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1、第1章 电路的模型与基本概念第1页，本讲稿共76页1.1 实际电路与理想电路实际电路与理想电路一、一、电路电路：利用导线将各种电路器件相互连接构成的网络。：利用导线将各种电路器件相互连接构成的网络。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。构成。电源电源(source)：提供能量或信号：提供能量或信号.负载负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或对 信号进行某种特定处理.（功能分为：能量转化与信息处理两类功能分为：能量转化与信息处理两类）导线导线(line)与开关（与开关（switch)：将电源与负载接成通路或断路：将电源与负载接成通路或断路.第
2、2页，本讲稿共76页二、电路模型二、电路模型 (circuit model)1.理理想想电电路路元元件件：根根据据实实际际电电路路元元件件所所具具备备的的电电磁磁性性质质所所设设想想的的具具有有某某种种单一电磁性质的的元元件件，其其u，i关关系系可可用简单的数学式子严格表示。用简单的数学式子严格表示。几种基本的电路元件：几种基本的电路元件：电阻元件电阻元件：表示消耗电能的元件：表示消耗电能的元件电感元件电感元件：表示各种电感线圈产生磁场，储存磁能的作用：表示各种电感线圈产生磁场，储存磁能的作用电容元件电容元件：表示各种电容器产生电场，储存电能的作用：表示各种电容器产生电场，储存电能的作用电源元
3、件电源元件：表示各种非电形式的能量转变成电能的元件：表示各种非电形式的能量转变成电能的元件第3页，本讲稿共76页2.电路模型电路模型：由理想元件及其组合代表实际电路元件，与实际电路具有由理想元件及其组合代表实际电路元件，与实际电路具有基本相同或相似的电磁性质，称为电路模型。基本相同或相似的电磁性质，称为电路模型。*电路模型由理想电路元件构成。电路模型由理想电路元件构成。导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡-负载负载例例.第4页，本讲稿共76页理想电路的理想电路的约束条件约束条件：1、连接导线是理想的，柔性的、可伸缩的。连接导线是理想的，柔性的、可伸缩的。2、开关是理想的。、开关是理想的。3、电路器
4、件的特性单一、电路器件的特性单一。4、电流不存在、电流不存在“泄漏泄漏”或或“存留存留”现象。现象。5、电路器件存在所谓、电路器件存在所谓“线性线性”。(比例与比例与1+1=2)6、电路器件的工作参数、电路器件的工作参数“时不变时不变”。7、电路信号具有数值模拟与时间连续的特征。、电路信号具有数值模拟与时间连续的特征。8、电路空间尺寸相对短小，结构相对集中紧凑。、电路空间尺寸相对短小，结构相对集中紧凑。第5页，本讲稿共76页*三三.集总参数元件与集总参数电路集总参数元件与集总参数电路集总参数元件集总参数元件：元件具有两个端钮；元件中有确定的电流；：元件具有两个端钮；元件中有确定的电流；两端钮间
5、有确定的电压。两端钮间有确定的电压。集总参数电路集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。：由集总参数元件构成的电路。且且满满足足如如下下条条件件：即即实实际际电电路路的的尺尺寸寸必必须须远远小小于于电电路工作频率下的电磁波的波长路工作频率下的电磁波的波长。*工工作作频频率率相相对对过过高高会会出出现现无无线线电电流流发发射射现现象象，“电路电路”无法保证处于封闭状态。无法保证处于封闭状态。注：注：波长波长=c/f，可见频率越高，电路尺寸必须越小。，可见频率越高，电路尺寸必须越小。第6页，本讲稿共76页 每节思考每节思考y电路具有电能处理功能或信号处理功能，分别就每种情况举两个实例。y讨论一下对
