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1、第1章 电路的基本概念和基本定律 教学提示：本章主要介绍电路：电路的组成与功教学提示：本章主要介绍电路：电路的组成与功能；电路的基本物理量；基尔霍夫定律；电路的等效；能；电路的基本物理量；基尔霍夫定律；电路的等效；理想电源及其等效变换；受控电源。理想电源及其等效变换；受控电源。教学要求：初步掌握电路的组成与功能；理解电教学要求：初步掌握电路的组成与功能；理解电路的基本物理量：电流、电压、电功率；掌握基尔霍路的基本物理量：电流、电压、电功率；掌握基尔霍夫定律、电路的等效在电路中的应用；掌握电源及其夫定律、电路的等效在电路中的应用；掌握电源及其等效变换的方法；理解受控电源的原理。等效变换的方法；理
2、解受控电源的原理。1.1 电 路 人们在现实生活中越来越多地使用电路，我们所人们在现实生活中越来越多地使用电路，我们所讲的电路都是由实际电路抽象而来的，由理想电路元讲的电路都是由实际电路抽象而来的，由理想电路元件构成了电路模型，作为研究电路的基础。那么什么件构成了电路模型，作为研究电路的基础。那么什么是电路呢？简言之，电路就是电流流过各种元部件所是电路呢？简言之，电路就是电流流过各种元部件所流经的路径。流经的路径。1.1.1 电路的组成及功能 在日常生活中，人们最常见的电路，如电灯、收在日常生活中，人们最常见的电路，如电灯、收音机、电视机、计算机、电风扇等各种电路，它们是音机、电视机、计算机、
3、电风扇等各种电路，它们是由各种电路基本元部件由各种电路基本元部件(如电阻器、电容器、电感器、如电阻器、电容器、电感器、二极管、三极管、变压器、指示器等二极管、三极管、变压器、指示器等)组成的总体。现组成的总体。现实世界中的电路形式是各种各样的，有的甚至是非常实世界中的电路形式是各种各样的，有的甚至是非常复杂的，但不论电路多么复杂，它们都是由三个基本复杂的，但不论电路多么复杂，它们都是由三个基本部分组成，即电源、负载和中间环节。部分组成，即电源、负载和中间环节。(1)电源：它是向电路提供电能的装置，其作用是可以电源：它是向电路提供电能的装置，其作用是可以将其他形式的能量，如化学能、光能、热能、机
4、械能将其他形式的能量，如化学能、光能、热能、机械能等非电能转换为电能。等非电能转换为电能。(2)负载：它是电路中的用电器，各种负载进行能量转负载：它是电路中的用电器，各种负载进行能量转换的形式各有不同，如电灯是将电能转变成热能和光换的形式各有不同，如电灯是将电能转变成热能和光能。能。(3)中间环节：它是利用各种元部件将电源和负载连接中间环节：它是利用各种元部件将电源和负载连接起来构成闭合电路，并对整个电路起着传输和分配能起来构成闭合电路，并对整个电路起着传输和分配能量、控制、保护和测量的作用。量、控制、保护和测量的作用。总而言之，虽然实际电路种类繁多，但从本质上总而言之，虽然实际电路种类繁多，
5、但从本质上来说，都是由电源、负载和中间环节三部分组成，因来说，都是由电源、负载和中间环节三部分组成，因此又称为组成电路的三要素。此又称为组成电路的三要素。1.1.2 电路模型 实际中的电路种类很多，较复杂的电路中有成千上万个元实际中的电路种类很多，较复杂的电路中有成千上万个元器件，所以用实物画出的电路元器件让人们直观就认出来是什器件，所以用实物画出的电路元器件让人们直观就认出来是什么肯定是不现实的，例如图么肯定是不现实的，例如图1.1所描述的手电筒电路是最简单的所描述的手电筒电路是最简单的电路，虽然人们一眼就能认出哪个是电池、哪个是开关、哪个电路，虽然人们一眼就能认出哪个是电池、哪个是开关、哪
6、个是灯泡，但画起来很烦，就不要说更复杂的电路了，所以人们是灯泡，但画起来很烦，就不要说更复杂的电路了，所以人们把组成电路的实际元器件加以理想化。采用足以反映实物主要把组成电路的实际元器件加以理想化。采用足以反映实物主要性质的一些符号来近似代替所用的元器件，这些符号就称为元性质的一些符号来近似代替所用的元器件，这些符号就称为元件的模型，用这些符号画出的电路图就称为电路模型。这里给件的模型，用这些符号画出的电路图就称为电路模型。这里给出电路中最基本的三种元器件，理想电阻、电容、电感的元件出电路中最基本的三种元器件，理想电阻、电容、电感的元件模型，分别如图模型，分别如图1.2(a)、(b)、(c)所
