電路模型與電路定律

電路模型與電路定律1第1頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、參考書(shū)目：1、《電路基本理論》狄蘇爾.葛守仁著人民教育出版社2、《電路理論基礎(chǔ)》裴留慶編北京師范大學(xué)出版社3、《電路基礎(chǔ)》陜西機(jī)械學(xué)院電工原理教研室編機(jī)械工業(yè)出版社2第2頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、學(xué)習(xí)方法：1、預(yù)習(xí)2、聽(tīng)講3、復(fù)習(xí)、做作業(yè)3第3頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章電路模型與電路定律第一節(jié)電路與電路模型一、電路的分類(lèi)（按功能）1、進(jìn)行能量的傳輸、分配及轉(zhuǎn)換的電路。如電力系統(tǒng)2、信號(hào)的處理、傳輸和儲(chǔ)存電路。如調(diào)諧電路、放大電路。4第4頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、電路的概念電源：向電路提供電能或電信號(hào)。負(fù)載：在電路中吸收電能或接受電信號(hào)。傳輸控制器件電路：為實(shí)現(xiàn)某種功能而把電源、負(fù)載和傳輸控制器件進(jìn)行適當(dāng)組合的一個(gè)整體。USRSRS5第5頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、理想元件重要假設(shè)：當(dāng)構(gòu)成電路器件以及電路本身的尺寸遠(yuǎn)小于電路工作時(shí)的電磁波的波長(zhǎng)（兩個(gè)數(shù)量級(jí)），實(shí)際的元件可以看成理想元件。即：具體條件：L<<λ（L:電路尺寸 λ：電磁波波長(zhǎng)）6第6頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、集總參數(shù)電路（電路模型）條件：集總參數(shù)電路：由集中參數(shù)元件組成的電路稱(chēng)為集總參數(shù)電路1.流入一個(gè)元件電流等于流出該元件的電流（任一時(shí)刻）2.電壓函數(shù)唯一確定導(dǎo)致：2.電磁波輻射忽略不計(jì)（似穩(wěn)場(chǎng)）1.電場(chǎng)，磁場(chǎng)可以分開(kāi)，參數(shù)相對(duì)集中7第7頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)電壓和電流的參考方向一、電路變量1.基本變量：電壓（u），電流（i），

電荷（q），磁鏈（ψ）電路的基本物理量8第8頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月u,i定義電阻元件；q,u定義電容元件；ψ,i定義電感元件；ψ,q定義憶阻元件。uqiψ9第9頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.復(fù)合變量

能量w（W）功率p（P大寫(xiě)表直流）10第10頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、電流：?jiǎn)挝唬篊/S=A(安）常用單位：kA=103A

mA=10-3A

uA=10-6A單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量

大?。?、電流的表征方向：正電荷移動(dòng)的方向。11第11頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月+-USRSiA+-USR1R2R3R4abcd電流：bd還是db12第12頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、電流的參考方向ABii>0,真實(shí)方向與參考方向相同，即：箭頭所示方向；i<0,真實(shí)方向與參考方向相反，即：與箭頭方向相反。思考題：1、選不同的參考方向會(huì)不會(huì)影響電流的真實(shí)方向？2、沒(méi)有選定參考方向，電流的含義是否完整？13第13頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1：指出各圖中電流的真實(shí)方向。ABi=2A(a)ABi=-2A(b)ABi=2A(c)14第14頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2：若在圖（a）所示電流的參考方向下，測(cè)得的電流的波形如圖（b）所示。求t=t1和

t3時(shí)的電流i，并指出i的真實(shí)方向。若電流的參考方向與圖（a）的假定相反，測(cè)得的電流的波形將是怎樣的？試求這種情況下t=t1和

t3時(shí)的電流i，并指出i的真實(shí)方向.ABi(a)it1-10t1t2t4t3(b)15第15頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、電壓：?jiǎn)挝唬篔/C=V(伏)常用單位：kv=103v

