第一章 电路模型和电路定律

1第1页，课件共53页，创作于2023年2月课件及习题参考答案网址输入网址：选择hotmail(登录）用户名：shu-dianlu@密码：guhuifen61选择Windowslive----skydrive选择下载第2页，课件共53页，创作于2023年2月第一章电路模型和电路定律（1）3$1.1电路和电路模型一、电路（工程实际电路）——

例1.电力系统发电机升压变压器降压变压器电动机、电炉等输电线第3页，课件共53页，创作于2023年2月例2.扩音机系统话筒放大电路扬声器第4页，课件共53页，创作于2023年2月电路作用：能量传输和能量转换；信号处理电路组成：电源、信号源，中间环节，负载（用电设备）这里给出两个概念：

激励：电源和信号源响应：电路中产生的电流和电压第5页，课件共53页，创作于2023年2月二、电路模型——用理想电路元件或其组合取代实际电路元器件和设备所得理想电路。常用理想元件：电阻、电感、电容、电压源、电流源、受控源。三、常用的理想电路元件及其电气图形符号

电阻（R）电容（C）电感（L）电压源（Us)电流源（Is）受控源，开关第6页，课件共53页，创作于2023年2月实际电路抽象成电路模型的例子灯泡或第7页，课件共53页，创作于2023年2月$1-2电流和电压的参考方向（3）8一、电路分析中的几个重要的物理量：电量（Q，q）——电荷的数量。单位：库仑、库、C电流（I，i）——单位时间流过的电量。单位：安培、安、A电能量（W）——电荷流过元件，元件吸收的能量。单位：焦、J电压（U，u）——电位差。单位电荷从一点移到另一点所吸收的能量电功率（P，p）——单位时间吸收的能量。单位：瓦特、瓦、W电路分析中，i,u,p是最常见的三个物理量第8页，课件共53页，创作于2023年2月二、电流、电压的参考方向

电流参考方向：人为假定的电流方向。

电压的参考方向：人为假定的电压极性方向。1、电流的参考方向：I>02、电压参考方向：I<09+U-U>0U<0-U+第9页，课件共53页，创作于2023年2月+40V-20Ω30Ω2A2Ω例：求30Ω流过的电流和两端的电压+U-II1结论：1、电路分析时，根据需要设定U、I变量和参考方向2、参考方向人为设定，不影响求解大小，只是结果的正负决定实际方向第10页，课件共53页，创作于2023年2月11$1-3电功率和能量（5）一、能量—当正电荷从元件电压“+”端经元件到“-”端时，这时，元件吸收能量，反之，元件释放能量第11页，课件共53页，创作于2023年2月p=U*I(吸收功率)P>0吸收功率p<0释放功率1）当I，U参考方向关联二、电功率P（t）=u（t）*i（t）直流情况下P=UI功率与电压与电流有关（大小和方向）功率分为吸收功率和释放功率12第12页，课件共53页，创作于2023年2月2）当I，U参考方向非关联：p=U*I(发出功率)P>0发出功率p<0吸收功率13例1.已知i=-4A，u=6V，求其功率。实际吸收24W功率。ab-u(t)+i(t)第13页，课件共53页，创作于2023年2月ab+u(t)-i(t)例2.已知i=2A，u=-5V，求其产生的功率和0－2秒产生的电能。解：产生的电功率为0－2秒产生的电能为第14页，课件共53页，创作于2023年2月练习题1-3试校核图中电路所得解答是否满足功率平衡（电路中总吸收功率=释放功率）ABCDE5A1A2A2A2A+60V-+60V-+60V-+20V-+40V-P（吸收）=PB+PC+PD+PE=60+120+80+40=300WP（释放）=PA=300W15第15页，课件共53页，创作于2023年2月$1-4电路元件（6）

