列) )各各段電壓代數(shù)和等于零，意味著單位正電荷沿任一閉合段電壓代數(shù)和等于零，意味著單位正電荷沿任一閉合路徑移動時能量不能改變路徑移動時能量不能改變，這表明，這表明KVLKVL是是能量守恒定能量守恒定律律的體現(xiàn)。的體現(xiàn)。第84頁/共96頁例KVLKVL也適用于電路中任一假想的回路也適用于電路中任一假想的回路aUsb_-+U2U1SabUUUU 21明確明確（1 1） KVLKVL的實質(zhì)反映了電路遵的實質(zhì)反映了電路遵 從能量守恒定律從能量守恒定律; ; （2 2）KVLKVL是對回路電壓加的約束，與是對回路電壓加的約束，與回路各支路上接的是什么元件無關，與回路各支路上接的是什么元件無關，與電路是線性還是非線性無關；電路是線性還是非線性無關； （3 3）KVLKVL方程是按電壓參考方向列方程是按電壓參考方向列 寫，與電壓實際方向無關。寫，與電壓實際方向無關。第85頁/共96頁AB l1l2UAB (沿沿l1)=UAB (沿沿