1、1 1計算機電子電路技術計算機電子電路技術 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律2 2第第1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律 1.0 電路的作用與組成部分電路的作用與組成部分1.1 電路模型電路模型1.2 電路變量電路變量1.3 電阻元件電阻元件1.4 電源元件電源元件1.5 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.6 電阻的串聯和并聯電阻的串聯和并聯1.7 實際電源模型實際電源模型第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律3 3第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律4 4放放大大器器揚聲器揚聲器話筒話筒 電路是電流的通路，是為了某種需要由電工電路是電流的

2、通路，是為了某種需要由電工設備或電路元件按一定方式組合而成。設備或電路元件按一定方式組合而成。 發電機發電機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動機電動機電爐電爐.輸電線輸電線第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律5 5電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置負載負載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環節：中間環節：傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用發電機發電機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動機電動機電爐電爐.輸電線輸電線第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律6 6直流電源直流電源: 提供能源提供能源信號處理：信

3、號處理：放大、調諧、檢波等放大、調諧、檢波等負載負載信號源信號源: 提供信息提供信息放放大大器器揚聲器揚聲器話筒話筒 電源或信號源的電源或信號源的電壓電壓或或電流電流稱為激勵，它推動電路稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產生的工作；由激勵所產生的電壓和電流電壓和電流稱為響應。稱為響應。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7 71.1 電路模型電路模型 1.1.1 實際電路及其功能實際電路及其功能 一個實際電路，它是由電子器件構成，并具有一定功能一個實際電路，它是由電子器件構成，并具有一定功能的連接整體。的連接整體。 組成實際電路的電子器件種類繁多、性能各異。常用的組成實際電路的

4、電子器件種類繁多、性能各異。常用的有有電池電池、信號產生器、電阻器、電容器、電感器、開關、晶信號產生器、電阻器、電容器、電感器、開關、晶體管體管等。其中電池可以提供電能，信號產生器可以輸出多種等。其中電池可以提供電能，信號產生器可以輸出多種標準信號，電阻器可以消耗電能，電感器可以存儲磁場能等標準信號，電阻器可以消耗電能，電感器可以存儲磁場能等等。等。 為了便于用數學方法分析電路為了便于用數學方法分析電路,一般要將實際電路模型化，一般要將實際電路模型化，用足以反映其電磁性質的理想電路元件或其組合來模擬實際電用足以反映其電磁性質的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，從而構成與實際電路相對應

5、的電路模型。路中的器件，從而構成與實際電路相對應的電路模型。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8 8R+RoES+UI電池電池導線導線燈泡燈泡開關開關 電池電池是電源元件，其是電源元件，其參數為電動勢參數為電動勢 E 和內阻和內阻Ro； 燈泡燈泡主要具有消耗電能主要具有消耗電能的性質，是電阻元件，的性質，是電阻元件，其參數為電阻其參數為電阻R； 筒體筒體用來連接電池和燈用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計，認泡，其電阻忽略不計，認為是無電阻的理想導體。為是無電阻的理想導體。 開關開關用來控制電路的通用來控制電路的通斷。斷。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律9

6、9 圖圖1.1(b)是計算機電路組成的簡化框圖，它的基本功能是是計算機電路組成的簡化框圖，它的基本功能是通過對輸入信號的處理實現數值計算。人們在鍵盤上輸入通過對輸入信號的處理實現數值計算。人們在鍵盤上輸入計算數據和步驟，編碼器將輸入信號表示成二進制數碼，計算數據和步驟，編碼器將輸入信號表示成二進制數碼，經運算、存儲、控制部件處理得到計算結果，然后在顯示經運算、存儲、控制部件處理得到計算結果，然后在顯示器上輸出。器上輸出。圖圖1.1(b) 計算機電路組成的簡化框圖計算機電路組成的簡化框圖第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律1010 實現電能的產生、傳輸、分配和轉換。實現電能的產生

7、、傳輸、分配和轉換。 完成電信號的產生、傳輸、變換和處理。完成電信號的產生、傳輸、變換和處理。 在電路理論中，常把提供電能或信號的器件、在電路理論中，常把提供電能或信號的器件、裝置稱為裝置稱為電源電源，使用電能或電信號的設備稱為，使用電能或電信號的設備稱為負負載載。顯然，對于圖。顯然，對于圖1.1電路，電池和鍵盤、編碼器電路，電池和鍵盤、編碼器是電源，燈泡和顯示器是負載。是電源，燈泡和顯示器是負載。 電路的基本功能電路的基本功能第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律1111 電路理論主要研究電路中發生的各種電磁現象，包括電能的消耗現象和電磁能的存儲現象。一般這些現象交織交織在一起

8、，同時發生在整個電路中。為了簡化分析，為了簡化分析，對實際電路采用對實際電路采用“模型化模型化”方法處理。方法處理。首先，針對一些基本電磁現象(如電磁能消耗、電場能存儲、磁場能存儲等)建立相應的模型，稱為理想元件或元件，并用統一符號標記。理想元件在物理上描述了基本電磁現象，在數學上也有嚴格的定義。 1.1.2 電路模型電路模型 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律1212 模型元件是實際器件的理想化，模型元件是實際器件的理想化，反映實際電氣器件的主要反映實際電氣器件的主要電磁性能。電磁性能。 模型元件按一定規則組合模型元件按一定規則組合，使之具有實際裝置的主要電磁，使之具有實際

