第五版电路基础知识学习

1、第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 电路和电路模型电路和电路模型 1-1电阻元件电阻元件1-5 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 1-2电压源和电流源电压源和电流源1-6 电功率和能量电功率和能量 1-3受控电源受控电源1-7 电路元件电路元件 1-4基尔霍夫定律基尔霍夫定律1-8 首首 页页 本章重点本章重点 1. 1. 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向 3. 3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 l 重点：重点： 2. 2. 电阻元件和电源元件的特性电阻元件和电源元件的特性 返 回 1-1 1-1 电路和电路模型电路和电路模型 1.1.实际电路实际电路 功能功能(

2、a) 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换； (b) 信息的传递、控制与处理。信息的传递、控制与处理。 建立在同一电路理论基础上。建立在同一电路理论基础上。 由电路部件和电路器件按预期由电路部件和电路器件按预期 目的连接构成的电流的通路。目的连接构成的电流的通路。 下 页上 页 共性共性 返 回 l一些新名词一些新名词 (a) 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换； (b) 信息的传递、控制与处理。信息的传递、控制与处理。 建立在同一电路理论基础上。建立在同一电路理论基础上。 电源、激励源、激励、输入；负载；电源、激励源、激励、输入；负载； 响应、输出；电路、网络。响应、输

3、出；电路、网络。 L R s U 反映实际电路部件的主要电磁反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。性质的理想电路元件及其组合。 2. 2. 电路模型电路模型 s R 10 BA SE -T w all pl ate 导线导线 电池电池 开关开关 白炽灯白炽灯 电路图电路图 l理想电路元件理想电路元件 有某种确定的电磁性能的理想有某种确定的电磁性能的理想 元件。元件。 l电路模型电路模型 下 页上 页返 回 5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件： 电阻元件：表示消耗电能的元件。电阻元件：表示消耗电能的元件。 电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件。电感元件：表示产生

4、磁场，储存磁场能量的元件。 电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。 电压源和电流源：表示将其他形式的能量转变成电压源和电流源：表示将其他形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。 5种基本理想电路元件有三个特征：种基本理想电路元件有三个特征： （ （a a）只有两个端子； 只有两个端子； （ （b b）可以用电压或电流按数学方式描述； 可以用电压或电流按数学方式描述； （c c）不能被分解为其他元件。 不能被分解为其他元件。 下 页上 页 注意 返 回 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一 定条件

5、下可用同一电路模型表示。定条件下可用同一电路模型表示。 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路 模型可以有不同的形式。模型可以有不同的形式。 下 页上 页 例例电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型 注意 返 回 1-2 1-2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁 链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要 关心的物理量是电流、电压和功率。关心的物理量是电流、电压和功率。 1.1.电流的参考方向电流的参考方向 t q

6、t q ti t d d lim)( 0 def l电流电流 l电流强度电流强度 带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动 单位时间内通过导体横截面的电荷单位时间内通过导体横截面的电荷 下 页上 页返 回 l方向方向 规定正电荷的规定正电荷的 运动方向为电流的实际运动方向为电流的实际 方向方向 l单位单位 1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A A（安（安培培）、）、 kA、mA、A 元件元件( (导线导线) )中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能: : 实际方向实际方向 A B 实际方向实际方向 A B 对于复杂电路或电路中的电流随时间变

7、化对于复杂电路或电路中的电流随时间变化 时，电流的实际方向往往很难事先判断。时，电流的实际方向往往很难事先判断。 下 页上 页 问题 返 回 l参考方向参考方向 大小大小 方向方向( (正负）正负） 电流电流( (代数量代数量) ) 任意假定一个正电荷运动的方任意假定一个正电荷运动的方 向即为电流的参考方向。向即为电流的参考方向。 i 0i 0 参考方向参考方向 u + 参考方向参考方向 u + 0 吸收正功率吸收正功率 ( (实际吸收实际吸收) ) p0 发出正功率发出正功率 ( (实际发出实际发出) ) p 0 0 u i 从从 t0 到到 t 电阻吸收的能量：电阻吸收的能量： t t t

8、 t R uipW 00 dd 4.4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路 l 能量能量 l 短路短路 0 0ui 0 R G或或 l 开路开路 0 0ui 0R G 或或 u i 下 页上 页 R i u + u + i O O 返 回 下 页上 页 实际电阻器实际电阻器 返 回 1-6 1-6 电压源和电流源电压源和电流源 l电路符号电路符号 抽象的电路模型，二端有源元件抽象的电路模型，二端有源元件 1.1.理想电压源理想电压源/ / l定义定义 下 页上 页 其两端电压总能保持定值或一定其两端电压总能保持定值或一定 的时间函数，其值与流过它的电的时间函数，其值与流过它的电 流流 i 无关的

