第一章 电路分析基础课件

1、第 一章电路分析基础 1-1 电路的基本概念电路的基本概念一、电路的组成及作用一、电路的组成及作用 1 1、电路的概念、电路的概念 电路是由用电设备或元器件（称为负载）与供电电路是由用电设备或元器件（称为负载）与供电设备（称为电源）通过导线设备（称为电源）通过导线按一定方式联接起来按一定方式联接起来而构而构成的提供给成的提供给电电荷流动的通荷流动的通路路。 电路规模的大小可以相差很大，小到硅片上的集电路规模的大小可以相差很大，小到硅片上的集成电路，大到高低压输电网。成电路，大到高低压输电网。 电池电池灯灯泡泡导体导体开关开关IRUabE+_abK手电筒的实际电路手电筒的实际电路手电筒的电路模型

2、手电筒的电路模型2 2、电路模型、电路模型 在分析、研究电路时，并不注重电路中发电设备、用电设在分析、研究电路时，并不注重电路中发电设备、用电设备（或元器件）的实际结构，而是对电路中这些设备的物理特备（或元器件）的实际结构，而是对电路中这些设备的物理特性进行分析、并进行科学地抽象，利用一些具有理想特性的元性进行分析、并进行科学地抽象，利用一些具有理想特性的元件（理想元件）重构出来的电路，称为原电路的模型。为了分件（理想元件）重构出来的电路，称为原电路的模型。为了分析计算方便并且将理想元件用符号和字符（或数字）表达出来。析计算方便并且将理想元件用符号和字符（或数字）表达出来。(1)(1)建立电路

3、模型的优越性建立电路模型的优越性（2)怎样建立电路模型怎样建立电路模型RE+- K手电筒的电路模型手电筒的电路模型IRUabE+_abK 电路模型中构成电路的理想器件不再是千差万别的各种实际电路模型中构成电路的理想器件不再是千差万别的各种实际元器件，而是数量有限的理想元件，具有很好的规范性。有利元器件，而是数量有限的理想元件，具有很好的规范性。有利于设计、交流。于设计、交流。 电路模型中的理想元件反映了原电路中实际元器件工作的主电路模型中的理想元件反映了原电路中实际元器件工作的主要特性，并且这些特性是已经数学化了的，便于用数学方法进要特性，并且这些特性是已经数学化了的，便于用数学方法进行分析。

4、行分析。 把所有元器件的电路模型（即理想元把所有元器件的电路模型（即理想元件的符号）按照原电路结构连接起来，形件的符号）按照原电路结构连接起来，形成电路的模型；成电路的模型；对原电路中的每个实际元器件特性建立对原电路中的每个实际元器件特性建立数学模型，用理想元件的符号表示每个元数学模型，用理想元件的符号表示每个元器件的特性，构成元器件的电路模型；器件的特性，构成元器件的电路模型； 构成电路模型的理想元件数量应尽可能构成电路模型的理想元件数量应尽可能少，否则，电路模型将失去其存在的价值。少，否则，电路模型将失去其存在的价值。RC+ US只具耗能的电特性只具有储存电能的电特性输出电压恒定，输出电流

5、由它和负载共同决定输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定L只具有储存磁能的电特性IS无源二端元件 有源二端元件 理想电压源、理想电流源、电阻元件、电容元件、电感元件。理想电压源、理想电流源、电阻元件、电容元件、电感元件。（3）常用理想元件）常用理想元件3、电路的作用及主要功能、电路的作用及主要功能 在电力系统、电子通讯、自动控制、计算机以及其他各在电力系统、电子通讯、自动控制、计算机以及其他各类系统中，电路有着不同功能和作用。但电路的功能和作用可类系统中，电路有着不同功能和作用。但电路的功能和作用可以概括为以下两个方面：一、以概括为以下两个方面：一、实现电能的传输、转换和分配。实现电能的传输

6、、转换和分配。二、实现电信号的传递和处理。二、实现电信号的传递和处理。电力系统中：电力系统中：电子技术中：电子技术中： 上图是强电系统（电力系统）电路示意图。它的作用是实图是强电系统（电力系统）电路示意图。它的作用是实现电能的产生、传输和转换。发电机是现电能的产生、传输和转换。发电机是发电设备发电设备（电源），是（电源），是产生电能的设备。输电线及变压器是产生电能的设备。输电线及变压器是输电设备输电设备，它起传输和分，它起传输和分配电能的作用。电灯、电动机及其它用电器等是配电能的作用。电灯、电动机及其它用电器等是用电设备用电设备（负负载）是取用电能的设备，各用电负载将电能转换为其它形式的载）是

7、取用电能的设备，各用电负载将电能转换为其它形式的能量。能量。强电系统（电力系统）强电系统（电力系统）降压变压器升压变压器输电线输电设备输电设备（1 1）进行电能的转换、传输和分配）进行电能的转换、传输和分配M电灯电动机电炉其他用电器用电设备用电设备发电机发电设备发电设备 上图上图是扩音机电路，它是弱电系统的示意图。它的作是扩音机电路，它是弱电系统的示意图。它的作用是传输和处理信号。它主要由信号源，用是传输和处理信号。它主要由信号源，中间环节中间环节及负及负载组成。载组成。话筒话筒是输出电信号的设备，称为是输出电信号的设备，称为信号源信号源。扬声扬声器器是接收和转换信号的设备，称为是接收和转换信

