電路理論課件

1、1第第1 1章章 電路的基本概念與基本定律電路的基本概念與基本定律 1. .1 電路組成與電路模型電路組成與電路模型 1. .2 電路的基本物理量及其參考方向電路的基本物理量及其參考方向 1. .4 獨(dú)立電源獨(dú)立電源 1. .3 電阻元件與歐姆定律電阻元件與歐姆定律 1. .5 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 v電路模型電路模型v基本物理量（電壓、電流、功率）基本物理量（電壓、電流、功率）v無源元件（電阻、電容、電感）無源元件（電阻、電容、電感）v有源元件（獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源、有源元件（獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源、4 4種受控源）種受控源）v3 3個基本定律（歐姆定律、基爾霍夫電壓定律個基本定律（歐

2、姆定律、基爾霍夫電壓定律、基爾、基爾霍夫電流定律霍夫電流定律）v主要內(nèi)容主要內(nèi)容v重點重點v電壓和電流的參考方向、功率與關(guān)聯(lián)參考方向電壓和電流的參考方向、功率與關(guān)聯(lián)參考方向v歐姆定律、基爾霍夫電壓定律歐姆定律、基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定和基爾霍夫電流定律律3v一、電路一、電路v1. 1. 電路電路由各種電氣設(shè)備和器件按實際需要組合由各種電氣設(shè)備和器件按實際需要組合而成的電流的通路。而成的電流的通路。電路示意圖電路示意圖信號源信號源負(fù)負(fù)載載中間環(huán)節(jié)中間環(huán)節(jié)10BASE-T wall plate導(dǎo)線導(dǎo)線電池電池開關(guān)開關(guān)燈泡燈泡揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器放放大大器器話筒話筒4v2. 2. 組成：組成：電路是

3、由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三個基本部電路是由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三個基本部分組成。分組成。v3. 3. 作用：作用： (1) (1) 實現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換（實現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換（電動力能電動力能）; ; (2) (2) 實現(xiàn)電信號的傳遞和處理實現(xiàn)電信號的傳遞和處理（電子信息電子信息）。）。激勵：激勵：將電源或信號源的電壓或電流稱為激勵；將電源或信號源的電壓或電流稱為激勵；響應(yīng)：響應(yīng)：激勵在電路各部分產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。激勵在電路各部分產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。電路分析：在已知電路的結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下，討電路分析：在已知電路的結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)的條件下，討論電路的論電路的激勵激勵與

4、與響應(yīng)響應(yīng)之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。一、電路一、電路5v1. 1. 理想電路元件理想電路元件只反映單一只反映單一電磁性能電磁性能共性的電路共性的電路模型的最小單元。模型的最小單元。 * * 幾種基本的電路元件：幾種基本的電路元件： 電阻元件電阻元件( (R R) )：表示消耗電能的元件表示消耗電能的元件 電感元件電感元件( (L L) )：表示各種電感線圈產(chǎn)生磁場，儲存磁場表示各種電感線圈產(chǎn)生磁場，儲存磁場能的作用。能的作用。 電容元件電容元件( (C C) )：表示各種電容器產(chǎn)生電場，儲存電場能表示各種電容器產(chǎn)生電場，儲存電場能的作用。的作用。 電源元件電源元件 ( (E ES S、I IS

5、S) )：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。成電能的元件。 二、理想電路元件、電路模型二、理想電路元件、電路模型6v電路模型：電路模型：足以反映實際電路中電工設(shè)備和足以反映實際電路中電工設(shè)備和器件（實際部件）的器件（實際部件）的電磁性能電磁性能的理想電路元的理想電路元件或它們的組合。件或它們的組合。例例 1.RLRSUS+ +- - 2. 2. 電路模型簡稱電路電路模型簡稱電路10BASE-T wall plate導(dǎo)線導(dǎo)線電池電池開關(guān)開關(guān)燈泡燈泡 二、理想電路元件、電路模型二、理想電路元件、電路模型7(a)Lab(b)RLab(c)CRLab例例2 2：實際

