电路的基本概念和定律课件

第一章电路的基本概念和定律1.1电路及电路模型1.2电路变量1.3电压源和电流源1.4电阻元件1.5基尔豁夫定律1.6等效电路概念的运用1.7实际电源的两种模型及相互转换1.8受控源1.9电阻Y形与形连接的等效变换返回1

学习目标l

熟练掌握基尔霍夫电流、电压定律，并能灵活地运用于电路的分析计算。

l

深刻理解支路上电流、电压参考方向及电流、电压间关联参考方向的概念。l

理解理想电压源、理想电流源的伏安特性，以及它们与实际电源两种模型的区别。l

正确运用等效概念和方法来化简和求解电路。

l了解受控源的特性，会求解含受控源的电路。2

1.1电路及电路模型1.1.1电路及其功能

实际电气装置种类繁多，如自动控制设备，卫星接收设备，邮电通信设备等；实际电路的几何尺寸也相差甚大，如电力系统或通信系统可能跨越省界、国界甚至是洲际的，但集成电路的芯片有的则小如指甲。为了分析研究实际电气装置的需要和方便，常采用模型化的方法，即用抽象的理想元件及其组合近似地代替实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。31.1.3电路模型

实际电路中使用着电气元、器件，如电阻器、电容器、灯泡、晶体管、变压器等。在电路中将这些元、器件用理想的模型符号表示。如图1-2。电路模型图——将实际电路中各个部件用其模型符号表示而画出的图形。如图1-3。+-UsR图1-3电路模型图RC图1-2理想电阻、电容元件模型符号51.2电路变量1.2.1电流

电流——在电场作用下，电荷有规则的移动形成电流，用u表示。电流的单位是安培。

电流的实际方向——规定为正电荷运动的方向。

电流的参考方向——假定正电荷运动的方向。为表示电流的强弱，引入了电流强度这个物理量，用符号i(t)表示。电流强度的定义是单位时间内通过导体横截面的电量。61.2.1电流

电流强度简称电流，即：电流的实际方向：规定为正电荷运动的方向。电流的参考方向：假定为正电荷运动的方向。并且规定：若二者方向一致，电流为正值，反之，电流为负值。式中dq

为通过导体横截面的电荷量，若dq/dt为常数，这种电流叫做恒定电流，简称直流电流，常用大写字母I表示。电流的单位是安培（A），简称安。

71.2.2电压电压——即电路中两点之间的电位差，用u表示。即电压的实际方向——电位真正降低的方向。电压的参考方向——即为假设的电位降低的方向。

关联参考方向——电流的流向是从电压的“+”极流向“-”极；反之为非关联参考方向。图1-4u、i关联参考方向图1-５u、i非关联参考方向u+_i_+ui81.3电压源和电流源1.3.1电压源

不论外部电路如何变化,其两端电压总能保持定值或一定的时间函数的电源定义为理想电压源,简称电压源。它有两个基本性质:1、其端电压是定值或是一定的时间函数，与流过的电流无关。2、电压源的电压是由它本身决定的，流过它的电流则是任意的。电压源的伏安特性曲线是平行于i

轴其值为

uS(t)的直线。如图1-6所示.

图1–6电压源伏安特性曲线10

1.3.2电流源

不论外部电路如何,其输出电流总能保持定值或一定的时间函数的电源，定义为理想电流源，简称电流源。它有两个基本性质:1、它输出的电流是定值或一定的时间函数，与其两端的电压无关。2、其电流是由它本身确定的，它两端的电压则是任意的。电流源的伏安特性曲线是平行于u

轴其值为

iS(t)的直线，如图1-7所示。

图1-7电流源伏安特性曲线111.4.2电阻元件上吸收的功率与能量

1R吸收的功率为:

对于正电阻来说，吸收的功率总是大于或等于零。2

设在to-t区间R吸收的能量为w(t)、它等于从t0-t对它吸收的功率作积分。即：上式中τ是为了区别积分上限t而新设的一个表示时间的变量。

131.5基尔霍夫定律1.5.1基尔霍夫电流定律(kCL)