9、裝置的主要電磁性能，這種組合就是電路模型。性能，這種組合就是電路模型。 根據電路模型得出的數學關系根據電路模型得出的數學關系又能反映實際器件和裝置的又能反映實際器件和裝置的基本物理規律?；疚锢硪幝?。電器裝置電器裝置用電路模型近似表示是有條件的，用電路模型近似表示是有條件的，條件變了，電條件變了，電路模型也要作相應的改變。路模型也要作相應的改變。課程將僅對課程將僅對電路模型進行分析和計算電路模型進行分析和計算。 1.1.2 電路模型的幾個規律電路模型的幾個規律 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律1313 電阻元件就是描述電磁能消耗現象，電流電壓關系電阻元件就是描述電磁能消耗現

10、象，電流電壓關系滿足滿足代數方程代數方程的一種理想電路元件。的一種理想電路元件。 電容、電感元件分別是描述電場能、磁場能存儲現電容、電感元件分別是描述電場能、磁場能存儲現象的理想元件，其電流、電壓滿足象的理想元件，其電流、電壓滿足微分或積分關系微分或積分關系。 例如：例如：第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律1414 在一定條件下，不同器件可以具有同一種模型在一定條件下，不同器件可以具有同一種模型。比如， 電阻器、燈泡、電爐等，這些器件在電路中的主要特性都是消耗電能，因此都可用理想電阻元件作為它們的模型。 對于實際器件，在一定條件下，忽略其次要性質，用對于實際器件，在一定條件下

11、，忽略其次要性質，用理想元件或其組合表征它的主要特性。該理想元件或其組理想元件或其組合表征它的主要特性。該理想元件或其組合構成實際器件的模型，稱為合構成實際器件的模型，稱為器件模型器件模型。器件模型器件模型 建立器件模型時應注意下面兩點：建立器件模型時應注意下面兩點：第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律1515 對于同一器件，在不同應用條件下，往往采用不同形對于同一器件，在不同應用條件下，往往采用不同形式的模型。式的模型。例如，一個線圈在工作頻率較低時，用理想電理想電感元件感元件作為模型；在需要考慮能量損耗時，使用理想電阻理想電阻和電感元件串聯電路和電感元件串聯電路作為模型；而

12、在工作頻率較高時，則應進一步考慮線圈繞線之間相對位置的影響，這時模型中還應包含理想電容元件理想電容元件。器件模型器件模型第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律1616圖圖 1.2 器件模型器件模型 照明電路的電路模型如圖1.2所示。圖中電池用電壓源Us和內阻Rs表示，負載用電阻RL表示。S為開關，連接導線連接導線的電阻值很小，一般忽略不計，用理想導線表示。的電阻值很小，一般忽略不計，用理想導線表示。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律1717 當實際電路的尺寸遠小于其使用時的最高工作頻率所對應當實際電路的尺寸遠小于其使用時的最高工作頻率所對應的波長時，無須考慮電

13、磁量的空間分布，相應的電路元件為的波長時，無須考慮電磁量的空間分布，相應的電路元件為集集中參數元件中參數元件。描述電路的方程一般是代數方程或常微分方程。描述電路的方程一般是代數方程或常微分方程。 如果電路中的電磁量是時間和空間的函數，使得描述電路如果電路中的電磁量是時間和空間的函數，使得描述電路的方程是以時間和空間為自變量的代數方程或偏微分方程，則的方程是以時間和空間為自變量的代數方程或偏微分方程，則這樣的電路模型稱為這樣的電路模型稱為分布參數電路分布參數電路 。 電路集中化條件：電路集中化條件：實際電路的各向尺寸實際電路的各向尺寸d遠小于電遠小于電路工作頻率所對應的電磁波波長路工作頻率所對應

14、的電磁波波長，即，即 d集中參數電路與分布參數電路集中參數電路與分布參數電路第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律18181.2 電路的基本物理量電路的基本物理量一、電流一、電流n 形成：形成： 電荷的定向運動形成電流。電荷的定向運動形成電流。 n 實際方向：實際方向： 習慣上指正電荷運動的方向。習慣上指正電荷運動的方向。 n 大?。捍笮。弘娏鞯拇笮∮秒娏鲝姸葋砗饬?，電流強度指電流的大小用電流強度來衡量，電流強度指單位時間內通過導體橫截面積的電荷量。即：單位時間內通過導體橫截面積的電荷量。即： tqtidd)(第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律1919n 分類：

15、分類： 按照電流的大小和方向是否隨時間變化，按照電流的大小和方向是否隨時間變化，分為恒定電流（直流分為恒定電流（直流DCDC）和時變電流。）和時變電流。 說明：交流（交流（ACAC）是時變電流的特例。它滿足兩個）是時變電流的特例。它滿足兩個特點：一是周期性變化，二是一個周期內電特點：一是周期性變化，二是一個周期內電流的平均值等于零。流的平均值等于零。n 參考方向：參考方向：1 1、產生背景：在分析電路時往往不能事先確定、產生背景：在分析電路時往往不能事先確定電流的實際方向，而且時變電流的實際方向又電流的實際方向，而且時變電流的實際方向又隨時間不斷變化。因此在電路中很難標明電流隨時間不斷變化。因