7、示。所示。图图1.2 理想化电路元件模型理想化电路元件模型 关于理想化，这里还要强调一下：所谓关于理想化，这里还要强调一下：所谓“理想理想”，是指对，是指对某一个元件仅仅是近似它的主要功能，而有些影响在某种条件某一个元件仅仅是近似它的主要功能，而有些影响在某种条件下是可以忽略不计的，例如一个电感元件是用漆包铜线绕制而下是可以忽略不计的，例如一个电感元件是用漆包铜线绕制而成，那么用的这一段铜线就会存在一些电阻，而所绕的电感元成，那么用的这一段铜线就会存在一些电阻，而所绕的电感元件的线圈之间也会存在一些分布电容，在理想电感中把存在的件的线圈之间也会存在一些分布电容，在理想电感中把存在的微量电阻和电
8、容都忽略不计了。所以说，真正理想电路元件在微量电阻和电容都忽略不计了。所以说，真正理想电路元件在实际中并不存在，但又源于实际电路中，这种只抓主要矛盾的实际中并不存在，但又源于实际电路中，这种只抓主要矛盾的方法在电路分析中起到重要作用。方法在电路分析中起到重要作用。有了电路模型的概念，可以将图有了电路模型的概念，可以将图1.1所示的手电筒电路，用所示的手电筒电路，用一个手电筒的电路模型来表示，如图一个手电筒的电路模型来表示，如图1.4所示。所示。图图1.4 手电筒电路的电路模型手电筒电路的电路模型 图中，图中，R表示灯泡；表示灯泡；S表示开关；表示开关；Us表示电池两端电压；表示电池两端电压；R
9、s表示电池的内阻。在实际使用手电筒的过程中，当手电筒用表示电池的内阻。在实际使用手电筒的过程中，当手电筒用过一段时间，电池的内阻过一段时间，电池的内阻Rs会增大，电压会增大，电压Us会减小，流过负载会减小，流过负载灯泡灯泡R的电流会减少，所以灯泡不会太亮甚至不亮。的电流会减少，所以灯泡不会太亮甚至不亮。1.2 电路的基本物理量 在电路分析中，电流、电压和电功率是电路的基在电路分析中，电流、电压和电功率是电路的基本物理量，这三个物理量在电路中起到至关重要的作本物理量，这三个物理量在电路中起到至关重要的作用。用。在直流电路中，电流的大小和方向不随时间变化，电流强在直流电路中，电流的大小和方向不随时
10、间变化，电流强度表示式为度表示式为(1.2)在式在式(1.1)中，用表示随时间变化的电流，用中，用表示随时间变化的电流，用dq表示在表示在dt时间内通过导体横截面的电荷量；在式时间内通过导体横截面的电荷量；在式(1.2)中，用中，用I表示直流表示直流电流，用电流，用Q表示在时间表示在时间t内通过导体横截面的电荷量；电荷量内通过导体横截面的电荷量；电荷量q的的单位是库单位是库仑仑(C)，时间单位为秒，时间单位为秒(s)，电流强度单位是安，电流强度单位是安培培(A)。对于很小的电流可用毫安对于很小的电流可用毫安(mA)、微安、微安(A)甚至用纳安甚至用纳安(nA)，它们之间的换算关系为，它们之间的
11、换算关系为1A=103mA=106A=109nA 比如，参考点的电位为零值，电路中某一点的电位值就是比如，参考点的电位为零值，电路中某一点的电位值就是这一点与参考点两点间的电位差。电路中各点相对于参考点的这一点与参考点两点间的电位差。电路中各点相对于参考点的电位用电位用V表示，单位为伏表示，单位为伏特特(V)，如，如a点电位用点电位用Va表示，表示，b点电点电位用位用Vb表示，那么电压与电位的关系为表示，那么电压与电位的关系为 即电路中任意两点间电压，就是两点间的电位差，即电路中任意两点间电压，就是两点间的电位差，a、b两点两点间电压间电压Uab在数值上等于随时间变化的电压在数值上等于随时间变
12、化的电压U，把电荷，把电荷dq由由a点点移到移到b点所做的功。其表示式为点所做的功。其表示式为(1.3)对于电压单位在不同的场合下有不同的表示，大对于电压单位在不同的场合下有不同的表示，大的电压单位用千伏的电压单位用千伏(kV)，很小的电压单位用毫伏，很小的电压单位用毫伏(mV)或更小的电压单位可用微伏或更小的电压单位可用微伏(V)表示。它们之间的换表示。它们之间的换算关系为算关系为1kV=103V1V=103mV=106V 对于大功率用电场合，可用千瓦对于大功率用电场合，可用千瓦(kW)表示，对于小的功率表示，对于小的功率可用毫瓦可用毫瓦(mW)表示，它们之间的转换关系为表示，它们之间的转换