8、号的设备，称为负载负载。输入级、中间输入级、中间级、功放级级、功放级是处理信号的设备，也就是是处理信号的设备，也就是中间环节中间环节。弱电系统（扩音机）弱电系统（扩音机）话筒信号源信号源输入级中间级功放级中间环节中间环节扬声器负载负载（2）进行信号的传递和处理）进行信号的传递和处理 客观上电路提供了电荷流动的通路，电荷携带着客观上电路提供了电荷流动的通路，电荷携带着电能在电路中流动，从电源带走电能，而在用电元器电能在电路中流动，从电源带走电能，而在用电元器件中又释放电能，因此电路的工作伴随着能量的运动。件中又释放电能，因此电路的工作伴随着能量的运动。1 1、电流、电流 电荷的定向流动形成电流。

9、电流的大小用电流强度来衡量。电荷的定向流动形成电流。电流的大小用电流强度来衡量。（1 1）电流强度：）电流强度：单位时间内流过导体任一横截面的电荷量，单位时间内流过导体任一横截面的电荷量，t t时时刻的刻的电流强度电流强度用符号用符号i(t)i(t)表示即表示即dttdqti)()(直流直流交流交流（2 2）电流的分类：）电流的分类：二、电路的基本电量二、电路的基本电量直流：直流：（大小和方向）不随时间变化的电流称为恒定电流，简大小和方向）不随时间变化的电流称为恒定电流，简 称直流（称直流（Direct Current, Direct Current, 简写作简写作dcdc或或DC)DC)。用

10、大写字母。用大写字母 表示表示: :tQI 交流：交流： 电流的大小和方向随时间的变化是周期性的，则称该电流为电流的大小和方向随时间的变化是周期性的，则称该电流为周期电流。周期电流。满足满足 的周期电流称为交流电流。简称的周期电流称为交流电流。简称交流（交流（Alternating Current Alternating Current ，简写作，简写作 acac或或 AC)AC)。dttdqti)()(TidtTi001（3） 电流的单位：电流的单位：安培安培(A) 、千安、千安(kA) 、毫安、毫安(mA) 、微安微安(A)，其换算关系为，其换算关系为k kA AmA AA A103103

11、1062、电位及电压(1)电位电位: 电位是相对于电路中确定的参考点来说的，电路中电位是相对于电路中确定的参考点来说的，电路中某点某点A的电位是指单位正电荷在电场力的作用下，自该的电位是指单位正电荷在电场力的作用下，自该点沿着任意路径移到零参考点所做的功。点沿着任意路径移到零参考点所做的功。A点的电位用点的电位用VA表示。表示。EAV零参考点dqdwVA定义式：定义式：0 AAldEV计算式：计算式：A0l（2）参考点的重要性）参考点的重要性 对电位来说，参考点是至关重要的，因为对电位来说，参考点是至关重要的，因为在电工学中，如果所研究的电路里在电工学中，如果所研究的电路里有接地点，通常选择接

12、地点作为电位的有接地点，通常选择接地点作为电位的参考点，用符号参考点，用符号“ ”“ ”表示。在电子表示。在电子线路中常取若干导线交汇点或机壳作为线路中常取若干导线交汇点或机壳作为电位的参考点，并用符号电位的参考点，并用符号“ ”“ ”表示。表示。第一，电位是相对的电量，不确定参考点，讨论电位第一，电位是相对的电量，不确定参考点，讨论电位就没有意义。就没有意义。第二，在同一电路中当选定不同的参考点时，同一点第二，在同一电路中当选定不同的参考点时，同一点的电位值是不同的。在分析电路时，电位的参考点只能的电位值是不同的。在分析电路时，电位的参考点只能选取一个。参考点选定后，各点的电位值就确定了，这

13、选取一个。参考点选定后，各点的电位值就确定了，这就是所谓的就是所谓的“电位单值性电位单值性”。a 点电位：点电位： Va = 5V b 点电位：点电位： Vb = 0Vb1 5AaABUBA（3）电压：）电压：电路中两点之间的电位差称为这两点间的电压，电路中两点之间的电位差称为这两点间的电压，用符号用符号u u或或U U表示。例如电路中表示。例如电路中A A、B B两点之间的电压两点之间的电压BAABVVUA A、B B两点之间的电压在数值上等于电场力将单位正电荷从两点之间的电压在数值上等于电场力将单位正电荷从A A点移到点移到B B点点所做的功所做的功。也就是单位正电荷从。也就是单位正电荷从

14、A A点（高电位）移点（高电位）移到到B B点（低电位）点（低电位）所失去的电能。所失去的电能。EAV零参考点BVQWU)()()(tdqtdwtu（5 5）电压及电位的单位：电压及电位的单位：伏特伏特(V) 、千伏、千伏(kV) 、毫伏、毫伏(mV) 、微伏、微伏(V) ，其换算关系为，其换算关系为k kV VmV VV V103103106直流电压：直流电压：大小和方向均不随时间变化的电压称为直流电压，大小和方向均不随时间变化的电压称为直流电压， 直流电压用大写字母直流电压用大写字母U表示：表示：直流电压直流电压交流电压交流电压（4 4）电压的分类：电压的分类：交流电压：交流电压：大小和方

15、向随时间周期性变化，并满足大小和方向随时间周期性变化，并满足 的电压称为交流电压。用的电压称为交流电压。用u（t）表示：）表示： TudtTu001电荷的回路电荷的回路Eba 电动势用电动势用e e或或E E 表示，其单位与电压的单位相同。表示，其单位与电压的单位相同。 电源的电动势电源的电动势E E 实质：就是单位正电荷从实质：就是单位正电荷从b b点（低电位）移到点（低电位）移到 a a点（高电位）点（高电位）所获得的电能。所获得的电能。在电源力的作用下，电源不断地在电源力的作用下，电源不断地把其他形式的能量转换为电能。把其他形式的能量转换为电能。 3 3、电动势：、电动势： 电源的电动势

