电路原理基础知识

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1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)1、概念：、概念： 电路电路-是电流的通路，是为了某种需要由某些电是电流的通路，是为了某种需要由某些电工设备或元件（电气器件）按一定的方式组合起来的。工设备或元件（电气器件）按一定的方式组合起来的。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成电源电源(source)：提供能量或信号：提供能量或信号.负载负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或：将电能转化为其它形式的能量，或对对 信号进行处理信号进行处理.导线导线(line)、开关开关（swit

2、ch)等：将电源与负载接成等：将电源与负载接成通路通路.2 2、作用、作用：电池电池灯泡灯泡2.2.3 3、结构：、结构：电电 池池灯泡灯泡 电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置 负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用4 4、电路模型：、电路模型：r+roe-手电筒的电路模型手电筒的电路模型灯灯泡泡开关开关电电池池导线导线s 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路

3、中的器件，从而构成与实际电其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。路相对应的电路模型。1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 （2 2）、）、表示方法表示方法abir电流：电流：uab 双下标双下标电压：电压：+正负号正负号abui（1 1）、概念：概念：+_u+earb 在分析计算电路时，在分析计算电路时，对电量对电量任意假定任意假定的方向的方向。箭标箭标iab 双下标双下标参考方向参考方向箭标箭标实际方向与参考方向一致，电流实际方向与参考方向一致，电流(或电压或电压)值为正；值为正；实际方向与参考方向相反，电流实际方向与参考方向相反，电流(或电压

4、或电压)值为负。值为负。(3)(3)、实际方向与参考方向的关系、实际方向与参考方向的关系u当电压的参考方向指定后，指定电流从标以电压参当电压的参考方向指定后，指定电流从标以电压参考方向的考方向的“+”极性端流入，并从标极性端流入，并从标“”端流出，端流出，即电流的参考方向与电压的参考方向一致，也称电即电流的参考方向与电压的参考方向一致，也称电流和电压为关联参考方向流和电压为关联参考方向。反之为非关联参考方向。反之为非关联参考方向。(4)(4)、关联参考方向关联参考方向：i+-ru固定固定电阻电阻 可变二可变二端电阻端电阻 三端三端电阻电阻 可变可变电阻电阻 实际电阻器示例 实际电阻器示例 1.

5、4 1.4 电阻元件电阻元件u电阻电阻是一种将电能不可逆地转化为其它形式能量（是一种将电能不可逆地转化为其它形式能量（如热能、机械能、光能等）的元件。如热能、机械能、光能等）的元件。1. 符号符号r2. 欧姆定律欧姆定律 (ohms law)(1) 电压与电流的参考方向设定为一致的方向电压与电流的参考方向设定为一致的方向riu+u r ir 称为电阻，称为电阻，电阻的单位：电阻的单位： (欧欧) (ohm，欧姆，欧姆) 伏安特性曲线伏安特性曲线: r tg 线性电阻线性电阻r是一个与电压和电流无关的常数是一个与电压和电流无关的常数。令令 g 1/rg称为电导称为电导则则 欧姆定律表示为欧姆定律

6、表示为 i g u .电导的单位：电导的单位： s (西西) (siemens，西门子，西门子) uio电阻元件的伏安特性为电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线一条过原点的直线电压源电压源直流电直流电压源压源 输出电压可调输出电压可调的直流电压源的直流电压源 交流电交流电压源压源 按任意规律变按任意规律变化的电压源化的电压源 电池示例电池示例 稳压电源示例稳压电源示例 1.7 电压源和电流源电压源和电流源1、理想电压源：、理想电压源： 电源两端电压为电源两端电压为us，其值与流过它的电流，其值与流过它的电流 i 无关。无关。(2) 特点：特点：(b) 电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；

7、电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；(c) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。通过它的电流是任意的，由外电路决定。直流：直流：us为常数为常数交流：交流： us是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 us=umsin t(1)电路符号电路符号us+_(a) 内阻内阻r0 0(3). 伏安特伏安特性性us 若若us = us ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电，即直流电源，则其伏安特性为平行于电流轴的直线，反映电压与流轴的直线，反映电压与 电源中的电流无关。电源中的电流无关。 us+_iu+_uio(4). 理想电压源的开路与短理想电压源的开路与短路路us+_iu+_r(a) 开路：

8、开路：r，i=0，u=us。(b) 短路：短路：r=0，i ，理想电源，理想电源出现病态，因此理想电压源不出现病态，因此理想电压源不允许短路。允许短路。* 实际电压源也不允许短路。因其实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。可能烧毁电源。us+_iu+_rusuiou=usri实际电压源实际电压源2、理想电流源理想电流源：电源输出电流为电源输出电流为is，其值与此电源的端电压，其值与此电源的端电压 u 无关。无关。(2) 特点：特点：(b) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(c) 电源两端电压电源

9、两端电压是任意的，由外电路决定。是任意的，由外电路决定。直流：直流：is为常数为常数交流：交流： is是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 is=imsin t(1) 电路符号电路符号is+_u（a） ro (3) 伏安特性伏安特性is(a) 若若is= is ，即直流电源，则其伏安特性为平行，即直流电源，则其伏安特性为平行于电压轴的直线，反映电流与端电压无关于电压轴的直线，反映电流与端电压无关. (b) 若若is为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是这样是这样. . 电流为零的电流源，伏安曲线与电流为零的电流源，伏安曲线与u轴轴重合重合,相当于开路元件