6、理想导线“柔性”的理解。y讨论采用不理想的开关“通”、“断”电路会出现什么后果？画出等效电路。第7页，本讲稿共76页第8页，本讲稿共76页1.2 电路基本概念电路基本概念一、电路中的主要物理量一、电路中的主要物理量 主主要要有有电电压压、电电流流、电电荷荷、磁磁链链等等。在在线线性性电电路路分分析析中中常常用用电电流、电压、电位等。流、电压、电位等。1.电流电流(current)：带电质点的运动形成电流。：带电质点的运动形成电流。电流的大小用电流的大小用电流强度电流强度表示：单位时间内通过导体某截面的电表示：单位时间内通过导体某截面的电荷量。荷量。单位：单位：A(安安)(Ampere，安培，安
7、培)注意：电流实际指注意：电流实际指“电流强度电流强度”，而不是，而不是“电流电流”第9页，本讲稿共76页当数值过大或过小时，常用十进制的倍数表示。当数值过大或过小时，常用十进制的倍数表示。SI制中，一些常用的十进制倍数的表示法：制中，一些常用的十进制倍数的表示法：符号符号 T G M k c m n p中文中文 太太 吉吉 兆兆 千千 厘厘 毫毫 微微 纳纳 皮皮数量数量 1012 109 106 103 102 103 106 109 1012*据此，电流的表达单位有毫安（据此，电流的表达单位有毫安（mAmA），微安等。），微安等。第10页，本讲稿共76页2.电电压压(voltage)：电
8、电场场中中某某两两点点A、B间间的的电电压压(降降)UAB 等等于于将将点点电电荷荷q从从A点点移移至至B点点电电场场力力所所做做的的功功WAB与与该该点点电电荷荷q的比值，即的比值，即单位：单位：V(伏伏)(Volt，伏特，伏特)当当把把点点电电荷荷q由由B移移至至A时时，需需外外力力克克服服电电场场力力做做同同样样的的功功WAB=WBA，此时可等效视为电场力做了负功，此时可等效视为电场力做了负功WAB，则，则B到到A的电压为：的电压为：第11页，本讲稿共76页3.电位电位：电路中为分析方便，常在电路中选某一点为参考点，把：电路中为分析方便，常在电路中选某一点为参考点，把任一点到参考点的电压
9、称为该点的电位。任一点到参考点的电压称为该点的电位。参考点参考点的电位定为的电位定为零零，所以，参考点也称为零电位点。，所以，参考点也称为零电位点。电位可用电位可用 表示，单位与电压相同，也是表示，单位与电压相同，也是V(伏伏)。abcd设设c点为电位参考点，则点为电位参考点，则 c=0 a=Uac，b=Ubc，d=Udc*电位实际就是后续课程中所谓电位实际就是后续课程中所谓“节点电压节点电压”第12页，本讲稿共76页两点间电压与电位的关系：两点间电压与电位的关系：abcd仍设仍设c点为电位参考点，点为电位参考点，c=0Uac=a，Udc=dUad=Uac Udc=a d前例前例结结论论：电电
10、路路中中任任意意两两点点间间的的电电压压等等于于该该两两点点间间的的电电位位之差。（之差。（*参考点作为中介点）参考点作为中介点）第13页，本讲稿共76页例例.abc1.5 V1.5 V已知已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V用电位计算如下：用电位计算如下：(1)以以a点为参考点点为参考点，a=0Uac=？(2)以以b点为参考点点为参考点，b=0Uac=？第14页，本讲稿共76页例例.abc1.5 V1.5 V已知已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V(1)以以a点为参考点点为参考点，a=0Uac=a c =0(3)=3 V(2)以以b点为参考点点为参考点，b=0Uac=a c
11、=1.5(1.5)=3 V结结论论：电电路路中中电电位位参参考考点点可可任任意意选选择择；当当选选择择不不同同的的电电位位参参考考点点时时，电电路路中中各各点点电电位位均均不不同同，但但任任意意两两点点间间电电压压始终保持不变。始终保持不变。第15页，本讲稿共76页4.电电动动势势：外外力力克克服服电电场场力力把把单单位位正正电电荷荷从从负负极极经经电电源源内内部部移移到到正正极极所所作作的功称为电源的电动势。的功称为电源的电动势。e 的单位与电压相同，也是的单位与电压相同，也是 V(伏伏)z电电场场力力把把单单位位正正电电荷荷从从A移移到到B所所做做的的功功(UAB )，与与外外力力克克服服