16、是指电源的电动势是指单位正单位正电荷电荷在在电源力电源力的作用下，从的作用下，从电源的电源的低电位端低电位端b b经电源内部经电源内部移到移到高电位端高电位端a a所做的功所做的功。 电动势与电压的区别：电动势与电压的区别： 电压是指电压是指单位正电荷单位正电荷在在电场电场力力作用下，从作用下，从高电位端高电位端a a经电源经电源内部移到内部移到低电位端低电位端b b所做的功所做的功。4 4、功率、功率电功率的概念电功率的概念：在电路中，单位时间电场力做功的大小称为电：在电路中，单位时间电场力做功的大小称为电 功率，简称功率。用符号功率，简称功率。用符号p(t)p(t)表示。即：表示。即：dt

17、tdwtp)()(直流电路电功率的在计算：直流电路电功率的在计算：设电路中设电路中任意两点间的电压为任意两点间的电压为 U ，流，流 入此部分电入此部分电路的电流为路的电流为 I， 则这部分电路的功率为则这部分电路的功率为: IUPaIRUb)()()()()()(titudttdqdqtdwdttdwtp电功率电功率计算式计算式：当电压的单位是伏特，电流的单位是安培时，功率当电压的单位是伏特，电流的单位是安培时，功率的单位是瓦特，简称瓦的单位是瓦特，简称瓦(W)(W)。功率的单位功率的单位: :除瓦之外还有瓦除瓦之外还有瓦(W)(W)、千瓦、千瓦(kW)(kW)、毫瓦、毫瓦(mW) (mW)

18、 、微瓦、微瓦(W),(W),其换算关系为其换算关系为: : kW WmW WW W103103106三、电压、电流的关联参考方向三、电压、电流的关联参考方向 电压电压和和电流电流是描述电路性能的是描述电路性能的基本电量基本电量，它们具有，它们具有大大小、方向小、方向等电量的基本特征。但在分析解决较为复杂的等电量的基本特征。但在分析解决较为复杂的电路问题时，某些元件上电压、电流的实际方向往往事电路问题时，某些元件上电压、电流的实际方向往往事先无法判明，为此，在分析计算电路问题时，必须先假先无法判明，为此，在分析计算电路问题时，必须先假定一个参考方向定一个参考方向( (正方向正方向) )。电量电

19、量（电压、电流）（电压、电流）的的方向方向：实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向：实际方向：物理学中对电量规定的方向。物理学中对电量规定的方向。参考方向参考方向：在分析计算时，人为假设的电量方向。在分析计算时，人为假设的电量方向。电流的参考方向电流的参考方向: :参考方向参考方向实际上是研究电路的参照系，可以实际上是研究电路的参照系，可以任意假定。任意假定。1 1、电流的方向、电流的方向 电流的实际方向电流的实际方向: :通常规定正电荷通常规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。从高运动的方向为电流的实际方向。从高电位指向低电位。电位指向低电位。iabI1R箭头箭头 双下标双下标Iab（始端

20、在前，始端在前， 末端在后）末端在后）I3US1-I4+_US2+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1 电流方向的表示方法：电流方向的表示方法：箭箭头表示法和双下标表示法。头表示法和双下标表示法。I3US1-I4+_US2+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1IbcIababcdIcdIdbIcaIdaUS1-+_US2+R3R6R4R5R1R2I3US1-I4+_US2+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1dbcddacabcabIIIIIIIIIIII654321箭头法：箭头法：双下标法：双下标法：简化箭头法简化箭头法 当电流的参考方向确当电流的参考方向确定后，定后，如果计算出

21、的电流如果计算出的电流为正值，说明电流的实际为正值，说明电流的实际方向与参考方向一致。方向与参考方向一致。设实IIabI设设R假设：假设：abI实实R实际：实际：abI1R假设假设1：abI2R假设假设2：电流的实际方向与参考方向一致：电流的实际方向与参考方向一致：abI设设R假设：假设：abI实实R实际：实际：电流的实际方向与参考方向相反：电流的实际方向与参考方向相反：设实II 对于同一个支路，对于同一个支路，只有只有两个参考方向可以两个参考方向可以选择，两个参考方向的选择，两个参考方向的电流关系为：电流关系为：I1= -I2。 当电流的参考方向确当电流的参考方向确定后，定后，若计算出的电流

22、为若计算出的电流为负值，则说明电流的实际负值，则说明电流的实际方向与参考方向相反。方向与参考方向相反。电压的参考方向电压的参考方向: :同同电流的参考方向一样电流的参考方向一样，电压的电压的参考方向参考方向也是可以任意假定的。也是可以任意假定的。 2 2、电压的方向：、电压的方向： 电压的实际方向：电压的实际方向：通常规定通常规定在电场力的作用下正电荷失去能在电场力的作用下正电荷失去能量的方向为电压的实际方向，即量的方向为电压的实际方向，即由高电位到低电位的方向。由高电位到低电位的方向。abUU+_正负号表示法正负号表示法双下标法规定：双下标法规定：高电位点字符在前，高电位点字符在前， 低电位

23、点字符在后低电位点字符在后 。双下标表示法双下标表示法箭头箭头表示表示法法UE+_abRbaVV U 电电压压方向的方向的表示方表示方法：法：ababab时设baVV U+_Uababab时设baVV baUUab表示表示a点点电位电位高高，b点点电位电位低低;Uba表示表示a点点电位电位低低，b点点电位电位高高。1U2U3U1U2U3U箭头法：箭头法：双下标法：双下标法：正负号法正负号法:1E2E1R2R3R1E2E1R2R3R1E2E1R2R3RcaUdaUabUacdb1UUca2UUda3UUab 当电压的参考方当电压的参考方向确定后，向确定后，如果计算如果计算出的电压为正值，说出的电