mv=10-3v

uv=10-6v移動(dòng)單位q庫(kù)侖力作的功w大?。?、電壓的表征方向：電場(chǎng)力推動(dòng)正電荷作正功的方向。即:AB,dq>0,dw>0,則:A(+)、B(-)。16第16頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、電壓的參考方向ABu>0,真實(shí)方向與參考方向相同，即：圖中所示方向；u<0,真實(shí)方向與參考方向相反，即：與圖示方向相反。思考題：1、選不同的參考方向會(huì)不會(huì)影響電壓的真實(shí)方向？2、沒(méi)有選定參考方向，電壓的含義是否完整？+-u17第17頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：指出各圖中電壓的真實(shí)極性。ABABAB(a)(b)(c)+-U=2V+-U=-2VU=2V18第18頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.關(guān)聯(lián)參考方向AB+-uABiAB+-i關(guān)聯(lián)若某元件的電壓和電流的參考方向一致，則把電流和電壓的這種參考方向稱(chēng)為關(guān)聯(lián)的。否則為非關(guān)聯(lián)。19第19頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題：在圖所示的電壓和電流的參考方向下，對(duì)元件A而言，參考方向是關(guān)聯(lián)的還是非關(guān)聯(lián)？對(duì)元件B呢？AB+-

ui20第20頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.功率定義移dq做功：二端網(wǎng)絡(luò)A+Bi-AB二端元件-+i第三節(jié)電功率和能量21第21頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月公式：p=ui直流P=UI單位：瓦（W）常用單位：千瓦備注：p=ui在關(guān)聯(lián)參考方向下得出的。非關(guān)聯(lián)：p=-ui規(guī)定：1）p>0吸收功率（負(fù)載）

2）p<0發(fā)出功率（電源）

22第22頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.功率守恒原理電源發(fā)出的=負(fù)載吸收的總結(jié)：①.電路基本物理量：u，i，p②.參考方向與關(guān)聯(lián)參考方向（用于i、u的求取）③.功率：p=ui(關(guān)聯(lián)）>0廣義負(fù)載吸收，<0廣義電源，發(fā)出23第23頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：求圖中各二端網(wǎng)絡(luò)吸收的功率。A+BI=2AA-BI=2AA+BI=-2AA-BI=-2AA+BI=-2AU=5VU=5VU=5VU=5VU=5V--+-+24第24頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月集總參數(shù)元件所構(gòu)成集總參數(shù)電路理想元件第四節(jié)電路元件25第25頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)電阻元件定義：一個(gè)二端元件（理想的電路模型），若端電壓u(t)和流過(guò)元件的電流i(t)之間的關(guān)系可用u--i平面上的一條曲線描述（伏安特性），此元件稱(chēng)為電阻元件。+u-i一、電阻元件的一般定義26第26頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．線性與非線性。二、電阻元件的分類(lèi)ui+u-iR線性R>0，正電阻消耗能量iu+u-i-R線性R<0，負(fù)電阻發(fā)生能量27第27頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二極管（非線性）uiui隧道二極管（非線性)28第28頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2．時(shí)變與時(shí)不變t1t2iut1it2u+u-i+u-i線性時(shí)變u=R(t)i非線性時(shí)變f(u,i,t)=029第29頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．雙向與單向（是否關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱(chēng)）大多數(shù)非線性電阻是雙向，但有例外。雙向雙向iuiuui單向30第30頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、線形非時(shí)變正電阻+u-iRu(t)=Ri(t)關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)u(t)=-Ri(t)+u-iR伏安關(guān)系的列寫(xiě)，與元件參考方向的選擇有關(guān)。1、伏安關(guān)系31第31頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月斜率Rui0伏安關(guān)系曲線①即時(shí)性②R為正實(shí)數(shù)2、電阻的功率③電阻是耗能元件關(guān)聯(lián)：非關(guān)聯(lián)：32第32頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1）R=0短路，u=0i大小由外電路確定2）R=∞開(kāi)路，i=0u大小由外電路確定ui斜率R短路開(kāi)路03、電阻的兩種特殊情況短路（R=0）開(kāi)路（R=∞）33第33頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充：額定電壓、額定電流線繞電阻與碳膜電阻不僅要標(biāo)明阻值還要標(biāo)明額定功率。如500Ω、5W例：有一個(gè)100Ω、1W的碳膜電阻使用于直流電路，問(wèn)在使用時(shí)電流、電壓不得超過(guò)多大的數(shù)值？34第34頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月貼片電阻色環(huán)電阻35第35頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)：電阻元件：是u_i之間存在代數(shù)關(guān)系的一種元件，是一種無(wú)記憶元件。對(duì)歐姆定律所定義的電阻R：是線性、時(shí)不變、耗能的電阻元件；36第36頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)電壓源和電流源37第37頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、電壓源1、定義及符號(hào)

