電路第三次課

實(shí)驗(yàn)安排時(shí)間：07-1：周三

7、8節(jié)第6、7、8、10、12、14、15、17、18周07-2：周四1、2節(jié)第6、7、9、11、13、14、16、17、18周07-3：周四5、6節(jié)第6、7、8、10、12、14、15、17、18周07-4：周五1、2節(jié)第6、7、8、10、12、14、15、17、18周

地點(diǎn)：自動(dòng)化系館南樓319、322房間（其中第14、17周在南樓128房間）能耗現(xiàn)象電場(chǎng)現(xiàn)象磁場(chǎng)現(xiàn)象元件符號(hào)定義式物理含義VCR儲(chǔ)能RCLR、L、C元件的定義及伏安關(guān)系（VCR）0§1-6

電壓源和電流源電池穩(wěn)壓電源一、電壓源（Voltagesource）+

usUs電壓源的電路符號(hào)電壓源的伏安特性曲線us(t)i0u1、定義：如果一個(gè)二端元件接到任一電路后，其兩端的電壓us(t)總能保持規(guī)定值，與通過它的電流大小無(wú)關(guān)，則該二端元件就稱為電壓源。一、電壓源（Voltagesource）討論：（1）電壓源兩端的電壓與外電路無(wú)關(guān)，而通過它的電流的大小和方向，則需要電壓源和外電路共同確定。（2）電壓源的電壓、電流習(xí)慣上采用非關(guān)聯(lián)參考方向。在這種情況下，p=ui

代表電壓源向外電路提供的功率。（3）理想電壓源在實(shí)際中不存在。uS+_i(1)開路

i=0u=uS(2)短路實(shí)際電壓源允許短路？二、電流源（Idealcurrentsources）實(shí)際電流源電流源的電路符號(hào)is電流源的伏安關(guān)系is(t)i0u1、定義：如果一個(gè)二端元件接到任一電路后，該元件能夠?qū)ν怆娐诽峁┮?guī)定的電流is(t)，不論其端電壓的大小如何，則該元件就稱為電流源。二、電流源（Idealcurrentsources）討論：

（2）電流源的電壓、電流習(xí)慣上也采用非關(guān)聯(lián)參考方向。在這種情況下，p=ui

代表電流源向外電路提供的功率。

（3）理想電壓源在實(shí)際中不存在。

（1）電流源向外電路提供的電流由電流源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)，電流源兩端電壓的大小和方向，則需要電流源和外電路共同確定。(2)開路實(shí)際電流源允許開路？(1)短路：i=iS

，u=0

iSiu+_電壓源中的電流如何決定？電流源兩端的電壓等于多少？思考題解題原則：Is不能變，US也不能變。電壓源中的電流：I=IS電流源兩端的電壓：IUab=?_+RUS

abIs電壓源與電流源比較電壓源電流源不變量變化量Us+_abIUabUab=Us

（常數(shù)）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對(duì)Uab

無(wú)影響。IabUabIsI=Is

（常數(shù)）I

的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對(duì)I

無(wú)影響。輸出電流I

可變-----

I

的大小、方向均由外電路決定端電壓Uab

可變-----Uab

的大小、方向均由外電路決定§1-7

受控電源(Controlledsources)兩類電源：獨(dú)立電源（Independentsource）：能夠獨(dú)立地向外電路提供能量，也稱為激勵(lì)（或輸入）。非獨(dú)立電源（Dependentsource）：為分析有源元件（如晶體管、運(yùn)算放大器等）提出的電路模型。一、定義

受控源是一個(gè)具有兩條支路的四端元件，其輸出端口的電壓（或電流）受控于輸入端口的電壓（或電流）。電路符號(hào)：+–受控電壓源受控電流源u2=μu1，即u2受到u1的控制。u2=ri1，即u2受到i1的控制。又例：電流與電壓的轉(zhuǎn)換器放大器>μu1u2++

i1u2++

R例：電壓放大器二、分類根據(jù)控制量與被控量的不同，受控電源可分四類：電壓控制電壓源VCVS電壓控制電流源VCCS+

i2u1gu1電流控制電壓源CCVSi2i1

i1電流控制電流源CCCS++

μu1u1u2+

ri1i1u2獨(dú)立源與非獨(dú)立源的比較：(1)獨(dú)立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無(wú)關(guān)，而受控源的電壓(或電流)由控制量決定。