12、电电场场力力把把相相同同的的单单位位正正电电荷荷从从B经经电电源源内内部部移移向向A所所做做的的功功(eBA)相相同同，电电压压表表示示电电位位降降，电电动动势势表表示示电电位位升升，两两者者本本应应反反号号，但但在在图图示示相反方向相反方向下，有下，有:UAB=eBAz电电动动势势是是电电源源独独有有的的概概念念，但但电电压压的的概概念念适适用用于于电电路路任任何何部部分分（包包括电源）。（以水泵为例讲解电路的电流循环）括电源）。（以水泵为例讲解电路的电流循环）第16页，本讲稿共76页二、电压、电流的参考方向二、电压、电流的参考方向 (reference direction)1.电流的参考方
13、向电流的参考方向+10V10k注意：注意：规定电流的规定电流的实际方向为正电荷的流动方向实际方向为正电荷的流动方向，即从高电位流向低电位。（即从高电位流向低电位。（但实际往往相反！）但实际往往相反！）第17页，本讲稿共76页元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向有两种可能中电流流动的实际方向有两种可能:实际方向实际方向实际方向实际方向参考方向参考方向：任意任意选定一个方向即为电流的参考方向。选定一个方向即为电流的参考方向。i 参考方向参考方向大小大小方向方向电流电流(代数量代数量)第18页，本讲稿共76页 电流参考方向的两种表示电流参考方向的两种表示：用导线上的箭头表示，用导线上的箭头表示，
14、箭头的指向为箭头的指向为电流的参考方向。电流的参考方向。用双下标表示：如用双下标表示：如 iAB,电流的参考方向由电流的参考方向由A指向指向B。i 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0实际方向实际方向实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：电流的参考方向与实际方向的关系：第19页，本讲稿共76页引入参考方向引入参考方向 的原因和原则的原因和原则(b)电电路路中中电电流流是是实实时时交交变变的的交交流流，无无法法标标出出实实际际方方向向。先先标标出出参参考考方方向向，配配合合函函数数表表达达式式，才才能能最最终表示出电流的大小和实际方向。终表示出电流的大小和实际方向。(a)复
15、复杂杂电电路路某某些些支支路路事事先先无无法法确确定定实实际际方方向向。只只能能先先任任意意标标定定方方向向（即即：参参考考方方向向），根根据据计计算算结结果果，再确定电流的实际方向。再确定电流的实际方向。(c)参考方向的原则：大胆假设，坚持始终。参考方向的原则：大胆假设，坚持始终。第20页，本讲稿共76页2.电压电压(降降)的参考方向的参考方向+U 0参考方向U+实际方向+实际方向参考方向U+U第21页，本讲稿共76页电压参考方向的三种表示方式电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头：指向为电压（降）的参考方向（适合中距离）用箭头：指向为电压（降）的参考方向（适合中距离）(2)用正负极性表示
16、用正负极性表示（适合于两端元件）（适合于两端元件）：由正极指向负极的：由正极指向负极的方向为电压方向为电压(降低降低)的参考方向的参考方向(3)用双下标表示用双下标表示：如：如 UAB,由由A指向指向B的方向为电压的方向为电压(降降)的参考方向的参考方向UU+ABUAB第22页，本讲稿共76页+_R1uS1+_uS2R2R3123ab第23页，本讲稿共76页小结：小结：(1)电电压压和和电电流流的的参参考考方方向向是是任任意意假假定定的的。分分析析电电路路前前必必须须标明标明。总结为：大胆设定、坚持始终！总结为：大胆设定、坚持始终！(2)参考方向一经假定，必须在图中相应位置标注参考方向一经假定
17、，必须在图中相应位置标注(包括方向和包括方向和符号），在计算过程中不得符号），在计算过程中不得改变改变。(3)参考方向不同时，表达式符号也不同，但实际方向参考方向不同时，表达式符号也不同，但实际方向客客观不变观不变。+Riuu=Ri+Riuu=Ri第24页，本讲稿共76页(4)参考方向关联的判则：参考方向关联的判则：电流沿其参考方向从电压参电流沿其参考方向从电压参考方向的正端流入考方向的正端流入。(3)元元件件或或支支路路的的u，i通通常常约约定定采采用用相相同同的的参参考考方方向向，以以减减少少公公式式中中负负号号，称称之之为为关关联联参参考考方方向向。反反之之，称为称为非关联参考方向非关联
