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1、第1章 电路的基本概念与基本定律2022/9/182022/9/181 1第1页，共125页，编辑于2022年，星期一课程简介课程性质与特点课程性质与特点电子与电子技术是针对非电专业开设的一门综合性课程，覆盖电路、电子与电子技术是针对非电专业开设的一门综合性课程，覆盖电路、电气与电子等多门课程的内容。电气与电子等多门课程的内容。课程主要内容：课程主要内容：电路的基本概念与基本定律；电路的基本概念与基本定律；电路的正弦稳态分析；电路的正弦稳态分析；三相电路；三相电路；磁路与铁心线圈电路；磁路与铁心线圈电路；异步电动机；异步电动机；继电接触控制系统；继电接触控制系统；可编程控制器可编程控制器半导体
2、器件、基本放大电路、集成运放、直流电源；半导体器件、基本放大电路、集成运放、直流电源；数字逻辑电路、组合逻辑电路与时序逻辑电路等。数字逻辑电路、组合逻辑电路与时序逻辑电路等。2022/9/182022/9/182 2第2页，共125页，编辑于2022年，星期一学习目的基本目的与要求：基本目的与要求：掌握电路基本原理、定律及基本分析方法；掌握电路基本原理、定律及基本分析方法；了解和掌握各种电路、电子与电气器件与设备的基本了解和掌握各种电路、电子与电气器件与设备的基本工作原理与特点；工作原理与特点；考核方式考核方式考核方式：闭卷考试闭卷考试+平时成绩平时成绩2022/9/182022/9/183
3、3第3页，共125页，编辑于2022年，星期一第一章第一章电路的基本分析方法电路的基本分析方法 第4页，共125页，编辑于2022年，星期一 第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律1.11.1 电压、电流和功率基础知识电压、电流和功率基础知识1.21.2 基尔霍夫定理基尔霍夫定理 1.3 1.3 电压源与电流源电压源与电流源 1.4 1.4 常用元件的时域伏安特性常用元件的时域伏安特性 1.5 1.5 支路分析法支路分析法 1.6 1.6 节点分析法节点分析法 1.7 1.7 叠加原理叠加原理 1.8 1.8 戴维兰定理戴维兰定理 诺顿定理诺顿定理 第5页，共125页
4、，编辑于2022年，星期一教学提示教学提示 电路理论包括两方面的内容：电路理论包括两方面的内容：电路分析电路分析与与电路综合（设计）电路综合（设计）。电路分析电路分析是指如何在电路为已知的情况下，分是指如何在电路为已知的情况下，分析电路的基本功能特征：在给定输入激励下电路的输析电路的基本功能特征：在给定输入激励下电路的输出响应；出响应；电路的基本分析方法贯穿于全书，是对电路进行分电路的基本分析方法贯穿于全书，是对电路进行分析、计算和设计的基础。析、计算和设计的基础。电路设计电路设计是研究如何构成一个电路，以实现指是研究如何构成一个电路，以实现指定功能：对给定输入激励呈现出所预期的输出响定功能：
5、对给定输入激励呈现出所预期的输出响应。应。2022/9/182022/9/186 6第6页，共125页，编辑于2022年，星期一教学要求教学要求 1.1.理解电压与电流参考方向的意义理解电压与电流参考方向的意义;2.2.理解电路的基本定律并能正确应用；理解电路的基本定律并能正确应用；3.3.了解常用元件的时域伏安特性；了解常用元件的时域伏安特性；4.4.掌握基尔霍夫定理，支路分析法，节点分析法，掌握基尔霍夫定理，支路分析法，节点分析法，叠加原理，戴维兰定理和诺顿定理。叠加原理，戴维兰定理和诺顿定理。第7页，共125页，编辑于2022年，星期一1.1 1.1 电压、电流和功率基础知识电压、电流和
6、功率基础知识1 1、电流、电流 电流是由导体中自由电子的定向移动形成的。电流是由导体中自由电子的定向移动形成的。电流是看不见、摸不着的，但电流的强弱可电流是看不见、摸不着的，但电流的强弱可以间接地通过其他手段知道。以间接地通过其他手段知道。例如：例如：“流过手电筒的电流和流过汽车灯的电流，流过手电筒的电流和流过汽车灯的电流，强弱是不一样的强弱是不一样的”，这就知道电流的存在并且知道，这就知道电流的存在并且知道电流存在的大小。电流存在的大小。电压、电流和功率的概念电压、电流和功率的概念 第8页，共125页，编辑于2022年，星期一电流强度即我们常说的电流大小，定义为单电流强度即我们常说的电流大小