图1-9说明KCL2143ai2i4i3i1其基本内容是：对于集总电路的任一节点，在任一时刻流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。例如对图1-9所示电路a节点，有i1=i2+i3+i4或

i1-i2-i3-i4=0141.5.2基尔霍夫电压定律(KVL)

KVL的基本内容是：对于任何集总电路中的任一回路，在任一瞬间，沿回路的各支路电压的代数和为零。1234++++____u4u1u2u3abcd图1-10电路中的一个回路如图1-10，从a点开始按顺时针方向(也可按逆时针方向）绕行一周，有：

u1-u2-u3+u3=0当绕行方向与电压参考方向一致（从正极到负极），电压为正，反之为负。15IR1R2U1U2++__+_Uab1.6.2分压公式和分流公式

1、两个电阻R1、R2串联，各自分得的电压u1、u2分别为：图1-12两个电阻R1、R2串联上式为两个电阻串联的分压公式，可知：电阻串联分压与电阻值成正比，即电阻值越大，分得的电压也越大。

172、两个电阻R1、R2并联

图1-13为两个电阻R1、R2并联，总电流是i，每个电阻分得的分别为i1和i2：i2i1iR2R1+_abu图1-13两个电阻并联上式称为两个电阻并联分流公式。可知：电阻并联分流与电阻值成反比，即电阻值越大分得的电流越小。18

1.6.3含独立源的二端电路的等效

1几个电压源相串联的二端电路,可等效成一个电压源，其值为个电压源电压值的代数和。对图1-14有：Us2+++Us3Us1___abUs+_ab图1—14电压源串联等效US=US1-US2+US3

191.7实际电源的两种模型及相互转换1.7.1实际电压源的模型实际电压源与理想电压源是有差别的，它总有内阻，其端电压不为定值，可以用一个电压源与电阻相串联的模型来表征实际电压源。如图1-16所示。

图1-16实际电压源模型及其伏安特性+-USRSI+-abU0UUSIU=USU=Us-RsI211.7.2实际电流源的模型

实际电流源与理想电流源也有差别，其电流值不为定值，可以用一个电流源与电阻相并联的模型来表征实际电流源。如图1-16所示。图1-17实际电流源模型及其伏安特性IRsIs+_UOIIsI=IsIs=U/Rs+IU22实际电源两种模型是可以等效互换的。如图1-18所示。

图1-18电压源模型与电流源模型的等效变换

23

1.8受控源

受控源也是一种电源，它表示电路中某处的电压或电流受其他支路电压或电流的控制。1.8.1四种形式的受控源1受电压控制的电压源，即VCVS.2受电流控制的电压源，即CCVS.3受压流控制的电流源，即VCCS.4受电流控制的电流源，即CCCS.25图1-19四种受控源模型(a)VCVS+_uU1U1+_(b)CCVSU1=0+_+_rI1I1(c)VCCS

gU1+_U1(d)CCCSI1aI126例如要求出图1-22中a、b端的等效电阻，必须将R12、R23、R31组成的三角形连接化为星形连接，这样，运用电阻串、并联等效电阻公式可方便地求出a、b端的等效电阻。图1-22电阻三角形连接等效变为Y形连接291已知三角形连接的三个电阻来确定等效Y形连接的三个电阻的公式为：302已知Y形连接的三个电阻来确定等效三角形连接的三个电阻的公式为：

31第一章小结1电路模型

将实际电路中各元器件都用它们的模型符号表示，这样画出的图形称为电路模型图。本课程研究的电路均为电路模型图。2电路中的基本变量

（1）电流。电流有规律的定向移动形成传导电流.用电流强度来衡量电流的大小.电流的实际方向规定为正电荷运动的方向;电流的参考方向是假定正电荷运动的方向。

32（2）电压。即电路中两点之间的电位差。规定电压的实际方向为电位降低的方向；电压的参考方向为假定电位降低的方向。(3)电功率。即电场力在单位时间内所做的功。计算一端电路吸收的功率，当u、I为时间，p=ui，非关联时，p=-ui，若p值为正表示确为吸收功率，为负表示实为提供功率给电路的其他部分。3电源

电源可分为独立源和受控源两类。独立