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1、电路分析基础-上海交通大学出版社-第1章-11.1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律重点重点第一章第一章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律2.2.电路元件的特性电路元件的特性下 页4.4.等效变换等效变换1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)1.1.实际电路实际电路功能功能a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；由电工设备和电气元器件按预期目由电工设备和电气元器件按预期目的连接，构成电流的通路。的连接，构成电流的通路。b 信息的传递与处理。信息的传递与处理。名词名词电源：电源：提供电能或电信号的器件。提供电能或电
2、信号的器件。也称之为也称之为“激励激励”。负载：负载：用电设备。用电设备。(消耗、存储能量消耗、存储能量)响应：响应：各支路的电压和电流各支路的电压和电流下 页由理想元件相互连接组成的电路。由理想元件相互连接组成的电路。2.电路模型电路模型 (Circuit Model)导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡电路图电路图理想元件理想元件实际部件的理想化模型。实际部件的理想化模型。电路模型电路模型下 页上 页几种基本的理想电路元件：几种基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件
3、：表示产生电场，储存电场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件注注（1）具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一模型表示；一定条件下可用同一模型表示；下 页上 页（2）同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模）同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可以有不同的形式。型可以有不同的形式。例例3.集总参数电路集总参数电路由集总元件构成的电路由集总元件构成的电路集总元件集总元件假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行假定发生的电
4、磁过程都集中在元件内部进行,集总条件集总条件从一端流入的电流等于另一端流出的电流，从一端流入的电流等于另一端流出的电流，下 页上 页两个端子之间的电压为单值量。两个端子之间的电压为单值量。1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量 电电路路中中的的主主要要物物理理量量有有电电压压、电电流流、电电荷荷、磁磁链链、能能量量、电电功功率率等等。在在线线性性电电路路分分析析中中人人们们主主要要关关心心的的物物理理量量是电流、电压和功率。是电流、电压和功率。1.电流电流(Current)电流电流电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动，形成电流带电粒子有规则的定向运动，形成电流单位时间内通过导体横截面的电
5、荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量下 页上 页方向方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向 单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）（安培）kA、mA、A元件元件元件元件(导线导线导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向实际方向实际方向实际方向 AABB问题问题复杂电路或电路中的电流随时间变化时，复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。电流的实际方向往往很难事先判断。下 页上 页参考方向参考方
6、向i 参考方向参考方向任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。参考方向。i 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0参考方向参考方向U+实际方向实际方向+实际方向实际方向参考方向参考方向U+0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P 0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P 0 发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收)（2）u,i 取非取非关联参考方向关联参考方向下 页上 页+iuAB+iuAB例例求图示电路中各方框求图示电路中各方框所代表的元件消耗或所代表的元件消耗或产生的功率。已知：产生的功率。已知：U1=1V,U2=3
7、V,U3=8V,U4=4V,U5=7V,U6=3VI1=2A,I2=1A,I3=1A 解解注注对一完整的电路，发出的功率消耗的功率对一完整的电路，发出的功率消耗的功率下 页上 页564123I1+U1U2U3U4U5U6I2I31.3 电阻元件电阻元件(Resistor)和欧姆定律和欧姆定律线性电阻元件线性电阻元件电路符号电路符号电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用ui平面的一条曲线来描述：平面的一条曲线来描述：iu任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。1.定义定义伏安伏安特性特性下 页上 页R ui 关
8、系关系R 称为电阻，单位：称为电阻，单位：(欧欧)(Ohm，欧姆，欧姆)满足欧姆定律满足欧姆定律(Ohms Law)ui单位单位G 称为电导，单位：称为电导，单位：S(西西)(Siemens，西门子，西门子)u、i 取关联取关联参考方向参考方向伏安伏安特性特性为一为一条过条过原点原点的直的直线线下 页上 页ui+R2.欧姆定律欧姆定律(2)如电阻上的电压与电流参考方向非关联如电阻上的电压与电流参考方向非关联 公式中应冠以负号公式中应冠以负号注注(3)线性电阻是无记忆、双向性的元件线性电阻是无记忆、双向性的元件欧姆定律欧姆定律 (1)只适用于线性电阻只适用于线性电阻(R 为常数）为常数）则欧姆定