18、参考方向。+iu第25页，本讲稿共76页 n端网络的定义：端网络的定义：如果一个集成电路对外有如果一个集成电路对外有n个联络端子，该电路就叫个联络端子，该电路就叫n端网络。图端网络。图1-9所示的单片计算机就是所示的单片计算机就是40端网络。端网络。“端口端口”的定义：的定义：如图如图1-10所示，如果所示，如果n端网络的一对端子满足端网络的一对端子满足条件：条件：从一个端子流进的电流总等于从另一个端子流出的电流，从一个端子流进的电流总等于从另一个端子流出的电流，则这对端子就构成观测或联络网络内部的一个则这对端子就构成观测或联络网络内部的一个“端口端口”。显然显然-、-端子构成端口。端子构成端
19、口。图1-9 单片机集成电路第26页，本讲稿共76页注注1：“n端网络端网络”与与“n端口网络端口网络”概念区别：概念区别：n端网络只是说明某集成电路对外有n个联络端子或引脚而已。但是n端口网络表明某集成电路对外有n个观测或联络的“窗口”，意义重大。注注2：端口参考方向的关联定义（通常约定：端口参考方向的关联定义（通常约定“关联关联”）设定某端口的电压与电流的参考方向，假如电流从某端口电压为正的端子流入，就约定该电流与该电压的参考方向相互关联。第27页，本讲稿共76页每节思考每节思考y总结根据电流（或电压）的参考方向，结合计算数据的正负，如何判断电流（或电压）的实际方向。y分析集成电路时，两个
20、端子构成端口的条件是什么？对“端口”的重要性，谈谈你的认识？y在电路中，电压和电流参考方向相互关联的条件是什么？相互关联的约定仅限于电阻器、电容器这类两端器件吗？第28页，本讲稿共76页第29页，本讲稿共76页 1.3 无源器件理想模型无源器件理想模型1.3.1 电阻器电阻器(resistor)一一.线性定常线性定常电阻元件：任何时刻端电压与其电流成电阻元件：任何时刻端电压与其电流成正比正比。1.符号符号 R(1)电压与电流的参考方向设定为电压与电流的参考方向设定为关联参考方向时：关联参考方向时：Riu+2.欧姆定律欧姆定律(Ohms Law)第30页，本讲稿共76页 伏安特性曲线伏安特性曲线
21、:u R i R tg 线性电阻线性电阻R是一个与电压和电流无关的是一个与电压和电流无关的正实数正实数。令令 G 1/RR 称为电阻称为电阻G称为电导称为电导则则 欧姆定律表示为欧姆定律表示为 i G u.电阻的单位：电阻的单位：(欧欧)(Ohm，欧姆，欧姆)电导的单位：电导的单位：S(西西)(Siemens，西门子，西门子)uiO第31页，本讲稿共76页(2)电阻的电压和电流的参考方向相反电阻的电压和电流的参考方向相反Riu+则欧姆定律写为则欧姆定律写为u Ri 或或 i Gu公式必须和参考方向公式必须和参考方向配套配套使用！使用！一般一般不言而喻不言而喻：公式中电压与电流为：公式中电压与电
22、流为关联参考方向关联参考方向注意：电阻器电压与电流的实际方向总是注意：电阻器电压与电流的实际方向总是“关联关联”的，的，不能出现不能出现“负阻负阻”。第32页，本讲稿共76页 3.功率分析功率分析Riu+Riu+*上述结果说明电阻元件在任何时刻总是积累、消耗功率的。上述结果说明电阻元件在任何时刻总是积累、消耗功率的。*并且，电路中，只有电阻器才能将电能消耗、不可逆转地转换并且，电路中，只有电阻器才能将电能消耗、不可逆转地转换成其他形式的能量。成其他形式的能量。无论参考方向如何，总有：无论参考方向如何，总有：p吸吸 ui i2R u2/R0第33页，本讲稿共76页Riu+4.开路与短路开路与短路
23、对于一电阻对于一电阻R，当当R=0，视其为短路。，视其为短路。i为有限值时，为有限值时，u=0。当当R=，视其为开路。，视其为开路。u为有限值时，为有限值时，i=0。*理想导线的电阻值为零。理想导线的电阻值为零。第34页，本讲稿共76页 二二.线性时变电阻元件线性时变电阻元件时变电阻：电阻时变电阻：电阻R t 是时间是时间t的函数。的函数。电压电流的约束关系：电压电流的约束关系：u t =R t i t i t =g t u t R t i t u t+第35页，本讲稿共76页第36页，本讲稿共76页1.3.2 电容器电容器 (capacitor)一一、线线性性定定常常电电容容元元件件：任任何
