第五版電路第一章

1、1第第1 1章章 電路模型和電路定律電路模型和電路定律電路和電路模型電路和電路模型1.1電阻元件電阻元件1.5電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向1.2電壓源和電流源電壓源和電流源1.6電功率和能量電功率和能量1.3受控電源受控電源1.7電路元件電路元件1.4基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.821.1.電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向3.3.基爾霍夫定律基爾霍夫定律2.2.電阻元件和電源元件的特性電阻元件和電源元件的特性本章重點本章重點31.1 電路和電路模型電路和電路模型1.1.實際電路實際電路功能功能a a 能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b b 信息的傳遞、控制與

2、處理。信息的傳遞、控制與處理。建立在同一電路理論基礎(chǔ)上。建立在同一電路理論基礎(chǔ)上。由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。目的連接構(gòu)成的電流的通路。共性共性4 反映實際電路部件的主要電磁反映實際電路部件的主要電磁 性質(zhì)的理想電路元件及其組合。性質(zhì)的理想電路元件及其組合。2.2.電路模型電路模型LRSRSU10BASE-T wall plate導(dǎo)線導(dǎo)線電池電池開關(guān)開關(guān)燈泡燈泡電路圖電路圖l理想電路元件理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想有某種確定的電磁性能的理想元件。元件。l電路模型電路模型55 種基本的理想電路元件：種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消

3、耗電能的元件電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成 電能的元件。電能的元件。l 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： （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6l 具有相同的主要電磁性能的實際電路部

4、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71.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1.1.電流的參考方向電流的

5、參考方向tqtqtitddlim)(0defl電流電流l電流強度電流強度帶電粒子有規(guī)則的定向運動帶電粒子有規(guī)則的定向運動單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量8l方向方向 規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向l單位單位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、A元件元件( (導(dǎo)線導(dǎo)線) )中電流流動的實際方向只有兩種可能中電流流動的實際方向只有兩種可能: : 實際方向?qū)嶋H方向AB實際方向?qū)嶋H方向AB 對于復(fù)雜電路或電路中的電流隨時間變對于復(fù)雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實際方向往

6、往很難事先判斷?；瘯r，電流的實際方向往往很難事先判斷。問題9l參考方向參考方向 大小大小方向方向( (正負(fù)）正負(fù)）電流電流( (代數(shù)量代數(shù)量) )任意假定一個正電荷運動的方任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。向即為電流的參考方向。i 0i 0參考方向參考方向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 吸收吸收正功率正功率 ( (實際實際吸收吸收) )p0pu i+_iu+_Sui+_u+_Su35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R(105)5Vu R51A5uiR2R5 15WPRi 10VS10 110WPu i

7、 5VS5 15WPu i 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-+36其輸出電流總能保持定值或一定的其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與它的兩端電壓時間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u 無關(guān)的元件叫理想電流源。無關(guān)的元件叫理想電流源。l 電路符號電路符號2.2.理想電流源理想電流源l 定義定義l 理想電流源的電壓、電流關(guān)系理想電流源的電壓、電流關(guān)系 電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān)。關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān)。uSi+_37 電流源兩端的電壓由電源及外電路共

8、同決定。電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。uiSi直流電流源的直流電流源的伏安關(guān)系伏安關(guān)系0外電路外電路SuRi)0( 0Ru)( Ru電流源不能開路！電流源不能開路！uR-+Si38 可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。實際電流源的產(chǎn)生：實際電流源的產(chǎn)生：l 電流源的功率電流源的功率 電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；發(fā)出功率，起電源作用發(fā)出功率，起電源作用S0pui 電壓、電流的參考方

9、向關(guān)聯(lián)；電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；吸收功率，充當(dāng)負(fù)載吸收功率，充當(dāng)負(fù)載S0puiu+_Siu+_Si39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S2Aii V5u2AS2 510WPi u 5VS5 ( 2)10WPu i 發(fā)出發(fā)出吸收吸收滿足滿足：P（發(fā)）（發(fā)）P（吸）（吸）u2Ai+_5V-+40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(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

10、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。41 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。 423.3.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，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?/p>

11、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板太陽能電池板43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。44直流穩(wěn)壓源直流穩(wěn)壓源變頻器變頻器頻率計頻率計函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器45發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)組46草原上的風(fēng)力發(fā)電草原上的風(fēng)力發(fā)電471.7 受控電源受控電源( (非獨立源非獨立源) )l