6、電感元件在不同應(yīng)用條件下的電路模型。：實際電感元件在不同應(yīng)用條件下的電路模型。 二、理想電路元件、電路模型二、理想電路元件、電路模型9一、電流及其參考方向一、電流及其參考方向單位：單位：kA、A、mA、A 。 1kA=103A、 1mA=10-3A、 1A=10-6A直流直流DC 恒定電流恒定電流 I交流交流AC i周期：正弦、非正弦周期：正弦、非正弦非周期非周期 電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度單位時間內(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。 表達(dá)式：表達(dá)式：10大小大小方向方向(正負(fù)）正負(fù)）電流電流任意假定的電流方向稱為電流的參任意假定的電流方向稱為電流的參考方向。考方向。i 0i 0電

7、流的參考方向與實際方向的關(guān)系：電流的參考方向與實際方向的關(guān)系：i 參考方向參考方向i 參考方向參考方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向AABB實際方向?qū)嶋H方向l參考方向參考方向l方向：方向：規(guī)定正電荷的運(yùn)動方向為電流的實際方向。規(guī)定正電荷的運(yùn)動方向為電流的實際方向。一、電流及其參考方向一、電流及其參考方向11I1 = 1A例例10V10 I1+- -I1= - -1AI110V10 +- -一、電流及其參考方向一、電流及其參考方向12v1.1.電壓電壓庫侖電場力移動單位正電荷由電場中的庫侖電場力移動單位正電荷由電場中的a a點到為止點到為止b b點所做的功，稱為點所做的功，稱為a a、b b兩點間的電壓。兩點

8、間的電壓。v2.2.表達(dá)式：表達(dá)式：qwuddab據(jù)定義據(jù)定義單位：單位：kV、V、mV、V。 1kV=103V 、1mV=10-3V 、1V=10-6V二、電壓及其參考方向二、電壓及其參考方向qwuddab直流直流DC 恒定直流恒定直流 Uab交流交流AC uab周期：正弦、非正弦周期：正弦、非正弦非周期非周期13 2. 2. 電壓的參考方向電壓的參考方向+ 實際方向?qū)嶋H方向 + 參考方向參考方向 u1u2 0+ 實際方向?qū)嶋H方向 參考方向參考方向 + u2 例例：當(dāng)：當(dāng) ua = 3V ub = 2V時時u1 = uab = 1Vu2 = uba = 1Vabab實際方向：實際方向：規(guī)定為

9、從高點位指向低電位規(guī)定為從高點位指向低電位; ;參考方向：參考方向：任意任意假設(shè)假設(shè)電位降低電位降低的方向，或稱為的方向，或稱為正方向正方向。二、電壓及其參考方向二、電壓及其參考方向14iab+uabiab+uab三、關(guān)聯(lián)參考方向與功率三、關(guān)聯(lián)參考方向與功率 i i 與與u uabab為關(guān)聯(lián)參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向i i 與與u uabab為非關(guān)聯(lián)參考方向為非關(guān)聯(lián)參考方向 元件或支路的元件或支路的u u，i i 其參考方向相同，稱之為其參考方向相同，稱之為關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)參考方向參考方向。反之，稱為反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向。1. 1. 電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向15

10、2.2. 功率功率單位時間內(nèi)電場力所做的功。單位時間內(nèi)電場力所做的功。功率的單位：功率的單位：MW、kW、 W、 mW對于直流電路：對于直流電路：P = UI三、關(guān)聯(lián)參考方向與功率三、關(guān)聯(lián)參考方向與功率 163. 3. 功率的計算和判斷功率的計算和判斷(1)(1)U、 I 關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向吸收的功率：吸收的功率：P = UI P 0 吸收正功率吸收正功率 ( (吸收功率吸收功率) )P 0 吸收正功率吸收正功率 ( (吸收功率吸收功率) )P 0 吸收負(fù)功率吸收負(fù)功率 ( (發(fā)出功率發(fā)出功率) )17 例例1.2.1 1.2.1 計算圖示電路各元件吸收或產(chǎn)生的功率。計算圖示電路各元件吸