24、何时时刻刻，电电容容元元件件极极板板上上的的电电荷荷q与电流与电流 u 成正比，成正比，比例系数比例系数C为正实数为正实数。电路符号电路符号电容器电容器+qqC第37页，本讲稿共76页与电容有关两个变量与电容有关两个变量:C,q对于线性电容，有：对于线性电容，有：q=Cu 1.元件特性元件特性C 称为电容器的电容称为电容器的电容电容电容 C 的单位：的单位：F(法法)(Farad，法拉，法拉)F=C/V=As/V=s/常用常用 F，nF，pF等表示。等表示。Ciu+第38页，本讲稿共76页线性电容的线性电容的qu 特性是过原点的直线特性是过原点的直线quOC=q/u tg 线性电容的电压、电流
25、关系：线性电容的电压、电流关系：u,i 取关联参考方向取关联参考方向Ciu+第39页，本讲稿共76页讨论讨论：(1)i的大小取决与的大小取决与 u 的变化率，与的变化率，与 u 的大小无关；的大小无关；(2)电容元件是一种记忆元件；电容元件是一种记忆元件；(电压通过积分记忆电流变化电压通过积分记忆电流变化)(3)当当 u 为为常常数数(直直流流)时时，du/dt=0 i=0。电电容容在在直直流流电路中相当于电路中相当于开路开路，电容有隔直作用；，电容有隔直作用；(4)在在电电路路闭闭合合瞬瞬时时，没没有有储储能能的的电电容容，因因电电压压为为零零，相相当于当于短路短路。(5)表表达达式式前前的
26、的正正、负负号号与与u，i 的的参参考考方方向向有有关关。当当 u，i为关联方向时，为关联方向时，i=Cdu/dt；u，i为非关联方向时，为非关联方向时，i=Cdu/dt 。约定：电容器的电压与电流选取约定：电容器的电压与电流选取“关联参考方向关联参考方向”。第40页，本讲稿共76页2.电容的储能电容的储能*电容是无源元件，它本身不随时间积累与消耗能量。（比较电阻）电容是无源元件，它本身不随时间积累与消耗能量。（比较电阻）*在电路中，只有电容器可将电能存储或交换为电场能量。在电路中，只有电容器可将电能存储或交换为电场能量。从从t0到到 t 电容储能的变化量：电容储能的变化量：第41页，本讲稿共
27、76页第42页，本讲稿共76页1.3.3 电感元件电感元件(inductor)与电感有关两个变量与电感有关两个变量:L,对于线性电感对于线性电感,有：有：=Li i+u+e一一、线线性性定定常常电电感感元元件件：任任何何时时刻刻，电电感感元元件件的的磁磁链链 与与电电流流 i 成正比，成正比，比例系数比例系数L为正实数为正实数。Liu+电路符号电路符号1.元件特性元件特性第43页，本讲稿共76页线性电感的线性电感的 i 特性是过原点的直线特性是过原点的直线iOL=/i tg*=N 为电感线圈的磁链为电感线圈的磁链L 称为自感系数称为自感系数电感电感 L 的单位：的单位：H(亨亨)(Henry，
28、亨利，亨利)H=Wb/A=Vs/A=s 第44页，本讲稿共76页线性电感电压、电流关系：线性电感电压、电流关系：u,i 取关联参考方向取关联参考方向:Liu+e+根据电磁感应定律与楞次定律根据电磁感应定律与楞次定律或或第45页，本讲稿共76页讨论讨论：(1)u的大小取决与的大小取决与 i 的变化率，与的变化率，与 i 的大小无关；的大小无关；(微分形式微分形式)(2)电感元件是一种记忆元件；电感元件是一种记忆元件；(积分形式积分形式)(3)当当 i 为常数为常数(直流直流)时，时，di/dt=0 u=0。电感在直流电路中相当于电感在直流电路中相当于短路短路；(4)在在电电路路闭闭合合瞬瞬时时，
29、没没有有储储能能的的电电感感，因因电电流流为为零零，相相当当于于开路开路。(5)表表达达式式前前的的正正、负负号号与与u，i 的的参参考考方方向向有有关关。当当 u，i为为关关联方向时，联方向时，u=Ldi/dt；u，i为非关联方向时，为非关联方向时，u=Ldi/dt 。约定：电感器的电压与电流选取约定：电感器的电压与电流选取“关联参考方向关联参考方向”。第46页，本讲稿共76页2.电感的储能电感的储能从从t0 到到t 电感储能的变化量：电感储能的变化量：*电感是无源元件，它本身不随时间积累与消耗能量。（比较电阻）电感是无源元件，它本身不随时间积累与消耗能量。（比较电阻）*在电路中，只有电感器