24、压为正值，说明电压的实际方向与明电压的实际方向与参考方向一致。参考方向一致。设实UUabU设设R假设：假设：abU实实R实际：实际：abU1R假设假设1：abU2R假设假设2：电压的实际方向与参考方向一致：电压的实际方向与参考方向一致：abU设设R假设：假设：abU实实R实际：实际：电压的实际方向与参考方向相反：电压的实际方向与参考方向相反：设实UU 对于同一段电路，电对于同一段电路，电压只有两个参考方向可以压只有两个参考方向可以选择，选择，两个参考方向的电两个参考方向的电压关系为：压关系为：U1= -U2。 当电压的参考方当电压的参考方向确定后，向确定后，若计算出若计算出的电压为负值，则说的

25、电压为负值，则说明电压的实际方向与明电压的实际方向与参考方向相反。参考方向相反。3 3、电动势的方向：、电动势的方向： 电动势的实际正方向：电动势的实际正方向：通常规定在电源力的作用下正电荷获通常规定在电源力的作用下正电荷获得能量的方向为得能量的方向为电动势电动势的实际正方向，即从低电位指向高电位的的实际正方向，即从低电位指向高电位的方向，也就是电位升高的方向，刚好与电源电压的方向相反。方向，也就是电位升高的方向，刚好与电源电压的方向相反。 电动势的参考方向电动势的参考方向与电压、电流与电压、电流的的参考方向表示方法相同。参考方向表示方法相同。如果选取如果选取电源电压电源电压US的参考方向与的

26、参考方向与电动势电动势E的参考方向相反，则的参考方向相反，则E= US；如果选取如果选取电源电压电源电压US参考方向与参考方向与电动势电动势E的参考方向相同，的参考方向相同，则则E= -US。IUS EUS与与E E的参考方向相反的参考方向相反US与与E E的参考方向相同的参考方向相同abRabREUS I4 4、电压、电流的关联参考方向、电压、电流的关联参考方向 从原则上讲，电压、电流的参考方向都是可以任意假定从原则上讲，电压、电流的参考方向都是可以任意假定的。但对于电阻元件来说，电压和电流的实际方向总有一固定的。但对于电阻元件来说，电压和电流的实际方向总有一固定关系。即电压是从高电位端指向

27、低电位端；电流是从高电位端关系。即电压是从高电位端指向低电位端；电流是从高电位端流入，从低电位端流出。因此，为了分析、计算的方便，流入，从低电位端流出。因此，为了分析、计算的方便，一般一般情况下，负载元件选取电压的参考方向与电流的参考方向一致，情况下，负载元件选取电压的参考方向与电流的参考方向一致，这就是电压、电流的关联参考方向。这就是电压、电流的关联参考方向。但在分析、计算时，而有但在分析、计算时，而有时选取时选取电源的电流、电压电源的电流、电压参考方向是不关联的。参考方向是不关联的。IUREabRabREURI电压、电流参考方向关联电压、电流参考方向关联电压、电流参考方向不关联电压、电流参

28、考方向不关联 对于电阻对于电阻，只有在其，只有在其电压、电流电压、电流关联参考方向时，欧姆定律关联参考方向时，欧姆定律才能表示为才能表示为IUR、U=IR或或 RUI 。 元件上的功率为元件上的功率为PUI，当计算值为正值时，则该元件是吸，当计算值为正值时，则该元件是吸收收(消耗消耗)电功率的，即电功率转换为非电功率；当计算值为值时，电功率的，即电功率转换为非电功率；当计算值为值时，该元件是发出该元件是发出(产生产生)电功率的，即非电功率转换为电功率。电功率的，即非电功率转换为电功率。电源：电源：U和和I的实际方向相反，电流从的实际方向相反，电流从“+”端流出，发出功率；端流出，发出功率；负载

29、：负载：U和和I的实际方向相同，电流从的实际方向相同，电流从“+”端流入，吸收功率。端流入，吸收功率。IUREabR电源与负载的判别：电源与负载的判别：USabREURIRSUU RERUIR0I0, 0RUE对于电阻来说，对于电阻来说，UR和和I的实际方向相同，的实际方向相同， URI0，所以电阻吸收功率。所以电阻吸收功率。对于电源来说，对于电源来说， US和和I的实际方向相反，的实际方向相反， USI0，所以电源发出功率。所以电源发出功率。RSUU RERUIR0I0, 0RUEUS电量电量符号符号表达式表达式单位单位实际正方向实际正方向电流电流IiA、kA、mA、A 正电荷移动的方向正电

30、荷移动的方向电压电压UuV、kV、mV、V电场力驱动正电荷的方向电场力驱动正电荷的方向 (高电位高电位低电位低电位)电动势电动势Ee V、kV、mV、V电源力驱动正电荷的方向电源力驱动正电荷的方向(低电位低电位高电位高电位)功率功率PpP= UIp = uiW、kW、mW电源：电源：U和和I的实际方向相反，的实际方向相反，发出功率。负载：发出功率。负载：U和和I的实际的实际方向相同，吸收功率。方向相同，吸收功率。tQI dttdqti)()(BAABVVUdqdweQWE电量的单位及实际正方向电量的单位及实际正方向本节小结本节小结特别需要强调以下几点：特别需要强调以下几点： 方程式方程式R =

