第一章電路模型和電路定律

1、 1.1.電路模型電路模型3. 3. 基爾霍夫定律基爾霍夫定律l 重點(diǎn)重點(diǎn)：第第1 1章電路基本概念和電路定律章電路基本概念和電路定律(circuit elements) (circuit laws) 2.2.電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向 1.1 1.1 電路和電路模型（電路和電路模型（model)model)1. 1. 實(shí)際電路實(shí)際電路由電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電由電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。流的通路。此通路稱為電路或此通路稱為電路或網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)。電路理論中，電路理論中，“電路電路”與與“網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)可通用。這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)可通用?！熬W(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)”的含義較為廣泛，可引

2、申至非電情況。的含義較為廣泛，可引申至非電情況。 例：手電筒電路例：手電筒電路 組成電路三要素：組成電路三要素： 1 1. . 電源電源：提供電能的設(shè)備。提供電能的設(shè)備。 電池、發(fā)電機(jī)、穩(wěn)壓源、信號(hào)發(fā)生器 2. 2. 中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)： 聯(lián)接導(dǎo)線、 控制和保護(hù)電器3. 3. 負(fù)載負(fù)載：吸收電能的設(shè)備。：吸收電能的設(shè)備。 10BASE-T wall plate導(dǎo)線導(dǎo)線電池電池開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)燈泡燈泡 激勵(lì)和響應(yīng)激勵(lì)和響應(yīng)激勵(lì)激勵(lì) (excitation) ： 在電路中作為輸入部分（電源or信號(hào)源）的電壓、電流統(tǒng)稱為激勵(lì)。響應(yīng)響應(yīng)（response ) ： 由激勵(lì)而產(chǎn)生輸出部分（負(fù)載or終端裝置）的電壓、

3、電流、功率統(tǒng)稱為響應(yīng)。 Network(Circuit)excitationresponse(input)(output)us ，isu ，i ，p 2 電路的功能電路的功能 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換 電能的應(yīng)用（電力類）電能的應(yīng)用（電力類） 注重：節(jié)能、注重：節(jié)能、 安全（減少損耗）安全（減少損耗） 體現(xiàn)在電力系統(tǒng)中。如輸電線路：發(fā)電機(jī)升壓變壓器電燈電爐電動(dòng)機(jī) 降壓變壓器 進(jìn)行信號(hào)的傳遞、處理和轉(zhuǎn)換進(jìn)行信號(hào)的傳遞、處理和轉(zhuǎn)換信號(hào)處理（電子類）信號(hào)處理（電子類）注重：如何準(zhǔn)確地傳遞和處理信號(hào)注重：如何準(zhǔn)確地傳遞和處理信號(hào)體現(xiàn)在電子電路中。放大器話筒揚(yáng)聲器語(yǔ)言、音樂(lè)語(yǔ)

4、言、音樂(lè) u、iu、i 語(yǔ)言、音樂(lè)語(yǔ)言、音樂(lè) 二電路元件二電路元件 1. 1. 實(shí)際電路元件實(shí)際電路元件（電路部件（電路部件 componentcomponent） ：構(gòu)成實(shí)際電路的電氣器件or部件。是實(shí)物！是實(shí)物！有有 棒裝線圈棒裝線圈工字形電感工字形電感固定電感器固定電感器“尖波殺手尖波殺手”電電感感穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源 電電 池池水泥電阻水泥電阻金屬膜電阻金屬膜電阻繞線式電阻繞線式電阻半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管三極管三極管 下 頁(yè)上 頁(yè)2.2.理想電路元件理想電路元件（電路元件（電路元件 elementelement）: : 只顯示單一電磁現(xiàn)象的電路元件。只顯示單一電磁現(xiàn)象的電路元件。是模型！

5、是模型！每一理想電路元件都有其精確的數(shù)學(xué)模型。每一理想電路元件都有其精確的數(shù)學(xué)模型。+ + - - - 理想負(fù)載元件：理想負(fù)載元件： 電阻元件（熱效應(yīng)）電阻元件（熱效應(yīng)） u=Ri 伏安特性伏安特性 電感元件（磁場(chǎng)效應(yīng)）電感元件（磁場(chǎng)效應(yīng)）=Li 韋安特性韋安特性 電容元件（電場(chǎng)效應(yīng)）電容元件（電場(chǎng)效應(yīng)） q=Cu 庫(kù)伏特性庫(kù)伏特性理想電源元件：獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源理想電源元件：獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源理想耦合元件：受控電源、耦合電感器、理想耦合元件：受控電源、耦合電感器、 理想變壓器、回轉(zhuǎn)器等。理想變壓器、回轉(zhuǎn)器等。 在一定條件下，忽略實(shí)際部件的的次要物理過(guò)程，在一定條件下，忽略實(shí)際部件的的