30、可将电能存储或交换为磁场能量。在电路中，只有电感器可将电能存储或交换为磁场能量。第47页，本讲稿共76页电容元件与电感元件的比较电容元件与电感元件的比较(对偶对偶)：电容电容 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u 电荷电荷 q 结论结论：(1)元件方程是同一类型；元件方程是同一类型；(2)若若把把 u-I，q-，C-L，i-u互互换换,可可由由电电容容元元件件的的方方程得到电感元件的方程；程得到电感元件的方程；(3)C 和和 L称为称为对偶元件对偶元件,、q等称为对偶元素。等称为对偶元素。*显然，显然，R、G也是一对对偶元素也是一对对偶元素:I=U/R U=I/
31、GU=RI I=GU第48页，本讲稿共76页每节思考每节思考l讨论如下论断：“电路中，只有电阻器可将电能消耗，并且不可逆转地转换成其他形式的能量。”l假如电路中电压与电流都恒定不变，分析电容器中电流和电感器两端电压。这时两器件分别相当于什么工作状态？（提示：短路？开路？通路？）l证明：电阻器电压与电流的实际方向总是“关联”的。分析一下，电容器与电感器有此特点吗？第49页，本讲稿共76页第50页，本讲稿共76页 1.4 独立电源模型独立电源模型(independent source)一一、独独立立电电压压源源：电电源源两两端端电电压压为为uS，其其值值与与流流过过它它的的电电流流 i 的的大大小
32、、方向皆无关。小、方向皆无关。1.特点：特点：(a)电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；(b)通过它的电流是任意的，由外电路决定。通过它的电流是任意的，由外电路决定。直流：直流：uS为常数为常数交流：交流：uS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 uS=Umsin tuS电路符号电路符号+_第51页，本讲稿共76页第52页，本讲稿共76页2.伏安特性伏安特性(1)若若uS=US，即即直直流流电电源源，则则其其伏伏安安特特性性为为平平行行于于电电流流轴的直线，反映电压与轴的直线，反映电压与 电源中的电流无关。电源中的电流无关。(2)若若uS为为
33、变变化化的的电电源源，则则某某一一时时刻刻的的伏伏安安关关系系也也是是 这这样样。电电压压为为零零的的电电压压源源，伏伏安安曲曲线线与与 i 轴轴重重合合,相相当当于于短路元件短路元件。i第53页，本讲稿共76页3.理想电压源的开路与短路理想电压源的开路与短路uS+_iu+_R(1)开路：开路：R，i=0，u=uS。(2)短短路路：R=0，i ，理理想想电电源源出出现现病病态，因此理想电压源不允许短路。态，因此理想电压源不允许短路。*实实际际电电压压源源有有“内内阻阻”，短短路路时时因因其其内内阻阻小小，电电流流将将很很大大，可可能能会会烧烧毁毁电电源。源。US+_iu+_rUsuiOu=US
34、ri实际电压源实际电压源第54页，本讲稿共76页二二、理理想想电电流流源源：电电源源输输出出电电流流为为iS，其其值值与与此此电电源源的的端端电电压压 u 的的大大小、方向皆无关。小、方向皆无关。1.特点：特点：(a)电源电流由电源本身决定，与外电路无关；电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(b)电源两端电压电源两端电压是任意的，由外电路决定。是任意的，由外电路决定。直流：直流：iS为常数为常数交流：交流：iS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 iS=Imsin t电路符号电路符号iS(c)为防止与支路中电流防向混淆，电流源方向最好为防止与支路中电流防向混淆，电流源方向最好画在器画在器