11、收或產(chǎn)生的功率。解：解：(a)、(b) 電路中電路中U、I 為為關(guān)聯(lián)方向，則關(guān)聯(lián)方向，則(c) 電路中電路中U、I 為非為非關(guān)聯(lián)方向，則關(guān)聯(lián)方向，則P = U I = 61 = 6 W ( (產(chǎn)生功率產(chǎn)生功率) ) (a) P = U I = 61 = 6 W ( (吸收功率吸收功率) ) (b) P = U I = 6(1 ) =6 W ( (產(chǎn)生功率產(chǎn)生功率) )18例例2 2：U1=10V，U2=5V。分別求電源、電阻的功率。分別求電源、電阻的功率。I =UR/5 = (U1U2)/5 = (105) /5= 1 APR= URI = 5 1 = 5 WPU1= - -U1I = - -

12、10 1 = - -10 WPU2= U2I = 5 1 = 5 WP發(fā)發(fā)= 10 W， P吸吸= 5+5 =10 WP發(fā)發(fā)=P吸吸 ( (功率守恒功率守恒) )( (吸收功率吸收功率) ) ( (發(fā)出功率發(fā)出功率) )( (吸收功率吸收功率) ) +5 IURU1U2+19 一、電阻元件一、電阻元件 1.1. 定義：定義：一個二端元件，若一個二端元件，若在任一時刻在任一時刻 t，其兩端電，其兩端電壓和通過它的電流之間的關(guān)系可用壓和通過它的電流之間的關(guān)系可用 u-i 平面上的一條平面上的一條曲線來描述，則該二端元件稱為電阻元件曲線來描述，則該二端元件稱為電阻元件。 2. 2. 分類：分類：電電

13、阻阻元元件件線性電阻線性電阻非線性電阻非線性電阻時不變時不變時變時變 時不變時不變時變時變 20v定義：定義：若電阻元件的特性曲線是若電阻元件的特性曲線是u-i平面上的平面上的一條過原點且不隨時間變化的直線，則該電一條過原點且不隨時間變化的直線，則該電阻元件稱為線性時不變電阻元件。阻元件稱為線性時不變電阻元件。 R tg G 1/RG 稱為電導(dǎo)稱為電導(dǎo)電阻的單位：電阻的單位： ( (歐歐) )電導(dǎo)的單位：電導(dǎo)的單位：S S ( (西西) ) 伏安特性曲線伏安特性曲線 UI0I+UR線性時不變電阻元件線性時不變電阻元件二、線性時不變電阻元件二、線性時不變電阻元件U RI21(1) (1) 電壓與

14、電流為關(guān)聯(lián)參考方向，即電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向，即i+uRu(t) = Ri(t) 或或 i(t) = Gu(t)(2) (2) 電壓與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，即電壓與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，即i+uRu(t) = Ri(t) 或或 i(t) = Gu(t)U = RI 或或 I= GUU = RI 或或 I = GU P吸吸 UI (RI) I I2 R U(U/ R) U2/ RP吸吸 UI I2R U2 / R二、線性時不變電阻元件二、線性時不變電阻元件22 (1) 普通二極管普通二極管(b)二極管的特性曲線二極管的特性曲線(a) ba+ +u- -i(b) (2) 非線性電阻非線性電阻非線

15、性非線性 電阻電阻IURtanQQ靜態(tài)電阻靜態(tài)電阻( (直流電阻直流電阻) )動態(tài)電阻動態(tài)電阻( (交流電阻交流電阻) )iuiurtanddlim0i靜態(tài)電阻與靜態(tài)電阻與動態(tài)動態(tài)電阻電阻三、非線性電阻元件三、非線性電阻元件23一、理想電壓源一、理想電壓源 1. 1. 定義：定義：如果一個二端元件如果一個二端元件( (一端口一端口) )接到任意電路接到任意電路后，該元件的端電壓后，該元件的端電壓U始終保持不變，則該二端元件始終保持不變，則該二端元件稱為理想電壓源，簡稱稱為理想電壓源，簡稱“恒壓源恒壓源”。 2.2. 電路模型及伏安特性電路模型及伏安特性US UIO (b) 伏安伏安特性曲線特性