(2)獨(dú)立源在電路中起“激勵(lì)”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關(guān)系，在電路中不能作為“激勵(lì)”。

+

5i1i15Ω+

10V2Ωi2練習(xí)：1、求i2=?解：2、已知E、R1，求Uab=?解：E+Uab_R1I1rI1Uab=rI1E=rI1+I1R1=I1(R1+r)§1-8

基爾霍夫定律電路的基本規(guī)律包含兩類約束關(guān)系）：

其一，電路中的各種元件本身具有的約束關(guān)系——元件的伏安關(guān)系；

其二，電路的結(jié)構(gòu)整體所遵循的約束關(guān)系——

結(jié)構(gòu)約束。兩類約束是解決集總參數(shù)電路問題的基本依據(jù)。3．回路：由支路組成的閉合路徑。通常用l表示回路。b14325678acd一、幾個(gè)有關(guān)電路結(jié)構(gòu)的名詞1．支路：電路中通過同一電流的分支。通常用b表示支路數(shù)。一條支路可以是單個(gè)元件構(gòu)成，亦可以由多個(gè)元件串聯(lián)組成。2．結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的連接點(diǎn)。通常用n表示結(jié)點(diǎn)數(shù)。

4．網(wǎng)孔：對(duì)平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路。

二、基爾霍夫電流定律（Kirchhoff’scurrentlaw，KCL）表述一：

對(duì)于集總參數(shù)電路中的任意結(jié)點(diǎn)，在任意時(shí)刻流出或流入該結(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。即:

KCL描述的是電路中與結(jié)點(diǎn)相連的各支路電流間相互關(guān)系。對(duì)圖中結(jié)點(diǎn)列KCL方程，設(shè)流出結(jié)點(diǎn)的電流為“+”，有：-i1-i2

+

i3+i4

+i5=0或表示成

i3+i4

+i5=i1+i2

對(duì)于集總參數(shù)電路中的任意結(jié)點(diǎn)，在任意時(shí)刻流出該結(jié)點(diǎn)的電流之和等于流入該結(jié)點(diǎn)的電流之和，即：表述二：對(duì)b結(jié)點(diǎn)，列KCL方程：

i1+i2+（-2）-10=0，即

i2=9A說明：i1與i2的實(shí)際方向與參考方向相同。例1

應(yīng)用KCL求圖中的R1和R2上的電流。4A10A7A-2AR1abR2解：設(shè)電流參考方向如圖所示,設(shè)流出結(jié)點(diǎn)電流為“+”，則i2i17–4–i1=0即i1=3A對(duì)a結(jié)點(diǎn)，列KCL方程：CheckYourUnderstanding:－8V+4Ω2Ω8Ω1Ai1i2i3i4解：i4=-(8/8)=-1(A)－＋i2Ω

=8/2=4(A)對(duì)a點(diǎn)列KCL方程：i3+

i2Ω

=i4

i3

=

-5(A)對(duì)b點(diǎn)列KCL方程：1＋i2+i2Ω

=i4

i2

=-6(A)對(duì)c點(diǎn)列KCL方程：i1+

i4Ω

+1

=i3i1

=

-8(A)abci4Ω

=8/4=2(A)KCL的推廣應(yīng)用

事實(shí)上KCL不僅適用于電路中的結(jié)點(diǎn)，對(duì)電路中任意假設(shè)的閉合曲面它也是成立的。對(duì)圖中結(jié)點(diǎn)列KCL方程，設(shè)流出結(jié)點(diǎn)的電流為“+”，有：1結(jié)點(diǎn)i1+i4

+i6=02結(jié)點(diǎn)-i2–i4

+i5=03結(jié)點(diǎn)i3–i5

–i6=0三式聯(lián)立i1–i2

+i3=0表明：KCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個(gè)結(jié)點(diǎn)的任一閉合面，這里閉合面可看作廣義結(jié)點(diǎn)。I=0I=?E2E3E1+_RR1R+_+_R結(jié)論：電流只能在閉合的電路內(nèi)流通ICheckYourUnderstanding:FindthecurrentId=?Findthecurrenti3=?Id=Ia