16、此在電路中很難標明電流的實際方向。為此，我們引入電流的的實際方向。為此，我們引入電流的“參考方參考方向向”這一概念。這一概念。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律20202、表示方法：、表示方法：（1）實線箭頭）實線箭頭 ；（2）雙字母下標）雙字母下標iab。3、實際方向與參考方向的關系：、實際方向與參考方向的關系： 規定：若電流的實際方向與所選的參考方向一致，規定：若電流的實際方向與所選的參考方向一致，則電流為正值，即則電流為正值，即i0；若電流的實際方向與所選的；若電流的實際方向與所選的參考方向相反，則電流為負值，即參考方向相反，則電流為負值，即i0。 第第1 1章章 電路

17、基本概念和定律電路基本概念和定律2121導線中通過一直流電流，已知在導線中通過一直流電流，已知在1s內從內從a到到b通通過導體橫截面的為過導體橫截面的為1C（庫侖）的自由電子的電（庫侖）的自由電子的電量，如下圖所示。問導線中的電流量，如下圖所示。問導線中的電流I是多少？是多少？ （1）選定電流參考方向由）選定電流參考方向由ab，自由電子是從，自由電子是從a運動運動到到b，即電流實際方向是由，即電流實際方向是由ba，因此電流實際方向與，因此電流實際方向與參考方向相反，電流為負值，參考方向相反，電流為負值，Iab = -1 A。 （2）選定電流參考方向由）選定電流參考方向由ba，電流實際與參考方向

18、，電流實際與參考方向相同，所以相同，所以Iba = 1 A。解：【例1】第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律2222二、電壓二、電壓n 大小描述：大小描述： 在數值上，電路中任意在數值上，電路中任意a a、b b兩點之間的兩點之間的電壓等于電場力由電壓等于電場力由a a點移動單位正電荷點移動單位正電荷到到b b點所作的功。即：點所作的功。即：ddWUqn 電位：電位：1、定義：、定義：在電路中任選一點作為參考點，則其他在電路中任選一點作為參考點，則其他各點到參考點的電壓叫做該點的電位，用符號各點到參考點的電壓叫做該點的電位，用符號V表表示。示。 第第1 1章章 電路基本概念和定

19、律電路基本概念和定律23232、重要公式：、重要公式：babaUVV即：兩點間電壓就是該兩點的電位之差。即：兩點間電壓就是該兩點的電位之差。 3、電位與電壓的區別、電位與電壓的區別（1 1）在敘述時，電位描述為某點電位；電壓描述為）在敘述時，電位描述為某點電位；電壓描述為兩點間的電壓；兩點間的電壓；（2 2）電路中任意兩點間的電壓，其數值是絕對的，）電路中任意兩點間的電壓，其數值是絕對的，與該兩點間的路徑無關；而電路中某一點的電位是相與該兩點間的路徑無關；而電路中某一點的電位是相對的，其值取決于參考點的選擇。對的，其值取決于參考點的選擇。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律2

20、424說明：1 1、今后如未說明，通常選、今后如未說明，通常選接地點接地點作參考點，并作參考點，并且參考點的電位為零。且參考點的電位為零。2 2、引入電位概念后，兩點間電壓的實際方向即由、引入電位概念后，兩點間電壓的實際方向即由高電位點指向低電位點。所以電壓就是指高電位點指向低電位點。所以電壓就是指電壓降電壓降。3 3、電路中電位相同的點稱為等電位點。若用導線、電路中電位相同的點稱為等電位點。若用導線或電阻將等電位點連接起來，導線和電阻元件中沒或電阻將等電位點連接起來，導線和電阻元件中沒有電流通過，不會影響電路的工作狀態。有電流通過，不會影響電路的工作狀態。 第第1 1章章 電路基本概念和定律

21、電路基本概念和定律2525n 電壓的參考方向：電壓的參考方向：1、表示方法：、表示方法：（1 1）實線箭頭；）實線箭頭；（2 2）“+”+”、“-”-”號；號；（3）雙字母下標，）雙字母下標，uab。2、參考方向與實際方向的關系：、參考方向與實際方向的關系：電壓正負值的規定與電流一樣。如下圖所示。電壓正負值的規定與電流一樣。如下圖所示。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律2626n 關聯參考方向關聯參考方向: 選定電流從標以電壓選定電流從標以電壓“+”+”極性端流入而從標極性端流入而從標以以“-”-”極性端流出，這樣選定的電壓和電流的參極性端流出，這樣選定的電壓和電流的參考方向