161、概念：电路中最基本的组成单元2、分类：无源元件和有源元件线性元件和非线性元件时不变元件和时变元件第16页，课件共53页，创作于2023年2月$1-5电阻元件（6）1、定义：电阻器、灯泡、电炉等理想模型2、表示：17R3、线性电阻VAR特性（伏安特性、UI约束方程）1）当R上i与u参考方向关联（如图）符合欧姆定律：U=IR令G=1/R——电导，则I=GUG单位：S（西门子）I+U-单位：欧姆Ω***R和G都是电阻元件参数***第17页，课件共53页，创作于2023年2月i-u+2）当R上i与u参考方向非关联时，18电阻元件的VAR特性为：U=-I*RI=-GU4、讨论两种特殊情况：R＝∞称为开路，其电流恒为零；11‘第18页，课件共53页，创作于2023年2月19R＝0称为短路，其电压恒为零。11‘5、电阻元件的功率：当UI参考方向关联时，吸收功率P=UI根据欧姆定理可知：P=U2/R=GU2=I2RP恒为正，故电阻是无源、耗能元件。第19页，课件共53页，创作于2023年2月例1-5-1R=100Ω，P=1W的碳膜电阻用于直流电路，求最大允许电压和电流20第20页，课件共53页，创作于2023年2月习题：第24页1-11-2

1-3

1-4(a)（d）（e）

21练习题1-2Sin2α=2Sinαcosα答案：1-1（1）（a）关联（b）非关联（2）（a）吸收功率（b）发出功率（3）（a）实际发出功率（b）实际发出功率

1-3总吸收功率=300W总发出功率=300W满足功率平衡第21页，课件共53页，创作于2023年2月$1-8电压源和电流源（15）**定义：电压源（电流源）是实际电源的电路模型

实际电源：电池、发电机、信号源22Us+Us-一、电压源：

端电压为某一恒定的值或函数，与电流无关。

1、直流理想电压源：第22页，课件共53页，创作于2023年2月UsUiU=US注意：电源支路：P=UI（发出功率）外电路：P=UI（吸收功率）i+Us-+u-2、直流理想电压源伏安特性：2311’外电路第23页，课件共53页，创作于2023年2月3、实际直流电压源：伏安特性：U=Us-R0*IIUUSUs/Ro24+Us-R0I+U-外电路4、时变理想电压源+Us(t)-U(t)=Us(t)若外电路等效为RL，则第24页，课件共53页，创作于2023年2月25电压源的一个重要特性（如图所示）对外电路而言，两电路等效N1的等效网络不是理想电压源。第25页，课件共53页，创作于2023年2月电压源的功率：+-USI1.P=UsI为吸收电功率，若P>0,则Us作为负载,吸收能量+-USI2.P=UsI为产生电功率，若P>0,则Us作为电源工作,释放能量。第26页，课件共53页，创作于2023年2月二、电流源

支路电流为某一恒定值或函数，与端电压无关IsIsUiI=Is27I+u-Is外电路1、直流理想电流源2、理想电流源伏安特性第27页，课件共53页，创作于2023年2月3、实际直流电流源伏安特性：I=Is-U/R0R0IsIIUIsIsR028+U-外电路若外电路等效为负载RL，则端电流I：第28页，课件共53页，创作于2023年2月电流源两个重要特性：29对外电路而言，以上两组电路等效N1的等效网络不是理想电流源。第29页，课件共53页，创作于2023年2月电流源的功率:1.P=IsU为吸收电功率，若P>0则Is作为负载工作。2.P=IsU为产生电功率，若P>0则Is作为电源工作。-U+ISIS+U-第30页，课件共53页，创作于2023年2月$1-9受控电源（17）31实际电路中的受控现象：三极管IbIcIf+-U他励直流发电机第31页，课件共53页，创作于2023年2月一、受控源——非独立电源，其大小受电路中其它支路电压或电流控制二、分类(根据控制量不同分为四类）(见18)

