電路第五版第一章6-8

1、 1.6 1.6 電壓源和電流源電壓源和電流源 電路中的耗能器件或裝置有電流流動時電路中的耗能器件或裝置有電流流動時, ,會不斷消會不斷消耗能量耗能量, ,電路中必須有提供能量的器件或裝置電路中必須有提供能量的器件或裝置電源電源下 頁上 頁返 回常用的直流電源常用的直流電源:干電池、蓄電池、直流發(fā)電機、直流干電池、蓄電池、直流發(fā)電機、直流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)流電源等。穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)流電源等。常用的交流電源：電力系統(tǒng)提供的正弦交流電源，交常用的交流電源：電力系統(tǒng)提供的正弦交流電源，交流穩(wěn)壓電源和產(chǎn)生多種波形的各種信號發(fā)生器等。流穩(wěn)壓電源和產(chǎn)生多種波形的各種信號發(fā)生器等。為了得到各種實際電源的電路模

2、型，定義兩種理想的電為了得到各種實際電源的電路模型，定義兩種理想的電路元件：電壓源和電流源。路元件：電壓源和電流源。 1.6 1.6 電壓源和電流源電壓源和電流源l電路符號電路符號1.1.理想電壓源理想電壓源l定義定義iSu+_下 頁上 頁其兩端電壓總能保持定值或一定其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與流過它的電的時間函數(shù)，其值與流過它的電流流 i 無關(guān)的元件叫理想電壓源。無關(guān)的元件叫理想電壓源。返 回符號：符號：us或或us(t)直流電路中用：直流電路中用：US或或E表示表示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)；與流經(jīng)它的電流方向、大小

3、無關(guān)。與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)。通過電壓源的電流由電源及通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。外電路共同決定。l理想電壓源的電壓、電流關(guān)系理想電壓源的電壓、電流關(guān)系下 頁上 頁例例Ri-+Su外電路外電路RuiS)( 0Ri)0( Ri電壓源不能短路！電壓源不能短路！uiSu直流電壓源直流電壓源的伏安關(guān)系的伏安關(guān)系0返 回電源短路容易燒壞電源，因此電源短路容易燒壞電源，因此電源使用中通常接入熔斷器電源使用中通常接入熔斷器l電壓源的分類電壓源的分類直流電壓源直流電壓源: :電壓保持常量的電壓源電壓保持常量的電壓源, ,稱為恒定電壓源稱為恒定電壓源, ,也叫直流電壓源。也叫直流電壓源。時變電

4、壓源：電壓隨時間變化的電壓源，稱為時變電壓時變電壓源：電壓隨時間變化的電壓源，稱為時變電壓源。源。交流電壓源：電壓隨周期變化，且平均值為零的時變電交流電壓源：電壓隨周期變化，且平均值為零的時變電壓源，稱為交流電壓源。壓源，稱為交流電壓源。下 頁上 頁返 回tuU恒壓源恒壓源交流電源交流電源tul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 iuPS發(fā)出功率，起電源作用發(fā)出功率，起電源作用 電流（正電荷電流（正電荷 ）由低電）由低電位向高電位移動，外力克服電位向高電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出功率場力作功，電源發(fā)出功率物理意義：物理

5、意義：下 頁上 頁i+_u+_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吸收功率，充當負載吸收功率，充當負載返 回例例 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 RiPRW10110iuP1SV10W515iuP2SV5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）下 頁上 頁5Ri+_Ru+_10V5V-+返 回下 頁上 頁返 回實際電壓源實際電壓源任何一個實際的電源都含有內(nèi)阻，由理想任何一個實際的電源都含有內(nèi)阻，由理想電壓源和內(nèi)阻電壓源和內(nèi)

6、阻R0串聯(lián)組成。串聯(lián)組成。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uSi+_下 頁上 頁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)。返 回符號：符號：is或或is(t)電流源兩端的電壓由電源及外電路共電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。同決定。ui

7、Si直流電流源的直流電流源的伏安關(guān)系伏安關(guān)系下 頁上 頁0例例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！返 回 可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如光電池在一定光可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如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。線照射下光電子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。下 頁上 頁實際電流源的產(chǎn)生：實際電流源的產(chǎn)生：l 電流源的功率電流源的功率u+_SiSuiP 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SuiP 電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；u+_Si吸收功率，充當負載吸