-

Ib

-

Ic=1-2-3=-4(A)i3=-i2-i1=-2t-10sint(A)（1）把KCL應(yīng)用到某一結(jié)點(diǎn)時(shí)，首先要指定流向該結(jié)點(diǎn)的各支路電流的參考方向。（流入or流出？）（2）還要考慮各支路電流自身的正負(fù)號(hào)。（3）KCL的應(yīng)用與電路元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)。（4）KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)點(diǎn)處的反映；由KCL的分析可知：三、基爾霍夫電壓定律（Kirchhoff’svoltagelaw，KVL）對(duì)于集總參數(shù)電路，在任意時(shí)刻，沿任意閉合路徑繞行，各段電路電壓的代數(shù)和恒等于零。即:

KVL描述的是回路中各支路（或各元件）電壓之間的關(guān)系。+u1

+u2

+u3

+u4

+u5

+-uSⅠⅡⅢ例：取順時(shí)針繞行回路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ?；芈发瘢簎1

u3

u2=0回路Ⅱ：u2+

us

u4=0回路Ⅲ：u3+

u5

us=0設(shè)支路電壓的參考方向與繞行方向相同時(shí)取正，列KVL有：討論題求：I1、I2

、I3

能否很快說出結(jié)果？1

++--3V4V1

1

+-5VI1I2I3KVL的推廣應(yīng)用

KVL既可用于由導(dǎo)線連接起來(lái)的任何回路，也可以用于開口電路（即廣義回路）。6V

+

4V2V+3V

++

+

+5V2Vabcdef例:

求圖示電路中的ucd解：在圖示電路中，對(duì)廣義回路bcdeb應(yīng)用KVL，取順時(shí)針方向。ubc+ucd+ude+ueb=0所以u(píng)cd

-2-5-4=0即：

ucd=11V已知：U1=10V，R1=2Ω，R2=4ΩR3=5ΩUs2=4V，Us3=20V求：cd兩點(diǎn)間的開路電壓Ucd。+

Us3I1U1UcdUs2abcdefR1R2R3解：因cd開路，Us3和R3中無(wú)電流通過，僅aefba回路中有電流，設(shè)其參考方向如圖。由KVL有－U1+

I1R1+I1R2+Us2=0

由此求出例1－6：

電路如圖所示+

Us3I1U1UcdUs2abcdefR1R2R3將KVL應(yīng)用于回路cdfec，參考方向如圖，有

Ucd

+Udf

-Us2-

I1R2

+Us3=0得Ucd=Us2

-Us3

+I1R2=4-20+4=-12V其中由于R3中無(wú)電流，Udf

=0，即d、f兩點(diǎn)電位相等。I1

=1A（1）把KVL應(yīng)用到某一回路時(shí)，首先要指定該回路的饒行參考方向。（順時(shí)針or逆時(shí)針？）（2）還要考慮回路所含元件上電壓的正負(fù)號(hào)。（3）KVL的應(yīng)用與電路元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)。（4）KVL是能量守恒在電路中的反映；由KVL的分析可知：例1－7

電路如圖所示+

+

+5VU00.1A0.1A2V10

20

10

10

5

abcd求：Uac、Uad和U0

Ucd

=5+10×0.1=6V;Uad

=Uac

+Ucd

=15V

對(duì)中間回路應(yīng)用KVL，逆時(shí)針方向。

20×0.2+10×0.2+2+5×0.1+U0=0則U0=-8.5VI20

Icd對(duì)結(jié)點(diǎn)b列KCL方程：I20

=0.1+0.1=0.2A對(duì)bc回路列廣義KVL方程：

Ubc=20×0.2+10×0.2+2=8V

Uac=Uab+Ubc=9V∵中間回路可視為廣義結(jié)點(diǎn)∴Icd=0.1A解：Uab=0.1×10=1V例1－8R1=1

，R2=2

，R3=3

，E3=3V，I3=3A，求I1、I2與兩電源的功率。解：對(duì)右邊回路列KVL方程，順時(shí)針方向：

-R2I2+E3+R3I3=0R2I2=E3+R3I3=3+3×3=12VI2=12/2=6A；對(duì)結(jié)點(diǎn)a列KCL方