22、稱為考方向稱為關聯參考方向關聯參考方向，簡稱關聯方向；否則，簡稱關聯方向；否則，稱非關聯方向。如下圖所示。稱非關聯方向。如下圖所示。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律2727注意：1 1、今后在求電壓、電流時，必須事先規定好參、今后在求電壓、電流時，必須事先規定好參考方向，否則求出的值無意義?？挤较颍駝t求出的值無意義。 2 2、參考方向不同時，其表達式相差一負號，但實、參考方向不同時，其表達式相差一負號，但實際方向不變。際方向不變。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律2828實際方向與參考方向實際方向與參考方向一致一致，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為正值

23、正值；實際方向與參考方向實際方向與參考方向相反相反，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為負值負值。注意：注意： 在參考方向選定后，電流在參考方向選定后，電流 ( 或電壓或電壓 ) 值才有正負值才有正負之分。之分。 若若 I = 5A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，則電流從，則電流從 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，則電壓的實際方向，則電壓的實際方向從從 a 指向指向 b；若若 U= 5V，則電壓的實際方向，則電壓的實際方向從從 b 指向指向 a 。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律2929【例2】 如下圖所示，已知如下

24、圖所示，已知4C正電荷由正電荷由a 點均勻移動至點均勻移動至b點電點電場力做功場力做功8J，由，由b點移動到點移動到c點電場力做功為點電場力做功為12J。試問。試問(1) 若以若以b點為參考點，求點為參考點，求a、b、c點的電位和電壓點的電位和電壓Uab、Ubc ;(2) 若以若以c點為參考點，再求以上各值。點為參考點，再求以上各值。acb第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律3030解：（1 1）以）以b b點位參考點點位參考點VqWaba 248 0bVqWqWbccbc 3412 VUbaab 202 VUcbbc )(330 acb第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基

25、本概念和定律3131解：VqWaca 54128 0 c VqWbcb 3412 VUbaab 235 VUcbbc 303 （2 2）以）以c c點為電位參考點點為電位參考點acb第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律3232 電路所示，圖中矩形框表示電路元件。已知電流電路所示，圖中矩形框表示電路元件。已知電流I1=-1A，I2=2A，I3=-3A，其參考方向如圖中所標；，其參考方向如圖中所標；d為參考點，電位為參考點，電位Ua=5V，Ub=-5V，Uc=-2V。求：。求： (1)電流電流I1、I2、I3的實際方向和電壓的實際方向和電壓Uab、Ucd的實際極性。的實際極性。 (

26、2)若欲測量電流若欲測量電流I1和電壓和電壓Ucd的數值，則電流表和電壓表的數值，則電流表和電壓表應如何接入電路應如何接入電路?【例3】第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律3333 解解(1)在指定電流參考方向后，結合電流值的正負就可判在指定電流參考方向后，結合電流值的正負就可判定其實際方向。已知定其實際方向。已知I2為正值，表明該電流的實際方向應與它為正值，表明該電流的實際方向應與它的參考方向一致；而的參考方向一致；而I1和和I3為負值，表明它們的實際方向與指為負值，表明它們的實際方向與指定的參考方向相反。定的參考方向相反。 同理，根據同理，根據 Uab=Ua-Ub=5-(-

27、5)=10V Ucd=Uc-Ud=(-2)-0=-2V 可知可知Uab0,電壓實際方向由電壓實際方向由a指向指向b，或者，或者a為高電位端，為高電位端，b為低電位端。為低電位端。Ucd0，表明電壓實際方向與參考方向相反，表明電壓實際方向與參考方向相反，即即d為高電位端，為高電位端，c為低電位端。為低電位端。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律3434 (2)測量直流電流時，應將電流表串聯接入測量直流電流時，應將電流表串聯接入被測支路，使實際電流從電流表的被測支路，使實際電流從電流表的“+”極流入，極流入，“-”極流出。測量直流電壓時，應把電壓表并極流出。測量直流電壓時，應把電

28、壓表并聯接入被測電路，使電壓表聯接入被測電路，使電壓表“+”極與被測電壓極與被測電壓的高電位端連接，的高電位端連接，“-”極與低電位端連接。極與低電位端連接。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律3535 歐姆定律歐姆定律U、I 參考方向相同時，參考方向相同時，RU+IRU+I 表達式中有兩套正負號：表達式中有兩套正負號： 式前的正負號由式前的正負號由U、I 參考方向的關系確定；參考方向的關系確定； U、I 值本身的正負則說明實際方向與參考值本身的正負則說明實際方向與參考 方向之間的關系。方向之間的關系。 通常取通常取 U、I 參考方向相同。參考方向相同。U = I R第第1

29、1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律3636解：解：對圖對圖(a)有有, U = IR例：例：應用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻應用歐姆定律對下圖電路列出式子，并求電阻R。對圖對圖(b)有有, U = IR326 : IUR所以所以326: IUR所以所以RU6V+2AR+U6V I(a)(b)I2A第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律3737 遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數。段電路電壓與電流的比值為常數。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻的伏安特性常數常數即：即： IUR 第第1