8、收功率，充當負載SuiP 返 回下 頁上 頁返 回實際電流源實際電流源由理想電流源與內(nèi)阻由理想電流源與內(nèi)阻R0并聯(lián)組成并聯(lián)組成Uab = Is R0-IR0伏安特性伏安特性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A2SiiV5uW10)2(55iuPSV發(fā)出發(fā)出吸收吸收滿足滿足：P（發(fā)）（發(fā)）P（吸）（吸）下 頁上 頁2Aui+_5V-+返 回W 105)2(2uiPSA下 頁上 頁返 回恒流源兩端電壓由外電路決定設(shè)設(shè): IS=1 A R=10 時時， U =10 V R=1 時時， U =1 V則則:例例與理想電流源串聯(lián)的元件，電流受電流源的約束與理想電流源串聯(lián)的元件，電流受

9、電流源的約束下 頁上 頁返 回下 頁上 頁返 回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(yīng)不可逆。小決定儲存的能量，化學反應(yīng)不可逆。鈕扣電池電動勢鈕扣電池電動勢1.35V V，用固體化學材料，化學反應(yīng)不可逆。，用固體化學材料，化學反應(yīng)不可逆。下 頁上 頁返 回 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1.23V。以氫、氧作為燃料。約。以氫、氧作為燃料。約40-45%

10、的化學能的化學能轉(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。 下 頁上 頁返 回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，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板太陽能電池板下 頁上 頁返 回蓄電池示意圖4. 4. 蓄電池（化學電源）蓄電池（

11、化學電源） 電池電動勢電池電動勢2V。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2V，常要充電，化學反應(yīng)可逆。，常要充電，化學反應(yīng)可逆。下 頁上 頁返 回直流穩(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)生器下 頁上 頁返 回發(fā)電機組發(fā)電機組下 頁上 頁返 回草原上的風力發(fā)電草原上的風力發(fā)電下 頁上 頁返 回1D1.7 1.7 受控電源受控電源( (非獨立源非獨立源) )下 頁上 頁返 回 在電子電路中廣泛使用各種晶體管在電子電路中廣泛使用各種晶體管, ,運算放大器器件運算放大器器件, ,這些多這些多端器件的某些端鈕

12、的電壓或電流受到另一些端鈕電壓或電流的控端器件的某些端鈕的電壓或電流受到另一些端鈕電壓或電流的控制。為了模擬多端器件各電壓電流間的這種耦合關(guān)系，需要定義制。為了模擬多端器件各電壓電流間的這種耦合關(guān)系，需要定義一些多端電路元件（模型）。一些多端電路元件（模型）。 用受控源表示晶體管的用受控源表示晶體管的外部性能外部性能,這里用了一個電這里用了一個電流源來表示流源來表示ic c=ib b，這是因這是因為根據(jù)晶體管內(nèi)部的物理性為根據(jù)晶體管內(nèi)部的物理性能能, ,在一定范圍內(nèi)集電極電在一定范圍內(nèi)集電極電流流ic c和基極電流和基極電流ib b之比為一之比為一常數(shù)常數(shù), 為晶體管的電流放為晶體管的電流放大

13、倍數(shù)大倍數(shù). . 這種電流源有一個很重要的特點這種電流源有一個很重要的特點，它發(fā)出的電流受另外一個電流即基，它發(fā)出的電流受另外一個電流即基極電流控制。極電流控制。1.7 1.7 受控電源受控電源( (非獨立源非獨立源) )下 頁上 頁返 回1.1.定義定義 電壓或電流的大小和方向不是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給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個地方的電壓電壓(或電流或電流)控制的控制的電源電源，稱受控源。稱受控源。l 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1.7 1.7 受控電源受控電源( (非獨立源非獨立源) )下 頁上 頁返 回 根據(jù)控

14、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：當被控制量是電壓時，用受控電壓可分四種類型：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，用受控電流源表示。源表示；當被控制量是電流時，用受控電流源表示。2.2.分類分類l 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)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：控制部分下 頁上 頁 i1+_u2i2_u1i1+返 回g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo)轉(zhuǎn)移電導(dǎo) 電壓控制