9、律写为：则欧姆定律写为：u R i i G u公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！下 页上 页ui+R+iR3.功率和能量功率和能量上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。功率功率下 页上 页ui+Rui+R从从 t0 到到 t 时刻电阻消耗（吸收）的能量：时刻电阻消耗（吸收）的能量：能量能量Riu+4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路短路短路ui下 页上 页线性电阻元件的电流无论为何值时，线性电阻元件的电流无论为何值时，其两端电压均为零。其两端电压均为零。开（断）路开（断）路线性电阻元件的端电压无论为线性电阻元件的端电压
10、无论为何值时，其电流均为零。何值时，其电流均为零。元件两端电压总能保持定值或是一定的元件两端电压总能保持定值或是一定的时间函数，其电压值与流出的电流时间函数，其电压值与流出的电流 i 无无关，这样的元件叫做理想电压源。关，这样的元件叫做理想电压源。电路符号电路符号定义定义下 页上 页i+1.4 电压源与电流源电压源与电流源1.1 理理想想电电压压源源1.独立独立源源(1)电源两端电压由电源本身决定，与外电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。小无关。(2)通过电压源的电流由电源及外通过电压源的电流由电源及外(3)电路共同决定。电路
11、共同决定。理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui伏安关系伏安关系例例外外电电路路电压源不能短路！电压源不能短路！下 页上 页Ri+电压源的功率电压源的功率电流（正电荷）经过电源，由高电位向低电电流（正电荷）经过电源，由高电位向低电位移动，能量降低，位移动，能量降低，电源吸收功率。电源吸收功率。（1）电压、电流的参考方向非关联电压、电流的参考方向非关联+_iu+_+_iu+_电流（正电荷）经过电源，由低电位向高电流（正电荷）经过电源，由低电位向高电位移动，能量增高，电源发出功率。电位移动，能量增高，电源发出功率。发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2）电压、电流的参考方向
12、关联电压、电流的参考方向关联吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载下 页上 页例例+_i+_+_10V5V计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）下 页上 页usuiO实际电压源实际电压源i+_u+_考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性一个好的电压源要求一个好的电压源要求下 页上 页 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。短路，电流很大，可能烧毁电源。输出电流总能保持定值或一定的时间函数，且电输出电流总能保持定值或一定的时间函数，且电流大小与它的两端电压流大小与它的两端电压u 无
13、关。无关。电路符号电路符号1.2 理想电流源理想电流源定义定义(1)电流源的输出电流由电源本身决定，与外电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关电路无关；与它两端电压方向、大小无关(2)电流源两端的电压由电流源及外电路共同决定。电流源两端的电压由电流源及外电路共同决定。理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系ui伏安伏安关系关系下 页上 页+例例外外电电路路电流源不能开路！电流源不能开路！实际电流源的产生实际电流源的产生 可可由由稳稳流流电电子子设设备备产产生生，如如晶晶体体管管的的集集电电极极电电流流与与负负载载无关；光电池在一定光线照射下被激发产
14、生定值的电流等。无关；光电池在一定光线照射下被激发产生定值的电流等。下 页上 页Ru+电流源的功率电流源的功率（1）电压、电流的参考方向非关联电压、电流的参考方向非关联发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2）电压、电流的参考方向关联电压、电流的参考方向关联吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载下 页上 页u+_u+例例计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）下 页上 页+_u+_2A5Vi 实实际际电电流流源源也也不不允允许许开开路路。因因其其内内阻阻大大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。若开路，电压很高，可能烧毁电源。uiO 实际电实
15、际电流流源源考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性一个好的电流源要求一个好的电流源要求下 页上 页u+_i电压源电压（或电流源电流）的大小和方向电压源电压（或电流源电流）的大小和方向不是定值或给定的时间函数，而是受电路中不是定值或给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压某个支路的电压(或电流或电流)控制，这类电源称控制，这类电源称之为受控源。之为受控源。电路符号电路符号+受控电压源受控电压源2.1 定义定义受控电流源受控电流源下 页上 页2.受控源受控源(非独立源非独立源)(Controlled Source or Dependent Source)(1)电流控制的电流源电流控制的电流源(CCCS
16、):电流放大倍数电流放大倍数 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四四种种类类型型：（当当被被控控制制量量是是电电压压时时，用用受受控控电电压压源源表表示示；当当被控制量是电流时，用受控电流源表示。）被控制量是电流时，用受控电流源表示。）2.2 分类分类输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分下 页上 页+_u2i2_u1i1+g:转移电导转移电导(2)电压控制的电流源电压控制的电流源(VCCS)(3)电压控制的电压源电压控制的电压源(VCVS):电压放大倍数电压放大倍数 下 页上 页+_u2i2_u1i1+_u2i2