7、，定义为单位时间内通过导体横截面的电量。电流强度位时间内通过导体横截面的电量。电流强度简称电流，用符号简称电流，用符号 表示，即表示，即 （1-11-1）在国际单位制中，电流的单位是在国际单位制中，电流的单位是安培安培（中文代号（中文代号为为安安，国际代号为，国际代号为A A）直流电流：电流的大小和方向不随时间变化直流电流：电流的大小和方向不随时间变化 电流电流分类分类交流电流：大小和方向都随时间变化交流电流：大小和方向都随时间变化 电流强度电流强度即我们常说的电流大小，定义为单位即我们常说的电流大小，定义为单位时间内通过导体横截面的电量。电流强度简称时间内通过导体横截面的电量。电流强度简称电
8、流，用符号电流，用符号 表示，即表示，即 第9页，共125页，编辑于2022年，星期一2 2、电压、电压 （1 1）电压定义）电压定义 电压也叫电位差，用符号电压也叫电位差，用符号 表示。电路中表示。电路中 两点间的两点间的电压电压描述了描述了单位正电荷由单位正电荷由 点转移点转移到到 点时所获得或失去的能量点时所获得或失去的能量，即，即 （1-21-2）在国际单位制中，电压的单位是在国际单位制中，电压的单位是伏特伏特（中文（中文代号为代号为伏伏，国际代号为，国际代号为V V）直流电压：大小和方向不随时间变化直流电压：大小和方向不随时间变化 电压电压分类分类交流电压：大小和方向都随时间变化交流
9、电压：大小和方向都随时间变化 第10页，共125页，编辑于2022年，星期一（2 2）电位定义）电位定义 电路中选定某一点作为比较点（或称参考点），则电电路中选定某一点作为比较点（或称参考点），则电路中其余各点的电位就能以该参考点的电位为准进行计路中其余各点的电位就能以该参考点的电位为准进行计算或测量。算或测量。规定：参考点的电位为零；规定：参考点的电位为零；其它点的电位为相对参考点的电位差。其它点的电位为相对参考点的电位差。任意两点间的电位差（电压）则是绝对的，它不会任意两点间的电位差（电压）则是绝对的，它不会因参考点设定电位的变动而改变；因参考点设定电位的变动而改变；电位的大小与参考点的选
10、择有关。电位的大小与参考点的选择有关。第11页，共125页，编辑于2022年，星期一3.3.功率功率 电路中存在着能量的流动，我们将电路中某电路中存在着能量的流动，我们将电路中某一段所吸收或产生能量的速率称为功率一段所吸收或产生能量的速率称为功率 （1-31-3）功率的计算公式为功率的计算公式为 （1-41-4）在国际单位制中，功率的的单位为在国际单位制中，功率的的单位为瓦特瓦特（中文（中文代号为瓦，国际代号为代号为瓦，国际代号为W W）第12页，共125页，编辑于2022年，星期一参考方向参考方向 1 1、引入参考方向的意义、引入参考方向的意义在实际电路中，电流和电压的真实方向往往难以在实际
11、电路中，电流和电压的真实方向往往难以在图中标出。在图中标出。例例1 1：当电路中的电流为交流时，就不可能：当电路中的电流为交流时，就不可能用一个固定的箭头来表示真实方向。用一个固定的箭头来表示真实方向。例例2 2：在一个复杂的电路中，我们无法通过：在一个复杂的电路中，我们无法通过简单的观察来判断电流和电压的真实方向。简单的观察来判断电流和电压的真实方向。为此，我们引入参考方向的概念。为此，我们引入参考方向的概念。第13页，共125页，编辑于2022年，星期一2 2、参考方向定义、参考方向定义 在电路中人为规定电压和电流的假想正方在电路中人为规定电压和电流的假想正方向，这个方向是可以任意规定的，
12、在电路向，这个方向是可以任意规定的，在电路中我们用箭头来表示电流或电压的参考方中我们用箭头来表示电流或电压的参考方向。向。图图1-11-1为电流参考方向的表示，图为电流参考方向的表示，图1-21-2为电压参为电压参考方向的表示。考方向的表示。第14页，共125页，编辑于2022年，星期一同时规定：如果电流参考方向是从电压同时规定：如果电流参考方向是从电压“+”极极性端流入，由性端流入，由“-”极性端流出，则称电压和电极性端流出，则称电压和电流的方向为流的方向为关联参考方向关联参考方向，如图，如图1-31-3。否则为。否则为非非关联参考方向。关联参考方向。同理，对于功率我们也可以用指向元件的箭头