15、的電流源電壓控制的電流源 ( ( VCCS ) )12gui i1i2gu1+_u2_u1+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) 下 頁上 頁i1u1+_u2i2_u1+_返 回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 ri1+_u2i2_u1i1+_ ，g， ，r 為常數(shù)時，被控制量與控制量滿足線性關(guān)系，為常數(shù)時，被控制量與控制量滿足線性關(guān)系，稱為線性受控源。稱為線性受控源。3.3.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

16、，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，在電路中產(chǎn)作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流。而受控源是反映電路中某處的生電壓、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電壓或電流對另一處的電壓或電流電壓或電流的控制關(guān)系的控制關(guān)系，在求解具有受控源的電路時，可以把受控電，在求解具有受控源的電路時，可以把受控電壓（電流）源作為電壓（電流）源處理，但必壓（電流）源作為電壓（電流）源處理，但必須注意其激勵電壓（電流）是取決于控制量的須注意其激勵電

17、壓（電流）是取決于控制量的。下 頁上 頁返 回例例求：電壓求：電壓u2解解Ai2361Viu4610 65125i1+_u2_i1+-3u1=6V下 頁上 頁返 回下 頁上 頁返 回求電路中的電流求電路中的電流i，其中，其中VCVS的電壓的電壓u2=0.5u1， is=2Au1=5is =5 2=10Vu2= 0.5u1 =0.5 10=5VP20 例例1-1自讀自讀1.8 1.8 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KirchhoffsKirchhoffs Current LawCurrent Law（KCL）和基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫

18、電壓定律KirchhoffsKirchhoffs Voltage Law Voltage Law ( KVL )。它反映了電路中所有支路電壓和。它反映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?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。下 頁上 頁返 回基爾霍夫電流定律描述電路中各電流的約束關(guān)系。基爾霍夫電流定律描述電路中各電流的約束關(guān)系。基爾霍夫電壓定律描述電路中各電壓的約束關(guān)系?；鶢柣舴螂妷憾擅枋鲭娐分懈麟妷旱募s束關(guān)系。一、幾個名詞一、幾個名詞電路中通過同一電流的

19、分支電路中通過同一電流的分支。b=3支路支路電路中每一個兩端元件就叫一條支電路中每一個兩端元件就叫一條支路。（其電流和電壓分別稱為支路路。（其電流和電壓分別稱為支路電流和支路電壓）電流和支路電壓）i3ab+_R1uS1+_uS2R2R3i2i1b=5下 頁上 頁注意 兩種定兩種定義分別用在不同義分別用在不同的場合。的場合。返 回 電路由電路元件相互連接而成，在敘述基爾霍夫定律電路由電路元件相互連接而成，在敘述基爾霍夫定律之前，需要先介紹電路的幾個名詞。之前，需要先介紹電路的幾個名詞。電路元件電路元件的連接點稱為結(jié)點。的連接點稱為結(jié)點。n=4ab+_R1uS1+_uS2R2R3i3i2i1結(jié)點結(jié)

20、點下 頁上 頁或或三條以上支路的連接點稱三條以上支路的連接點稱為結(jié)點。為結(jié)點。n=2注意 兩種定兩種定義分別用在不同義分別用在不同的場合。的場合。返 回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。由支路兩結(jié)點間的一條通路。由支路構(gòu)成構(gòu)成l=3123路徑路徑回路回路下 頁上 頁+_R1uS1+_uS2R2R3返 回對平面電路，其內(nèi)部不含任何支路對平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。（的回路稱網(wǎng)孔。（網(wǎng)孔與平面電路網(wǎng)孔與平面電路的畫法有關(guān)的畫法有關(guān)）12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。下 頁上 頁+_R1uS1+_uS2R2R3注意返

21、 回 *平面電路是指能夠畫在一個平面上而沒有支路交叉的電路。平面電路是指能夠畫在一個平面上而沒有支路交叉的電路。下 頁上 頁返 回下 頁上 頁返 回電路中各支路的電流和電壓受到兩類約束：電路中各支路的電流和電壓受到兩類約束：元件的特性造成的約束。元件的特性造成的約束。如：歐姆定律如：歐姆定律 稱為元件的組成關(guān)系。稱為元件的組成關(guān)系。電路的結(jié)構(gòu)造成的約束。電路的結(jié)構(gòu)造成的約束。 稱為稱為“拓撲拓撲”約束。約束。下 頁上 頁返 回二、歐姆定律二、歐姆定律注意注意（1）用歐姆定律列方程時，一定要在圖中用歐姆定律列方程時，一定要在圖中 標明參考方向。標明參考方向。 （2）定律只適用于線性電阻。定律只適

