第1章 電路模型和電路定理.

1、1. 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l 重點重點：2. 2. 電阻元件和電源元件的伏安特性電阻元件和電源元件的伏安特性第一章第一章 電路模型和電路定律電路模型和電路定律1-1 1-1 電路和電路模型電路和電路模型分類分類電力電路： 能量的傳輸、分配與轉換；能量的傳輸、分配與轉換；信號電路： 信息的傳遞、控制與處理。信息的傳遞、控制與處理。由電工設備和電氣器件按預期由電工設備和電氣器件按預期目的連接構成的電流的通路。目的連接構成的電流的通路。實際電路一、電路及組成電路組成: 電源、負載、中間環(huán)節(jié)LRsU 反映實際電路部件的主要電磁反映實際電路部

2、件的主要電磁 性質的理想電路元件及其組合。性質的理想電路元件及其組合。二二. . 電路模型電路模型sR10BASE-T wall plate導線導線電池電池開關開關白熾燈白熾燈電路圖電路圖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5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：表示儲存磁場能量的元件電感元件：表示儲存磁場能量的元件。電容元件：表示儲存電場能量的元件電容元件：表示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變成電壓源和電流源：表示將其它

3、形式的能量轉變成 電能的元件。電能的元件。*5種種基本理想電路元件有三個特征：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）不能被分解為其它元件。不能被分解為其它元件。* *具有相同的主要電磁性能的實際電路部件，在一具有相同的主要電磁性能的實際電路部件，在一定條件下可用同一電路模型表示。定條件下可用同一電路模型表示。* *同一實際電路部件在不同的應用條件下，其電路同一實際電路部件在不同的應用條件下，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

4、型電路模型特點：1-2 1-2 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心的物理量是電流、電壓和功率。關心的物理量是電流、電壓和功率。l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通過導體橫截面的電荷單位時間內通過導體橫截面的電荷一、電流l方向方向 規(guī)定正電荷的規(guī)定正電荷的 運動方向為電流的實際運動方向為電流的實際 方向方向l單位單位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6A

5、A（安（安培培）、）、kA、mA、A元件元件( (導線導線) )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: : 實際方向實際方向 AB實際方向實際方向ABl參考方向參考方向 大小大小方向方向( (正負）正負）注意：電流(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 吸收功率吸收功率p0 吸收功率吸收功率 p0 發(fā)出功率發(fā)出功率 l u, i 取非取非關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向+ +- -iu+ +- -iu功率的計算與判別例例 求圖示電路中各求圖示電路中各方

6、框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或發(fā)出的功率。收或發(fā)出的功率。已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1A 。 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1解解）（發(fā)發(fā)出出W2W21111IUP）（吸收吸收W16W28133IUP）（吸吸收收W3W) 1()3(366IUP對一完整的電路，功率守恒，即對一完整的電路，功率守恒，即 發(fā)出的功率發(fā)出的功率+吸收的功率吸收的功率=0564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1）（發(fā)發(fā)出出W6222IUP）（發(fā)發(fā)出出W4444IUP）（發(fā)發(fā)出

7、出W7355IUP1-4 1-4 電路元件電路元件是電路中最基本的組成單元。是電路中最基本的組成單元。5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：表示產生磁場，儲存磁場能量的元件。電感元件：表示產生磁場，儲存磁場能量的元件。電容元件：表示產生電場，儲存電場能量的元件。電容元件：表示產生電場，儲存電場能量的元件。電壓源和電流源：表示將其他形式的能量轉變成電壓源和電流源：表示將其他形式的能量轉變成 電能的元件。電能的元件。 如果表征元件端子特性的數(shù)學關系式是線如果表征元件端子特性的數(shù)學關系式是線性關系，該元件稱為線性元件，否則

8、稱為非線性性關系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。元件。1、電路元件由集總元件構成的電路由集總元件構成的電路集總元件集總元件假定發(fā)生的電磁過程都集中在假定發(fā)生的電磁過程都集中在元件內部進行。元件內部進行。集總條件集總條件d 集總參數(shù)電路中集總參數(shù)電路中u、i 可以是時間的函可以是時間的函數(shù)，任何時刻，流入兩端元件一個端子的電流數(shù)，任何時刻，流入兩端元件一個端子的電流等于從另一端子流出的電流；端子間的電壓為等于從另一端子流出的電流；端子間的電壓為確定值。確定值。2、集總參數(shù)電路1-5 1-5 電阻元件電阻元件l 電路符號電路符號R電阻元件電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可對電流呈現(xiàn)阻

9、力的元件。其特性可用用u - i平面上的一條曲線來描述：平面上的一條曲線來描述：0),(iufiu任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。伏安伏安特性特性O1、電阻元件2、線性時不變電阻元件l u-i 關系關系R 稱為電阻，單位：稱為電阻，單位： (歐歐 姆姆)滿足歐姆定律滿足歐姆定律GuRuiiuR l 單位單位G 稱為電導，單位稱為電導，單位：S (西西門子門子) u、i 取關聯(lián)取關聯(lián)參考方向參考方向Riu 伏安特伏安特性曲線性曲線為一條為一條過原點過原點的直線的直線uiORui+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關聯(lián)，公式中