13、表同理，对于功率我们也可以用指向元件的箭头表示功率的参考方向，这意味着我们规定当元件吸示功率的参考方向，这意味着我们规定当元件吸收功率时，功率为正值。如图收功率时，功率为正值。如图1-41-4。第15页，共125页，编辑于2022年，星期一3.3.参考方向与实际方向的关系参考方向与实际方向的关系 （1 1）电流参考方向与实际方向的关系）电流参考方向与实际方向的关系 我们规定：我们规定：如果电流的参考方向与实际方向一致，如果电流的参考方向与实际方向一致，则电流为正值；反之，则电流为负值；因此，当则电流为正值；反之，则电流为负值；因此，当电流的参考方向规定后，我们可以通过求得的电电流的参考方向规定
14、后，我们可以通过求得的电流符号知道电流的实际方向。流符号知道电流的实际方向。例如：例如：如果求得的电流为正值，则电流的实际如果求得的电流为正值，则电流的实际方向与我们假定的参考方向一致；电流为负值，方向与我们假定的参考方向一致；电流为负值，则电流的实际方向与我们假定的参考方向相反。则电流的实际方向与我们假定的参考方向相反。第16页，共125页，编辑于2022年，星期一（2 2）电压参考方向与实际方向的关系）电压参考方向与实际方向的关系我们规定：我们规定：如果电压的参考方向与实际方向一致，如果电压的参考方向与实际方向一致，则电压为正值；反之，则电压为负值；因此，当则电压为正值；反之，则电压为负值
15、；因此，当电压的参考方向规定后，我们可以通过计算得到电压的参考方向规定后，我们可以通过计算得到的电压的符号知道电压的实际方向。的电压的符号知道电压的实际方向。例如：例如：如果通过计算得到电压为正值，则电压的实如果通过计算得到电压为正值，则电压的实际方向与参考方向一致；电压为负值，则相反。际方向与参考方向一致；电压为负值，则相反。第17页，共125页，编辑于2022年，星期一（3 3）功率参考方向与实际方向的关系）功率参考方向与实际方向的关系 我们规定：我们规定：如果功率的实际方向与参考方向如果功率的实际方向与参考方向（指向元件）一致，则功率为正值，表明元件（指向元件）一致，则功率为正值，表明元
16、件吸收功率；反之，则功率为负值，表明元件释吸收功率；反之，则功率为负值，表明元件释放功率；因此，当电压、电流的实际方向知道放功率；因此，当电压、电流的实际方向知道后，就可以通过求得的功率符号来判断功率的后，就可以通过求得的功率符号来判断功率的实际方向。实际方向。例如：如果求得的功率为正值，则功率的实际例如：如果求得的功率为正值，则功率的实际方向与参考方向一致，此时元件吸收功率；反方向与参考方向一致，此时元件吸收功率；反之，则元件释放功率。之，则元件释放功率。第18页，共125页，编辑于2022年，星期一例例1.11.1已知，已知，求出图，求出图1-51-5中各中各变量（电流、电压、功率）的实际
17、方向。变量（电流、电压、功率）的实际方向。解：解：根据各变量参考方向与根据各变量参考方向与实际方向的规定。电压为实际方向的规定。电压为正值，表明电压的实际方正值，表明电压的实际方向与图向与图1.11.1中标出的电压中标出的电压参考方向一致；电流为负参考方向一致；电流为负值，表明电流的实际方向值，表明电流的实际方向与图与图1.11.1中标出的电流参中标出的电流参考方向相反。考方向相反。第19页，共125页，编辑于2022年，星期一根据（根据（1-41-4）式计算功率）式计算功率由于功率为负值，表元件释放功率由于功率为负值，表元件释放功率 第20页，共125页，编辑于2022年，星期一1.21.2
18、 基尔霍夫定理基尔霍夫定理 集中参数电路集中参数电路 集中参数电路定义：集中参数电路定义：“集中参数集中参数”电路是实际电路电路是实际电路的理想化模型，是由一些理想电路元件按特定方式的理想化模型，是由一些理想电路元件按特定方式互相连接而成的总体，在此总体中具有电流赖以流互相连接而成的总体，在此总体中具有电流赖以流通的路径。通的路径。理想元件：理想元件：只考虑主要效应而忽略次要效应的一只考虑主要效应而忽略次要效应的一些理想化电路元件，（简称电路元件）些理想化电路元件，（简称电路元件）例如，例如，当电流通过实际的电阻元件时，会同时产生电当电流通过实际的电阻元件时，会同时产生电效应和磁效应，只是由于
19、产生的磁效应对电路的影响效应和磁效应，只是由于产生的磁效应对电路的影响几乎可以忽略不计，因此我们可以只考虑电阻元件的几乎可以忽略不计，因此我们可以只考虑电阻元件的电效应，这样的元件称为理想元件。电效应，这样的元件称为理想元件。第21页，共125页，编辑于2022年，星期一基尔霍夫电流定理基尔霍夫电流定理 1.1.基尔霍夫电流定理（基尔霍夫电流定理（KCLKCL）在集中电路中，任何时刻流经元件的电流及元件的端在集中电路中，任何时刻流经元件的电流及元件的端电压都是可以确定的物理量。电压都是可以确定的物理量。支路（支路（branchbranch）：）：每一个二端元件视为一条之路；每一个二端元件视为一