35、件外边！件外边！第55页，本讲稿共76页2.伏安特性伏安特性(1)若若iS=IS，即即直直流流电电源源，则则其其伏伏安安特特性性为为平平行行于于电电压压轴轴的的直直线，反映电流与端电压无关。线，反映电流与端电压无关。(2)若若iS为为变变化化的的电电源源，则则某某一一时时刻刻的的伏伏安安关关系系也也是是这这样样 电电流流为为零零的的电电流流源源，伏伏安安曲曲线线与与 u 轴轴重重合合,相相当当于于开开路路元元件件第56页，本讲稿共76页第57页，本讲稿共76页3.理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路R(2)开开路路：R，i=iS，u。若若强强迫迫断断开开电电流流源源回回路路，电电路路模
36、模型型为为病病态态，理理想想电电流源不允许开路流源不允许开路。*实实际际电电流流源源有有“漏漏导导”，短短路路时时因因漏漏导导小小，端端电电压压将将很很大大，可可能能因因绝绝缘缘破破坏坏，击击穿穿电电源。源。(1)短短路路：R=0，i=iS，u=0，电电流流源源被短路。被短路。iSiu+_4.实际电流源的产生：实际电流源的产生：独独立立电电流流源源日日常常生生活活少少见见，但但科科技技领领域域多多见见：如如一一定定范范围围内内晶晶体体管管的的集集电电极极电电流流与与负负载载基基本本无无关关；光光电电池池在在一一定定光光线线照射下激发的电流特性等都接近独立电流源。照射下激发的电流特性等都接近独立
37、电流源。第58页，本讲稿共76页例例：一一个个高高电电压压、高高内内阻阻的的电电压压源源，在在外外部部负负载载电电阻阻较较小小，且负载变化范围不大时，可将其等效为电流源。且负载变化范围不大时，可将其等效为电流源。RUS+_iu+_rr=1000 ，US=1000 V，R=12 时时 当当 R=1 时，时，u=0.999 V 当当 R=2 时，时，u=1.999 VR1Aiu+_将其等效为将其等效为1A的电流源的电流源：当当 R=1 时，时，u=1 V 当当 R=2 时，时，u=2 V与上述结果误差均很小。与上述结果误差均很小。第59页，本讲稿共76页 每节思考每节思考 1.实际独立电压源例如干
38、电池的特性并不理想，存在内阻，电路表达如图1-21所示。试分析：电池短路时电压与电流？电池开路时电压与电流？伴随电池输出电流的上升，电池两端电压变化趋势如何？2.实际独立电流源的特性并不理想，电路表达如图1-22 所示，存在漏电导。试分析：电流源短路时电压与电流？电流源开路时电压与电流？伴随电流源输出电压的上升，电流源的输出电流变化趋势如何？第60页，本讲稿共76页第61页，本讲稿共76页1.5 受控源模型受控源模型(非独立电源非独立电源)(controlled source or dependent source)1.定定义义：电电压压源源电电压压或或电电流流源源电电流流不不是是给给定定的的
39、时时间间函函数数，而而是是受受电路中某个支路的电压电路中某个支路的电压(或电流或电流)的控制。的控制。简化的电路符号（不完整）：简化的电路符号（不完整）：+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源第62页，本讲稿共76页(a)电流控制的电流源电流控制的电流源(Current Controlled Current Source):电流放大倍数电流放大倍数r :转移电阻转移电阻 i2=b i1u2=ri1CCCSi2=b i1+_u2i2+_u1i12.分分类类：根根据据控控制制量量和和被被控控制制量量是是电电压压u或或电电流流i，受受控控源源可可分分为为四四种种类类型型：当当被被控控制制量量是是
40、电电压压时时，用用受受控控电电压压源源表表示示；当当被被控控制量是电流时，用受控电流源表示。制量是电流时，用受控电流源表示。+_u1i1u2=ri1+_u2i2CCVS+_(b)电流控制的电压源电流控制的电压源(Current Controlled Voltage Source)第63页，本讲稿共76页g:转移电导转移电导 :电压放大倍数电压放大倍数i2=gu1u2=u1VCCSi2=gu1+_u2i2+_u1i1(c)电压控制的电流源电压控制的电流源(Voltage Controlled Current Source)+_u1i1u2=i1+_u2i2VCVS+_(d)电压控制的电压源电压控
