电路的模型和基本定律课件

电路分析

电路分析的基本概念第一节电路的组成和电路模型

一、电路1.电路的定义：

电路是各种电气设备按一定方式联接起来的整体，它提供了电流流通的路径。从工程技术领域来看，电路的应用可分为能量与信息两大领域。2.电路的形式与功能:

电路的功能基本上可以分成两大类。一类是用来实现电能的转换、传输和分配。电路的另一类功能则是在信息网络中，用来传递、储存、加工和处理各种电信号。

第一节电路的组成和电路模型

3.实际电路的组成二、电路模型1.电路模型：

就是把实际电路的本质特征抽象出来所形成的理想化的电路。今后所讨论的电路都是电路模型。2.电路图：

用规定的电路符号表示各种理想元件而得到的电路模型图称为电路原理图，简称电路图。第一节电路和电路模型

第一节电路的组成和电路模型

三、实际电路的分类

实际电路可分为“集中参数电路”和“分布参数电路”两大类。当一个实际电路的几何尺寸远小于电路中电磁波的波长时，称为“集中参数电路”。否则就称为“分布参数电路”。

第一节电路的组成和电路模型

第二节

电路的基本物理量一、电流、电压及其参考方向1.电流（1）定义：

带电粒子的定向移动形成了电流。单位时间内通过导体截面的电荷量定义为电流强度，简称为电流，用i表示。（2）数学表达式：单位：A，mA

（3）方向：通常将正电荷移动的方向规定为电流的方向。（4）直流电流：当电流的大小和方向不随时间而变化时，称为直流电流，简称直流（DC）。

（5）特性：连续性（无分支电路的电流处处相等）

第二节

电路的基本物理量2.电压（1）定义：电压是电场力移动单位正电荷时所做的功。（2）数学表达式：单位：V，KV（3）方向：通常规定电压的方向是电场力移动正电荷的方向。（4）直流电压：在直流时，电压表达式应写为（5）特性：两点之间的电压与路径无关。任何电路元件都可用电压描述。3.参考方向（1）实际方向：以上对电流、电压规定的方向，是电路中客观存在的实际方向，称为实际方向。

（2）参考方向：参考方向是人们任意选定的一个方向。（3）应用：可任意选定一个参考方向，并由参考方向和电压或电流值的正、负来反映该电压或电流的实际方向。

参考方向一经选定，在分析电路的过程中就不再变动。

第二节

电路的基本物理量图１-2电压的参考方向

第二节

电路的基本物理量（4）关联参考方向：在电路分析中，电流与电压的参考方向是任意选定的，两者之间独立无关。但是为了方便起见，对于同一元件或同一段电路，习惯上采用“关联”参考方向。即电流的参考方向与电压参考“＋”极到“－”极的方向选为一致，如图１-3所示。关联参考方向又称为一致参考方向。当电流、电压采用关联参考方向时，电路图上只需标电流参考方向和电压参考极性中的任意一种即可。二、电位1.定义：在电路中任选一点作为参考点，则该电路中某一点A点的电位，为A点与点之间的电压，用表示。即

第二节

电路的基本物理量

电位与电压的单位完全相同，也是用伏特（V）计量。因电路参考点的电位为零，所以参考点也称零电位点。2.特点：说明:

电路中A点、B点间的电压是A点与B点电位之差，因此，电压又叫电位差。

第二节

电路的基本物理量3.电路中电位的概念及计算（1）在计算式中电位用单下标字符表示，例如“Va”表示a点的电位。（2）电位的单位也是“伏”。

第二节

电路的基本物理量三、电动势1.定义：电源力把单位正电荷从电源的负极移到正极所做的功，人们将其称为电源的电动势，用e表示，即

电动势的方向是电源力克服电场力移动正电荷的方向，是从低电位指向高电位的方向。

第二节

电路的基本物理量2.特点：

(1)同一电源两端,电动势和电压大小相等,方向相反.(2)电动势只针对电源而言.

第二节

电路的基本物理量四、功率与电能1.功率及其正、负号的意义电功率(简称功率)是衡量电路中能量变化速率的物理量。其定义式为p=dW/dt

在直流电路中，功率与电流、电压均不随时间变化，上式可写成P=UI

第二节

电路的基本物理量一段电路，在取关联参考方向下，

说明这段电路上电压和电流的实际方向是一致的，正电荷在电场力作用下做了功，电路吸收了功率；

则这段电路上电压和电流的实际方向不一致，一定是有外力克服电场力做了功，电路发出功率，也可以说电路吸收了负功率。必须注意的关联参考方向及各数值的正、负号的含义。

第二节

电路的基本物理量2电能

当正电荷从一段电路的高电位点移到低电位点是电场力对正电荷做了功，该段电路吸收了电能；正电荷从电路的低电位点移到高电位点是非电场力克服电场力做了功，即这段电路将其它形式的能量转换成电能释放了出来。把单位时间内电路吸收或释放的电能定义为该电路的功率，用p表示。设在时间内电路转换的电能为w，则

第二节

电路的基本物理量在的一段时间内，电路消耗的电能应为直流时，p为常量，则国际单位制中，电能W的单位是焦耳（J），它表示功率为1W的用电设备在1s时间内所消耗的电能。实用中还常用千瓦小时（俗称度）的电能单位，即