31、 U/I 仅适用于仅适用于U与与I参考方向参考方向一致的情况。一致的情况。 电路中电量的电路中电量的“实际方向实际方向”是物理学中规定的，是唯一的；而是物理学中规定的，是唯一的；而“参考方向参考方向”则是人们在进行电路分析计算时则是人们在进行电路分析计算时, ,任意假设的。任意假设的。 在分析电路（在分析电路（解题过程中）解题过程中）时，必须首先选定时，必须首先选定电量参考正方向电量参考正方向 ( (即在图中表明电量的参考方向即在图中表明电量的参考方向) )，然后再，然后再根据电路的定律、定根据电路的定律、定理理列出方程列出方程。虽然。虽然参考方向参考方向是任意是任意选定的，但是，一旦选定的，

32、但是，一旦参考方参考方向向选定，整个选定，整个解题过程中解题过程中必须严格地按照必须严格地按照参考方向参考方向进行分析，进行分析，不可随意更改。不可随意更改。 在电路理论中，在电路理论中，计算结果的正负只有在计算结果的正负只有在选定选定参考方向参考方向的前提下的前提下才有意义，计算结果的正负是相对于才有意义，计算结果的正负是相对于参考方向参考方向而言的。如果没而言的。如果没有有参考方向参考方向，负的计算结果就是荒谬而无法解说的。负的计算结果就是荒谬而无法解说的。 根据计算结果确定根据计算结果确定电量电量实际方向：实际方向： 若计算结果为正，则若计算结果为正，则电量电量实际方向与参考方向一致；实

33、际方向与参考方向一致； 若计算结果为负，则若计算结果为负，则电量电量实际方向与参考方向相反。实际方向与参考方向相反。例例已知：已知：E=2V, R=1问：问： 当当U分别为分别为 3V 和和 1V 时，时，IR=?解：解：(1) 假定电路中电量的正方向如图所示；假定电路中电量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：列电路方程： EUURREURUIRREUUR IRURE RabUmUUUUmbamab(3) 数值计算数值计算A1121 V1A112-3 3VRRIUIU时时（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）（实际方向与假设方向相反）REUIRIRUR

34、E RabUm解解a a点电位比点电位比b b点电位点电位低低12V12V由欧姆定律得由欧姆定律得 RUnmI=I=（-10-10）/ /（-2-2） 5 5（ ） 计算下图的电阻计算下图的电阻R值，已知值，已知Uabab12V12V。例题例题2 2751212naanabnbUUUU（V）32EUmb（V）1037mbnbnmUUU（V）E E1 1=5V=5V+ +Unm- -E E2 2=3V=3V- -+ +- -+ +I I=-2A=-2Aa ab bm mn nR第二节第二节 电压源、电压源、及其等效变换及其等效变换一、一、1 1理想电压源及其伏安特性理想电压源及其伏安特性 （1

35、1）理想电压源的定义）理想电压源的定义 如果电源的端电压与输出的电流无关，即如果电源的端电压与输出的电流无关，即 ，端电，端电压是给定的时间函数，即压是给定的时间函数，即uus(t)e(t)，称其为，称其为理想电压源。理想电压源。0iusus(a)(a)Us(b)(b)(c)(c) Us su ui i理想电压理想电压源及伏安特性源及伏安特性（3 3）为理想电压源的伏）为理想电压源的伏安特性曲线。安特性曲线。理想电压源的伏安特性理想电压源的伏安特性曲线是与一条平行于电流轴曲线是与一条平行于电流轴的直线。的直线。理想电压理想电压源的表示符号源的表示符号（2 2）理想电压源的符号）理想电压源的符号

36、 (a)为理想电压源的符号为理想电压源的符号 (b)为直流电压源的符号为直流电压源的符号 如果理想电压源的电压如果理想电压源的电压为常数，即为常数，即usUs，这种电，这种电源称为直流电压源（又名恒源称为直流电压源（又名恒压源）。也是电池的图形符压源）。也是电池的图形符号，号，短线段短线段表示电源的表示电源的低电低电位端（负极），长线段位端（负极），长线段表示表示电源的电源的高电位端（正极）高电位端（正极）。（4 4）理想电压源的两个基本性质：）理想电压源的两个基本性质： 理想电压源的端电压无论为恒定值理想电压源的端电压无论为恒定值US（即直流电压）或是（即直流电压）或是随时间变化的函数随时间

37、变化的函数 uS(t)(即交流电压即交流电压) ) ，与流过它的电流无关。，与流过它的电流无关。 理想电压源的电压理想电压源的电压uS S确定后，其输出的电流确定后，其输出的电流I 取决外电路取决外电路的电阻的电阻RL L。 a b RLUSUI 理想电压源理想电压源 U=USU I理想电压源理想电压源外特性外特性负载特性负载特性 IQ 特性曲线特性曲线Q 负载特性曲线负载特性曲线的斜率为：的斜率为：LQSRIUtgQQI输出电流为：输出电流为：LSQRUILSQRUI2 2、实际电压源特性、实际电压源特性实际电压源及模型实际电压源及模型E(R0)+UIRLab(a)电源（1）实际电压源模型实

38、际电压源模型 实际电路中，理想实际电路中，理想电压源电压源是不存在的。是不存在的。象发电机、电池等各象发电机、电池等各种电源都含有电动势种电源都含有电动势E和内阻和内阻R0，如图，如图 （a）所示。为了便于分析，所示。为了便于分析，一般采用图（一般采用图（b）所）所示的电路图表示实际示的电路图表示实际电压源的等效电路。电压源的等效电路。 实际电压源可以实际电压源可以用一个理想电压源与用一个理想电压源与内阻的串联来表示。内阻的串联来表示。图中：图中： U 电源的端电压；电源的端电压； R0 电源的内电阻；电源的内电阻； RL 负载电阻；负载电阻； I 负载电流负载电流; ; US = = E E