30、 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律3838 設電流設電流i和電壓和電壓u的的參考方向參考方向與與實際方向實際方向一致。一致。電阻元件電阻元件上上電流電壓為電流電壓為關聯參考方向關聯參考方向，電壓源元件電壓源元件的電流電壓取非關的電流電壓取非關聯參考方向。正電荷從高電位端聯參考方向。正電荷從高電位端a，經電阻，經電阻R移至低電位端移至低電位端b，是電場力對電荷作功的結果，電場力作功消耗的電能被是電場力對電荷作功的結果，電場力作功消耗的電能被電阻電阻吸收吸收。正電荷由。正電荷由b端經電壓源移至端經電壓源移至a端，是端，是外力對電荷作功外力對電荷作功。通過作功將其它形式能量轉換為電能，從

31、而使電源具有向外通過作功將其它形式能量轉換為電能，從而使電源具有向外電路提供電能的特性。電路提供電能的特性。1.2.3 能量和功率能量和功率 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律3939三、電功率三、電功率n 定義式：定義式： 電能對時間的變化率即為電功率，簡稱功電能對時間的變化率即為電功率，簡稱功率。用率。用p或或P表示。功率的表達式為：表示。功率的表達式為：uitqqWtWpddddddn 計算方法：計算方法： 第一步：首先需要判斷第一步：首先需要判斷u、i的參考方向是否為關的參考方向是否為關聯方向，若為關聯方向，則聯方向，若為關聯方向，則p=ui；若為非關聯方向，；若為非

32、關聯方向，則則 p=-ui。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律4040 第二步：第二步：判斷元件功率性質。方法為：當計判斷元件功率性質。方法為：當計算出功率數值為正，即算出功率數值為正，即p p0 0時，表明元件實際吸時，表明元件實際吸收或消耗功率；當計算出功率數值為負，若收或消耗功率；當計算出功率數值為負，若p p0 0時，表明元件實際發出或提供功率。時，表明元件實際發出或提供功率。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律4141U、I 參考方向不同，參考方向不同，P = UI 0，電源電源； P = UI 0，負載負載。U、I 參考方向相同，參考方向相同，

33、P =UI 0，負載負載； P = UI 0，電源電源。 電源：電源： U、I 實際方向相反，即電流從實際方向相反，即電流從“+”+”端流出，端流出， （發出功率）（發出功率）； 負載：負載： U、I 實際方向相同，即電流從實際方向相同，即電流從“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律4242【例5】 求圖示電路中各方框所代表的元件消耗或產生的求圖示電路中各方框所代表的元件消耗或產生的功率。已知：功率。已知：U1=15V，U2=3V，U3=8V，U4=4V,U5=7V，U6=11V，I1=2，I2=1A，I3=1A。 56412

34、3I1+U1U2U3U4U5U6I2I3第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律4343解：1 1115 230PU IW 發2 12(3) 26PU IW 吸WIUP1628133 吸吸6 36( 11) ( 1) 11PU IW 吸5 357( 1)7PU IW 發424(4) 14PU IW 吸 由以上計算結果可以看由以上計算結果可以看出，電路中各元件發出的功出，電路中各元件發出的功率總和等于吸收功率總和，率總和等于吸收功率總和，這就是電路的這就是電路的“功率平衡功率平衡”。功率平衡是能量守恒定律在功率平衡是能量守恒定律在電路中的體現。電路中的體現。結論：564123I1+U

35、1U2U3U4U5U6I2I3第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律4444 例2 在圖1.9中，已知U=-7V，I=-4A，試求元件A的吸收功率。 解：由于U、I為關聯方向，所以 p=UI=(-7)(-4)=28W 說明元件A吸收功率28W。A屬于無源元件。圖 1.9 【例6】第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律4545 例例7：如圖：已知元件B的產生功率產生功率為120mW，U=40V,求I。 解：元件B產生功率為120mW，即吸收功率為-120mW，且考慮到元件上U與I為非關聯方向非關聯方向，可得： p=-UI=-120 mW 從而有： ( 120)3040

36、pImAU 表明元件表明元件B上電壓、電流的上電壓、電流的實際方向不一致，所以實際方向不一致，所以B向外部向外部電路提供功率。電路提供功率。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律4646特征特征: 開關斷開開關斷開I = 0電源端電壓電源端電壓 ( 開路電壓開路電壓 )負載功率負載功率U = U0 = EP = 01. 開路處的電流等于零；開路處的電流等于零； I = 02. 開路處的電壓開路處的電壓 U 視電路情況而定。視電路情況而定。電路中某處斷開時的特征電路中某處斷開時的特征: :I+U有有源源電電路路IRoR EU0 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律

37、4747電源外部端子被短接電源外部端子被短接 特征特征:0SREII U = 0 PE = P = IR0P = 01.1. 短路處的電壓等于零；短路處的電壓等于零； U = 02. 2. 短路處的電流短路處的電流 I 視電路情況而定。視電路情況而定。I+U有有源源電電路路IR0R EU0 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律4848 若已知元件吸收功率為p(t)，并設W(-)=0,則( )( )tW tpd(18) 表示從-開始至時刻t元件所吸收的電能。一個元件，如果對于任意時刻t，均有：( )( )0tW tpd(19)則該元件為無源元件無源元件，否則稱為有源元件第第1 1