13、关系为1W=103mW 1kW=103W 为了计算一段电路所产生功率，这里有一个电流、电压的为了计算一段电路所产生功率，这里有一个电流、电压的参考方向的概念。在电压、电流参考方向一致的条件下，关联参考方向的概念。在电压、电流参考方向一致的条件下，关联参考方向如图参考方向如图1.5(a)所示，这段电路所产生的功率等于这段电路所示，这段电路所产生的功率等于这段电路上电压与电流的乘积，即上电压与电流的乘积，即P=UI (1.5)(a)电压与电流参考方向一致电压与电流参考方向一致 (b)电压与电流参考方向非一致电压与电流参考方向非一致(b)图图1.5 电压、电流参考方向电压、电流参考方向 若这段电路上
14、电压、电流参考方向非一致若这段电路上电压、电流参考方向非一致(非关联参考方向非关联参考方向)，如图，如图1.5(b)所示，则这段电路产生的功率为所示，则这段电路产生的功率为 为了计算方便，在设定参考方向时，要尽量将电路元件两为了计算方便，在设定参考方向时，要尽量将电路元件两端电压与电流的参考方向设定为一致。端电压与电流的参考方向设定为一致。在电路分析中，电功率有正、负之分；凡是计算的功率结在电路分析中，电功率有正、负之分；凡是计算的功率结果果P0，该电路元件就是吸收功率；若，该电路元件就是吸收功率；若P0，则电路元件，则电路元件(如如电源电源)是产生功率。是产生功率。P=-UI (1.6)【例
15、【例1.1】某段电路，如图某段电路，如图1.6所示，已所示，已知电源知电源U=12V，电路中的电流，电路中的电流I=2A，试，试计算出电阻功率和电源功率。计算出电阻功率和电源功率。图1.6 某段电路解：由图解：由图1.6所示，电压所示，电压U与电流与电流I参考方向关联，则参考方向关联，则 P0，表明电阻，表明电阻R吸收功率吸收功率24W。电源电源US与电流与电流I参考方向非关联，则参考方向非关联，则PS=-UI=-122=-24W P0，表明电源，表明电源US产生功率产生功率24W。显然，同一电路中，。显然，同一电路中，吸收功率的总和与产生功率的总和相等。吸收功率的总和与产生功率的总和相等。1
16、.3 欧姆定律与单环路中变量分析 本节介绍用欧姆定律来分析简单电路，并对单环本节介绍用欧姆定律来分析简单电路，并对单环路中的电路变量进行分析。路中的电路变量进行分析。1.3.1 欧姆定律 欧姆定律是电路的重要基本定律，它指出在电路中，当假欧姆定律是电路的重要基本定律，它指出在电路中，当假设电阻上的电压正方向与流过电阻的电流正方向一致时，欧姆设电阻上的电压正方向与流过电阻的电流正方向一致时，欧姆定律表示其值为电阻与电流的乘积，即定律表示其值为电阻与电流的乘积，即(1.7)电阻电阻R的单位为欧的单位为欧姆姆()，简称欧，对于大阻值的电阻，简称欧，对于大阻值的电阻可用千欧可用千欧(k)或兆欧或兆欧(
17、M)为单位表示，它们之间的转换关系为为单位表示，它们之间的转换关系为1M =103k =106 1.4 基尔霍夫定律 德国科学家基尔霍夫提出了基尔霍夫电流定律德国科学家基尔霍夫提出了基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔和基尔霍夫电压定律霍夫电压定律(KVL)，这两个定律是分析电路的重要基本定律。，这两个定律是分析电路的重要基本定律。在介绍两个基本定律之前，先介绍电路图中几个有关的术语。在介绍两个基本定律之前，先介绍电路图中几个有关的术语。1.支路支路 电路中任意两节点之间电路中任意两节点之间的一段无分支的局部电路。的一段无分支的局部电路。如图如图1.8所示的电路中，所示的电路中，adc、ac、ab
