中南大學(xué)電路與模擬電子技術(shù)課件(計(jì)算機(jī)類專用)-第1章-電路模型與電路定律

第1章電路模型與電路定律第1章電路的基本元件和電路定律重點(diǎn)內(nèi)容1.電流和電壓的參考方向；2.基爾霍夫定律：基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。注意：電路分析中，電流和電壓全部是針對它們的參考方向來進(jìn)行考慮。1第1章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1.1電路和電路模型1.2電路主要物理量和參考方向1.6基爾霍夫定律1.3電阻元件1.4獨(dú)立電源：電壓源和電流源1.5受控源1.7電位的計(jì)算21.1電路和電路模型11.1電路和電路模型一、電路的作用1.實(shí)現(xiàn)能量的傳輸與轉(zhuǎn)換（白熾燈照明電路、電力系統(tǒng)等）2.進(jìn)行信號的傳遞與處理（擴(kuò)音機(jī)電路）3.進(jìn)行信息的存儲（計(jì)算機(jī)的存儲器電路）二、電路的組成與模型1.電路的組成：電路由三個(gè)部分組成，即電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)。電路是電流的電路，是根據(jù)特定需要，由相應(yīng)的電工設(shè)備或電器元件按一定的方式連接而成。3實(shí)際電路是由電氣器件相互聯(lián)接而構(gòu)成的電流的通路。如手電筒電路：

電源是產(chǎn)生電能和電信號的裝置。負(fù)載是取用電能并將其轉(zhuǎn)換為其他形式能量的裝置。中間環(huán)節(jié)是傳輸、控制電能或信號的部分。41.10基爾霍夫定律2、電路模型（1）電路模型的特點(diǎn)；1、每一種電路模型所反映的物理性質(zhì)可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式精確地描述；2、任何一個(gè)實(shí)際器件中所發(fā)生的物理現(xiàn)象都可以用各種電路模型的適當(dāng)組合來表示。

（2）理想電路元件

電氣設(shè)備的種類很多，即便是很簡單的實(shí)際器件，在工作時(shí)所發(fā)生的物理現(xiàn)象也往往是很復(fù)雜的。如繞線電阻有源元件：獨(dú)立電源（電壓源、電流源）；受控源 （壓控流源、壓控壓源、流控流源、流控壓源）無源元件：電阻、電容、電感、理想變壓器等；51.1電路和電路模型31.1電路和電路模型

三、電路分析的目的

由理想元件代替實(shí)際電路器件組成的電路叫電路模型。

給定電路結(jié)構(gòu)及電路參數(shù)，求各部分的電壓、電流以及在電壓電流基礎(chǔ)上對電路中功率的計(jì)算。1.1電路和電路模型61.2電流和電壓的參考方向11.2電路主要物理量和參考方向（1）一、電流和電流的參考方向

<二>電流的參考方向

<1>用箭頭表示，如右圖；如iAB

=2A，說明參考方向與實(shí)際方向一致；

<一>電流（又叫電流強(qiáng)度）單位時(shí)間內(nèi)通過的電量，即：正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向。

<2>用雙下標(biāo)表示，如iABiAB

=-2A，說明參考方向與實(shí)際方向相反。71.2電流和電壓的參考方向21.2電路主要物理量和參考方向（2）二、電壓和電壓的參考方向

<二>電壓的參考方向

<1>用箭頭表示；如uAB

=2V，說明參考方向與實(shí)際方向一致；

電壓的實(shí)際方向：高電位指向低電位。

<一>電壓單位正電荷在電場力的作用下從A點(diǎn)到B點(diǎn)電場力所做的功為AB兩點(diǎn)之間的電壓，即：

uAB

=-2V，說明參考方向與實(shí)際方向相反。<2>用雙下標(biāo)，如uAB；<3>用正負(fù)符號。81.2電流和電壓的參考方向31.2電路主要物理量和參考方向（3）<三>、關(guān)聯(lián)參考方向注意：在電路分析中，沒有特別說明，電壓和電流一般為關(guān)聯(lián)參考方向。

在電路分析中，對一個(gè)元件既要假設(shè)通過它的電流參考方向，又要假設(shè)該元件兩端電壓的參考極性，兩個(gè)都可任意假定，而且獨(dú)立無關(guān)。當(dāng)電壓和電流的參考方向一致時(shí)，稱電壓和電流為關(guān)聯(lián)參考方向；相反，當(dāng)電壓和電流的參考方向相反時(shí)，稱電壓和電流為非關(guān)聯(lián)參考方向。91.3電功率和能量1三、能量電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），則能量單位為焦耳（J）。

根據(jù)電壓定律，從t0到t的時(shí)間內(nèi)元件吸收的能量W求得為：1.2電路主要物理量和參考方向（4）101.3電功率和能量2四、功率電壓單位為伏特（V），電流單位為安培（A），則功率單位為瓦特（W）。<一>在電壓和電流為關(guān)聯(lián)參考方向下功率是單位時(shí)間內(nèi)所做的功，即：乘積“ui”表示元件吸收功率，即：p>0，表示該元件吸收功率；p<0，表示該元件發(fā)出功率。1.2電路主要物理量和參考方向（5）111.3電功率和能量3

<二>在電壓和電流為非關(guān)聯(lián)參考方向下u=3VP負(fù)載=3V*2A=6W（吸收功率）P電源=3V*2A=6W（發(fā)出功率）u=-3VP負(fù)載=-3V*2A=-6W（吸收功率）