39、 电动势。电动势。Us+UIRLabR0(b)（2 2）实际电压源及）实际电压源及伏安特性伏安特性 按图中电压和电流的参考方向，并按图中电压和电流的参考方向，并根据全电路欧姆定律根据全电路欧姆定律得得 IRL = US - IR00RRUILS VU AI0伏安伏安特性特性因电源端电压因电源端电压 U = I RL所以所以 U= Us - IR0式中式中US、R0为常量，而为常量，而U与与I为变量。为变量。电压源的伏安特性电压源的伏安特性 00RRUUtgSS RL取（取（，0）区间的所有值，得到）区间的所有值，得到电压源的伏安特性曲线电压源的伏安特性曲线AB 。负载特性负载特性Q UI 伏安

40、特性曲线伏安特性曲线的斜率与电源的内阻的斜率与电源的内阻R0有关，有关，内阻越小，内阻越小，伏安特性曲线伏安特性曲线越平缓。越平缓。伏安特性曲线伏安特性曲线的斜率为：的斜率为：负载特性曲线负载特性曲线的斜率为：的斜率为：LRIUtgRLUs+UIabR0 0RUSSUBA3、直流电压源的功率平衡方程、直流电压源的功率平衡方程将将U= Us IR0两边同乘以两边同乘以I，得得功率平衡方程功率平衡方程： IU= IUs I2R0移项后得：移项后得： IU+ I2R0 = IUs 式中式中I2R0是电源内阻是电源内阻R0上消耗的电功率，上消耗的电功率， IU= I2RL是负载是负载RL上消上消耗的电

41、功率，这些电功率都是由电压源提供的，总电功率为耗的电功率，这些电功率都是由电压源提供的，总电功率为IUs 。 结论：结论： 在一个电路中，实际电压源产生的电功率等于负载在一个电路中，实际电压源产生的电功率等于负载取用的电功率与内阻上所消耗的电功率之和。取用的电功率与内阻上所消耗的电功率之和。二、二、1 1理想电流源及其伏安特性理想电流源及其伏安特性 如果电源输出的电流与端电压无关，即如果电源输出的电流与端电压无关，即 ，输出电流，输出电流是给定的时间函数，即是给定的时间函数，即iis s(t)(t)，称其为，称其为理想电流源。理想电流源。0uis 右图右图(a)为理想电流源的电路符号。为理想电

42、流源的电路符号。(a)(a)isIs(b)(b)Is理想电流源及伏安特性曲线。理想电流源及伏安特性曲线。 右图右图(b)为直流电流源的电路为直流电流源的电路符号。如果理想电流源的电流符号。如果理想电流源的电流为常数，即为常数，即isIs，这种电源，这种电源称为称为直流电流源直流电流源(又名恒流源又名恒流源)。图图(c)(c)为理想电流源的伏安为理想电流源的伏安特性曲线。理想电流源的伏安特性曲线。理想电流源的伏安特性曲线是与一条与电压轴平特性曲线是与一条与电压轴平行的直线。行的直线。(c)(c) u ui i0理想电流源理想电流源的两个基本性质：的两个基本性质：（1）理想电流源理想电流源的的输出

43、电流输出电流无论为恒定值无论为恒定值IS（即直流）或是（即直流）或是随时间变化的函数随时间变化的函数 iS(t)(即即交流交流) ，均与其端电压无关。，均与其端电压无关。（2）理想电流源的理想电流源的电流电流IS或或iS(t) 确定后确定后,其其端电压端电压U取决于取决于外电路的电阻外电路的电阻RL。 理想电流源模型理想电流源模型SIIULRab LQRIUIUtgSQQUI0 Q QUSI 理想电流源特性理想电流源特性曲线曲线理想电流源理想电流源外特性外特性负载特性负载特性 负载特性曲线负载特性曲线的斜率为：的斜率为：LSRIUQ理想电流源理想电流源的的端电压端电压U：LSRIUQQQU2

44、2、实际电流源及伏安特性、实际电流源及伏安特性电流源的也是有内阻的，电流源的也是有内阻的，电流源可以用一个恒流电流源可以用一个恒流源与内阻的并联来表示，其电路模型如下图。如光电池等。源与内阻的并联来表示，其电路模型如下图。如光电池等。0000 RUIIRUIIIISS所以：又因为：由图可知： A BUI0 电流源外特性电流源外特性RIS0IS（2 2）电流源的伏安特性）电流源的伏安特性 电流源模型电流源模型0RULRaIsI0bI点。，得时，当ARIUIS00点。，得时，当BIIUS0线。为电流源的伏安特性曲直线AB00RIRItgSS伏安特性曲线斜率为：IS(R0)+UIRLab(a)电源电

45、流源伏安特性电流源伏安特性LRIUtg负载特性曲线斜率为：负载特性负载特性 ABUI0 电流源外特性电流源外特性0RISIsUI Q 结论：结论： 当当RL=（开路）时，（开路）时，I=0，Q点与点与A点重合。点重合。 当当RL= 0（短路）时，（短路）时，U=0，Q点与点与B点重合。点重合。 RL越大，端电压越大，端电压U越大，电流越大，电流I越小。越小。 电流源模型电流源模型0RULRaIsI0bI3、直流电流源的功率平衡方程、直流电流源的功率平衡方程将将I= Is U/ /R0两边同乘以两边同乘以U，得得直流电流源电路功率平衡方程直流电流源电路功率平衡方程： UI= UIs U2/R0移