18、c都是支路。该电路中都是支路。该电路中共有三条支路。共有三条支路。图图1.8 电路图电路图2.节点节点 电路中电路中3条或条或3条以上的支路的交点称为节点，如图条以上的支路的交点称为节点，如图1.8所示所示的电路中，的电路中，a点和点和c点都是节点。该电路中有两个节点。要注意点都是节点。该电路中有两个节点。要注意的是的是b、d两点并不是节点。两点并不是节点。3.回路回路 电路中任何一个闭合的路径称为回路。如图电路中任何一个闭合的路径称为回路。如图1.8所示的电路所示的电路中，中，acda、abca、abcda都是回路。该电路中共有都是回路。该电路中共有3个回路。个回路。4.网孔网孔 电路中不含
19、有其他支路的回路称为网孔，图电路中不含有其他支路的回路称为网孔，图1.8所示的电路所示的电路中，中，acda、abca都是网孔。该电路中共有两个网孔。都是网孔。该电路中共有两个网孔。1.4.1 基尔霍夫电流定律(KCL)基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)指出：对于电路中的任一节点，在指出：对于电路中的任一节点，在任一时刻，流入节点的电流总和恒等于流出节点的电流总和。任一时刻，流入节点的电流总和恒等于流出节点的电流总和。用数学式子表示为用数学式子表示为 在在图图1.8中所示的节点中所示的节点a，有，有 若若将将流流入入节节点点的的电电流流取取正正，流流出出节节点点的的电电流流取取负负，则
20、则图图1.8中中所示的节点所示的节点a可表示为可表示为(1.9)解：由图解：由图1.9可知，该电路有可知，该电路有A、B两个节点。根据两个节点。根据KCL，式，式(1.10)有有 A点：点：I3-I1-I2=0，则，则 I3=I1+I2=1+2=3A B点：点：I5-I3-I4-I6=0，则，则 I4=I5-I3-I6=1-3-(-1)=-1A【例【例1.3】如图如图1.9所示的电路所示的电路中，已知：中，已知：I1=1A，I2=2A，I5=1A，I6=-1A，试求出电阻，试求出电阻R3上电流上电流I3及及I4的值。的值。图图1.9 例例1.3电路示意图电路示意图 所求得结果所求得结果I3=3
21、A，为正号说明，为正号说明I3的参考方向与实际方向相的参考方向与实际方向相同；同；I4=-1A，为负号说明，为负号说明I4的参考方向与实际方向相反，它的实的参考方向与实际方向相反，它的实际方向应由节点际方向应由节点B流入。流入。1.4.2 基尔霍夫电压定律(KVL)基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)指出：对于电路中的任一回路，在指出：对于电路中的任一回路，在任一时刻，沿任意绕行方向绕行一周，回路中各段电压的电压任一时刻，沿任意绕行方向绕行一周，回路中各段电压的电压降总和恒等于各段电压升的总和。用数学式子表示为降总和恒等于各段电压升的总和。用数学式子表示为(1.11)如图如图1.10所示
22、的电路，按所示的电路，按ABCDA顺时针方向绕行一周，顺时针方向绕行一周，其中各段电压的参考方向均已标出，此时沿绕行方向确定环路其中各段电压的参考方向均已标出，此时沿绕行方向确定环路电阻两端电压的正负符号电阻两端电压的正负符号(电压降取正，电压升取负电压降取正，电压升取负)。如果标。如果标出的流经电阻的电流方向与绕行方向一致时，该电阻上的电压出的流经电阻的电流方向与绕行方向一致时，该电阻上的电压取正值，反之取负值。如果电源标出的方向与绕行方向一致则取正值，反之取负值。如果电源标出的方向与绕行方向一致则取负值，反之取正值。以图中参考方向为例，元件上电压降分取负值，反之取正值。以图中参考方向为例，
23、元件上电压降分别是别是U1、U2、，元件上电压升只有，元件上电压升只有 ，即，即 对电路对电路ABDA回路，有：回路，有：U1+U3-US1=0 对电路对电路BCDB回路，有：回路，有：U2+US2-U3=0 用用KVL求复杂电路中任意两点间的电压十分方便。求复杂电路中任意两点间的电压十分方便。【例【例1.4】图图1.11所示的电路中，所示的电路中，已知：已知：R1=100，R2=30，R3=90。US=12V。利用。利用KVL求求解电压解电压U1、U2的值。的值。图图1.11 电路示意图电路示意图解：先求出支路电流解：先求出支路电流I3，在电路的右回路。假设一个如实线的参，在电路的右回路。假