16、曲線 U US US+_IU+_任任意意外外電電路路 (a)電路模型電路模型 24 3 3. . 理想電壓源的開路與短路理想電壓源的開路與短路(1) (1) 若若R，I = 0， 則稱電路為則稱電路為開路開路狀態(tài)狀態(tài)(2) 若若R=0，I ，則稱電路為，則稱電路為短路短路狀態(tài)；理想電壓源出現(xiàn)狀態(tài)；理想電壓源出現(xiàn)故障，因此理想電壓源不允故障，因此理想電壓源不允許短路。許短路。IUs+_U+_R一、理想電壓源一、理想電壓源25二、理想電流源二、理想電流源ISUIO (b) (b) 伏安伏安特性曲線特性曲線 1. 1. 定義：定義：如果一個二端元件（一端口）接到任意電如果一個二端元件（一端口）接到任

17、意電路后，在任意所給定的時間內(nèi)，流過它的電流與它兩路后，在任意所給定的時間內(nèi)，流過它的電流與它兩端的電壓大小無關(guān)，則該二端元件稱為理想電流源，端的電壓大小無關(guān)，則該二端元件稱為理想電流源，簡稱簡稱“恒流源恒流源”。 2. 2. 電路模型及伏安特性電路模型及伏安特性ISIU+_任任意意外外電電路路(a)(a)電路模型電路模型 I IS 26 3. 3. 理想電流源的短路與開路理想電流源的短路與開路( (2)2)若若R，U，理想電流源出現(xiàn)，理想電流源出現(xiàn)故障，電路為故障，電路為開路狀態(tài)開路狀態(tài)。理想電流。理想電流源不允許開路。源不允許開路。(1)若若R= 0， I = IS， 則則U= 0 ，電流

18、源為，電流源為短路狀態(tài)短路狀態(tài)。IIsU+_R二、理想電流源二、理想電流源27三、實際電壓源三、實際電壓源1. 1. 定義：定義：如果一個二端元件如果一個二端元件( (一端口）接到任意電路后，一端口）接到任意電路后，該元件的端電壓該元件的端電壓U 隨外電路負(fù)載電流的變化而變，則該隨外電路負(fù)載電流的變化而變，則該二端元件稱為實際電壓源，簡稱二端元件稱為實際電壓源，簡稱“電壓源電壓源”。2. 2. 電路模型及伏安特性電路模型及伏安特性U = US RSISSRUPPPUSUIO(b) (b) 伏安特性曲線伏安特性曲線US+_IU+_RS (a)(a)電路模型電路模型 任任意意外外電電路路28 3.

19、3. 理想電壓源與實際電壓源的關(guān)系理想電壓源與實際電壓源的關(guān)系(1) (1) 對實際電壓源，當(dāng)對實際電壓源，當(dāng)RS 0， 有有U = US ，實際實際理想。理想。IUS+_U+_RL理想電壓源模型理想電壓源模型 (2)(2) 當(dāng)實際當(dāng)實際電壓源電壓源的內(nèi)阻的內(nèi)阻RS RL ，則，則UUS，實際電實際電壓源可近似視為理想電壓源。壓源可近似視為理想電壓源。US+_IU+_RS實際電壓源模型實際電壓源模型 RL三、實際電壓源三、實際電壓源29I = ISU/RS四、實際電流源四、實際電流源SSIPPPISIU+_任任意意外外電電路路(a)(a)電路模型電路模型 RSIsUIO(b) (b) 伏安特性

20、曲線伏安特性曲線 1. 1. 定義：定義：如果一個二端元件如果一個二端元件( (一端口）接到任意電路一端口）接到任意電路后，該元件輸出電流后，該元件輸出電流 I 隨外電路負(fù)載電壓的變化而變，隨外電路負(fù)載電壓的變化而變，則該二端元件稱為實際電流源，簡稱則該二端元件稱為實際電流源，簡稱“電流源電流源”。 2. 2. 電路模型及伏安特性電路模型及伏安特性30U = US RSIIRURUSSS IIRUSS SSRUII 等效等效 IUS+_U+_RS(a) (a) 電壓源電路模型電壓源電路模型任任意意外外電電路路ISIU+_任任意意外外電電路路(b) (b) 電流源電路模型電流源電路模型 RS31