20、条之路；有时为了研究的方便，也可以把支路看成是一个具有时为了研究的方便，也可以把支路看成是一个具有两个端钮而由多个元件串联而成的组合。有两个端钮而由多个元件串联而成的组合。节点（节点（nodenode）：）：多条支路的连接点多条支路的连接点回路（回路（looploop）：）：支路构成的无重复封闭路径支路构成的无重复封闭路径支路电流和支路电压：支路电流和支路电压：流经元件的电流和产生的流经元件的电流和产生的电压电压第22页，共125页，编辑于2022年，星期一定义：定义：对于任一集中参数电路中的任一节点，在任对于任一集中参数电路中的任一节点，在任一时刻，流出（或流进）该节点的所有支路电流的一时刻
21、，流出（或流进）该节点的所有支路电流的代数和为零。其数学表达式为代数和为零。其数学表达式为 (1-5)(1-5)式中式中 为流出（或流进）节点的第为流出（或流进）节点的第k k条支条支路的电流，路的电流，N N为节点处的支路数。为节点处的支路数。第23页，共125页，编辑于2022年，星期一2.2.基尔霍夫电流定理补充规定基尔霍夫电流定理补充规定 （1 1）基尔霍夫电流定理对支路的元件并无要求，不论电）基尔霍夫电流定理对支路的元件并无要求，不论电路中的元件如何，只要是集中参数电路，路中的元件如何，只要是集中参数电路，KCLKCL就是成立的。就是成立的。这就是说，这就是说，KCLKCL与元件的性
22、质是无关的。与元件的性质是无关的。（2 2）当各支路是时变电流时，）当各支路是时变电流时，KCLKCL仍然成立。仍然成立。（3 3）各支流电流）各支流电流“+”“-”符号的确定是人为的，通符号的确定是人为的，通常流入节点的电流取常流入节点的电流取“+”，流出节点的电流取，流出节点的电流取“-”（当然也可以定义：凡流入节点的电流取（当然也可以定义：凡流入节点的电流取“-”，流出，流出节点的电流取节点的电流取“+”），但对于同一个节点电流符号的规），但对于同一个节点电流符号的规定应该一致。定应该一致。第24页，共125页，编辑于2022年，星期一例例1.2 1.2 如图如图1.21.2所示，已知流
23、过节点所示，已知流过节点A A的电的电流：流：、，试求电流，试求电流 。解：流入节点的电流取解：流入节点的电流取“+”，流出节点的电流，流出节点的电流取取“-”，根据基尔霍夫，根据基尔霍夫电流定理电流定理 得到节点得到节点A A的电流方程为：的电流方程为：即：即：第25页，共125页，编辑于2022年，星期一3.3.基尔霍夫电流定理的推广基尔霍夫电流定理的推广 由于：由于：流入每一元件的电流等于流出该元件的电流，流入每一元件的电流等于流出该元件的电流，因此，每一元件存贮的静电荷为零，因此，每一元件存贮的静电荷为零，因此，对任意闭因此，对任意闭合面内存贮的总净电荷应为零。合面内存贮的总净电荷应为
24、零。推广：推广：对于任一集中电路中的任一封闭面，在任一对于任一集中电路中的任一封闭面，在任一时刻，流出（或流进）该封闭面的所有支路电流的时刻，流出（或流进）该封闭面的所有支路电流的代数和为零。其数学表达式为代数和为零。其数学表达式为 (1-6)(1-6)式中式中 为流出（或流进）封闭平面的第为流出（或流进）封闭平面的第k k条条支路的电流，支路的电流，N N为节点处的支路数。为节点处的支路数。第26页，共125页，编辑于2022年，星期一例例1.3 1.3 电路如图电路如图1.31.3，证明，证明 证明：方法一：证明：方法一：用一封闭用一封闭面将电路元件封闭起来，面将电路元件封闭起来，根据基尔
25、霍夫电流定理的根据基尔霍夫电流定理的推广，在任一时刻，流出推广，在任一时刻，流出（或流进）该封闭面的所（或流进）该封闭面的所有支路电流的代数和为零。有支路电流的代数和为零。即即 得：得：第27页，共125页，编辑于2022年，星期一方法二：方法二：根据基尔霍夫电流定理，得到节点方程根据基尔霍夫电流定理，得到节点方程 （1 1）节点）节点A A（2 2）节点）节点B B（3 3）节点）节点C C 方程（方程（1 1）（）（2 2）（）（3 3）相加得：）相加得：第28页，共125页，编辑于2022年，星期一基尔霍夫电压定理基尔霍夫电压定理 1 1、定义：、定义：基尔霍夫电压定理（基尔霍夫电压定理