24、设一个如实线的参考绕行方向，然后对该回路列出考绕行方向，然后对该回路列出KVL方程式：方程式：求得求得1.5 电路的等效变换 在电路分析中，为了达到化简电路的目的，经常用较为简在电路分析中，为了达到化简电路的目的，经常用较为简单的电路来代替原来较为复杂的电路。单的电路来代替原来较为复杂的电路。例如，图例如，图1.12所示的电路中，已知：所示的电路中，已知：E1=E2=1.5V(干电池干电池)，R1=R2=R3=8，R4=4。图图1.12 电路的等效电路的等效如果将电路的如果将电路的A、B两点断开，、两点断开，、B两点左边的两节两点左边的两节1.5V的电的电池串联一起就是池串联一起就是3V，用一
25、个，用一个3V的电压源的电压源UAB替代替代E1+E2。A、B两点右边的两点右边的4个电阻经过并、串联就由个电阻经过并、串联就由RAB来代替，即来代替，即 因此，可以用一个因此，可以用一个4电阻来代替电阻来代替4个电阻，这样可以将图个电阻，这样可以将图1.12(a)用图用图1.12(b)来代替，代替以后，并不改变图中待求量电来代替，代替以后，并不改变图中待求量电流流I和电压和电压UAB的值。反而，用图的值。反而，用图1.12(b)来求电流来求电流I和电压和电压UAB的的值就显得十分容易了。这样用比较简单的图值就显得十分容易了。这样用比较简单的图1.12(b)来代替图来代替图1.12(a)，就称
26、为等效变换。，就称为等效变换。1.5.1 电阻的串联 在实际电路中，电阻之间有各种各样的连接形式，而常用在实际电路中，电阻之间有各种各样的连接形式，而常用的连接形式有电阻的串、并联方式。的连接形式有电阻的串、并联方式。图图1.13(a)是电阻的串联电是电阻的串联电路，它具有如下三个特点：路，它具有如下三个特点：(1)串联电路两端的等效电阻，等于各个电阻之和。串联电路两端的等效电阻，等于各个电阻之和。(2)串联电路中，流过各个电阻的电流处处相等。串联电路中，流过各个电阻的电流处处相等。(3)串联电路两端的总电压，等于各个电阻上电压之和。串联电路两端的总电压，等于各个电阻上电压之和。图图1.13
27、电阻串联分压电路电阻串联分压电路 由图由图1.13(a)可得到图可得到图1.13(b)等效电路，即等效电路，即 由欧姆定律得由欧姆定律得 等效后的电路中，电路两端的电压等效后的电路中，电路两端的电压U，电流，电流I不变。常用的不变。常用的两个电阻串联的分压公式有两个电阻串联的分压公式有(1.13)(1.14)(1.15)【例【例1.5】图图1.13所示的电路中，已知：所示的电路中，已知：UAB5V，R130，R220，求电压，求电压U1、U2？解：根据式解：根据式(1.14)和式和式(1.15)，可求得，可求得 由此可看出图由此可看出图1.13是一个电阻串联分压电路。是一个电阻串联分压电路。1
28、.5.2 电阻的并联 图图1.14(a)是电阻的并联电路，它也具有如下两个特点：是电阻的并联电路，它也具有如下两个特点：图图1.14 电阻并联分流电路电阻并联分流电路 (1)并联电路中，并联电路两端的等效电阻的倒数，等于各并联电路中，并联电路两端的等效电阻的倒数，等于各并联电阻的倒数并联电阻的倒数(电导电导)之和。这里的电导指电阻之和。这里的电导指电阻G是电阻是电阻R的倒的倒数，即数，即(1.16)(2)并联电路两端的总电流等于流过各个电阻中电流之和。并联电路两端的总电流等于流过各个电阻中电流之和。由图由图1.14(a)可得到图可得到图1.14(b)等效电路，即等效电路，即 由欧姆定律得由欧姆
29、定律得 等效后的电路中，电路两端的电压等效后的电路中，电路两端的电压U不变。常用的两个电阻不变。常用的两个电阻并联的分流公式有并联的分流公式有(1.17)(1.18)(1.19)(1.20)【例【例1.6】图图1.15所示的电路中，已知：所示的电路中，已知：R1=R2=R3=60，求，求A、B两点间的等效电阻两点间的等效电阻RAB。解：由图解：由图1.15所示的电路中，各电阻连接方式看起来较复杂，所示的电路中，各电阻连接方式看起来较复杂，可采用电压观察法判断各电阻之间关系。若在可采用电压观察法判断各电阻之间关系。若在A、B两端加上电两端加上电压压U，各个电阻上电压相同，那么各个电阻为并联关系。