17、_u1i1+_(4)电流控制的电压源电流控制的电压源(CCVS)r:转移电阻转移电阻 例例电电路路模模型型下 页上 页+_u2i2_u1i1+_+_u2ic_u1ib+2.3 受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较(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、电流无关，而受控源电压压、电流无关，而受控源电压(或电流或电流)由控制量决定。由控制量决定。(2)独独立立源源在在电电路路中中起起“激激励励”作作用用，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控控制制关关系系，在
18、电路中不能作为在电路中不能作为“激励激励”。例例求：电压求：电压u2。解解下 页上 页5i1+_u2_u1=6V i1+3+_1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 (Kirchhoffs Laws)基基尔尔霍霍夫夫定定律律包包括括基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律(KCL)和和基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律(KVL)。它它反反映映了了电电路路元元件件连连接接之之后后所所有有支支路路电电压压和和电电流流应应遵遵循循的的基基本本规规律律，是是分分析集总参数电路的基本定律。析集总参数电路的基本定律。下 页上 页基尔霍夫定律与基尔霍夫定律与VCR 构成了电路分析的基础。构成了电路分析的基础。VCR KCL
19、、KVL 元件特性元件特性 连接结构连接结构 电路电压和电流电路电压和电流 1.几个名词几个名词电路中通过同一电流的分支。电路中通过同一电流的分支。(b)三条或三条以上支路的连接点称为结点。三条或三条以上支路的连接点称为结点。b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路）支路 (branch)每一个二端元件或每个二端元件串联组合。每一个二端元件或每个二端元件串联组合。i3i2i1(2)结点结点(node)下 页上 页两个结点之间至少有一个电路元件。两个结点之间至少有一个电路元件。由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。(l)两结点间的一条通路。由支路构成。两结点间的一条通路。
20、由支路构成。对平面电路对平面电路，其内部不含任何支路的回路称为网孔。，其内部不含任何支路的回路称为网孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3)路径路径(path)(4)回路回路(loop)(5)网孔网孔(mesh)网孔是回路，但回路不一定是网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔下 页上 页2.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)令流出为令流出为“+”，有：，有：例例 在在集集总总参参数数电电路路中中，任任意意时时刻刻，对对任任意意结结点点流流出出或或流流入入该结点电流的代数和等于零。该结点电流的代数和等于零。流进的电流进的电流等于流流等于流出的电流出的电流下 页上 页标定各支路电
21、流参考方向，标定各支路电流参考方向，例例三式相加得：三式相加得：表明表明KCL可推广应用于电路中可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面包围多个结点的任一闭合面明确明确（1）KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任 意结点处的反映；意结点处的反映；（2）KCL是对支路电流施加的约束，与支路上接的是是对支路电流施加的约束，与支路上接的是 什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；（3）KCL方程是按电流参考方向列写，无须考虑电流方程是按电流参考方向列写，无须考虑电流实际方向。实际方向。下 页上 页1 3 2（2）选
22、定回路绕行方向，顺时针）选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。或逆时针。令参考方向与绕令参考方向与绕行方向一致的电压为行方向一致的电压为“+”+”，否则为，否则为“-”，有：有：在在集总参数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕沿任一闭合路径绕行，各元件电压的代数和等于零行，各元件电压的代数和等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_（1）标定各元件电压参考方向）标定各元件电压参考方向 或：或：下 页上 页U2U4U3U13.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)例例KVL也适用于电路中任一假想的回路也适用于电路中任一假想的回路aUsb_+U2U1明确明
23、确（1）KVL的实质反映了电路遵的实质反映了电路遵 从能量守恒定律从能量守恒定律;（2）KVL是对回路电压施加的约是对回路电压施加的约束，与回路各支路上接的是束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；性还是非线性无关；（3）KVL方程按电压参考方向列写，无须考虑电压实方程按电压参考方向列写，无须考虑电压实际方向。际方向。下 页上 页4.KCL、KVL小结小结(1)KCL是是对对支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVL是是对对回回路路电电压压的线性约束。的线性约束。(2)KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。与组成支路的元件性质及参数无
24、关。(3)KCL表表明明在在每每一一节节点点上上电电荷荷是是守守恒恒的的；KVL是是能能量守恒量守恒的具体体现。的具体体现。(4)KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。下 页上 页下 页上 页1.10V20V5VU=?2.3 4V5Vi=?3.4Vu=?5V3 1A4.例例解解解解下 页上 页10V5.1AI=?10 10VI12 10A4VU=?3A6.I解解下 页上 页U=?10V5 5 5 I23I22I27.解解选择合适参数可以得选择合适参数可以得到电压和功率放大。到电压和功率放大。上 页USR2R1I1 I1U=?8.此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