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1、第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律电路和电路模型电路和电路模型1-1电阻元件电阻元件1-5电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1-2电压源和电流源电压源和电流源1-6电功率和能量电功率和能量1-3受控电源受控电源1-7电路元件电路元件1-4基尔霍夫定律基尔霍夫定律1-8首首 页页本章重点本章重点1.1.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l 重点重点：2.2.电阻元件和电源元件的特性电阻元件和电源元件的特性返 回1-1 1-1 电路和电路模型电路和电路模型1.1.1.1.实际电路实际电路实际电路实际电路功能功能(a)能量的传输、分配与转换
2、；能量的传输、分配与转换；(b)信息的传递、控制与处理。信息的传递、控制与处理。建立在同一电路理论基础上。建立在同一电路理论基础上。由电路部件和电路器件按预期由电路部件和电路器件按预期目的连接构成的电流的通路。目的连接构成的电流的通路。下 页上 页共性共性返 回l一些新名词一些新名词(a)能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；(b)信息的传递、控制与处理。信息的传递、控制与处理。建立在同一电路理论基础上。建立在同一电路理论基础上。电源、激励源、激励、输入；负载；电源、激励源、激励、输入；负载；响应、输出；电路、网络。响应、输出；电路、网络。反映实际电路部件的主要电磁反映实际电路部件的
3、主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。性质的理想电路元件及其组合。2.2.电路模型电路模型导线导线电电池池开关开关白炽灯白炽灯电路图电路图l理想电路元件理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想有某种确定的电磁性能的理想元件。元件。l电路模型电路模型下 页上 页返 回5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：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：表示产生磁场，储存磁场能量的元件。表示产生磁场，储存磁场能量的元件。电容元件：电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。表示产生电场，储存电场能量的元件。电压源和电流源：电压源和电流源：表示将其他形式的能量转
4、变成表示将其他形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。5种基本理想电路元件有三个特征：种基本理想电路元件有三个特征：（a a）只有两个端子；只有两个端子；（b b）可以用电压或电流按数学方式描述；可以用电压或电流按数学方式描述；（c c）不能被分解为其他元件。不能被分解为其他元件。下 页上 页注意返 回具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一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电路模型表示。定条件下可用同一电路模型表示。同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。模型可以有不同的形式。下 页上 页例例电感线
5、圈的电路模型电感线圈的电路模型注意返 回1-2 1-2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 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心的物理量是电流、电压和功率。关心的物理量是电流、电压和功率。1.1.1.1.电流的参考方向电流的参考方向电流的参考方向电流的参考方向l电流电流l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷单位时间内通过导体横截面的电荷下 页上 页返 回l方向方向 规定正电荷的规定正电荷的 运动方向为电流的实
6、际运动方向为电流的实际 方向方向l单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安（安培培）、）、kA、mA、A元件元件(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:实际方向实际方向AB实际方向实际方向AB 对于复杂电路或电路中的电流随时间变化对于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。时，电流的实际方向往往很难事先判断。下 页上 页问题返 回l参考方向参考方向 大小大小方向方向(正负）正负）电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。向即为电流的参考方向。i 0
7、i 0参考方向参考方向u+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)p0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)p 0 0ui从从 t0 到到 t 电阻吸收的能量：电阻吸收的能量：4.4.4.4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路电阻的开路与短路电阻的开路与短路l 能量能量l 短路短路l 开路开路ui下 页上 页Riu+u+iOO返 回下 页上 页实际电阻器实际电阻器返 回 1-6 1-6 电压源和电流源电压源和电流源l电路符号电路符号抽象的电路模型，二端有源元件抽象的电路模型，二端有源元件1.1.理想电压源理想电压源/l定义定义下 页上 页其两端电压总能保持定值或一
8、定其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电的时间函数，其值与流过它的电流流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。+_返 回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；与流经它的电流方向、大小无关。与流经它的电流方向、大小无关。通过电压源的电流由电源及通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。外电路共同决定。l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直流电压直流电压源的伏安源的伏安特性曲线特性曲线下 页上 页例例Ri-+外电路外电路电压源不能短路！电压源不能短路！O返 回+_iu+_l电压源的功率电压源的功率电
9、压、电流参考方向非关联。电压、电流参考方向非关联。电流（正电荷电流（正电荷 ）由低电位）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。电源发出功率。发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用物理意义：物理意义：下 页上 页+_iu+_电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。物理意义：物理意义：电场力作功，电源吸收功率。电场力作功，电源吸收功率。吸收功率，充当负载。吸收功率，充当负载。返 回例例6-1计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解下 页上 页发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发发）P（吸吸）返 回i+_+_10V5V
10、-+电压、电流参考方向如图所电压、电流参考方向如图所示示注意：注意：R是关联参考方向是关联参考方向其输出电流总能保持定值或一定的其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想电流源。l 电路符号电路符号2.2.理想电流源理想电流源l 定义定义u+_下 页上 页l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压的方向、大小无关。关；与它两端电压的方向、大小无关。返 回电流源两端的电压由电源及外电路共电流源两端