6、次要物理過(guò)程，用一個(gè)完全能夠表征其主要的電磁性能的模型來(lái)用一個(gè)完全能夠表征其主要的電磁性能的模型來(lái)抽象表征實(shí)際部件。抽象表征實(shí)際部件。 例例直流時(shí)低頻時(shí)高頻時(shí) 。2. 2. 電路模型電路模型 (circuit model)(circuit model)下 頁(yè)上 頁(yè) 電路理論中研究的是電路理論中研究的是理想電路元件構(gòu)成的電路（模型）。理想電路元件構(gòu)成的電路（模型）。電路模型，不僅能夠反映電路模型，不僅能夠反映實(shí)際電路及實(shí)際電路及其器件的基本物理規(guī)律其器件的基本物理規(guī)律，而且能夠?qū)?，而且能夠?qū)ζ溥M(jìn)行其進(jìn)行數(shù)學(xué)描述數(shù)學(xué)描述。這就是電路理論把。這就是電路理論把電路模型作為分析研究對(duì)象的電路模型作為分析

7、研究對(duì)象的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)所所在。在。本課程分析的電路都是電路模型，模型中的元件都本課程分析的電路都是電路模型，模型中的元件都是理想電路元件是理想電路元件. . 3. 元件的分類元件的分類 1. 集總參數(shù)集總參數(shù) & 分布參數(shù)元件分布參數(shù)元件 元件參數(shù)與其幾何尺寸無(wú)關(guān)者為元件參數(shù)與其幾何尺寸無(wú)關(guān)者為集總集總(集中集中)參數(shù)元件，否則參數(shù)元件，否則為分布參數(shù)元件。為分布參數(shù)元件。 d-實(shí)際電路的最大尺寸；實(shí)際電路的最大尺寸； -電磁信號(hào)（電磁信號(hào)（i, u）波長(zhǎng)，即）波長(zhǎng)，即電磁波電磁波在一周期時(shí)間在一周期時(shí)間T內(nèi)所走的距離。內(nèi)所走的距離。電磁信號(hào)的波速接近于光速電磁信號(hào)的波速接近于光速c，=d

8、/c ,得到得到 即電磁信號(hào)從實(shí)際電路的一端傳播到另一端所需時(shí)間即電磁信號(hào)從實(shí)際電路的一端傳播到另一端所需時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電磁信號(hào)的周期電磁信號(hào)的周期T 。說(shuō)明電磁信號(hào)大小來(lái)不及變化時(shí)，電磁信。說(shuō)明電磁信號(hào)大小來(lái)不及變化時(shí)，電磁信號(hào)瞬間就傳至電路各處或各個(gè)元件。號(hào)瞬間就傳至電路各處或各個(gè)元件。集中化（集總化）判據(jù)（條件）：集中化（集總化）判據(jù)（條件）： d 集總化條件集總化條件： T 集總集總( (中中) )參數(shù)元件視為不具備實(shí)際的參數(shù)元件視為不具備實(shí)際的 尺寸。尺寸。可視其為集總在空間的一點(diǎn)，可視其為集總在空間的一點(diǎn)， 從二端元件的一端流入的電流在任從二端元件的一端流入的電流在任 何時(shí)刻

9、都等于從另一端流出的電流；何時(shí)刻都等于從另一端流出的電流； 而且兩端的電壓具有確定的量值。而且兩端的電壓具有確定的量值。d “遠(yuǎn)小于遠(yuǎn)小于” 的標(biāo)準(zhǔn)是的標(biāo)準(zhǔn)是十分之一十分之一。 由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路稱為集總由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路稱為集總參數(shù)電路。參數(shù)電路。此抽象有很大的實(shí)際意義。此抽象有很大的實(shí)際意義。將實(shí)際電路將實(shí)際電路 作為作為“一點(diǎn)一點(diǎn)”而不考慮空間因素，我們能作出而不考慮空間因素，我們能作出 其內(nèi)的電磁信號(hào)其內(nèi)的電磁信號(hào) (u,i等等)僅是時(shí)間的函數(shù)，僅是時(shí)間的函數(shù)， 而與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)而與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)的結(jié)論。的結(jié)論。在集總參數(shù)在集總參數(shù) 電路內(nèi)，電流、電壓都記為電路內(nèi)，電流、電壓

10、都記為 i(t)、u(t)。 分布參數(shù)電路是不滿足分布參數(shù)電路是不滿足 d 的電路，的電路， 分析時(shí)需考慮尺寸，其分析時(shí)需考慮尺寸，其i(t,x)、u(t,x)是是 時(shí)空函數(shù)。時(shí)空函數(shù)。 客觀世界是不存在沒(méi)有尺寸的實(shí)際電路，但有客觀世界是不存在沒(méi)有尺寸的實(shí)際電路，但有一定尺寸又符合一定尺寸又符合 d d 的實(shí)際電路確實(shí)存在。的實(shí)際電路確實(shí)存在。eg1. 若一高保真音響系統(tǒng)所允許的信號(hào)的最高頻率為若一高保真音響系統(tǒng)所允許的信號(hào)的最高頻率為 25kHz, 最低頻率為最低頻率為20Hz，則最高頻率信號(hào)和最低，則最高頻率信號(hào)和最低 頻率信號(hào)的波長(zhǎng)分別為頻率信號(hào)的波長(zhǎng)分別為 顯見(jiàn)，一個(gè)可擺在房?jī)?nèi)的音響系統(tǒng)的尺寸滿足顯見(jiàn)，一個(gè)可擺在房?jī)?nèi)的音響系統(tǒng)的尺寸滿足 d d 0i 0參考方向參考方向U+實(shí)際方向?qū)嶋H方向+實(shí)際方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向U+ 0, N吸收