30、，各个电阻上电压相同，那么各个电阻为并联关系。图图1.15 例例1.6电路图电路图 观察例观察例1.6电路图可以看到电路图可以看到R1、R2、R3两端为并联关系。求得电两端为并联关系。求得电阻阻RAB为为 可知相同的可知相同的n个电阻相互并联，为单个电阻的个电阻相互并联，为单个电阻的1/n。【例【例1.7】图图1.16是一个串并联混联电路，已知：是一个串并联混联电路，已知：R1=R3=R5=R6=1k，R2=R4=2k，求电路中等效电阻，求电路中等效电阻RAB的值。的值。图图1.16 电阻串并联混联电路电阻串并联混联电路解：设解：设RD为为R5串联串联R6后并联后并联R4，则，则 设设RC为为
31、R3串联串联RD后并联后并联R2，则，则 得得 RAB=R1+RC=1+1=2k 由此得到图由此得到图1.16(b)所示的等效。所示的等效。1.6 电源及等效变换 电源是电路中产生能源的动力，在实际应用中，电源的种电源是电路中产生能源的动力，在实际应用中，电源的种类有很多，如干电池、稳压电源、发电机和各种信号源等。一类有很多，如干电池、稳压电源、发电机和各种信号源等。一般电源有两种不同的形式：电压源及电流源。若电源的电压或般电源有两种不同的形式：电压源及电流源。若电源的电压或电流是不受外电路的影响而独立存在，就称为独立电源。电流是不受外电路的影响而独立存在，就称为独立电源。1.6.1 电压源
32、能产生一个数值恒定的电压能产生一个数值恒定的电压US或是一定的时间函数关系的或是一定的时间函数关系的电源电源(如干电池、发电机如干电池、发电机)称为电压源。电压源的图形符号如图称为电压源。电压源的图形符号如图1.17(a)、(b)所示。所示。图图1.17 电压源及外特性电压源及外特性 电压源的端电压电压源的端电压U由由US或或ES决定，与流过它的电流无关，即决定，与流过它的电流无关，即与接入电路的任何方式无关与接入电路的任何方式无关(而流过电压源的电流由它本身与连而流过电压源的电流由它本身与连接的外电路有关接的外电路有关)。端电压。端电压U表示为表示为 US有时也可用电动势的正、负符号表示。有
33、时也可用电动势的正、负符号表示。实际电路装置中所用的电源，一般需要输出较为稳定的电实际电路装置中所用的电源，一般需要输出较为稳定的电压，但实际电源总会存在内阻的，比如前面讲到的手电筒电路压，但实际电源总会存在内阻的，比如前面讲到的手电筒电路的电源是干电池，当使用过一段时间，干电池的内阻就会变大，的电源是干电池，当使用过一段时间，干电池的内阻就会变大，电源的端电压总会逐渐下降，手电筒的负载灯泡发光也会逐渐电源的端电压总会逐渐下降，手电筒的负载灯泡发光也会逐渐变暗。为了使电路装置能够稳定运行，在实际应用中，电源的变暗。为了使电路装置能够稳定运行，在实际应用中，电源的内阻越小越好。假设电源内阻等于零
34、时，就称为理想电压源。内阻越小越好。假设电源内阻等于零时，就称为理想电压源。(1.21)当电压源的电压为恒定值时，就称为直流电压源，直流电当电压源的电压为恒定值时，就称为直流电压源，直流电压源的外特性如图压源的外特性如图1.17(c)所示。所示。1.6.2 电流源 能产生一个数值恒定的电流能产生一个数值恒定的电流IS或是一定的时间函数关系的或是一定的时间函数关系的电源电源(如蓄电池、光电池等如蓄电池、光电池等)称为电流源。电流源的图形符号如称为电流源。电流源的图形符号如图图1.18(a)所示。所示。图图1.18 电流源及外特性电流源及外特性 电流源的输出电流电流源的输出电流I由由IS决定，与端
35、电压无关，即与接入电决定，与端电压无关，即与接入电路的任何方式无关路的任何方式无关(而电流源的端电压与它本身连接的外电阻有而电流源的端电压与它本身连接的外电阻有关关)。电流。电流I表示为表示为 实际电路装置中所用的电源，在有些特殊的场合，有时也实际电路装置中所用的电源，在有些特殊的场合，有时也会要求电源具有很高的内阻，因为高内阻的电源产生的电流会会要求电源具有很高的内阻，因为高内阻的电源产生的电流会很稳定。电源输出电流是恒定值时，就称为直流电流源，直流很稳定。电源输出电流是恒定值时，就称为直流电流源，直流电流源的外特性如图电流源的外特性如图1.18(b)所示。所示。【例【例1.8】如图如图1.
