前言及CH1電路基本概念xin課件

電路與模擬電子學(xué)教學(xué)的基本安排總學(xué)時(shí)： 72課堂講授： 54實(shí)驗(yàn)： 18（實(shí)驗(yàn)樓電工實(shí)驗(yàn)室）期末總評： 考試 —— 70% 實(shí)驗(yàn) —— 20% 平時(shí) —— 10%1參考書目【1】《電路》 丘關(guān)源主編 高等教育出版社//配套輔導(dǎo)郭維林主編 中國建材工業(yè)出版社【2】《電子技術(shù)基礎(chǔ)?模擬部分》（第四版） 康華光主編 高等教育出版社【3】《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)解題指南》 康競新 清華大學(xué)出版社【4】《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第三版）童詩白華成英主編 高等教育出版社 2學(xué)習(xí)要點(diǎn)電流、電壓參考方向及功率計(jì)算常用電路元件的伏安特性基爾霍夫定律受控源第一章電路的基本概念3 一、教學(xué)內(nèi)容 1.1 電路和電路模型

1.2 電路的基本物理量

1.3 電功率和電能量

1.4 無源二端元件

1.5 有源二端元件

1.6 受控源

1.7 基爾霍夫定律

二、基本要求 1.了解電流、電壓、電位、電功率的概念 2.理解電壓源、電流源及其等效變換 3.掌握基爾霍夫定律41.1電路和電路模型圖1.1-1手電筒電路電源負(fù)載導(dǎo)線SUSRSRL+_集總參數(shù)元件？L<<λ（P2）5

電路分析的主要任務(wù)：在于解得電路物理量，其中最基本的電路物理量就是電流、電壓和功率。1.2電路基本物理量為了某種需要而由電源、導(dǎo)線、開關(guān)和負(fù)載按一定方式組合起來的電流的通路稱為電路。電路的主要功能：一、進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。二、實(shí)現(xiàn)信號的傳遞、存儲(chǔ)和處理。61.2.1電流電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流的大小用電流強(qiáng)度表示，簡稱電流。電流強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電荷量。I：表示直流電流(DC)i：表示交流電流(AC)單位：安培(A)7電流的實(shí)際方向：正電荷運(yùn)動(dòng)方向。（電流的方向用一個(gè)箭頭表示）電流的參考方向：任意假設(shè)的電流方向。

如果求出的電流值為正，說明參考方向與實(shí)際方向一致，否則說明參考方向與實(shí)際方向相反。81.2.2電壓、電位電壓：電路中，單位正電荷由a點(diǎn)移至b點(diǎn)電場力所做的功。電位：電路中，單位正電荷由某點(diǎn)移至參考點(diǎn)電場力所做的功。電位差：電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓之差。9電壓的實(shí)際方向：由電位高處指向電位低處。電壓的參考方向：與電流方向的處理方法類似，可任選一方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较?。例?當(dāng)ua=3Vub=2V時(shí)u1=1V最后，求得的u為正值，說明電壓的實(shí)際方向與參考方向一致，否則說明兩者相反。u2=－1V10電路和電子電路圖的習(xí)慣畫法

討論電路中各點(diǎn)的電位時(shí)，必須先選定一個(gè)參考點(diǎn)，否則是無意義的。

實(shí)際電氣設(shè)備一般常有一個(gè)連接到機(jī)殼的電路公共端，工程上常以這個(gè)公共點(diǎn)為參考點(diǎn)，習(xí)慣上也稱該點(diǎn)為“接地點(diǎn)”，但實(shí)際上并不真正接地。11

對一個(gè)元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨(dú)立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向。注意：如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時(shí)標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。12在電路中，有的元件吸收電能，并將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，有的元件是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，即元件向電路提供電能。電功率：單位時(shí)間內(nèi)元件所吸收或發(fā)出的電能，在電路中，電功率簡稱為功率。1.3電功率和電能量單位：瓦特(W)P=UI（直流）13功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p=ui非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p=－uip＞0：吸收（消耗）功率p＜0：產(chǎn)生（提供）功率P＜0：吸收（消耗）功率p＞0：產(chǎn)生（提供）功率141度＝1千瓦小時(shí)(KW?h)常用國際單位詞頭皮納微毫千兆吉中文名稱

p

n

m

k

M

G符號

因數(shù)