特性方程电压控制电压源（VCVS）：特性方程电流控制电压源（CCVS）：第32页，课件共53页，创作于2023年2月特性方程电压控制电流源（VCCS）：特性方程电流控制电流源（CCCS）：第33页，课件共53页，创作于2023年2月is5Ω+u1-2Ωi+u2-例1-1已知u2=0.5u1,iS=2A,求iu1=10Vu2=5Vi=2.5A第34页，课件共53页，创作于2023年2月$1-10基尔霍夫定律（19）12354123支路b=5节点n=3回路L=635一、支路、节点、回路支路——组成电路的每一个两端元件节点——支路的连接点回路——由支路构成的闭合路径第35页，课件共53页，创作于2023年2月二、基尔霍夫电流定律（KCL）根据KCL：i1-i2+i3=0即i1+i3=i2i1i2i3例1-10-136任一节点上总的流入电流的“代数和”为零节点上总的流入的电流恒等于流出的电流第36页，课件共53页，创作于2023年2月例1-10-2三式相加：i1+i2+i3=0结论：对于包围n个节点的闭合面，KCL定律一样成立(如图)练习1-1637i1i2i3i4i6i5②①③根据KCL：节点1：i1-i4-i5=0节点2：i2+i4-i6=0节点3:i3+i6+i5=0第37页，课件共53页，创作于2023年2月例1-10-4求I、I’、I”10A5AI’I”2AI①②③④根据KCL：节点1I’=10-5=5A节点2I”=10-2=8A节点3I=5-I”=5-8=-3A节点438第38页，课件共53页，创作于2023年2月三、基尔霍夫电压定律（KVL）例1-10-5+u1-+u2-+u3-ab根据KVL：U1+U2-U3=0即U1+U2=U3=Uab39沿任一回路，所有支路电压“代数和”恒为零回路中元件电压降总和等于元件“电压升”总和任意二个节点间的电压有唯一值，与路径无关第39页，课件共53页，创作于2023年2月例1-10-6求：U解一：根据KVL：设闭合回路40+8V-+5V-+U-+20V-ab5+U+8-20=0U=7V解二：根据两节点电压有唯一值，设a、bUab

=

5+U+8=20第40页，课件共53页，创作于2023年2月例1-2已知：U1=U3=1V，U2=4V，U4=U5=2V，求：Ux（22页）+u2-+u4-+u3-+ux-+u1-+U6

-+u5-123根据KVL：411：-U1+U2+U6-U3=02：-U6+U4+U5-Ux=0解出Ux=6V若取外围大回路一个方程可求出Ux第41页，课件共53页，创作于2023年2月几个KCL、KVL综合应用实例：例1：已知iS

=3A，us=5V，R＝5，求Pus、Pis、PR。

+-uSiSR-U1++U2-第42页，课件共53页，创作于2023年2月例2：已知iS=2A，us=5V，R＝10，

求Pus、Pis、PRiS+-uSRi1i2（吸收）（吸收）（产生）第43页，课件共53页，创作于2023年2月44例1：已知R1=1Ω，R2=2Ω，R3=3Ω，Us1=3V，Us2=1V，求R1两端的电压U1+uS1

-+u1-+us2-R1

R2

R3

根据KVL：12①I2I3I1U1=0.82V设I、U参考方向-U1+U2+Us2=0U3+U1-Us1=0+U3-+U2-KCL：I1+I2-I3=0第44页，课件共53页，创作于2023年2月例2：已知R1=0.5kΩ，R2=1kΩ，R3=2kΩ，Us=10V，ic=50I1，求R3两端的电压U3+u3-R2

R3

R1

1①I1I2+uS-Ic根据KCL:I2=I1+IC（1）KVL：（回路如图）u3=-IcR3

=-50i1*2000=-19.4V45设I2如图-uS+

I1R1+I2R2=0(2)IC=50I1(3)得：I1=1.94*10-4A第45页，课件共53页，创作于2023年2月例3求Us和受控源功率46I+U-+Us-5Ω+4.9v-0.98I0.1Ω6Ω第46页，课件共53页，创作于2023年2月i1+Us-+U1-+3U1-47练习1-15已知Us=10V，i1=2A，R1=4.5Ω,R2=1Ω,求i2R1i2R2根据KVL：第47页，课件共53页，创作于2023年2月结论：求解电阻电路中的I，U，其实就是根据KCL，KVL、VCR列方程组，然后求解方程组。

对复杂电路直接列方程组求解可能很困难，要用后面介绍的由KVL、KCL推出的各种具体的分析方法

48第48页，课件共