12、 電路符號電路符號+受控電壓源受控電壓源1.1.定義定義受控電流源受控電流源 電壓或電流的大小和方向不是給定電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個地方的電壓的時間函數(shù)，而是受電路中某個地方的電壓(或電或電流流)控制的電源，稱受控源?？刂频碾娫?，稱受控源。48 電流控制的電流源電流控制的電流源 ( CCCS ) : : 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù) 根據(jù)控制量和被控制量是電壓根據(jù)控制量和被控制量是電壓u 或電流或電流i，受控源，受控源可分四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時，用受控電壓可分四種類型：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

13、制量是電流時，用受控電流源表示。2.2.分類分類四端元件四端元件12 ii輸出：受控部分輸出：受控部分輸入：控制部分輸入：控制部分i1i2 i1+_u2_u1+49g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo)轉(zhuǎn)移電導(dǎo) 電壓控制的電流源電壓控制的電流源 ( ( VCCS ) )12gui 電壓控制的電壓源電壓控制的電壓源 ( ( VCVS ) )12 uu: 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) gu1+_u2i2_u1i1+i1u1+_u2i2_u1+_50 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( ( CCVS ) )12riu r : 轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電阻 例例cb ii電路模型電路模型ri1+_u2i2_u1i1+_icibibbici

14、513.3.受控源與獨立源的比較受控源與獨立源的比較 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) )由控制量決定。由控制量決定。 獨立源在電路中起獨立源在電路中起“激勵激勵”作用，在電路中作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源是反映電路中某產(chǎn)生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的處的電壓或電流對另一處的電壓或電流電壓或電流的控的控制關(guān)系，在電路中不能作為制關(guān)系，在電路中不能作為“激勵激勵”。52例例 求電壓求電壓u2解解162A3i 215

15、6 1064Vui 5i1+_u2_i1+-3u1=6V531.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 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 （KCL）和基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電壓定律( KVL )。它反映。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣袈?，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)成了電路分析的基礎(chǔ)。夫定律與元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。541.1.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。元件的連接點稱為結(jié)點。元件的連接點稱為結(jié)點。b=

16、3an=4b 支路支路電路中每一個兩端元件就叫一電路中每一個兩端元件就叫一條支路。條支路。 結(jié)點結(jié)點b=5或三條以上支路的連接點稱為或三條以上支路的連接點稱為結(jié)點。結(jié)點。n=2注意 兩種定義兩種定義分別用在不同的分別用在不同的場合。場合。R3+_R1uS1+_uS2R2i1i3i255由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。兩結(jié)點間的一條通路。由支路構(gòu)成兩結(jié)點間的一條通路。由支路構(gòu)成對對平面電路平面電路，其內(nèi)部不含任何支，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。路的回路稱網(wǎng)孔。l=312 路徑路徑 回路回路 網(wǎng)孔網(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。注意R3+_R1u

17、S1+_uS2R2562.2.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“+”，有：，有：例例 在集總參數(shù)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)(or ii入出流進(jìn)流進(jìn)的電的電流等流等于流于流出的出的電流電流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 570641iii例例0542iii0653iii三式相加得：三式相加得：0321iiiKCL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)點的任一閉合面。的任一閉合面。表明

18、1 3 25i6i4i1i3i2i58 KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)點處的反映；任意結(jié)點處的反映； KCL是對結(jié)點處支路電流加的約束，與支路是對結(jié)點處支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是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)；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593 3. .基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 (KVL)mtu1b0)(or uu降升 標(biāo)定各元件電壓參標(biāo)定各元件電壓參考方向考方向 選定回路繞行方向，選定回路繞

19、行方向，順時針或逆時針順時針或逆時針. .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，沿任一回路，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。U3U1U2U4US1I1+R1I4_+US4R4I3R3R2I2_60U1US1+U2+U3+U4+US4= 0U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4KVL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。注意U3U1U2U4US1I1+R1I4_+US4R4I3R3R2I2_61例例ba12SUUUU KVL的實質(zhì)反映了電路遵從能量守恒定律的實質(zhì)反映了電路遵從能量守恒定律; ; KVL是對回路中的支路電壓加的約束，與回路是對回路中的支路電壓加的約束，與回路各支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性各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)；還是非線性無關(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