第1章 电路基本定律和简单电阻电路

第1章电路模型和电路定律

本章要点：电压、电流的参考方向电路元件特性基尔霍夫定律1.1电路和电路模型

一、电路1.电路：由电路器件互联而成的电流通路。

2.电路组成：电源、负载、辅助环节（导线、开关、保护、控制等）电源：能提供电能和电信号的器件，如电池、发电机和电信号发生器。负载：要求输入电能或电信号的器件，将电能转化成其他形式的能量，或对信号进行处理。如电动机。辅助环节：开关、导线等。3.电路功能：传输电能、处理信号、测量、控制、计算等。二、电路模型和电路理论电路理论研究的对象不是实际电路，而是电路模型1.电路模型：理想化元件代替实际电器元件或设备。1.2电压和电流的参考方向一、电路中的主要物理量1.电流

大小：方向：正电荷运动的方向，用箭头或双下标表示。定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量.单位：安培(A).2.电压定义：电场力将正电荷从A移到B所做的功。方向：电位降低的方向二、电压、电流参考方向所谓“参考”就是分析计算时的参照，人为假定。1.电流的参考方向：导线中电流的流动方向有二种可能：参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。如果参考方向和实际电流方向一致则I是正值，反之是负值。电流参考方向的表示方法：用箭头指向为电流的参考方向。用双下标iAB，表示电流从A指向B。若参考方向与实际方向一致，2.电压的参考方向电流参考方向的表示方法：用箭头指向和正负极方向为电压的参考方向。用双下标UAB，表示电压从A指向B。3关联参考方向

电流参考方向从电压参考方向的正极流入，负极流出，电压电流参考方向称为关联的；反之称为非关联的。（a）关联方向（b）非关联方向习惯将无源元件标为关联的，对有源元件标为非关联的。此处的元件也可是一段电路；关联还是非关联一定是针对某一个元件。非关联关联1.3电功率和能量

一、电功率定义:电场力在单位时间内所作的功

若某段电路的电压为，流过的电流为，则功率为：功率单位是瓦特W，能量单位是焦耳J二功率计算和判断u,i关联参考方向P=ui表示元件吸收的功率P>0,吸收正功率（吸收）P<0,吸收负功率（发出）u,i非关联参考方向P=ui表示元件发出的功率P>0,发出正功率（发出）P<0,发出负功率（吸收）例：计算图中每一部分的吸收功率。(a)关联参考方向

（b）非关联参考方向1.4电路基本元件

电阻R（单位：、k、M）(一)无源元件Riv线性电阻iv伏-安特性伏安关系：,:阻值主要特性：电导，，单位:西门子（S），；非关联方向下，两种特殊情况：Riv2

电容单位电压下存储的电荷++++----+q-qvi电容符号有极性无极性+_（单位：）

主要特性：电容上电流、电压的关系当(直流)时,viC在直流电路中电容相当于开路.结论极板面积板间距离介电常数电容的储能

电容是一种储能元件,储存的能量以电场形式存在。1.3.3

电感（单位：H,mH,H）单位电流产生的磁链。i(t)+-v(t)（t)＝N(t)磁通磁链iO+-viL

主要特性：电感中电流、电压的关系vei当(直流)时,在直流电路中电感相当于短路.结论线圈面积线圈长度导磁率电感和结构参数的关系vei电感是一种储能元件,储存的磁场能量为：电感的储能LCR直流电路中，电阻R直流电路中，相当于短路直流电路中，相当于开路耗能元件储能元件储能元件无源元件小结1.3.4理想电压源（恒压源）

定义：能独立向外提供一个确定电压而与通过的电流无关的元件。

(a)电压源符号

(b)直流电压源(c)直流电压源伏安特性(二)有源元件主要特性：（1）电压源外部不能短接；

（2）电流由外电路确定；（3）电压为零时，电压源相当于一段无阻导线(除源或置零)

；

1.3.5理想电流源（恒流源）

定义：能独立向外提供一个确定电流而与其端电压无关的元件。

主要特性：

（1）电流源外部不能开路；

（3）电流源的电流为零时（除源或置零），相当于开路；

（2）电压由外电路确定；

（a）电流源符号(b)直流电流源（c）直流伏安特性+-恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化量V+_abIVabVab=V

（常数）IabVabIsI=Is

（常数）输出电流I

可变-----

I

的大小、方向均由外电路决定端电压Vab

可变-----Vab

的大小、方向均由外电路决定例27计算图示电路各元件的功率解发出吸收吸收满足：P（发）＝P（吸）i+_+_10V5V-+28计算图示电路各元件的功率解发出吸收满足：P（发）＝P（吸）u2Ai+_5V-+例1.3.6线性受控源（非独立源）

电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。+–受控电压源受控电流源电流控制电压源(CCVS)电压控制电流源(VCCS)电流控制电流源(CCCS)电压控制电压源（VCVS)受控源的分类：例电路模型ibicib输入：控制部分输出：受控部分:电流放大倍数例求：电压v2。解5i1+_v2_v1=6Vi1++-31.4基尔霍夫定律GustavRobertKirchhoff(1824-1887)，基尔霍夫/克西霍夫基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’sCurrentLaw—KCL)基尔霍夫电压定律(Kirchhoff’sVoltageLaw—KVL)结点：三条或三条以上支路的联结点支路：电路中通过同一电流的分支回路：电路中任一闭合路径名词注释：支路：ab、ad、…...

（共6条）回路：abda、bcdb、

…...

（共7个）结点：a、b、…...(共4个）例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-1.4.1基尔霍夫电流定律（KCL）

定律内容:电路中,任何时刻,对任一结点，所有支路电流的代数和恒等于零。﹙流入:–

流出:+）

如图I1I2I3I4即：流入结点的电流等于由结点流出的电流。流入流出电流定律的依据：电流的连续性电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_RKCL与电路元件无关。广义结点1.4.2基尔霍夫电压定律（KVL）

定律内容：电路中,任何时刻,沿任一回路所有元件上电压的代数和恒等于零。说明：

⑴首先确定绕行方向和各元件电压的参考方向（注意：若电阻电流参考方向已标出，习惯上电压取关联方向）；

(2)列方程时电压方向与绕行方向一致：+，否则：–例如：回路a-d-c-a电位升电位降或：I3V4V3_+R3R6+R4R5R1R2