41、制的电压源(Voltage Controlled Voltage Source)第64页，本讲稿共76页3.受控源与独立源的受控源与独立源的比较比较(1)独独立立源源电电压压(或或电电流流)由由电电源源本本身身决决定定，与与电电路路中中其其它它电电压压、电电流无关，而受控源电压流无关，而受控源电压(或电流或电流)由其他电路部分的控制量决定。由其他电路部分的控制量决定。(2)独独立立源源作作为为电电路路中中“激激励励”，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流，而而受受控控源源只只是是反反映映输输出出端端与与输输入入端端的的关关系系，在在电电路路中中不不能能作作为为“激激励励”。本本质质上上不
42、不是是“电电源源”！一一般般为为两两端口器件（而电源是一端口器件）。端口器件（而电源是一端口器件）。*但但列列写写电电路路方方程程时时，同同学学们们可可以以把把受受控控电电压压源源的的“被被控对象控对象”部分当作独立电压源处理。部分当作独立电压源处理。第65页，本讲稿共76页每节思考每节思考y如何将电阻用电流控制电压源（CCVS）表达？（提示：受控源是两端口器件，应该把二端口器件的2个端口重合，退化为一端口网络。）y如何将电阻用电压控制电流源（VCCS）表达？（提示：把二端口器件的2个端口重合，退化为一端口网络。）y如何理解受控源不是“电源”？第66页，本讲稿共76页第67页，本讲稿共76页1
43、.6 电路的功率与能量电路的功率与能量(power)一、一、瞬时电功率：单位时间内电场力所做的功。瞬时电功率：单位时间内电场力所做的功。功率的单位：功率的单位：W(瓦瓦)(Watt，瓦特，瓦特)当当 p0表示电路表示电路吸收吸收功率；功率；能量的单位：能量的单位：J (焦焦)(Joule，焦耳，焦耳)当当 p0表示电路表示电路发出发出功率。功率。要求要求ui关联，如果不关关联，如果不关联公式前加个联公式前加个“-”号号！第68页，本讲稿共76页二、功率的计算和判断（针对某元件或某一端口网络）二、功率的计算和判断（针对某元件或某一端口网络）1.u,i 关联参考方向关联参考方向p=uiP0 吸收正
44、功率吸收正功率 (吸收吸收)P0 发出正功率发出正功率 (吸收吸收)P0 发出负功率发出负功率 (发出发出)+iu2.u,i 非关联参考方向非关联参考方向分两步：先判是否关联，再带入正负数。第69页，本讲稿共76页 上上述述功功率率计计算算不不仅仅适适用用于于元元件件，也也使使用用于于任任意意一端口网络一端口网络。电电阻阻元元件件在在电电路路中中总总是是消消耗耗(吸吸收收)功功率率，而而电电源一般发出功率，但也有吸收功率的情况。源一般发出功率，但也有吸收功率的情况。+5IURU1U2例例 U1=10V，U2=5V。分别求电源、电阻的功率。分别求电源、电阻的功率。I=UR/5=(U1U2)/5=
45、(105)/5=1 APR=URI=5 1=5 WPU1=-U1I=-10 1=-10 WPU2=U2I=5 1=5 WP发发=-10 W，P吸吸=5+5=10 WP发发=P吸吸 (功率守恒功率守恒)第70页，本讲稿共76页判断如下情况是判断如下情况是“吸收吸收”还是还是“发出发出”功率功率？第71页，本讲稿共76页平均功率：平均功率：平均功率反映在一个工作周期内电路吸收（或发出）平均功率反映在一个工作周期内电路吸收（或发出）功率的平均值。由于一般情况下，平均功率的是电路纯功率的平均值。由于一般情况下，平均功率的是电路纯吸收的功率，反映电磁场做功的强度，电气工程又称平吸收的功率，反映电磁场做功
46、的强度，电气工程又称平均功率为均功率为有功功率有功功率。第72页，本讲稿共76页例 1-8 计算图1-30中如电压与电流同相位，求平均功率。电能的计算电能的计算:考察电路的一个“端口”，则电能：第73页，本讲稿共76页例 1-12 计算在10个周期内图1-30所示端口吸收的电能。方法1：采用积分方法方法2：利用平均功率的概念，W=105w=50w可见在周期变化的系统中，利用平均功率的概念，能量的计算可以简化。第74页，本讲稿共76页每节思考每节思考l研究当端口的电压参考方向与电流参考方向不“关联”时，功率计算的正负与端口吸收（或释放）能量的关系？l为什么研究交流电路的瞬时功率意义不大，而要重点研究交流电路的平均功率？第75页，本讲稿共76页第76页，本讲稿共76页