9、元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。 S u + _ 返 回 电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关； 与流经它的电流方向、大小无关。与流经它的电流方向、大小无关。 通过电压源的电流由电源及通过电压源的电流由电源及 外电路共同决定。外电路共同决定。 l理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系 u i S u 直流电压直流电压 源的伏安源的伏安 特性曲线特性曲线 下 页上 页 例例 R i - + S u 外电路外电路 R u i S 电压源不能短路！电压源不能短路！ O 返 回 + _ i u + _ S u l电压源的功率电压源的

10、功率 电压、电流参考方向非关联。电压、电流参考方向非关联。 iup S 电流（正电荷电流（正电荷 ）由低电）由低电 位向高电位移动，外力克服电场力作位向高电位移动，外力克服电场力作 功，电源发出功率。功，电源发出功率。 S 0 pu i发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用 物理意义：物理意义： 下 页上 页 + _ i u + _ S u 电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。 物理意义：物理意义： 电场力作功，电源吸收功率。电场力作功，电源吸收功率。 S 0 pu i吸收功率，充当负载。吸收功率，充当负载。 返 回 例例6-1计算图示电路各元件的功率。 计算图示电路各元件的功率

11、。 解解 V5V)510( R u A1A 5 5 R u i R 下 页上 页 W10W110 S10 iup V 发出发出 W5W15iup RR W5W15 S5 iup V 吸收吸收 吸收吸收 满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸） 返 回 5R i +_ R u + _ 10V5V - + 电压、电流参考方向如图所电压、电流参考方向如图所 示示 注意：注意：R是关联参考方向是关联参考方向 其输出电流总能保持定值或一定的其输出电流总能保持定值或一定的 时间函数，其值与它的两端电压时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想电流源。 l 电路符号电路符号 2.

12、2.理想电流源理想电流源 l 定义定义 u S i + _ 下 页上 页 l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系 电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无 关；与它两端电压的方向、大小无关。关；与它两端电压的方向、大小无关。 返 回 电流源两端的电压由电源及外电路共电流源两端的电压由电源及外电路共 同决定。同决定。 u i S i 直流电流源的直流电流源的 伏安特性曲线伏安特性曲线 下 页上 页 O例例 R u - + S i 外电路外电路 S Riu 电流源不能开路！电流源不能开路！ 返 回 可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极

13、可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极 电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电 子被激发产生一定值的电流等。子被激发产生一定值的电流等。 下 页上 页 实际电流源的产生：实际电流源的产生： l 电流源的功率电流源的功率 u + _ S i S uip 电压、电流的参考方向非关联。电压、电流的参考方向非关联。 发出功率，起电源作用。发出功率，起电源作用。 S 0pui 电压、电流的参考方向关联。电压、电流的参考方向关联。 u + _ S i 吸收功率，充当负载。吸收功率，充当负载。 S 0pui 返 回 例例6-2 计算图示电路各元件的功率。计算图示

14、电路各元件的功率。 解解 A2 S ii V5u 5VS 5 ( 2)W10Wpu i 吸收吸收（实际发出（实际发出10W） 发出（实际吸收发出（实际吸收10W） 满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸） 下 页上 页返 回 u 2A i+ _ 5V - + 实际电源实际电源 干电池 钮扣电池 1. 1. 干电池和钮扣电池（化学电源）干电池和钮扣电池（化学电源） 干电池电动势为干电池电动势为1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，其，仅取决于（糊状）化学材料，其 大小决定储存的能量，化学反应不可逆。大小决定储存的能量，化学反应不可逆。 钮扣电池电动势为钮扣电池电动势为1.35V，用固体化学材料制成，

15、化学反，用固体化学材料制成，化学反 应不可逆。应不可逆。 下 页上 页返 回 氢氧燃料电池示意图 2. 2. 燃料电池（化学电源）燃料电池（化学电源） 燃料电池电动势为燃料电池电动势为1.23V。以氢、氧作为燃料。约。以氢、氧作为燃料。约40%45% 的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。 下 页上 页返 回 3. 3. 太阳能电池（光能电源）太阳能电池（光能电源） 一块太阳能电池电动势为一块太阳能电池电动势为0.6V。太阳光照射到。太阳光照射到PN结上，结上， 形成一个从形成一个从N区流向区流向P区的电流。约区的电流。约11%的光能转变为

16、电能，的光能转变为电能， 故常用太阳能电池板。故常用太阳能电池板。 一个一个50cm2太阳能电池的电动势为太阳能电池的电动势为0.6V,电流为电流为0.1A。 太阳能电池板太阳能电池板 下 页上 页返 回 蓄电池示意图 4. 4. 蓄电池（化学电源）蓄电池（化学电源） 电池电动势为电池电动势为2V。使用时，电池放电，当电解液浓度。使用时，电池放电，当电解液浓度 小于一定值时，电动势低于小于一定值时，电动势低于2V，常需要充电，化学反应可，常需要充电，化学反应可 逆。逆。 下 页上 页返 回 直流稳压源直流稳压源 下 页上 页返 回 发电机组发电机组 下 页上 页返 回 风力发电风力发电 下 页