21、 一、常用術(shù)語一、常用術(shù)語+_R1uS1+_uS2R2R3123ab1. 1. 支路支路 (branch)：電路中的每一分支。：電路中的每一分支。 (b)2. 2. 節(jié)點節(jié)點 (node): 三條或三條以上支路的聯(lián)接點。三條或三條以上支路的聯(lián)接點。( n )3. 3. 回路回路(loop)：由支路組成的閉合路徑。：由支路組成的閉合路徑。( l )4. 4. 網(wǎng)孔網(wǎng)孔(mesh)：電路內(nèi)部不含任何分支的回路。：電路內(nèi)部不含任何分支的回路。( m)b = 3l = 3n = 2m = 232 1. 1. 表述：表述：對于電路中的任一節(jié)點，在任一時刻，對于電路中的任一節(jié)點，在任一時刻，流入節(jié)點電流之

22、和恒等于流出節(jié)點電流之和?；蛄魅牍?jié)點電流之和恒等于流出節(jié)點電流之和?；蛟撛摴?jié)點的所有支路電流的代數(shù)之和等于零。節(jié)點的所有支路電流的代數(shù)之和等于零。mkktiii10)( 或或： 出出入入mkIII10 或：或： 出出入入2. 2. 表達(dá)式：表達(dá)式：二、基爾霍夫電流定律二、基爾霍夫電流定律 (KCL) 解：據(jù)解：據(jù)KCLKCL有有I3 +10 I5 +(12) = 0 I5= 1A 7 4 + I3= 0 I3= 3A 例：電路如圖所示，例：電路如圖所示， 求出圖中未知支路的電流求出圖中未知支路的電流節(jié)點節(jié)點a ：I1 I2 + I3 = 07A4AI110A- -12AI2abI3I4I5I6

23、節(jié)點節(jié)點b ： I3 + I4 I5 + I6 = 0二、基爾霍夫電流定律二、基爾霍夫電流定律 (KCL)34v對任何一個閉合曲面，在任意時刻對任何一個閉合曲面，在任意時刻 KCL 仍成立。仍成立。電路如圖所示，閉合曲面內(nèi)有三個節(jié)點。據(jù)電路如圖所示，閉合曲面內(nèi)有三個節(jié)點。據(jù) KCL 可列出三個節(jié)點電流方程可列出三個節(jié)點電流方程: KCL的的推廣應(yīng)用推廣應(yīng)用結(jié)論：結(jié)論： 在任一時刻，通過任一閉合曲面的電在任一時刻，通過任一閉合曲面的電流流的代數(shù)和恒等于零。的代數(shù)和恒等于零。節(jié)點節(jié)點A： IA IAB + ICA = 0節(jié)點節(jié)點B： IB IBC + IAB = 0節(jié)點節(jié)點A： IC ICA +

24、IBC = 0有：有： IA + IB + IC = 03. KCL的推廣應(yīng)用的推廣應(yīng)用二、基爾霍夫電流定律二、基爾霍夫電流定律 (KCL)35KCL的推廣應(yīng)用的推廣應(yīng)用I = 0I1ABI3I2BAI2I1BAII1+ I2+ I3 = 0I1 - I2=036v1.1.表述：表述：對于對于在任何集中參數(shù)電路中在任何集中參數(shù)電路中的任一回路，的任一回路，在在任一時刻，沿任一閉合路徑任一時刻，沿任一閉合路徑( (按固定繞向按固定繞向) )的的所有支路所有支路電壓的代數(shù)和等于零。電壓的代數(shù)和等于零。v2.2.表達(dá)式：表達(dá)式： 規(guī)定：規(guī)定：支路電壓參考方向與回路繞行方向支路電壓參考方向與回路繞行方向一致一致的取正，的取正，支路電壓參考方向與回路繞行方向支路電壓參考方向與回路繞行方向相反相反的取負(fù)。的取負(fù)。mkmkkUtu1100)( 或：或： 三、三、基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律( (KVL KVL ) )37首先考慮（選定一個首先考慮（選定一個) )繞行方繞行方向：順時