38、章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律4949例例 計算圖示電路各元件的功率計算圖示電路各元件的功率解解(105)5VRu 51A5RuiR25 15WRPRi 1010 110WVSPu i 55 15WVSPu i 發出發出吸收吸收吸收吸收滿足滿足：P（發發）P（吸吸）5Ri+_Ru+_10V5V-+第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律50501.3 電阻元件電阻元件 1.3.1 線性電阻線性電阻 電阻元件是電能消耗電能消耗器件的理想化模型，用來描述電路中電能消耗的物理現象。電阻元件的定義是：一個二端元件，如果在任一時刻，其端電壓u與流經它的電流i之間的關系能用u-i平

39、面上的一條曲線確定，就稱其為電阻元件，簡稱電阻。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律5151 若該曲線是通過原點的直線，則稱為若該曲線是通過原點的直線，則稱為線性電阻線性電阻，否則稱為非線性電阻。若曲線不隨時間變化，則稱為否則稱為非線性電阻。若曲線不隨時間變化，則稱為非時變電阻非時變電阻，否則稱為，否則稱為時變電阻時變電阻。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律5252設電阻元件上電流電壓為設電阻元件上電流電壓為關聯參考方向關聯參考方向，電壓，電壓u與電與電流流i的關系為：的關系為： u(t)= Ri(t) 或者或者1( )( )( )i tu tGu tR1.

40、3.2 歐姆定律歐姆定律 R的倒數的倒數G稱為電導。電導的單位是西門子，簡稱稱為電導。電導的單位是西門子，簡稱西西(S)。 如果電阻上電流電壓的參考方向如果電阻上電流電壓的參考方向非關聯非關聯，則歐姆定，則歐姆定律公式中應加一負號，即律公式中應加一負號，即 u(t)=-Ri(t) 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律5353 根據歐姆定律,可得電阻電阻R的吸收功率為： p(t) = u(t)i(t) = Ri2(t)=Gu2(t) 如果考慮從-到t時刻，電阻R上吸收的能量：22( )( )( )( )tttW tpdRidGud 1.3.3 電阻元件的吸收功率電阻元件的吸收功率

41、 可見，在任意時間可見，在任意時間t，它所吸收的功率和能量都是，它所吸收的功率和能量都是非負的，因此非負的，因此電阻是無源元件電阻是無源元件。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律5454 例例9： 電路如圖，已知R=5k，U=-10V，求電阻中流過的電流和電阻的吸收功率。 解：由于電阻上電流電壓為非關聯參考方向，因此按歐姆定律，其電流為33( 10)2 1025 10UIAmAR 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律5555 注意：注意：公式前面的公式前面的負號負號與算式括號中的負號，含與算式括號中的負號，含義是不同的，前者表示義是不同的，前者表示R中電流電壓參

42、考方向中電流電壓參考方向非關聯非關聯，后者表示后者表示R上上電壓參考方向與實際方向相反電壓參考方向與實際方向相反。電阻的吸。電阻的吸收功率為：收功率為： P=-UI=-(-10)210-3=2010-3 W=20mW 或者：或者： P=RI2=5103(210-3)2=20mW223( 10)205 10UPmWR第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律56561.4 電源元件電源元件 1.4.1 電壓源電壓源 一個二端元件，如果端電壓總能保持為規定的電一個二端元件，如果端電壓總能保持為規定的電壓壓us(t)，而與通過它的電流無關，就稱其為，而與通過它的電流無關，就稱其為電壓源電壓

43、源。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律5757第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律5858第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律5959第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律6060第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律6161 1.4.2電流源電流源 電流源是另一種電源元件。如果一個二端元件，其輸出電流總能保持為規定的電流is(t)，而與它的端電壓無關，就稱其為電流源電流源。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律6262第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律6363第第1 1章章 電路基

44、本概念和定律電路基本概念和定律6464第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律6565第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律66662 2、KCLKCL及及KVLKVL方程的列寫方法；方程的列寫方法；4 4、基爾霍夫定律的推廣應用。、基爾霍夫定律的推廣應用。重點：重點：1.5 基爾霍夫定律基爾霍夫定律3 3、基爾霍夫定律的應用、基爾霍夫定律的應用；1 1、基爾霍夫定律的基本內容及表達式；、基爾霍夫定律的基本內容及表達式；第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律67671.5 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 電路性能除與電路中元件自身的特性有關外，還與這些元件的連

45、接方式有關，或者說，它要服從來自元件特性和連接方式兩方面的約束，分別稱為元件約束元件約束和拓撲約束拓撲約束?；鶢柣舴蚨?，包括基爾霍夫電流定律(縮寫為KCL)和基爾霍夫電壓定律(縮寫為KVL)，是概括描述集中參數電路拓撲約束拓撲約束關系的基本定律。 一、引入：一、引入：第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律6868二、描述電路結構上的幾個名詞：二、描述電路結構上的幾個名詞： 為了便于學習基爾霍夫定律，首先就下圖所示電為了便于學習基爾霍夫定律，首先就下圖所示電路介紹電路結構中的幾個名詞。路介紹電路結構中的幾個名詞。 此電路中共有3條支路，兩個結點，3個回路，兩個網孔。第第1 1章章