10、相当于开路元件. .uioisiu+_(4) 理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路r(b) 开路：开路：r，i= is ，u 。若强迫断开电流源回路，电路若强迫断开电流源回路，电路模型为病态，模型为病态，理想电流源不允理想电流源不允许开路。许开路。(a) 短路：短路：r=0， i= is ，u=0 ，电，电流源被短路。流源被短路。isiu+_受控源的物理本质受控源的物理本质 和电阻、电容、电感、独立源等一样，受控源也是一种理想元件，是对某种物理现象的模拟与抽象。在现实中可以找到电阻、电容、电感、电源等元件的原型，而 现实中并不存在一种特定的电器件称作“受控电源”，它是某些电器件、电子元

11、件在特定情况下工它是某些电器件、电子元件在特定情况下工作状态的一种等效。作状态的一种等效。1.9 受控电源受控电源 (非独立源非独立源)(controlled source or dependent source)晶体三极管 如图，晶体三极管工作于交流小信号放大状态时，近似地有： ube=rbeib ic= ibicbceibubeuce 该受控源模型为电流控制电流源cccs,其中所有的电压、电流、参数均为交流量。ibicibrbe因此可以等效成以下模型：1. 定义定义：电压源电压或电流源电流不是给定的时电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压间函数，而是受电路中某

12、个支路的电压(或电流或电流)的控制。的控制。2. 电路符号电路符号+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源(a) 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( current controlled current source ) : : 电流放大倍数电流放大倍数r : 转移电阻转移电阻 u1=0i2= i1 u1=0u2=ri1cccs i1+_u2i2+_u1i13. 分类：分类：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 ，受控源可分，受控源可分为四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；为四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受

13、控电流源表示。当被控制量是电流时，用受控电流源表示。(b) 电流控制的电压源电流控制的电压源 ( current controlled voltage source )+_u1i1+_u2i2ccvs+_+_u1i1r i1+_u2i2ccvs+_例例: :直流发电机直流发电机例例: :晶体三极管晶体三极管g: 转移电导转移电导 :电压放大倍数电压放大倍数 i1=0i2=gu1 i1=0u2= u1vccsgu1+_u2i2+_u1i1(c) 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( voltage controlled current source )+_u1i1 u1+_u2i2vcvs+_(

14、d) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( voltage controlled voltage source )例例: :电子三极管电子三极管例例: :场效应管场效应管1.10 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 ( kirchhoffs laws )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(kirchhoffs current lawkcl )和基尔霍夫电和基尔霍夫电压定律压定律(kirchhoffs voltage lawkvl )。它反映。它反映了电路中所有支路电压和电流的约束关系，基尔了电路中所有支路电压和电流

15、的约束关系，基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。1 、 几个名词：几个名词：(定义定义)(1). 支路支路 (branch)：电路中通过同一电流的每个分支。：电路中通过同一电流的每个分支。 (b)(2). 节点节点 (node): 三条或三条以上支路的连接点称为节点。三条或三条以上支路的连接点称为节点。( n )(3). 回路回路(loop)：由支路组成的闭合路径。：由支路组成的闭合路径。( l )b=3(4). 网孔网孔(mesh)：对：对平面电路平面电路，每个网眼即为网孔。网孔是回，每个网眼即为网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。路，但回路

16、不一定是网孔。123ab+_r1us1+_us2r2r3l=3n=2123例：例：支路：支路：ab、bc、ca （共（共6条）条）回路：回路：abd、abcd （共（共7 个）个）结点结点：a、 b、c、d (共共4个）个）bi6e5e6_+r6r3+r5r4r1r2acdi1i2i4i3i5-网孔：网孔：abd、bcd （共（共3 个）个）2、基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (kcl)：在任一时刻，流出在任一时刻，流出(流入流入)任一节点任一节点的各支路电流的代数和为零。的各支路电流的代数和为零。 即即物理基础物理基础:电荷守恒，电流连续性。电荷守恒，电流连续性。i4i2i1i30 (t)

17、i令流出为令流出为“+”(支路电流背离节点支路电流背离节点)i1+i2i3+i4=0i1+i3=i2+i4 出出入入即即ii 7a4ai110a-12ai2i1+i210(12)=0 i2=1a 例例: 47i1= 0 i1= 3a (1) 电流实际方向和参考方向之间关系；电流实际方向和参考方向之间关系；(2) 流入流入 、流出节点。、流出节点。kcl可推广到一个可推广到一个封闭面封闭面：两种符号两种符号:？广义结点广义结点i =?i = 0_re2e3e1+_rr1r+_+i0cbaiiibiaici0)( tu首先考虑（选定一个首先考虑（选定一个)绕行方向绕行方向:顺时针或逆时针顺时针或逆

18、时针.r1i1us1+r2i2r3i3+r4i4+us4=0r1i1+r2i2r3i3+r4i4=us1us4例例:0u顺时针方向绕行顺时针方向绕行:3、基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电压定律 (kvl)：在任一时刻，在任一时刻，沿任一闭合路径沿任一闭合路径( 按固定绕向按固定绕向 )， 各支路电压的代数和为零各支路电压的代数和为零。 即即电阻压降电阻压降电源压升电源压升 s uur即即-u1-us1+u2-u3+u4+us4=0-u1+u2-u3+u4= us1 -us4 i1+us1r1i4_+us4r4i3r3r2i2_图示电路：求图示电路：求u和和i。1a3a2a3v2v3 ui例例1u1解：解：3+1-2+i=0，i= -2（a）u1=3i= -6（v）u+u1+3-2=0，u=5（v）例例210v5 5 i1i2ii2s求下图电路开关求下图电路开关s打开和闭合时的打开和闭合时的i1和和i2。s打开：打开：i1=0i2=1.5(a)i2=i+2i5i+5i2=10s闭合：闭合：i2=0i1=i+2ii=10/5=2i1=6(a)例例4： 图示