10、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！Rui-+3.3.功率和能量功率和能量注意：電阻元件在任何時刻總是吸收功率的注意：電阻元件在任何時刻總是吸收功率的。p -u i -(R i) i i2 R u2/ Rp u i i2R u2 / Rl 功率功率Rui+-Rui-+ui從從 t0 到到 t 電阻吸收的能量：電阻吸收的能量：ttttRuipW00ddl 能量能量l 短路短路0 0ui0 R G或或l 開路開路0 0ui 0R G

11、 或或uiRiu+u+iOO4、電阻的開路與短路 1-6 1-6 電壓源和電流源電壓源和電流源l符號符號一一. .理想電壓源理想電壓源l定義定義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 無關的元件叫理想電壓源。無關的元件叫理想電壓源。電源分類：獨立電源，受控電源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；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、電流關系理想電

12、壓源的電壓、電流關系uiSu直流電壓直流電壓源的伏安源的伏安特性曲線特性曲線例例Ri-+Su外電路外電路RuiS0 ()iR (0)iR電壓源不能短路！電壓源不能短路！O+_iu+_Sul電壓源的功率電壓源的功率電壓、電流參考方向非關聯(lián)。電壓、電流參考方向非關聯(lián)。iupS 電流（正電荷電流（正電荷 ）由低電）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作位向高電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出功率。功，電源發(fā)出功率。起電源作用起電源作用物理意義：物理意義：+_iu+_Su電壓、電流參考方向關聯(lián)。電壓、電流參考方向關聯(lián)。物理意義：物理意義： 電場力作功，電源吸收功率。電場力作功，電源吸收功率。S0

13、pu i吸收功率，充當負載。吸收功率，充當負載。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 無關的元件叫理想電流源。無關的元件叫理想電流源。l 符號符號二二. .理想電流源理想電流源l 定義定義l 理想電流源的電壓、電流關系理想電流源的電壓、電流關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；與它兩端電壓的方向、大小無關。關；與它兩端電壓的方向、大小無關。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。uiSi直流電流源的直流電流源的伏安特性曲

14、線伏安特性曲線O例例Ru-+Si外電路外電路SRiu )0( 0Ru ()uR電流源不能開路！電流源不能開路！1-7 1-7 受控電源受控電源l 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的時間電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某處的電壓函數(shù)，而是受電路中某處的電壓(或電流或電流)控制的電控制的電源，稱為受控電源。源，稱為受控電源。+四端元件四端元件又稱非獨立電源，是為電子器件中所發(fā)生的物理現(xiàn)象提出的一種理想化的模型，為四端元件。受控電源兩端電壓或電流受另一支路電壓或電流控制。 電流控制的電流源電流控制的電流源

15、( 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：電壓控制電流源、電壓控制電壓源、可分四種類型：電壓控制電流源、電壓控制電壓源、電流控制電流源、電流控用電壓源。電流控制電流源、電流控用電壓源。2.2.分類分類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 i1+_u2i2_u1i1+g: 轉移電導轉移電導 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) gu

16、1+_u2i2_u1i1+i1u1+_u2i2_u1+_電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( ( CCVS ) )12riu r : 轉移電阻轉移電阻 例例bc ii電路模型電路模型ibicibri1+_u2i2_u1i1+_bici1-8 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 （KCL）和基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電壓定律( KVL )。它反。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基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。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元件特性構成了電路分

17、析的基爾霍夫定律與元件特性構成了電路分析的基礎?；A。+_R1uS1+_uS2R2R3一一. .預備知識預備知識電路中通過同一電流的分支電路中通過同一電流的分支。元件元件的連接點稱為結點。的連接點稱為結點。b=3an=4b支路支路電路中每一個兩端元件就稱電路中每一個兩端元件就稱為一條支路。為一條支路。i3i2i1結點結點b=5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點。為結點。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。由支路組成的閉合路徑由支路組成的閉合路徑。對平面電路，其內部不含任對平面電路，其內部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=312

18、3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。+_R1uS1+_uS2R2R32.2.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，對任意結點流在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意結點流出（或流入）該結點電流的代數(shù)和等于零。出（或流入）該結點電流的代數(shù)和等于零。mbti10)(出入ii 或或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 0641iii例例0542iii0653iii三式相加得：三式相加得：0321iiiKCL可推

19、廣應用于電路中包圍多個結點可推廣應用于電路中包圍多個結點的任一閉合面。的任一閉合面。 5i6i4i1i3i2iKCL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點處的反應。任意結點處的反應。KCL是對結點處支路電流加的約束，與支路是對結點處支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關，與電路是線性還是上接的是什么元件無關，與電路是線性還是非線性無關。非線性無關。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。流實際方向無關。說明：3 3. .基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 (KVL)mbtu10)(升降uu 或或U3U1U2U4標定各元件電壓參標定各元件電壓參考方向?？挤较?。 選定回路繞行方向，選定回路繞行方向，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