46、 電路基本概念和定律電路基本概念和定律6969（1 1）支路支路：電路中具有兩個端鈕且通過同一電流的：電路中具有兩個端鈕且通過同一電流的每個分支（至少包含一個元件）叫做支路。每個分支（至少包含一個元件）叫做支路。（2 2）結點結點：三條或三條以上支路的連接點叫結點。：三條或三條以上支路的連接點叫結點。（3 3）回路回路：電路中任一條閉合路徑叫做回路。：電路中任一條閉合路徑叫做回路。（4 4）網孔網孔：內部不含支路的回路叫網孔。：內部不含支路的回路叫網孔。（5 5）網絡網絡：把包含元件數：把包含元件數 較多的電路稱為網絡。實較多的電路稱為網絡。實際上電路和網絡兩個名詞際上電路和網絡兩個名詞可以通

47、用?？梢酝ㄓ?。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7070三、基爾霍夫電流定律（三、基爾霍夫電流定律（KCL）n 基本內容：基本內容： 對于集總參數電路中的任一結點，在任一時刻，對于集總參數電路中的任一結點，在任一時刻，所有連接于該結點的支路電流的代數和恒等于零。所有連接于該結點的支路電流的代數和恒等于零。 n 一般表達式：一般表達式： 0)(ti 出出入入iior 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7171n KCL方程的列寫方法：方程的列寫方法： 列寫列寫KCLKCL方程時，可規定流入結點的支路電流前取方程時，可規定流入結點的支路電流前取正號，則流出該結點

48、的支路電流前自然取負號（也可正號，則流出該結點的支路電流前自然取負號（也可做相反規定）。做相反規定）。 注意： 以上所說的以上所說的“流入流入”、“流出流出”均可按電流的均可按電流的參考方向，這與實際并不沖突，因為我們知道，電參考方向，這與實際并不沖突，因為我們知道，電流參考方向選擇不同，其本身的正負值也就不同。流參考方向選擇不同，其本身的正負值也就不同。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7272【例3-1】 在下圖中，已選定各支路電流的參考方向并標在在下圖中，已選定各支路電流的參考方向并標在圖上，對于結點圖上，對于結點a a，根據，根據KCLKCL可得可得 054321ii

49、iii24341iiiii第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7373 例例6:如圖如圖1.24所示電路，已知所示電路，已知i1=2A，i3=3A，i4=-2A。試求電壓源試求電壓源us支路和電阻支路和電阻R5支路中流過的電流。支路中流過的電流。 解解 分別用分別用i0、i5表示支路表示支路da和和cd中的電流，其參考方中的電流，其參考方向如圖中所示。向如圖中所示?！纠?-2】第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7474 對節點對節點c，列出，列出KCL方程，有方程，有 i3+i5-i1=0 求得求得 i5=i1-i3=2-3=-1A 同理，對節點同理，對節點d

50、，應用，應用KCL，可得：，可得： i0+i4-i5=0 所以所以 i0=i5-i4=(-1)-(-2)=1A第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7575n KCL的推廣應用：的推廣應用： KCL KCL不僅適用于結點，也可推廣應用于包括數個不僅適用于結點，也可推廣應用于包括數個結點的閉合面（可稱為廣義結點），即通過任一封閉結點的閉合面（可稱為廣義結點），即通過任一封閉面的所有支路電流的代數和恒等于零。面的所有支路電流的代數和恒等于零。 1 3 25i6i4i1i3i2i例如：對于右圖所示電路，對于右圖所示電路，應用應用KCLKCL可得：可得：1460iii2450iii356

51、0iii三式相加，可得：三式相加，可得：123+0iii第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7676此外，對于此外，對于KCLKCL的推廣應用，還有以下兩例：的推廣應用，還有以下兩例：I I = 0 = 0I =?I = 02 +_+_I5 1 1 5 6V12V第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7777三、基爾霍夫電壓定律（三、基爾霍夫電壓定律（KVL）n 基本內容：基本內容： 對于任何集總參數電路中的任一閉合回路，在任對于任何集總參數電路中的任一閉合回路，在任一時刻，沿該回路內各段電壓的代數和恒等于零。一時刻，沿該回路內各段電壓的代數和恒等于零。 n 一般

52、表達式：一般表達式： mktu10)( 升升降降uuor 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7878n KVL方程的列寫方法：方程的列寫方法： 首先首先，在回路內選定一個繞行方向（順時針或，在回路內選定一個繞行方向（順時針或逆時針）；逆時針）；然后然后，將回路內各段電壓的參考方向與，將回路內各段電壓的參考方向與回路繞行方向比較，若兩個方向一致，則該電壓前回路繞行方向比較，若兩個方向一致，則該電壓前取正號，否則取負號。對于電阻元件，可以直接將取正號，否則取負號。對于電阻元件，可以直接將電阻上電流的參考方向與回路繞行方向進行比較，電阻上電流的參考方向與回路繞行方向進行比較，從而確