11、的电压由电源及外电路共同决定。同决定。ui直流电流源的直流电流源的伏安特性曲线伏安特性曲线下 页上 页O例例Ru-+外电路外电路电流源不能开路！电流源不能开路！返 回 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无关关；光光电电池池在在一一定定光光线线照照射射下下光光电电子被激发产生一定值的电流等。子被激发产生一定值的电流等。下 页上 页实际电流源的产生：实际电流源的产生：l 电流源的功率电流源的功率u+_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。电压、电流的参考方向关联。电压、电流的
12、参考方向关联。u+_吸收功率，充当负载。吸收功率，充当负载。返 回例例6-2计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解吸收吸收（实际发出（实际发出10W）发出（实际吸收发出（实际吸收10W）满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）下 页上 页返 回u2Ai+_5V-+实际电源实际电源干电池钮扣电池1.1.干电池和钮扣电池（化学电源）干电池和钮扣电池（化学电源）干电池电动势为干电池电动势为1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，其，仅取决于（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。大小决定储存的能量，化学反应不可逆。钮扣电池电动势为钮扣电池电动势为1.35V，用固体化学材料
13、制成，化学反，用固体化学材料制成，化学反应不可逆。应不可逆。下 页上 页返 回 氢氧燃料电池示意图2.2.燃料电池（化学电源）燃料电池（化学电源）燃料电池电动势为燃料电池电动势为1.23V。以氢、氧作为燃料。约。以氢、氧作为燃料。约40%45%的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。下 页上 页返 回3.3.太阳能电池（光能电源）太阳能电池（光能电源）一块太阳能电池电动势为一块太阳能电池电动势为0.6V。太阳光照射到。太阳光照射到PN结上，结上，形成一个从形成一个从N区流向区流向P区的电流。约区的电流。约11%的光能转变为电能，的光能转变为电
14、能，故常用太阳能电池板。故常用太阳能电池板。一个一个50cm2太阳能电池的电动势为太阳能电池的电动势为0.6V,电流为电流为0.1A。太阳能电池板太阳能电池板下 页上 页返 回蓄电池示意图4.4.蓄电池（化学电源）蓄电池（化学电源）电池电动势为电池电动势为2V。使用时，电池放电，当电解液浓度。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于小于一定值时，电动势低于2V，常需要充电，化学反应可，常需要充电，化学反应可逆。逆。下 页上 页返 回直流稳压源直流稳压源下 页上 页返 回发电机组发电机组下 页上 页返 回风力发电风力发电下 页上 页返 回工业风力发电现场工业风力发电现场下 页上 页
15、返 回1-7 1-7 受控电源受控电源(非独立源非独立源)l 电路符号电路符号受控电压源受控电压源1.1.定义定义受控电流源受控电流源 电压或电流的大小和方向不是给定的时间电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某处的电压函数，而是受电路中某处的电压(或电流或电流)控制的电控制的电源，称为受控电源。源，称为受控电源。下 页上 页返 回+四端元件四端元件 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u或电流或电流i，受控源，受控源可分可分四种类型：四种类型：电压控制电流源、电压控制电压源、电压控制电流源、电压控制电压源、电流控制电流源、电流控用电压源。电流控制电流源、电流控
16、用电压源。2.2.分类分类下 页上 页返 回1 1）、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 i1u1+_u2i2_u1+_输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分g:转移电导转移电导 2 2）、电压控制的电流源）、电压控制的电流源 (VCCS)gu1+_u2i2_u1i1+下 页上 页返 回3 3）、电流控制的电流源）、电流控制的电流源 (CCCS):电流放大倍数电流放大倍数 i1+_u2i2_u1i1+4 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 例例电路模型电路模型ibicib下 页上 页ri1+_u
17、2i2_u1i1+_返 回3.3.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较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他他电电压压、电电流流无无关关，而而受受控控源源电电压压(或或电流电流)由控制量决定。由控制量决定。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，而而受受控控源源是是反反映映电电路路中中某某处处的的电电压压或或电电流流对对另另一一处处的的电电压压或或电电流流的的控控制制关关系系，在在电电路路中中不不能能作作为为“激激励励”。可可以以看看做做电电源源进进行处理，但注意其激励源是取决于控制
18、量。行处理，但注意其激励源是取决于控制量。课本例题课本例题 P20P20下 页上 页返 回1-8 1-8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 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中中所所有有支支路路电电压压和和电电流流所所遵遵循循的的基基本本规规律律，是是分分析析集集总总参参数数电电路路的的基基本本定定律律。基基尔尔霍霍夫夫定定律律与与元元件件特特性性构构成成了了电电路路分分析析的的基础。基础。下 页上 页返 回+_R1uS1+_uS2R2R31.1.几个名词几个名词元件的连接点称为结点。元件
19、的连接点称为结点。an=4b支路支路电路中每一个两端元件就称电路中每一个两端元件就称为一条支路。为一条支路。i3i2i1结点结点b=5下 页上 页或三条以上支路的连接点称或三条以上支路的连接点称为结点。为结点。n=2返 回由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。两结点间的一条通路。由支路两结点间的一条通路。由支路构成。构成。l=3123路径路径回路回路下 页上 页+_R1uS1+_uS2R2R3返 回2.2.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“+”，流入为流入为“-”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该结点电流的代数和等
20、于零。出该结点电流的代数和等于零。流进的电流等于流出流进的电流等于流出的电流的电流下 页上 页返 回例例例例 写出各节点的写出各节点的KCL方程方程三式相加得：三式相加得：KCL可推广应用于电路中包围多个结点可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。的任一闭合面。下 页上 页 表明返 回KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反应。任意结点处的反应。KCL是对结点处支路电流加的约束，与支路是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关。非线性无关。KCL方程是按电流参考方向
21、列写的，与电方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。流实际方向无关。下 页上 页明确返 回3 3.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)U3U1U2U4下 页上 页标标定定各各元元件件电电压压参参考方向。考方向。选选定定回回路路绕绕行行方方向向，顺时针或逆时针顺时针或逆时针。在在集总参数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零所有支路电压的代数和恒等于零。返 回I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_元元件件电电压压参参考考方方向向与与回回路路绕绕行行方方向向一致，电压为一致，电压为“+”。U1US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1 或或下 页上 页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。注意返 回U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_