26、（KVLKVL）：对于任一）：对于任一集中电路中的任一闭合回路，在任一时刻，沿着该集中电路中的任一闭合回路，在任一时刻，沿着该回路的所有支路电压降的代数和为零。其数学表达回路的所有支路电压降的代数和为零。其数学表达式为式为 (1-7)(1-7)式中式中 为回路中的第为回路中的第k k条支路上的电压降，条支路上的电压降，N N为回路中的支路数为回路中的支路数 第29页，共125页，编辑于2022年，星期一2.2.基尔霍夫电压定理补充规定基尔霍夫电压定理补充规定 （1 1）基尔霍夫电压定理（）基尔霍夫电压定理（KVLKVL）对支路的元件并）对支路的元件并无特别限制，不论电路中的元件如何，只要是无特
27、别限制，不论电路中的元件如何，只要是集中参数电路，集中参数电路，KVLKVL就成立。这就是说，就成立。这就是说，KVLKVL与元与元件的性质是无关的件的性质是无关的 （2 2）当各支路是时变电压时，）当各支路是时变电压时，KVLKVL仍然成立仍然成立 （3 3）各支路电压降）各支路电压降“+”“-”符号的确定是人为的。符号的确定是人为的。通常规定各支路电压降的方向与循行方向一致时通常规定各支路电压降的方向与循行方向一致时取取“+”，相反时（电压升）取，相反时（电压升）取“-”（当然也可以（当然也可以定义：与循行方向一致的取定义：与循行方向一致的取“-”，相反的取，相反的取“+”），但在循行同一
28、回路时应该一致。），但在循行同一回路时应该一致。第30页，共125页，编辑于2022年，星期一例例1.4 1.4 电路如图电路如图1.41.4所示，已知，所示，已知，求求 。解：根据基尔霍夫电压定理，解：根据基尔霍夫电压定理，在任一时刻，沿着回路的所有在任一时刻，沿着回路的所有支路电压降的代数和为零，即支路电压降的代数和为零，即 第31页，共125页，编辑于2022年，星期一图图1.41.4中，以顺时钟方向为中，以顺时钟方向为循行方向列写方程循行方向列写方程 （1.4-11.4-1）（1.4-21.4-2）（1.4-31.4-3）图图1.41.4可解得：可解得：第32页，共125页，编辑于20
29、22年，星期一1.3 1.3 电压源与电流源电压源与电流源 能量守恒定理能量守恒定理：能量不能凭空产生，也不会凭空消：能量不能凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式的能量转换为另一种形式的失，它只能从一种形式的能量转换为另一种形式的能量。能量。在一个电路中，存在能量的消耗，必然有提供能量的物在一个电路中，存在能量的消耗，必然有提供能量的物质（部件）。质（部件）。在电路中能为电路提供能量的元件我们称为在电路中能为电路提供能量的元件我们称为电源。电源。第33页，共125页，编辑于2022年，星期一独立电压源与独立电流源独立电压源与独立电流源 1.1.独立电压源独立电压源 定义：定义：如果一个二
30、端元件，其端电压既如果一个二端元件，其端电压既独立于流过其中的电独立于流过其中的电流流，又，又独立于其他支路独立于其他支路的电压和电流，则称此元件为独立的电压和电流，则称此元件为独立电压源。独立电压源主要分为电压源。独立电压源主要分为直流电压源直流电压源和正弦和正弦交流电压交流电压源源，凡具有图，凡具有图1-5(a)1-5(a)所示时域特性的电压源称为直流电压所示时域特性的电压源称为直流电压源，凡具有图源，凡具有图1-5(b)1-5(b)所示时域特性的电压源称为正弦交流所示时域特性的电压源称为正弦交流电压源。电压源。图图1-51-5（a a）图图1-5(b)1-5(b)第34页，共125页，编
31、辑于2022年，星期一理想电压源：理想电压源：电压源端电压不随输出电流而变化电压源端电压不随输出电流而变化 的电的电压源，具有图压源，具有图1-6(a)1-6(a)所示伏安特性。所示伏安特性。图图1-6(a)1-6(a)图图1-6(b)1-6(b)直流电压源的伏安特性直流电压源的伏安特性 电压源电气符号电压源电气符号 2022/9/182022/9/183535第35页，共125页，编辑于2022年，星期一实际电压源：实际电压源：电压源只能在一个规定的电流范围内电压源只能在一个规定的电流范围内作为电压源工作作为电压源工作 一个实际的电压源模型如图一个实际的电压源模型如图1-71-7所示所示 图