53、定電阻兩端電壓的正負，正負的判斷與前面從而確定電阻兩端電壓的正負，正負的判斷與前面所述方法相同。所述方法相同。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律7979【例3-3】 在下圖中，各電壓、電流參考方向已標出，選取在下圖中，各電壓、電流參考方向已標出，選取回路繞行方向如圖所示。根據回路繞行方向如圖所示。根據KVLKVL，可得，可得 I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U2U4U3U10443211 SSUUUUUU即即4144332211SSUUIRIRIRIR 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8080 如圖電路，已知如圖電路，已知Us=10V，

54、Is=5A，R1=5，R2=1。 (1) 求電壓源求電壓源Us的輸出電流的輸出電流I和電流源和電流源Is的端電壓的端電壓U。 (2) 計算各元件的吸收功率。計算各元件的吸收功率?！纠?-4】第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8181 解題：解題：(1)求電壓源求電壓源Us的輸出電流的輸出電流I和電流源和電流源Is的端電壓的端電壓U。如圖標出如圖標出R1支路電流參考方向、回路支路電流參考方向、回路l1、l2的繞行方向。對的繞行方向。對回路回路l1應用應用KVL可知可知Uab=Us=10V,因此有：因此有：111025abUIAR【例3-4】 對節點對節點a,寫出寫出KCL方程方

55、程 I1-I-Is=0 求得電壓源求得電壓源Us的輸出電流的輸出電流 I=I1-Is=2-5=-3A第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8282對回路對回路l2,寫出寫出KVL方程方程 R2Is+R1I1-U=0 因此電流源因此電流源Is端電壓為端電壓為 U= R2Is +R1I1=5+10=15V第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8383對于電流源、電壓源，由于元件電流電壓參考方向非關聯，對于電流源、電壓源，由于元件電流電壓參考方向非關聯，所以：所以： 12221122225205125RsRPI RWPI RW 吸吸(15 5)7510 ( 3)30sss

56、IsUPUIWPU IW 吸吸(2) 對于電阻元件對于電阻元件第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8484 實際上，電流源實際上，電流源Is產生功率產生功率75W，給電路提供，給電路提供電能。而電壓源電能。而電壓源Us吸收功率吸收功率30W，處于充電狀態，處于充電狀態，在電路中起在電路中起負載作用負載作用。本例結果表明，對一個完。本例結果表明，對一個完整電路來說，各元件吸收功率的代數和等于零，整電路來說，各元件吸收功率的代數和等于零，或者說電路中產生的功率等于消耗的功率，該結或者說電路中產生的功率等于消耗的功率，該結論稱為論稱為電路的功率平衡電路的功率平衡。顯然，這是能量守恒原

57、。顯然，這是能量守恒原理在電路中的體現。理在電路中的體現。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8585n KVL的推廣應用：的推廣應用： KVL KVL不僅適用于電路中任一閉合回路，還可推不僅適用于電路中任一閉合回路，還可推廣應用于任一不閉合回路。廣應用于任一不閉合回路。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8686上圖所示電路中，由上圖所示電路中，由KVLKVL可得：可得：所以所以表明：U Uabab - R - R3 3 I I3 3 + R+ R2 2I I2 2 - U - Us2s2 - R - R1 1I I1 1 + U + Us1s1 = 0 =

58、 0 U Uabab = -U = -Us1s1 + R + R1 1I I1 1 + U + Us2s2 -R -R2 2I I2 2+ R+ R3 3I I3 3 電路中任意兩點間的電路中任意兩點間的電壓電壓UabUab等于從等于從a a點到點到b b點點的任一路徑上各段電壓的的任一路徑上各段電壓的代數和。此即求解電路中代數和。此即求解電路中任意兩點間電壓的方法。任意兩點間電壓的方法。 第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8787圖示電路，計算開關圖示電路，計算開關S S 斷開和閉合時斷開和閉合時A點點 的電位的電位VA解解: (1)當開關當開關S S斷開時斷開時(2) 當

59、開關閉合時當開關閉合時, ,電路電路 如圖（如圖（b）電流電流 I2 = 0，電位電位 VA = 0V 。電流電流 I1 = I2 = 0，電位電位 VA = 6V 。電流在閉合電流在閉合路徑中流通路徑中流通2K A+I I1 12k I I2 26V(b)2k +6VA2k SI I2 2I I1 1(a)第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8888n 課堂練習題：課堂練習題： 第一題：第一題：單回路電路（串聯電路）如下圖所示，已單回路電路（串聯電路）如下圖所示，已知知Us1=15V，Us2=5V，R1=1，R2=3，R3= 4，R4 =2，求回路電流，求回路電流I和電壓和電

60、壓Uab。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律8989 第二題：第二題：電路如下圖所示，已知電阻電路如下圖所示，已知電阻R1= 3，R2 = 2，R3 = 6，電壓源，電壓源Us1=15 V，Us2 =3V，Us3 =6 V，求各支路電流及各元件上的功率。，求各支路電流及各元件上的功率。第第1 1章章 電路基本概念和定律電路基本概念和定律9090 第三題：第三題：下圖所示為一電橋電路，下圖所示為一電橋電路，Rg為檢流計內阻。為檢流計內阻。（1）列出接點）列出接點a、b的支路電流方程；（的支路電流方程；（2）列出三個）列出三個網孔的回路電壓方程；（網孔的回路電壓方程；（3）要使通