1度电=

第二节

电路的基本物理量课后要求：

1.自测题目(自己完成考察掌握情况）

课本2页、7页课后思考题2.本次作业（在作业本完成，须上交）

课本16页习题一1-2第三节电阻元件和欧姆定律一、电阻元件1.电阻元件的定义

电阻元件是反映电路器件消耗电能这一物理性能的一种理想元件。2.电阻元件的分类电阻元件按其伏安特性曲线是否为通过原点的直线可分为线性电阻元件和非线性电阻元件，按其特性曲线是否随时间变化又可分为时变电阻元件和非时变电阻元件。1）线性电阻

若电阻R值与其工作电压或电流无关，则称其为线性电阻元件。其伏安特性曲线是一条通过原点的直线。通常所说的电阻元件，习惯上指的是线性非时变电阻元件，又简称电阻。其图形符号如图１-5所示。第三节电阻元件和欧姆定律第三节电阻元件和欧姆定律第三节电阻元件和欧姆定律第三节电阻元件和欧姆定律

作为理想元件，电阻元件上的电压、电流可以不受限制地满足欧姆定律。但作为实际的电阻器件如灯泡、电炉等，对电压、电流或功率却有一定的限额。过大的电压或电流会使器件过热而损坏。因此，在电子设备的设计中，必须考虑器件的额定电流、额定电压和额定功率以及器件的散热问题。本课程主要讨论线性非时变电阻。2)*非线性电阻（略）如果电阻的电阻值不是一个常数，会随着其工作电压或电流的变化而变化则称为非线性电阻元件。其伏安特性曲线不再是一条通过原点的直线。第三节电阻元件和欧姆定律二、欧姆定律(Ohm’slaw)，即

第三节电阻元件和欧姆定律第三节电阻元件和欧姆定律三、电阻元件的功率与耗能1.线性电阻元件在任一瞬间的吸收功率可按课本式(1-7)结合欧姆定律进行计算，即pR=u·i=Ri2=Gu22.在直流情况下，计算式可写成PR=UI=RI2=GU2第三节电阻元件和欧姆定律补充：３．耗能：第三节电阻元件和欧姆定律四、电阻的发展1.线绕电阻（1）原理（2）特点2.碳膜电阻（1）原理（2）特点3.超导体（1）原理（2）特点（3）应用发展第三节电阻元件和欧姆定律第三节电阻元件和欧姆定律第四节独立电源

电源是各种电能量（电功率）产生器的理想化模型。电源可分为独立电源与非独立电源（受控源）两类。第四节独立电源一、电压源1.理想电压源：

理想电压源是一个二端元件，其端电压us在任意瞬间与通过它的电流无关。us可以保持恒定不变(称为理想直流电压源)或按一定规律随时间变化。电压不变，电流不定。第四节独立电源第四节独立电源2.实际电压源

理想电压源实际上是不存在的，电源内部总是存在一定的电阻，称之为内阻。

实际电压源可以用一个理想电压源和内阻相串联的电路模型来表示，其端口处伏安关系为：

第四节独立电源第四节独立电源二、电流源1.理想电流源理想电流源是另一种理想电源。它也是一个二端元件，在任意瞬间，输出电流is与其端电压无关。is可以保持恒定不变(称为理想直流电流源)或按一定规律随时间变化。第四节独立电源第四节独立电源第四节独立电源2.实际电流源理想电流源实际上也是不存在的，由于其内电导的存在，电流源中的电流并不能全部输出，有一部分将在内部分流。实际电流源可用一个理想电流源与内电导相并联的电路模型来表示。其端口处伏安关系为：

第四节独立电源第四节独立电源补充：电路的工作状态一、开路

开路状态也称为断路状态。这时电源和负载未构成通路，负载上电流为零，电源空载，不输出功率。

开路时电源的端电压称为开路电压，用Uoc表示。实际电压源在开路时，流过的电流I=0，端口电压等于电压源电压即Uoc=Us二、短路

短路状态指电源两端由于某种原因而短接在一起的情况，这时相当于负载电阻为零，电源的端电压为零，不输出功率。短路时电源的输出电流称为短路电流，用Isc表示。实际电流源短路时Isc=Is。

实际电压源短路时，由于其内阻一般很小，所以其短路电流将很大，会使电源发热以致损坏，所以应防止电压源被短路。补充：电路的工作状态

三、额定工作状态

电气设备工作在额定值的情况下称为额定工作状态。电源设备的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定容量SN。负载的额定值一般包括额定电压UN、额定电流IN和额定功率PN。应合理使用电气设备，尽可能使其工作在额定状态下，这样既安全可靠又能充分发挥设备的作用，这种工作状态有时也称为“满载”，设备超过额定值工作时称为的“过载”。应避免长时间“过载”。补充：电路的工作状态课后要求：

1.自测题目(自己完成考察掌握情况）

课本９页、１３页课后思考题2.本次作业（在作业本完成，须上交）

课本16页习题一1-３、５第五节基尔霍夫定律一与拓扑约束有关的几个名词1.支路：电路中一个二端元件称为一条支路。第五节基尔霍夫定律2.节点：电路中元件的汇接点称为节点(结节)。

为简便起见，今后定义三条和三条以上的支路联接点为节点。如a、b点第五节基尔霍夫定律3.回路：电路中任一闭合的路径称为回路。第五节基尔霍夫定律4.网孔：内部不含支路的回路称为网孔。第五节基尔霍夫定律二基尔霍夫电流定律1.定律：基尔霍夫电流定律可表述为：在集中参数电路中，任一时刻流出(或流入)节点的各支路电流的代数和恒等于零。写成数学表达式为

i=0 第五节基尔霍夫定律第五节基尔霍夫定律第五节基尔霍夫定律2.特性：（1）任何时刻流入任一节点的电流必定等于流出该节点的电流。（2）流入电路任一封闭面的电流代数