一個(gè)二端元件，其端電壓與流過(guò)元件的電流無(wú)關(guān)[u(t)或?yàn)槌?shù)或?yàn)榇_定的時(shí)間函數(shù)]該元件稱(chēng)為電壓源。US直流壓源i+-任意壓源38第38頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ui直流伏安特性2、伏安關(guān)系ui時(shí)變u=us39第39頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電壓源的波形圖t直流t方波函數(shù)t正弦交流電壓源的電壓由其本身確定。我的地盤(pán)聽(tīng)我的。40第40頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、電壓源的特性i+-+-R外電路i=u/RR大，i變小R小，i變大1）、u=us(t)與外電路無(wú)關(guān)（獨(dú)立源）2）、電路工作時(shí)，流過(guò)電壓源的電流，由外電路決定。41第41頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、工作狀態(tài)

設(shè)us>01）i>0P=-usi<0發(fā)出功率，電源狀態(tài)2）i<0P=-usi>0吸收功率，負(fù)載狀態(tài)3）i=0P=0開(kāi)路狀態(tài)ui開(kāi)路i1i2充電提供能量42第42頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、電流源1．定義及符號(hào)二端電路元件，電流或等于常數(shù)或?yàn)榇_定的時(shí)間常數(shù)，與負(fù)載大小無(wú)關(guān)。i對(duì)偶原則！43第43頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、伏安關(guān)系ui直流伏安特性u(píng)i時(shí)變44第44頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、電流源的特性u(píng)=RiR大，u變大R小，u變小1）、i=is(t)與外電路無(wú)關(guān)（獨(dú)立源）2）、電路工作時(shí)，流源兩端的電壓，由外電路決定。i+-R外電路45第45頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、工作狀態(tài)

設(shè)is>01）u>0P=-uis<0發(fā)出功率，電源狀態(tài)2）u<0P=-uis>0吸收功率，負(fù)載狀態(tài)3）u=0P=0短路狀態(tài)ui負(fù)載狀態(tài)電源狀態(tài)46第46頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)：電壓源VS：獨(dú)立源、負(fù)載、開(kāi)路。電流源CS：獨(dú)立源、負(fù)載、短路。說(shuō)明：

2）Cs決不允許開(kāi)路。1）Vs決不允許短路！操作時(shí)容易出現(xiàn)情況。47第47頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、實(shí)際的電壓源、電流源i+-RSiSRS48第48頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題：1、當(dāng)R增大時(shí)，I2變不變？R兩端的電壓會(huì)不會(huì)變？2、當(dāng)R增大時(shí)，U2變不變？U1變不變？+-+-R10V2VI2I1I3題1圖4Ω10A2AR4Ω+-U1U2+-題2圖49第49頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)：P251—4（a）、（d）、（e)1—6，6，850第50頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第七節(jié)受控電源51第51頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、為什么要引入受控源？52第52頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、受控源的分類(lèi)1．VCCS（電壓控制電流源）+-+-g轉(zhuǎn)移電導(dǎo)+-電壓轉(zhuǎn)移比+-+-2．VCVS（電壓控制電壓源）VoltageControlledCurrentSourceMathTone！53第53頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．CCCS（電流控制電流源）+-+-電流放大倍數(shù)+-轉(zhuǎn)移電阻+-+-4．CCVS（電流控制電壓源）54第54頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月理想受控源：輸入端不耗功率，電流源不考慮并聯(lián)R，串聯(lián)R在電壓源中不考慮。55第55頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)點(diǎn)放大電路+-+-56第56頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：計(jì)算獨(dú)立源和受控源各自發(fā)出的功率5V+-+-三、受控源的特點(diǎn)57第57頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：58第58頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月得到：

1．受控源是有源元件

2．受控源受控制量擺布，與控制量共存。

3．受控源與獨(dú)立源區(qū)別受控源是非獨(dú)立源受控源是反映電路耦合關(guān)系的電路模型

存亡：控制量消失？59第59頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4．受控源和R的區(qū)別：受控源為四端，兩條支路關(guān)系；

R為兩端，本支路關(guān)系受控源耦合的、有源的、能夠向外提供能量、電阻性的(即U、I成代數(shù)關(guān)系)四端元件電阻R:無(wú)源的、二端元件60第60頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步驟：1．把受控源視為獨(dú)立源列方程2．化去控制量，求解四、受控源的計(jì)算61第61頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1．Us=6V，求U=？+-+U-I2II2I62第62頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：設(shè)I1如圖所示，由KCL（1）