36、19所示的电路中，一个理想电压源和一个理所示的电路中，一个理想电压源和一个理想电流源相连接，已知想电流源相连接，已知US=12V，IS=2A，计算该图中各器件上，计算该图中各器件上的功率。的功率。(1.22)解：图解：图1.19所示的电路中，电流从电压正端流出，电压源上电所示的电路中，电流从电压正端流出，电压源上电压与电流为非关联参考方向压与电流为非关联参考方向：PU=-USIS=-122=-24W(电压源是输出功率电压源是输出功率)电流源的端电压电流源的端电压U由电压源决定，等于由电压源决定，等于US，其上电压与电，其上电压与电流为关联参考方向：流为关联参考方向：PI=USIS=122=24
37、W(电流源是吸收功率电流源是吸收功率)图图1.19 例例1.8示意图示意图1.6.3 实际电源模型 实际电源除向外部供应能量外，还有一部分能量是在电源实际电源除向外部供应能量外，还有一部分能量是在电源本身内阻上消耗掉，所以实际电源总会有内阻存在。上面所介本身内阻上消耗掉，所以实际电源总会有内阻存在。上面所介绍的是理想电压源和理想电流源，忽略了电源内阻。其实理想绍的是理想电压源和理想电流源，忽略了电源内阻。其实理想电压源和理想电流源，实际中并不存在，只是其性能在一定的电压源和理想电流源，实际中并不存在，只是其性能在一定的范围内与理想电源接近。范围内与理想电源接近。1.实际电压源模型实际电压源模型
38、 一个实际电压源模型，一般可等效为一个理想电压源一个实际电压源模型，一般可等效为一个理想电压源US与与一个内电阻一个内电阻RO的串联组合的模型，如图的串联组合的模型，如图1.20(a)所示。实际电压所示。实际电压源的端电压除了与源的端电压除了与US有关外，还受通过有关外，还受通过RO上的电流影响，当接上的电流影响，当接上负载后，电路中端电压上负载后，电路中端电压U与电流与电流I的关系为的关系为图图1.20 实际电压源模型与外特性实际电压源模型与外特性 其外特性如图其外特性如图1.20(b)所示，为一条下降的直线，所示，为一条下降的直线，I越大，越大，U越低。越低。2.实际电流源模型实际电流源模
39、型(1.23)一个实际电流源模型，一般可等效为一个理想电流源一个实际电流源模型，一般可等效为一个理想电流源IS与与一个内电阻一个内电阻RO的并联组合模型。如图的并联组合模型。如图1.21(a)所示。实际电流源所示。实际电流源的输出电流除了与的输出电流除了与IS有关外，还受其两端电压影响。当接上负载有关外，还受其两端电压影响。当接上负载后，电路中输出电流与电压后，电路中输出电流与电压U的关系为的关系为(1.24)其外特性如图其外特性如图1.21(b)所示，为一条下降的直线，所示，为一条下降的直线，U越大，越大，I越低。越低。图图1.21 实际电流源模型与外特性实际电流源模型与外特性 因为实际电源
40、内阻上的功率消耗是很小的，所以，由上述因为实际电源内阻上的功率消耗是很小的，所以，由上述分析的实际电压源模型和实际电流源模型所对应的外特性图分析的实际电压源模型和实际电流源模型所对应的外特性图1.20(b)和图和图1.21(b)与理想电源的外特性十分接近。这两种实际与理想电源的外特性十分接近。这两种实际电源的电路模型，在一定条件下还可以等效互换。电源的电路模型，在一定条件下还可以等效互换。1.6.4 实际电压源与电流源的等效变换 由上述分析可知，一个实际的电源可以用与内电阻串联的由上述分析可知，一个实际的电源可以用与内电阻串联的理想电压源作为它的电路模型，也可以用一个与其内电阻并联理想电压源作
41、为它的电路模型，也可以用一个与其内电阻并联的理想电流源作为它的电路模型。由此，这两种实际电源的电的理想电流源作为它的电路模型。由此，这两种实际电源的电路模型，在一定条件下可以等效变换，这里假设图路模型，在一定条件下可以等效变换，这里假设图1.20(a)、图、图1.21(a)中的内阻中的内阻RO相等，端口上都接上相同负载电阻相等，端口上都接上相同负载电阻R，使两，使两个电路的负载电压相同，那么个电路的负载电压相同，那么即即 或或 ，图，图1.22给出了两者之间的等效变换给出了两者之间的等效变换图。图。这里要着重强调两点：一是在进行两种电源模型的等效变这里要着重强调两点：一是在进行两种电源模型的等