32、图1-7 1-7 实际电压源模型实际电压源模型 实际电压源的伏安特性方程如实际电压源的伏安特性方程如式式(1-8)(1-8)（1-81-8）第36页，共125页，编辑于2022年，星期一内阻为内阻为R R1 1的电压源端口伏安特性的电压源端口伏安特性 内阻为内阻为R R2 2的电压源端口伏安特性的电压源端口伏安特性 第37页，共125页，编辑于2022年，星期一2.2.独立电流源独立电流源 如果一个二端元件，其输出电流既独立于其本身如果一个二端元件，其输出电流既独立于其本身端电压，又独立于其他支路的电压和电流，则称此端电压，又独立于其他支路的电压和电流，则称此元件为元件为独立电流源。独立电流源
33、。凡具有图凡具有图1-9(a)1-9(a)所示时域特性的电流源称为所示时域特性的电流源称为直流电流直流电流源源 图图1-91-9（a a）独立直流电流源的时域特性独立直流电流源的时域特性 图图1-9(b)1-9(b)独立直流电流源的电气符号独立直流电流源的电气符号 第38页，共125页，编辑于2022年，星期一图图1-10(a)1-10(a)直流电流源的伏安特性直流电流源的伏安特性 图图1-10(b)1-10(b)实际电流源模型实际电流源模型 具有图具有图1-101-10（a a）所示伏）所示伏安特性的电流源称为安特性的电流源称为理理想电流源想电流源，其特点是，其特点是电源输出的电流不随电电源
34、输出的电流不随电源自身端电压而变化。源自身端电压而变化。实际电流源：实际电流源：任何一个任何一个电流源的内阻总是存在电流源的内阻总是存在的，只是有大小的区别的，只是有大小的区别 第39页，共125页，编辑于2022年，星期一图图1-11(a)1-11(a)内阻为内阻为R R1 1的电流源端口伏安特性的电流源端口伏安特性 图图1-11(b)1-11(b)内阻为内阻为R R2 2的电流源端口伏安特性的电流源端口伏安特性 实际电流源的伏安特性方程如式实际电流源的伏安特性方程如式(1-9)(1-9)（1-91-9）第40页，共125页，编辑于2022年，星期一例例1.5 1.5 电路如图电路如图1.5
35、1.5所示。已知所示。已知 ，（1 1）只当开关）只当开关S S1 1 闭合时，求电流闭合时，求电流i i ；（2 2）当开关）当开关S S1 1、S S2 2 同时闭合时，求电流同时闭合时，求电流i i ；（3 3）当开关）当开关 S1S1、S2S2、S S3 3同时闭合时，求电流同时闭合时，求电流i i ；解：解：分析：电压源的分析：电压源的端电压不随外电路的端电压不随外电路的变化而变化，但电压变化而变化，但电压源向外提供的电流可源向外提供的电流可以随负载的变化而发以随负载的变化而发生变化生变化 第41页，共125页，编辑于2022年，星期一（1 1）只当开关）只当开关S S1 1闭合时闭
36、合时 （2 2）当开关）当开关S1S1、S2S2 同时闭同时闭 合合时时（3 3）当开关）当开关 S1S1、S2S2、S3S3同时闭合时同时闭合时第42页，共125页，编辑于2022年，星期一例例1.61.6：电路如图电路如图1.61.6所示。已知，所示。已知，求下列三求下列三种情况下两端的电压种情况下两端的电压 （1 1）只当开关）只当开关S S1 1；（2 2）当开关）当开关S S1 1、S S2 2 同时闭合时；同时闭合时；（3 3）当开关）当开关 S1S1、S2S2、S S3 3同时闭合时；同时闭合时；解：分析：电流源向外提解：分析：电流源向外提供的工作电流不随外电路供的工作电流不随外
37、电路负载的变化而变化，但电负载的变化而变化，但电流源的端电压能够随负载流源的端电压能够随负载的变化而发生变化。的变化而发生变化。第43页，共125页，编辑于2022年，星期一根据欧姆定律根据欧姆定律（1 1）只当开关）只当开关S S1 1闭合时，电路闭合时，电路中电阻为中电阻为 ，而电流源输出，而电流源输出的电流为的电流为 ，所以，所以 （2 2）开关）开关S S1 1 、S S2 2同时闭合时，电路中电阻为同时闭合时，电路中电阻为 ，而电流源输出的电流仍然为而电流源输出的电流仍然为 ，所以，所以 （3 3）开关）开关S S1 1 、S S2 2、S S3 3同时闭合时，同时闭合时，第44页，