17、上 页返 回 工业风力发电现场工业风力发电现场 下 页上 页返 回 1-7 1-7 受控电源受控电源( (非独立源非独立源) ) l 电路符号电路符号 受控电压源受控电压源 1.1.定义定义 受控电流源受控电流源 电压或电流的大小和方向不是给定的时间电压或电流的大小和方向不是给定的时间 函数，而是受电路中某处的电压函数，而是受电路中某处的电压(或电流或电流)控制的电控制的电 源，称为受控电源。源，称为受控电源。 下 页上 页返 回 + 四端元件四端元件 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u或电流或电流i，受控源，受控源 可分四种类型：电压控制电流源、电压控制电压源、可分四种类

18、型：电压控制电流源、电压控制电压源、 电流控制电流源、电流控用电压源。电流控制电流源、电流控用电压源。 2.2.分类分类 下 页上 页返 回 1 1）、电压控制的电压源）、电压控制的电压源 VCVS 12 uu : 电压放大倍数电压放大倍数 i1 u1 + _ u2 i2 _ u1 + _ 输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分 g: 转移电导转移电导 2 2）、电压控制的电流源）、电压控制的电流源 ( ( VCCS ) ) 12 gui gu1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + 下 页上 页返 回 3 3）、电流控制的电流源）、电流控制的电流源 ( CCCS ) :

19、: 电流放大倍数电流放大倍数 12 ii i1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + 4 4）、电流控制的电压源）、电流控制的电压源 ( ( CCVS ) ) 12 riu r : 转移电阻转移电阻 例例 bc ii 电路模型电路模型 ib icib 下 页上 页 ri1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + _ 返 回 b i c i 3.3.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较 独立源电压独立源电压( (或电流或电流) )由电源本身决定，与电由电源本身决定，与电 路中其他电压、电流无关，而受控源电压路中其他电压、电流无关，而受控源电压( (或或 电流电流) )由控制量决定。由控制量

20、决定。 独立源在电路中起独立源在电路中起“激励激励”作用，在电路中产作用，在电路中产 生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的 电压或电流对另一处的电压或电流对另一处的电压或电流电压或电流的控制关系的控制关系 ，在电路中不能作为，在电路中不能作为“激励激励”。可以看做电源。可以看做电源 进行处理，但注意其激励源是取决于控制量。进行处理，但注意其激励源是取决于控制量。 课本例题课本例题 P20P20 下 页上 页返 回 1-8 1-8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律 （KCL）和基尔霍夫电压定律和

21、基尔霍夫电压定律( KVL )。它反。它反 映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基 本规律，是分析集总参数电路的基本定律。本规律，是分析集总参数电路的基本定律。 基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的 基础。基础。 下 页上 页返 回 + _ R1 uS1 + _ uS2 R2 R3 1.1.几个名词几个名词 元件的连接点称为结点。元件的连接点称为结点。 a n=4 b 支路支路 电路中每一个两端元件就称电路中每一个两端元件就称 为一条支路。为一条支路。 i3 i2 i1 结点结点 b=5 下 页上 页 或三条以上支路

22、的连接点称或三条以上支路的连接点称 为结点。为结点。 n=2 返 回 由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。 两结点间的一条通路。由支路两结点间的一条通路。由支路 构成。构成。 l=3 12 3 路径路径 回路回路 下 页上 页 + _ R1 uS1 + _ uS2 R2 R3 返 回 2.2.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL) 令流出为令流出为“+”， 流入为流入为“- -” 在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流 出该结点电流的代数和等于零。出该结点电流的代数和等于零。 m b ti 1 0)( 出入 ii 或或 流进的电流等于流出

23、流进的电流等于流出 的电流的电流 下 页上 页返 回 1 i 5 i 4 i 3 i 2 i 0 54321 iiiii 54321 iiiii 例例 0 641 iii 例例 写出各节点的写出各节点的KCL方程方程 0 542 iii 0 653 iii 三式相加得：三式相加得： 0 321 iii KCL可推广应用于电路中包围多个结点可推广应用于电路中包围多个结点 的任一闭合面。的任一闭合面。 5 i 6 i 4 i 1 i 3 i 2 i 表明 KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中是电荷守恒和电流连续性原理在电路中 任意结点处的反应。任意结点处的反应。 KCL是对结点处支路电流加的约束，与支路是对结点处支路电流加的约束，与支路 上接的是什么元件无关，与电路是线性还是上接的是什么元件无关，与电路是线性还是 非线性