46、项后得：移项后得： UI+ U2/R0 = UIs式中式中U2/ /R0是电源内阻是电源内阻R0上消耗的电功率，上消耗的电功率， UI= I2RL是负载是负载RL上上消耗的电功率，这些电功率都是由电流源提供的，总电功率为消耗的电功率，这些电功率都是由电流源提供的，总电功率为IsU 。结论：结论： 在一个电路中，电流源产生的电功率等于负载消耗的电功在一个电路中，电流源产生的电功率等于负载消耗的电功率与内阻上所消耗的电功率之和。率与内阻上所消耗的电功率之和。由以上分析已得：电压源伏安特性方程为由以上分析已得：电压源伏安特性方程为 I= Us / /R0 - U/ /R0 电流源伏安特性方程为电流源

47、伏安特性方程为 I= Is U/ /R0三、三、电压源与电流源的等效变换电压源与电流源的等效变换RLUs+UIabR0 电压源模型电压源模型 电流源模型电流源模型0RULRaIsI0bI若以上两个方程相等，则电压源和电流源对外电路具有相同的若以上两个方程相等，则电压源和电流源对外电路具有相同的伏安特性。伏安特性。以上两个方程相等以上两个方程相等的条件为：的条件为：（1）理想电压源串联的内电阻必须等于理想电流源并联的内电阻。）理想电压源串联的内电阻必须等于理想电流源并联的内电阻。（2）理想电压源的电压）理想电压源的电压US 必须等于必须等于ISR0 （电流源的开路电压）。或理（电流源的开路电压）

48、。或理想电流源的电流想电流源的电流IS必须等于必须等于US / R0 （电压源的短路电流）。（电压源的短路电流）。（3）理想电压源的电压）理想电压源的电压US 的方向与理想电流源的电流的方向与理想电流源的电流IS的方向相反。的方向相反。000;RRRUISS000;RRRIUSSSU0R ab实际电压源实际电压源0RSI ab实际电流源实际电流源 （1）电压源和电流源的等效变换是对外电路而言的。对）电压源和电流源的等效变换是对外电路而言的。对电源内部是不等效的。电源内部是不等效的。因为电源开路时，因为电源开路时，I=0，电压源内阻，电压源内阻上不消耗功率；而电流源内阻上有功率消耗。当电源两端上

49、不消耗功率；而电流源内阻上有功率消耗。当电源两端短路时，电压源内阻消耗功率；而电流源内阻无功率消耗。短路时，电压源内阻消耗功率；而电流源内阻无功率消耗。 （2）对于理想电压源与理想电流源是不能进行等效变）对于理想电压源与理想电流源是不能进行等效变换的。换的。因为理想电压源内阻因为理想电压源内阻R0=0，理想电流源内阻，理想电流源内阻R0=，故两者之间不可能满足等效变换的条件。故两者之间不可能满足等效变换的条件。注意：注意：RLUs+UIabR0I0RULRaIsI0b 电压源开路（电压源开路（A A点）：点）：当开关断开当开关断开时，电路处于开路（空载）状态。时，电路处于开路（空载）状态。 特

50、征特征: U=US ，U=0， IL=0 ，P =0四、四、电压源的工作状态电压源的工作状态Us+UR0IRLabKU电压源工作状态电压源工作状态 VU AI0RUISSSUBA0 外特性曲线外特性曲线 电压源短路电压源短路（B点）点） 当电源的两端由于某种原因而连接当电源的两端由于某种原因而连接在一起时，则称为电源被短路。在一起时，则称为电源被短路。UILRLab特征特征: U=U = 0 ， ， IL=0 ， P =0， PE=P=R0IS2=US2 /R00RUISs Is称为短路电流，称为短路电流，短路电流是很大短路电流是很大的，所以的，所以电压源不允许短路使用。电压源不允许短路使用。

51、 电压源的伏安特性电压源的伏安特性 UILRLab 一般工作状态一般工作状态（除（除A、B点外）点外） 当电源的两端连接负载时，则称为当电源的两端连接负载时，则称为一般工作状态。一般工作状态。特征特征: ，U= RLIL ，P =UIL， PE=P=R0IL2LSLRRUI0四、四、 额定值与实际值额定值与实际值额定值：制造厂为了使产品能在规定的工作条件下正常运行而规定的正常容许值。额定工作状态：设备在额定值下的工作状态称为额 定工作状态。过载运行：设备在超过额定值下的运行状态称过载 运行例：有一电热器从220v电源取用的功率为1000w，问如将它接到110v电源上，则取用的功率为多少？解解:

52、 :根据公式根据公式UPI IUR WRUP2504.48110224.48100022022PUR得得不能等效不能等效等效条件等效条件ISIS电流电流I000端电压端电压U短路000电流电流IUSISR0US端电压端电压U开路状态电源0RUSSSIRU0US =ISR0内阻同为内阻同为R0解解:+abU2 5V(a)+ +abU5V(c)+ a+-2V5VU+-b2 (c)+ (b)aU 5A2 3 b+ (a)a+5V3 2 U+ a5AbU3 (b)+ A1A246I例例3： 解：解：2 +-+-6V4VI2A 3 4 6 1 2A3 6 2AI4 2 1 1AI4 2 1 1A2 4A