乘積“ui”表示元件發(fā)出功率，即：p>0，表示該元件發(fā)出功率；p<0，表示該元件吸收功率。121.5電阻元件11.3電阻元件（1）一、線性電阻（簡稱電阻）根據(jù)歐姆定律：電壓單位為伏特，電流單位為安培，則電阻R單位為歐姆（W）。G為電導(dǎo)，單位為西門子（S）。歐姆定律在非關(guān)聯(lián)參考方向情況下電阻符號為：131.5電阻元件21.3電阻元件（2）二、電阻消耗的功率

電阻一般把吸收的電能轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉。電阻消耗的功率根據(jù)電壓和電流是否關(guān)聯(lián)進(jìn)行定義。<一>在關(guān)聯(lián)參考方向下

p=ui=i2R>0，吸收電能，說明電阻是一個(gè)無源元件。<二>在非關(guān)聯(lián)參考方向下

p=ui=-i2R<0，吸收電能，同樣說明電阻是一個(gè)無源元件。141.5電阻元件31.3電阻元件（3）三、伏—安特性

電阻以電壓為縱或橫坐標(biāo)，電流為橫或縱坐標(biāo)，畫出的電壓和電流的關(guān)系曲線叫該元件的伏—安特性。151.5電阻元件41.3電阻元件（4）五、開路和短路的概念

無論電壓u為多大，i=0A，則電阻R相當(dāng)于無窮大，等效為開路。<一>開路無論電壓i為多大，u=0A，則電阻R相當(dāng)于零，等效為短路。<二>短路161.8電壓源和電流源11.4獨(dú)立電源：電壓源和電流源一、電壓源(1)

電壓源符號為：<一>電壓源的特點(diǎn)<1>電壓源兩端電壓與外接電路無關(guān)；<2>流過電壓源的電流與外電路有關(guān)。R不同，i不同。171.8電壓源和電流源3二、電流源(1)

電流源符號為：<一>電流源的特點(diǎn)<1>電流源電流與外接電路無關(guān)；<2>電流源兩端的電壓與外電路有關(guān)。R不同，u不同。1.4獨(dú)立電源：電壓源和電流源181.8電壓源和電流源5三、獨(dú)立電源

電壓源和電流源，它們不受外界電路的影響，作為電源或輸入信號時(shí)，在電路中起“激勵(lì)”作用，在電路中產(chǎn)生相應(yīng)的電流和電壓，這些電壓和電流便是“響應(yīng)”，而這類激勵(lì)叫獨(dú)立電源。1.4獨(dú)立電源：電壓源和電流源19支路——電路中沒有分支的一段電路。結(jié)點(diǎn)——電路中三條或三條以上支路的連接點(diǎn)?；芈贰梢粭l或一條以上的支路所組成的閉合電路。網(wǎng)孔——電路中的每一個(gè)網(wǎng)格，即未被其他支路分割的最簡單回路。1.5基爾霍夫定律（1）201.10基爾霍夫定律3一、基爾霍夫電流定律（KCL）<一>定律內(nèi)容在任何時(shí)刻，對任一結(jié)點(diǎn)，所有流出結(jié)點(diǎn)的支路電流的代數(shù)和恒等于零，即：對任一結(jié)點(diǎn)：（代數(shù)和）規(guī)定：流出結(jié)點(diǎn)的電流前面為“+”；流入結(jié)點(diǎn)的電流 前面為“-”。②流入和流出都是相對于參考方向而言。211.10基爾霍夫定律41.5基爾霍夫定律（2）<二>KCL的推廣在任何時(shí)刻，通過任何一個(gè)閉合面（廣義結(jié)點(diǎn)）的電流代數(shù)和恒等于零。①③<三>KCL的實(shí)質(zhì)流入結(jié)點(diǎn)的電流等于流出結(jié)點(diǎn)的電流。②221.10基爾霍夫定律5例1：若I1=9A，I2=–2A，

I4=8A。求：I309I382（）KCL電流的參考方向與實(shí)際方向相反I1I2I3I4I1–I2+I3+I4=01.5基爾霍夫定律（3）231.10基爾霍夫定律61.5基爾霍夫定律（4）二、基爾霍夫電壓定律（KVL）

<一>定律內(nèi)容在任何時(shí)刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零，即：對任一回路：（代數(shù)和）規(guī)定：指定回路的繞行方向，支路電壓方向與回路繞行方向一致時(shí)，前面為“+”；反之，前面取“-”。注意：支路電壓方向也是相對于參考方向來講。例：支路（2346）構(gòu)成的回路1241.10基爾霍夫定律71.5基爾霍夫定律（5）<二>KVL的推廣在任何時(shí)刻，通過任何一個(gè)閉合結(jié)點(diǎn)序列，前后結(jié)點(diǎn)之間的全部電壓之和恒等于零。閉合結(jié)點(diǎn)序列：②③①①<三>KVL的實(shí)質(zhì)電壓與路徑無關(guān)。251.10基爾霍夫定律81.5基爾霍夫定律（6）例2：在下圖所示直流電路中，I=1A，求電阻R和電壓ux。①(1)（2）對結(jié)點(diǎn)①回路（1）：回路（2）：（3）②根據(jù)歐姆定律：②對結(jié)點(diǎn)回路（3）：i2261.6電位的計(jì)算電位：任選某一結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)（其電位為零，即零電位點(diǎn)），其它結(jié)點(diǎn)與此參考結(jié)點(diǎn)之間的電壓稱為結(jié)點(diǎn)電壓，簡稱為電位。電位的符號為：us1