對(duì)圖示回路列KVL

（2）

由（1）,（2）得63第63頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2．電路如圖所示，求Ix3AI+-+-10V64第64頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：設(shè)I方向如圖KCL（1）

選回路方向如圖KVL

（2）

由（1）（2）得Ix=1.4A65第65頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月備注：當(dāng)電路中出現(xiàn)多個(gè)控制源作用時(shí)，可采用“疊加性”此時(shí)電路中的在其他源作用于單獨(dú)作用時(shí)

但注意受控源由于不能單獨(dú)作用，因而不可省。+-66第66頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第八節(jié)基爾霍夫定律67第67頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．電荷守恒2．能量守恒一、電路理論的兩個(gè)公設(shè)68第68頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．支路：一個(gè)元件可以構(gòu)成一個(gè)支路。4．網(wǎng)孔：最小的回路。即：在回路內(nèi)部不另含有支路的回路。3．回路：形成一個(gè)閉合路徑的支路組合。（支路組合最小組合）2．節(jié)點(diǎn)：二條以上支路的連接點(diǎn)。特例二、名詞解釋69第69頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6個(gè)支路（branch）4個(gè)節(jié)點(diǎn)（note）3個(gè)網(wǎng)孔（mesh）251346①②③④i1i2i4i5i3i670第70頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1．定律內(nèi)容：在集總電路中對(duì)于任意節(jié)點(diǎn)任意時(shí)刻，流出或流入該節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和為零。KCL：Σi=0Σi流出=Σi流入規(guī)定：流出節(jié)點(diǎn)，取“+”；流入節(jié)點(diǎn)，取“﹣”三、基爾霍夫電流定律（KCL）對(duì)上圖各個(gè)節(jié)點(diǎn)列KCL方程，如下：71第71頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月KCL：節(jié)點(diǎn)1：i1+i2+i4=0

節(jié)點(diǎn)2：-i2+i3+i5=0

節(jié)點(diǎn)3：-i3-i1+i6=0

節(jié)點(diǎn)4：-i4-i5-i6=02．物理解釋1）是電荷守恒的必然結(jié)果2）電流連續(xù)性的體現(xiàn)如果把前面三個(gè)方程相加則是第四個(gè)方程，為什么？72第72頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3．KCL的推廣：廣義節(jié)點(diǎn)（流出，流入封閉面電流）對(duì)于廣義節(jié)點(diǎn)，KCL仍成立。

ia+i1+i3=0-ib+i1+i2=0-ic-i2+i3=0++：-ia-ib-ic=0abciaibici1i3i25V+-+-以本推廣來(lái)解釋為什么這個(gè)電路可以分成兩個(gè)電路73第73頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4．備注

1）KCL與元件特性無(wú)關(guān)，僅與電路拓?fù)洌娐穬?nèi)元件的連接）有關(guān)。

2）KCL與電流的波形無(wú)關(guān)。

前面兩A條件：AnyNode,AnyTime3）只適用集中參數(shù)電路。74第74頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)：圖示節(jié)點(diǎn)處有四個(gè)支路電流，在不同時(shí)刻其中三個(gè)電流的數(shù)值如表中所示。試填寫(xiě)該表所缺各項(xiàng)。i1i2i3i42255-1-5-1-2-40.53-3177實(shí)際流出節(jié)點(diǎn)的電流實(shí)際流入節(jié)點(diǎn)的電流i1i2i3i475第75頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)：圖示節(jié)點(diǎn)處有四個(gè)支路電流，在不同時(shí)刻其中三個(gè)電流的數(shù)值如表中所示。試填寫(xiě)該表所缺各項(xiàng)。i1i2i3i42255-1-5-1-2-40.53-3177實(shí)際流出節(jié)點(diǎn)的電流實(shí)際流入節(jié)點(diǎn)的電流i1i2i3i476第76頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、基爾霍夫電壓定律（KVL)1．定律內(nèi)容：對(duì)于任一集中電路中的任一回路，在任一時(shí)刻，沿著該回路的所有支路電壓降的代數(shù)和為零。

KVL：Σu=0Σu降

=Σu升77第77頁(yè)，課件共83頁(yè)，創(chuàng)作于