當(dāng)p的單位為瓦(W)時(shí)，能量w的單位為焦耳，簡稱焦(J)。

電路（或元件）吸收的功率為p(t)，則從t0到t時(shí)刻這段電路（或元件）吸收的總能量為：15例1.3.1在下圖中，電流和各元件兩端電壓的正方向如圖中所示。今測得：I=-4A，U1=140V，U2=-80V，U3=60V。試說明電流和各電壓的實(shí)際方向。并計(jì)算各元件的功率，指明哪些元件是電源，哪些是負(fù)載。元件3的電流、電壓取非關(guān)聯(lián)參考方向，它的功率為，元件3吸收功率，也是負(fù)載。解:電流I和電壓U2的實(shí)際方向與圖示正方向相反，U1和U3的實(shí)際方向則與正方向相同。元件1的功率為：P1=U1I=140(4)=560W，元件1產(chǎn)生功率，是電源。元件2的功率：，元件2吸收功率，是負(fù)載。16電路基本元件常見的電路元件有電阻元件、電容元件、電感元件、電壓源、電流源。電路元件在電路中的作用或者說它的性質(zhì)是用其端鈕的電壓、電流關(guān)系即伏安關(guān)系（VAR）來決定的。17非線性電阻符號線性電阻符號

電阻的伏安特性

1.4 無源二端元件1．電阻元件：是一種消耗電能的元件。18伏安關(guān)系（歐姆定律）關(guān)聯(lián)方向時(shí)：u=Ri非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：u=－RiR單位:歐姆（Ω）另外，電導(dǎo)G=1/R，G單位：西門子（S）19在分析電路時(shí)，常會(huì)遇到所謂的“開路”與“短路”兩個(gè)名詞術(shù)語?！伴_路”：R=，不論u為何值，i總為零，其表達(dá)式為對任意

u或“短路”：R=0，不論i為何值，u總為零，其表達(dá)式為

對任意

i或“開路”與“短路”可看作兩個(gè)特殊的線性電阻元件。202．電感元件電感元件是實(shí)際線圈的理想化模型。線圈中有電流i流過時(shí)，將產(chǎn)生磁通（單位是韋伯(Wb))

，若磁通與線圈的N匝都交鏈，則磁通鏈=N

。磁通鏈與電流的比值為正實(shí)常數(shù)，稱為線圈的電感，或稱自感。電感的大小反映了線圈通電以后產(chǎn)生磁通鏈能力的強(qiáng)弱。

電感元件線圈L單位:亨利（Ｈ）21只有電感上的電流變化時(shí)，電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流通過，但u=０，相當(dāng)于短路，即電感具有阻交流作用。伏安關(guān)系用積分形式表示：或：22電壓電流關(guān)聯(lián)參考方向，電感電流0增到i時(shí)：1.對線性電感來說，感應(yīng)電壓的大小與電流的變化率成正比，而與該時(shí)刻的電流無關(guān)——電感是動(dòng)態(tài)元件。如果電流不隨時(shí)間變化（直流電流），則電壓為零，電感相當(dāng)于一根無電阻的短接導(dǎo)線（稱電感短路）。2.在任何時(shí)刻t，電感元件中的電流i(t)與初始值i(0)以及從0到t的所有電壓值有關(guān)——電感元件是一種“記憶元件”。233．電容元件電容元件由兩個(gè)互相絕緣的金屬極板所組成。在電容元件的兩端加電壓u，兩個(gè)極板上分別聚集起等量異號的電荷，所聚集的電荷q（單位庫侖）與所加電壓u之比稱為電容元件的電容，用C表示，即

或電容元件的符號

在電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，有即C單位:法拉（F）24伏安關(guān)系用積分形式表示：電容電壓0增到u：只有當(dāng)電容上的電壓變化時(shí)，電容兩端才有電流。在直流電路中，電容上即使有電壓，但i=０，相當(dāng)于開路，即電容具有隔直作用。:初始時(shí)刻電容上的電壓25練習(xí)（書P23）1.11.21.31.4261.5有源元件1.5.1．電壓源與電流源（1）伏安關(guān)系電壓源(恒壓源)：u=uS

電壓為us，由電源本身確定，與流過電壓源的電流無關(guān)；電壓源電流任意，由外電路確定。電流源(恒流源)：

i=iS

電流為is，由電源本身確定，與電流源兩端的電壓無關(guān)；電流源電壓任意，由外電路確定。27（2）特性曲線與符號電壓源電流源28解:根據(jù)電流源性質(zhì)，流出電流等于定值，所以電流源端電壓由外電路決定，所以例1.5.1計(jì)算下圖所示直流電路中，5Ω電阻的電壓U2和電流源的端電壓U1。291.5.2．電壓源與電流源的等效變換1.等效電壓源和等效電流源等效電壓源等效電流源