38、共125页，编辑于2022年，星期一受控电压源与受控电流源受控电压源与受控电流源 1.1.受控电源的分类受控电源的分类 定义：定义：受控电源的电动势或电流随网络中其他支路受控电源的电动势或电流随网络中其他支路的电流或电压而变化，它是反映电子器件相互作用的电流或电压而变化，它是反映电子器件相互作用时所发生的物理现象的一种模型时所发生的物理现象的一种模型 受控源有两对端钮，一对输出端钮，一对输入端钮，输入端用受控源有两对端钮，一对输出端钮，一对输入端钮，输入端用来控制输出端的电压或电流的大小，施加于输入端的控制量可来控制输出端的电压或电流的大小，施加于输入端的控制量可以是电压也可以是电流，因此，有
39、两种受控电压源即电压控制以是电压也可以是电流，因此，有两种受控电压源即电压控制电压源如图电压源如图1-121-12（a a），电流控制电压源如图），电流控制电压源如图1-12(b)1-12(b)；同样，；同样，受控电流源也有电压控制电流源如图受控电流源也有电压控制电流源如图1-12(c)1-12(c)及电流控制电流及电流控制电流源如图源如图1-12(d)1-12(d)第45页，共125页，编辑于2022年，星期一图图1-12(a)1-12(a)图图1-12(b)1-12(b)图图1-12(c)1-12(c)图图1-12(d)1-12(d)第46页，共125页，编辑于2022年，星期一受控源的控
40、制端与受控端的关系式称转移函数，受控源的控制端与受控端的关系式称转移函数，四种受控源的转移函数参量分别用四种受控源的转移函数参量分别用 表示，它们的定义如下：表示，它们的定义如下：1 1 ：转移电压比（或电压增益）转移电压比（或电压增益）2 2 ：转移电阻转移电阻 3 3 ：转移电导转移电导CCVS CCVS 4 4 ：转移电流比（或电流增益）转移电流比（或电流增益）第47页，共125页，编辑于2022年，星期一2.2.电压源与电流源的等效互换电压源与电流源的等效互换 在工程实际中，绝对的理想电压源和电流源都是在工程实际中，绝对的理想电压源和电流源都是不存在的。不存在的。但对一个实际电源，就其
41、外部特性而言，既可以但对一个实际电源，就其外部特性而言，既可以看成是电压源，又可以看成是电流源。而且实际电压看成是电压源，又可以看成是电流源。而且实际电压源源(如图如图1-131-13（a a）)与实际电流源与实际电流源(如图如图1-131-13（b b）)之间可以进行等效互换。之间可以进行等效互换。理想电压源与理想电流源是不能互相转换的。理想电压源与理想电流源是不能互相转换的。但有一些电源其外特性与理想电源极为接近，但有一些电源其外特性与理想电源极为接近，因此，可以近似地将其视为理想电源。因此，可以近似地将其视为理想电源。第48页，共125页，编辑于2022年，星期一图图1-131-13（a
42、 a）图图1-13(b)1-13(b)实际电压源模型实际电压源模型 实际电流源模型实际电流源模型 第49页，共125页，编辑于2022年，星期一 如果电压源或电流源作用于某一负载，如果电压源或电流源作用于某一负载，在该负载端口能够产生相同的伏安特性，在该负载端口能够产生相同的伏安特性，则我们称此电压源与电流源是等效的。以则我们称此电压源与电流源是等效的。以下我们来研究电压源与电流源等效互换的下我们来研究电压源与电流源等效互换的条件条件 等效互换的条件等效互换的条件第50页，共125页，编辑于2022年，星期一由图由图1-131-13（a a）实际电压源模型可得端口）实际电压源模型可得端口 的伏
43、安的伏安特性特性（1-101-10）由图由图1-13(b)1-13(b)实际电流源模型可得端口实际电流源模型可得端口 的伏的伏安特性安特性 (1-11)(1-11)第51页，共125页，编辑于2022年，星期一 如果（如果（1-101-10）与（）与（1-111-11）具有相同的伏安特性，）具有相同的伏安特性，则可以得到如下互换关系式：则可以得到如下互换关系式：已知电流源已知电流源 求电压源：求电压源：（1-101-10）(1-11)(1-11)已知电压源已知电压源 求电流源：求电流源：（1-121-12）（1-131-13）第52页，共125页，编辑于2022年，星期一 由（由（1-121-
44、12）可知，电流源转换为电压源时：内阻）可知，电流源转换为电压源时：内阻大小不变，电压源的大小等于电流源的大小乘以内大小不变，电压源的大小等于电流源的大小乘以内阻，电压源的正极性为电流源电流的正方向。同理阻，电压源的正极性为电流源电流的正方向。同理由（由（1-131-13）可知，电压源转换为电流源时：内阻大）可知，电压源转换为电流源时：内阻大小不变，电流源的大小等于电压源的大小除以内阻，小不变，电流源的大小等于电压源的大小除以内阻，电流源的电流正方向为电压源正极性端。电流源的电流正方向为电压源正极性端。总结总结（1-121-12）（1-131-13）第53页，共125页，编辑于2022年，星期