53、I4 2 1 1A2 4AI1 4 2A4 1AI1 4 8V4 1AI2 1 2 8V4 1A3AI2 1 I1 2 6V)(2126AI第三节第三节 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 对于无分支或有分支但可用串并联进行化简的电路对于无分支或有分支但可用串并联进行化简的电路, ,可以应可以应用欧姆定律求解用欧姆定律求解, ,这样的电路称为简单电路这样的电路称为简单电路, ,如图如图(a)(a)所示。所示。2 +-+-6V4VI2A 3 4 6 1 I1 4 8V4 _4 8 10 10 图图a 简单电路简单电路图图b 复杂电路复杂电路 分析与计算电路的基本定律除了欧姆定律外，还有基尔霍夫分析与计算电

54、路的基本定律除了欧姆定律外，还有基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。电流定律和基尔霍夫电压定律。基尔霍夫电流定律应用于节点，基基尔霍夫电流定律应用于节点，基尔霍夫电压定律应用于回路。尔霍夫电压定律应用于回路。名词注释：名词注释：( () )支路：支路：电路中的每一个分支称为电路中的每一个分支称为支路支路。( () )支路电流：支路电流：流经一条支路的电流称为流经一条支路的电流称为支路电流支路电流。( () )局部局部电压：电压：支路中部分电路两端的电压称为支路中部分电路两端的电压称为局部局部电压。电压。( () )节点：节点：三条或三条以上支路的联结点称为三条或三条以上支路的联结点称为节点。节

55、点。( () )回路：回路：电路中任一闭合路径称为电路中任一闭合路径称为回路。回路。( () )网孔：网孔：内部不含任何支路的内部不含任何支路的回路回路称为称为网孔。网孔。bI1I2I3U1U2U3c cd dUS1US1ab、ad、bd 、 bc 、 dc、ca （共（共6条）条）abda、 bcdb、 abcda 、abca、adca 、abdca 、adbca（共（共7 个）个）节点：节点：a、 b、c、d (共共4个）个）例例I3US1-I4+_US2+R3R6R4R5R1R2I2I5I6I1abcd回路：回路：支路：支路：1 1基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律: :在任一瞬间，流入某

56、一个节点在任一瞬间，流入某一个节点 的支路电流之和等于流出该节点的支路电流之和。的支路电流之和等于流出该节点的支路电流之和。一、基尔霍夫电流定律（又称为节点电流定律一、基尔霍夫电流定律（又称为节点电流定律) ) （Kirchhoffs Current Law,Kirchhoffs Current Law,简写为简写为KCLKCL）KCL也可表述为：也可表述为： 在任一瞬间，一个节点上所有支路电流的代数和恒等于零。在任一瞬间，一个节点上所有支路电流的代数和恒等于零。 若规定流入节点的支路电流取正号，则流出节点的支路电若规定流入节点的支路电流取正号，则流出节点的支路电流就取负号，反之亦然。流就取负

57、号，反之亦然。 假设假设各支路电流如图各支路电流如图所示，根据所示，根据 KCL，得得:节点节点A：I1I2I3节点节点B：ISI2I4节点节点C：ISI3I4+I10 Ik即：I1I2I3CA US2R2+ + - -R3R1US1ISBR4I4节点节点C的电流方程移项后，得：的电流方程移项后，得：ISI3 3- -I4- -I10式中式中I Ik k表示流入或流出节点的第表示流入或流出节点的第k k条支路的电流，条支路的电流，n n为该节点相连的支路数。为该节点相连的支路数。节点电流定律反映了通过节点电流的连续性，在节节点电流定律反映了通过节点电流的连续性，在节点上电流即不会积累，也不会消

58、失，流入等于流出。点上电流即不会积累，也不会消失，流入等于流出。I1I2I3I4例例O00 414231 kkIIIII即： 设流入节点电流设流入节点电流I1、I3取正号取正号，流出节流出节点电流点电流I2、I4取负号，由取负号，由KCL得：得：对于连接对于连接n条条支路数的节点，支路数的节点， KCL的数学表达式为：的数学表达式为：01 nkkI 2 2广义基尔霍夫电流定律：广义基尔霍夫电流定律：对于一个封闭曲面包围的部分对于一个封闭曲面包围的部分 电路电路而言，流入的电流之和等于流出的电流之和。而言，流入的电流之和等于流出的电流之和。例例I1+I2=I3I1I2I3例例I=0I=?US2U

59、S3US1+_R1R4R2+_+_R3例题例题：电路如图。已知：电路如图。已知 I1 = 4A，I2 = - 2A，I3 =1A，I4 = -3A， 求求电流电流I5 的数值并判断它的实际方向。的数值并判断它的实际方向。 1I2I3I4I5I 由于I5的结果是负值，所以电流的结果是负值，所以电流I5 的实际方向与图示的参的实际方向与图示的参考正方向相反。考正方向相反。 通过此题，应注意在列方程时，常与两套符号打交道，通过此题，应注意在列方程时，常与两套符号打交道，一是依据设定的正方向一是依据设定的正方向流入为正，流出为负所确定的流入为正，流出为负所确定的“+”、“ -”号。二是实际电流本身的正

60、负。两者不可混为一号。二是实际电流本身的正负。两者不可混为一谈。谈。解：解：对节点而言，设流入节对节点而言，设流入节点的电点的电流取正号，流出节点的电流取负号，按流取正号，流出节点的电流取负号，按KCL可以列方程如下：可以列方程如下：043251IIIII由上式得：由上式得：14325IIIII代入数代入数值，求得值，求得AAAAAI843125基尔霍夫电压定律：基尔霍夫电压定律：在任一瞬间，沿任一回路绕行一周在任一瞬间，沿任一回路绕行一周（顺时（顺时针针方向或逆时针方向），方向或逆时针方向），回路中各段电路上的电压的代数和恒回路中各段电路上的电压的代数和恒等于零。等于零。二、二、 基尔霍夫电