第1章 电路模型和电路定理.

1、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伏安特性电阻元件和电源元件的伏安特性第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1-1 1-1 电路和电路模型电路和电路模型分类分类电力电路： 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；信号电路： 信息的传递、控制与处理。信息的传递、控制与处理。由电工设备和电气器件按预期由电工设备和电气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。实际电路一、电路及组成电路组成: 电源、负载、中间环节LRsU 反映实际电路部件的主要电磁反映实际电路部

2、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。二二. . 电路模型电路模型sR10BASE-T wall plate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：表示储存磁场能量的元件电感元件：表示储存磁场能量的元件。电容元件：表示储存电场能量的元件电容元件：表示储存电场能量的元件电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电压源和电流源：表示将其它

3、形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。*5种种基本理想电路元件有三个特征：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）不能被分解为其它元件。不能被分解为其它元件。* *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。例例电感线圈的电路模型电感线圈的电路模

4、型电路模型特点：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。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一、电流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=103A1mA=10-3A1 A=10-6A

5、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 AB实际方向实际方向ABl参考方向参考方向 大小大小方向方向( (正负）正负）注意：电流(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 吸收功率吸收功率p0 吸收功率吸收功率 p0 发出功率发出功率 l u, i 取非取非关联参考方向关联参考方向+ +- -iu+ +- -iu功率的计算与判别例例 求图示电路中各求图示电路中各方

6、框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或发出的功率。收或发出的功率。已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1A 。 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1解解）（发发出出W2W21111IUP）（吸收吸收W16W28133IUP）（吸吸收收W3W) 1()3(366IUP对一完整的电路，功率守恒，即对一完整的电路，功率守恒，即 发出的功率发出的功率+吸收的功率吸收的功率=0564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1）（发发出出W6222IUP）（发发出出W4444IUP）（发发出

7、出W7355IUP1-4 1-4 电路元件电路元件是电路中最基本的组成单元。是电路中最基本的组成单元。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。 如果表征元件端子特性的数学关系式是线如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关系，该元件称为线性元件，否则

8、称为非线性性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。元件。1、电路元件由集总元件构成的电路由集总元件构成的电路集总元件集总元件假定发生的电磁过程都集中在假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。元件内部进行。集总条件集总条件d 集总参数电路中集总参数电路中u、i 可以是时间的函可以是时间的函数，任何时刻，流入两端元件一个端子的电流数，任何时刻，流入两端元件一个端子的电流等于从另一端子流出的电流；端子间的电压为等于从另一端子流出的电流；端子间的电压为确定值。确定值。2、集总参数电路1-5 1-5 电阻元件电阻元件l 电路符号电路符号R电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可对电流呈现阻

9、力的元件。其特性可用用u - i平面上的一条曲线来描述：平面上的一条曲线来描述：0),(iufiu任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。伏安伏安特性特性O1、电阻元件2、线性时不变电阻元件l u-i 关系关系R 称为电阻，单位：称为电阻，单位： (欧欧 姆姆)满足欧姆定律满足欧姆定律GuRuiiuR l 单位单位G 称为电导，单位称为电导，单位：S (西西门子门子) u、i 取关联取关联参考方向参考方向Riu 伏安特伏安特性曲线性曲线为一条为一条过原点过原点的直线的直线uiORui+如电阻上的电压与电流参考方向非关如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中

10、应冠以负号。联，公式中应冠以负号。欧姆定律欧姆定律只适用于线性电阻只适用于线性电阻( R 为常数为常数）。）。则欧姆定律写为则欧姆定律写为u R i公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！Rui-+3.3.功率和能量功率和能量注意：电阻元件在任何时刻总是吸收功率的注意：电阻元件在任何时刻总是吸收功率的。p -u i -(R i) i i2 R u2/ Rp u i i2R u2 / Rl 功率功率Rui+-Rui-+ui从从 t0 到到 t 电阻吸收的能量：电阻吸收的能量：ttttRuipW00ddl 能量能量l 短路短路0 0ui0 R G或或l 开路开路0 0ui 0R G

11、 或或uiRiu+u+iOO4、电阻的开路与短路 1-6 1-6 电压源和电流源电压源和电流源l符号符号一一. .理想电压源理想电压源l定义定义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 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。电源分类：独立电源，受控电源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

12、压源的电压、电流关系uiSu直流电压直流电压源的伏安源的伏安特性曲线特性曲线例例Ri-+Su外电路外电路RuiS0 ()iR (0)iR电压源不能短路！电压源不能短路！O+_iu+_Sul电压源的功率电压源的功率电压、电流参考方向非关联。电压、电流参考方向非关联。iupS 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。起电源作用起电源作用物理意义：物理意义：+_iu+_Su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。S0

13、pu i吸收功率，充当负载。吸收功率，充当负载。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 符号符号二二. .理想电流源理想电流源l 定义定义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。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。uiSi直流电流源的直流电流源的伏安特性曲

14、线伏安特性曲线O例例Ru-+Si外电路外电路SRiu )0( 0Ru ()uR电流源不能开路！电流源不能开路！1-7 1-7 受控电源受控电源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。+四端元件四端元件又称非独立电源，是为电子器件中所发生的物理现象提出的一种理想化的模型，为四端元件。受控电源两端电压或电流受另一支路电压或电流控制。 电流控制的电流源电流控制的电流源

15、( CCCS ) : : 电流放大倍数电流放大倍数 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12 ii输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分 i1+_u2i2_u1i1+g: 转移电导转移电导 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( ( VCCS ) )12gui 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 gu

16、1+_u2i2_u1i1+i1u1+_u2i2_u1+_电流控制的电压源电流控制的电压源 ( ( CCVS ) )12riu r : 转移电阻转移电阻 例例bc ii电路模型电路模型ibicibri1+_u2i2_u1i1+_bici1-8 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

17、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。+_R1uS1+_uS2R2R3一一. .预备知识预备知识电路中通过同一电流的分支电路中通过同一电流的分支。元件元件的连接点称为结点。的连接点称为结点。b=3an=4b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。i3i2i1结点结点b=5或或三条以上支路的连接点称三条以上支路的连接点称为结点。为结点。n=2注意 两种定两种定义分别用在不同义分别用在不同的场合。的场合。由支路组成的闭合路径由支路组成的闭合路径。对平面电路，其内部不含任对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。何支路的回路称网孔。l=312

18、3回路回路网孔网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。+_R1uS1+_uS2R2R32.2.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“+”，有：，有：例例 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（或流入）该结点电流的代数和等于零。出（或流入）该结点电流的代数和等于零。mbti10)(出入ii 或或流进流进的电的电流等流等于流于流出的出的电流电流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 0641iii例例0542iii0653iii三式相加得：三式相加得：0321iiiKCL可推

19、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。 5i6i4i1i3i2iKCL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无关。非线性无关。KCL方程是按电流参考方向列写的，与电方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。流实际方向无关。说明：3 3. .基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)mbtu10)(升降uu 或或U3U1U2U4标定各元件电压参标定各元件电压参考方向。考方向。 选定回路绕行方向，选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。顺时针或逆时针。在在集总参数电路中，任一时刻