42、效变换时，要使电压源的极性与电流源的方向保持一致；二是在实换时，要使电压源的极性与电流源的方向保持一致；二是在实际的电压源中内阻际的电压源中内阻RO很小，而实际的电流源内阻很小，而实际的电流源内阻RO很大，在工很大，在工程上两者不能相互替代，这里只是为了方便解题，所谓程上两者不能相互替代，这里只是为了方便解题，所谓“等效等效”只是说它们对外电路而言其效果相同。只是说它们对外电路而言其效果相同。图图1.22 两种电源模型的等效变换两种电源模型的等效变换【例【例1.9】图】图1.23(a)所示电压源电路，已知所示电压源电路，已知RO=8，US=16V，试将其转化为电流源电路。试将其转化为电流源电路
43、。图图1.23 等效变换过程等效变换过程解：图解：图1.23(a)所示电路可等效为图所示电路可等效为图1.23(b)所示电路。所示电路。1.6.5 受控电源 除前面讨论的独立电源外，在电子电路中还有另一类型的除前面讨论的独立电源外，在电子电路中还有另一类型的电源，它们的电压和电流并不独立存在，而受电路中另一处的电源，它们的电压和电流并不独立存在，而受电路中另一处的电压和电流控制，正如三极管集电流大小是受基极电流控制，电压和电流控制，正如三极管集电流大小是受基极电流控制，这样的受控源称为电流控制的电流源。而场效应管漏极电流是这样的受控源称为电流控制的电流源。而场效应管漏极电流是受栅源极电压控制，
44、这样的受控源称为电压控制的电流源。受栅源极电压控制，这样的受控源称为电压控制的电流源。根据受控源在电路中呈现的是电压还是电流，以及是受电根据受控源在电路中呈现的是电压还是电流，以及是受电压控制还是受电流控制可分为压控制还是受电流控制可分为4种：它们是电压控制电压源种：它们是电压控制电压源(VCVS)、电压控制电流源、电压控制电流源(VCCS)、电流控制电压源、电流控制电压源(CCVS)和电和电流控制电流源流控制电流源(CCCS)。4种受控源的图形符号如图种受控源的图形符号如图1.24所示。所示。受控源符号用菱形表示。图中受控源符号用菱形表示。图中u和和i分别表示控制电压和控分别表示控制电压和控
45、制电流，制电流，、g、分别是有关的控制系数。分别是有关的控制系数。图图1.24 4种受控电源符号种受控电源符号【例【例1.10】求图求图1.25所示电路中所示电路中 和和 ，已知，已知 为为8V。图图1.25 例例1.10图图解：图中受控源为解：图中受控源为CCCS，先求，先求 ：再求再求 ：1.7 本 章 小 结1.现实世界的电路形式各种各样，有的甚至是非常复杂，但它现实世界的电路形式各种各样，有的甚至是非常复杂，但它们都是由三个基本部分组成，即电源、负载和中间环节。们都是由三个基本部分组成，即电源、负载和中间环节。2.实际的电路元器件可用理想化的电路元件模型来表示。实际的电路元器件可用理想
46、化的电路元件模型来表示。3.电路中的基本物理量有电压、电流和电功率等。在分析电路电路中的基本物理量有电压、电流和电功率等。在分析电路时，电流、电压的参考方向是一个重要的概念，要熟练运用。时，电流、电压的参考方向是一个重要的概念，要熟练运用。4.KCL和和KVL是分析电路的两个重要的基本定律，在分析多环是分析电路的两个重要的基本定律，在分析多环回路电路中起到非常重要的作用。回路电路中起到非常重要的作用。KCL描述为：对电路的某一描述为：对电路的某一节点，流入该节点的电流总和等于流出该节点的电流总和；节点，流入该节点的电流总和等于流出该节点的电流总和；KVL描述为：对电路中的任意一个回路，沿给出的
47、绕行方向绕描述为：对电路中的任意一个回路，沿给出的绕行方向绕一圈，回路各段电压以参考方向为准，电压降总和恒等于各段一圈，回路各段电压以参考方向为准，电压降总和恒等于各段电压升的总和。电压升的总和。5.电路的等效变换，在电路分析中可以达到化简电路的目的，电路的等效变换，在电路分析中可以达到化简电路的目的，经常用较为简单的电路来代替原来较为复杂的电路。电阻串、经常用较为简单的电路来代替原来较为复杂的电路。电阻串、并联电路等效变换方法是电路问题分析中经常使用的方法。并联电路等效变换方法是电路问题分析中经常使用的方法。6.实际电源总会有内阻存在。一个实际电压源模型，一般可等实际电源总会有内阻存在。一个实际电压源模型，一般可等效为一个理想电压源与一个内阻的串联组合模型；一个实际电效为一个理想电压源与一个内阻的串联组合模型；一个实际电流源模型，一般可等效为一个理想电流源与一个内阻的并联组流源模型，一般可等效为一个理想电流源与一个内阻的并联组合模型。合模型。