22、用于線性電阻。三、基爾霍夫電流定律三、基爾霍夫電流定律 (KCL)令流出為令流出為“+”，有：，有： 在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意結(jié)點流出在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意結(jié)點流出（或流入）該結(jié)點所有支路電流的代數(shù)和等于零。（或流入）該結(jié)點所有支路電流的代數(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例例1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 下 頁上 頁返 回可見可見,KCL方程是以支路電流為變量的常系數(shù)線性齊次代數(shù)方程方程是以支路電流為變量的常系數(shù)線性齊次代數(shù)方程,它它對連接到該結(jié)點的各支路電流施加了線性約束。對連

23、接到該結(jié)點的各支路電流施加了線性約束。物理基礎(chǔ)物理基礎(chǔ): 電荷守恒，電流連續(xù)性。電荷守恒，電流連續(xù)性。0641iii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。下 頁上 頁1 3 25i6i4i1i3i2i表明返 回 可見，流出可見，流出(或流入或流入)任一封閉面的全部支路電流的代任一封閉面的全部支路電流的代數(shù)和等于零。數(shù)和等于零。1EKCL的推廣：的推廣：ABiABiiABi3i2i10321 iii兩條支路電流大小相等，兩條支路電流大小相等，一個流入，一個流出。一個流入，

24、一個流出。只有一條支路相連，則只有一條支路相連，則 i=0。下 頁上 頁返 回 KCL的一個重要應(yīng)用是：根據(jù)電路中已知的某些支的一個重要應(yīng)用是：根據(jù)電路中已知的某些支路電流，求出另外一些支路電流。路電流，求出另外一些支路電流。從以上敘述可見從以上敘述可見:結(jié)點的結(jié)點的KCL方程可視為封閉面只包圍一方程可視為封閉面只包圍一個結(jié)點的特殊情況。由此可得，當兩個單獨的電路只用一個結(jié)點的特殊情況。由此可得，當兩個單獨的電路只用一條導(dǎo)線連接時，此導(dǎo)線中的電流必定為零。條導(dǎo)線連接時，此導(dǎo)線中的電流必定為零。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

25、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)。下 頁上 頁明確返 回下 頁上 頁返 回四四 、基爾霍夫電壓定律、基爾霍夫電壓定律(KVL)(KVL) 在集總電路中，任一時刻，沿任一閉合路徑在集總電路中，任一時刻，沿任一閉合路徑( ( 按固定繞向按固定繞向 ) )，各支路電壓代數(shù)和為零。，各支路電壓代數(shù)和為零。 即：即：0U 1.1. 取回路的繞行方向取回路的繞

26、行方向2.2. 設(shè)定電壓的參考方向設(shè)定電壓的參考方向3.3. 通常繞行方向與參考通常繞行方向與參考方向一致，取方向一致，取“+” +” 繞行方向與參考方向繞行方向與參考方向相反，取相反，取“-”-”下 頁上 頁返 回回路回路 a-d-c-a0ERIRIERI33355444 43335544EERIRIRI 或或KVL也可用此種形式表示也可用此種形式表示 kkkuRI繞行方向和參考方向一繞行方向和參考方向一致為致為“+”，相反為，相反為“-”繞行方向和參考方向一致繞行方向和參考方向一致為為“-”，相反為，相反為“+”KVL方程是以支路電壓為變量的常系數(shù)線性齊次代數(shù)方方程是以支路電壓為變量的常系

27、數(shù)線性齊次代數(shù)方程對支路電壓施加了線性約束。程對支路電壓施加了線性約束。下 頁上 頁返 回基爾霍夫電壓定律也適合開口電路?；鶢柣舴螂妷憾梢策m合開口電路?；鶢柣舴螂妷憾傻臄U展EIRUab 下 頁上 頁返 回SbaUUUU21KVL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，與電壓實際方向無關(guān)。方向無關(guān)。下 頁上 頁明確例例aUsb_-+U2U1返 回4. 4. KCL、KVL小結(jié)小結(jié)： KCL是對支路電流的線性約束，是對支路電流的線性約束，KVL是對回路電壓的線性約束是對回路電壓的線性約束 KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。與組成