30312.實(shí)際電源模型及其等效變換實(shí)際電源的伏安特性：一個(gè)實(shí)際電源可用兩種電路模型表示:(1)電壓源Us和內(nèi)阻Ro串聯(lián);(2)電流源Is和內(nèi)阻Ro并聯(lián)。32注意：同一個(gè)實(shí)際電源的兩種模型對外電路等效，等效條件為：或且，兩種電源模型的內(nèi)阻相等33等效變換的注意事項(xiàng)“等效”是指“對外”等效（等效互換前后對外伏--安特性一致），對內(nèi)不等效。(1)IsaRS'bUab'I'RLaUS+-bIUabRSRLIS=US/RSRS′=RS34注意轉(zhuǎn)換前后US

與Is

的方向(2)aUS+-bIRSUS+-bIRSaISaRS'bI'aISRS'bI'35(3)恒壓源和恒流源不能等效互換abI'Uab'IsaUS+-bI(4)進(jìn)行電路計(jì)算時(shí)，恒壓源串電阻和恒流源并電阻兩者之間均可等效變換。RS和RS’

不一定是電源內(nèi)阻。36應(yīng)用舉例-+ISR1U1+-R3R2R5R4I=？U3已知：U1=12V，U3=16V，IS=3AR1=2，R2=4，R3=4，R4=4，R5=5。求解：I=？

37111RUI=333RUI=R1R3IsR2R5R4I3I1I-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U338(接上頁)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I39454RRRUUIdd++-=+RdUd+R4U4R5I--(接上頁)ISR5R4IR1//R2//R3I1+I3()()4432132131////////RIURRRRRRRIIUSdd==+=40-+IsR1U1+-R3R2R5R4I=？U3代入數(shù)值計(jì)算已知：U1=12V，U3=16V，R1=2，R2=4，R3=4，R4=4，R5=5，IS=3A解得：I=–0.2A(負(fù)號表示實(shí)際方向與假設(shè)方向相反)4110V+-2A2I討論題哪個(gè)答案對???42（1）概念受控源的電壓或電流受電路中另一部分的電壓或電流控制。（2）分類及表示方法VCVS

電壓控制電壓源VCCS

電壓控制電流源CCVS

電流控制電壓源CCCS

電流控制電流源1.6受控源(多端元件)43VCVSi1=0u2=u1CCVSu1=0u2=ri1VCCSi1=0i2=gu1CCCSu1=0i2=βi144受控源與獨(dú)立源的區(qū)別：獨(dú)立源：在電路中起著“激勵(lì)”的作用，因?yàn)橛辛怂拍茉陔娐分挟a(chǎn)生電流和電壓(響應(yīng))。受控源：它的電壓或電流是受電路中其他電壓或電流所控制的，當(dāng)這些控制電壓或電流為零時(shí)，受控源的電壓或電流也就為零。因此，它只是反映電路中某處的電壓或電流能控制另一處的電壓或電流這一現(xiàn)象而已，本身并不起“激勵(lì)”作用。

45對于端子而言，不是u1=0，就是i1=0，所以端的p=0，即既不吸收功率也不發(fā)出功率。端子若接有電阻負(fù)載，只要受控源不為零，電阻將獲得功率。如圖所示虛線框內(nèi)為VCVS，端接在獨(dú)立電壓源，端接電阻RL。

受控源的功率因?yàn)榇藭r(shí)端的電流i1=0，獨(dú)立源u1沒有功率輸出，所以電阻吸收的功率是由受控電壓源u1提供的。

46用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系,其中包括基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律兩個(gè)定律。名詞注釋：節(jié)點(diǎn)：三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：電路中每一個(gè)分支回路：電路中任一閉合路徑1.7基爾霍夫定律47支路：共3條回路：共3個(gè)節(jié)點(diǎn)：a、b(共2個(gè)）例#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU148I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-例支路：共？條回路：共？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共？個(gè)6條4個(gè)獨(dú)立回路：？個(gè)3個(gè)有幾個(gè)網(wǎng)眼就有幾個(gè)獨(dú)立回路7個(gè)49

表述一：對任何節(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于由節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。表述二：在任一瞬間，一個(gè)節(jié)點(diǎn)上電流的代數(shù)和為0。I1I2I3I4基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性I=0即：例：或：流入為正流出為負(fù)1.7.1基爾霍夫電流定律（KCL）50電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。例I1+I2=I3例I=0基爾霍夫電流定律的擴(kuò)展I=?I1I2I3U2U3U1+_RR1R+_+_R廣義節(jié)點(diǎn)51表述一：對電路中任一回路，沿任意循行方向轉(zhuǎn)一周，其電位降等于電位升。表述二：電壓的代數(shù)和為0。對回路#1

13311URIRI=+電位降電位升即：#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1對回路#2：

#223322URIRI=+電位升電位降#3電位降為正電位升為負(fù)1.7.2基爾霍夫電壓定律（KVL）對回路#3：

12211URIRI=++U