45、一例例1.7 1.7 试用电压源与电流源等效变换的方法计试用电压源与电流源等效变换的方法计算图算图1.7-11.7-1中电流中电流 。解：解：1.7-11.7-1可以等效为可以等效为1.7-21.7-2，电流源并联后其输出电流为各电流源并联后其输出电流为各电流源之和，因此，电流源之和，因此，1.7-21.7-2再等再等效为效为1.7-31.7-3 图图1.7-11.7-1 图图1.7-21.7-2 图图1.7-31.7-3 第54页，共125页，编辑于2022年，星期一1.4 1.4 常用元件的时域伏安特性常用元件的时域伏安特性 电阻元件时域伏安特性电阻元件时域伏安特性 常见的电阻元件（电阻值
46、）是一种耗能元件，常见的电阻元件（电阻值）是一种耗能元件，在电路中起电位平衡的作用。根据电阻元件端口伏在电路中起电位平衡的作用。根据电阻元件端口伏安特性（端口电压和电流的函数关系，即），可以安特性（端口电压和电流的函数关系，即），可以将电阻分为线性定常电阻、线性时变电阻、非线性将电阻分为线性定常电阻、线性时变电阻、非线性定常电阻和非线性时变电阻。定常电阻和非线性时变电阻。1.1.线性定常电阻线性定常电阻（1 1）定义：）定义：一个二端元件，如果在任一时刻，其端点一个二端元件，如果在任一时刻，其端点间的电压（简称端电压）和通过其中的电流之间的关间的电压（简称端电压）和通过其中的电流之间的关系可以
47、用平面上的一条经过原点的直线所确定，则此系可以用平面上的一条经过原点的直线所确定，则此电阻为线性定常电阻电阻为线性定常电阻 第55页，共125页，编辑于2022年，星期一（2 2）线性定常电阻的时域伏安特性）线性定常电阻的时域伏安特性 根据欧姆定理可知：当电阻（直线的斜率）根据欧姆定理可知：当电阻（直线的斜率）为一个常量时，电阻元件的端口伏安特性如图为一个常量时，电阻元件的端口伏安特性如图1-14(b)1-14(b)所示：所示：图图1-141-14（a a）图图1-14(b)1-14(b)关联参考方向电阻电路关联参考方向电阻电路 线性电阻元件的伏安特线性电阻元件的伏安特性曲线性曲线 第56页，
48、共125页，编辑于2022年，星期一2.2.非线性定常电阻非线性定常电阻 （1 1）定义：一个二端元件，如果在任一时刻，其端电）定义：一个二端元件，如果在任一时刻，其端电压和通过其中的电流之间的关系可以用平面上经过原压和通过其中的电流之间的关系可以用平面上经过原点的一条曲线所确定（该曲线不随时间而变），则此点的一条曲线所确定（该曲线不随时间而变），则此电阻为非线性定常电阻电阻为非线性定常电阻 （2 2）非线性定常电阻时域伏安特性）非线性定常电阻时域伏安特性 由任一时刻电阻元件的端口伏安特性都符合欧姆定理可知：第57页，共125页，编辑于2022年，星期一 但非线性定常电阻为一个变量，当电压（电
49、流）但非线性定常电阻为一个变量，当电压（电流）发生变化时端口伏安特性按照一定的规律变化，即发生变化时端口伏安特性按照一定的规律变化，即 或或 定常是指电阻不随时间而变。非线性是指电压电定常是指电阻不随时间而变。非线性是指电压电流的关系为非线性关系，如二极管的伏安特性图流的关系为非线性关系，如二极管的伏安特性图1-1-15(b)15(b)图图1-151-15（a a）图图1-15(b)1-15(b)第58页，共125页，编辑于2022年，星期一3.3.时变电阻时变电阻 （1 1）定义：一个二端元件，如果在不同时刻，）定义：一个二端元件，如果在不同时刻，其端电压和通过其中的电流之间的关系可以用平其
50、端电压和通过其中的电流之间的关系可以用平面上的经过原点的不同形状的曲线所确定，则称面上的经过原点的不同形状的曲线所确定，则称此电阻为时变电阻此电阻为时变电阻 图图1-161-16（a a）图图1-161-16（b b）线性时变电阻元件的伏线性时变电阻元件的伏安特性曲线安特性曲线 非线性时变电阻非线性时变电阻的伏安特性曲线的伏安特性曲线 第59页，共125页，编辑于2022年，星期一电容元件时域伏安特性电容元件时域伏安特性 无记忆性的元件无记忆性的元件 电阻为无记忆元件，电阻为无记忆元件，即流过电阻的电流只与当前电阻即流过电阻的电流只与当前电阻的端电压有关，而与电阻的的端电压有关，而与电阻的“过