1、第一章第一章 電路模型和電路定律電路模型和電路定律主要內容主要內容1.1電路和電路模型1.2 電流和電壓的參考方向1.3 電功率和能量 1.4 電路元件 1.5 電阻元件 1.6 電壓源和電流源 1.7 受控電源 1.8 基爾霍夫定律 第一章第一章 電路模型和電路定律電路模型和電路定律1. 電壓、電流的參考方向3. 基爾霍夫定律2. 電阻元件和電源元件的特性重點：重點：1.1 電路和電路模型電路和電路模型功能功能a a 能量的傳輸、分配與轉換；能量的傳輸、分配與轉換；b b 信息的傳遞、控制與處理。信息的傳遞、控制與處理。建立在同一電路理論基礎上。建立在同一電路理論基礎上。由電路部件和電路器件

2、按預期由電路部件和電路器件按預期目的連接構成的電流的通路。目的連接構成的電流的通路。共性共性1. 實際電路1.1 電路和電路模型電路和電路模型 反映實際電路部件的主要電磁反映實際電路部件的主要電磁 性質的理想電路元件及其組合。性質的理想電路元件及其組合。2. 2. 電路模型電路模型sRLRsU10BASE-T wall plate導線導線電池電池開關開關燈泡燈泡電路圖電路圖l理想電路元件理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想有某種確定的電磁性能的理想元件。元件。l電路模型電路模型5種基本的理想電路元件：種基本的理想電路元件：電阻元件：電阻元件：表示消耗電能的元件表示消耗電能的元件電感元件：電感

3、元件：表示產生磁場，儲存磁場能量的表示產生磁場，儲存磁場能量的元件元件電容元件：電容元件：表示產生表示產生電場電場，儲存電場能量的元件，儲存電場能量的元件電壓源和電流源：電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉變成表示將其它形式的能量轉變成 電能的元件。電能的元件。l 5種基本理想電路元件有三個特征：種基本理想電路元件有三個特征： （a a）只有兩個端子；只有兩個端子； （b b）可以用電壓或電流按數學方式描述；可以用電壓或電流按數學方式描述； （c c）不能被分解為其他元件。不能被分解為其他元件。注意1.1 電路和電路模型電路和電路模型l 具有相同的主要電磁性能的實際電路部件，具有相同的主要電

4、磁性能的實際電路部件， 在在一定條件下可用同一電路模型表示；一定條件下可用同一電路模型表示；l 同一實際電路部件在不同的應用條件下，其電路同一實際電路部件在不同的應用條件下，其電路模型可以有不同的形式。模型可以有不同的形式。例例電感線圈的電路模型電感線圈的電路模型1.1 電路和電路模型電路和電路模型1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關心的物理量是電流、電壓和功率。關心的物理量是電流、電壓和功率。tqtqtitdd

5、lim)(0defl電流電流l電流強度電流強度帶電粒子有規則的定向運動帶電粒子有規則的定向運動單位時間內通過導體橫截面的電荷量單位時間內通過導體橫截面的電荷量1.1.電流的參考方向電流的參考方向1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向l方向方向 規定正電荷的運動方向為電流的實際方向規定正電荷的運動方向為電流的實際方向l單位單位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、A元件元件( (導線導線) )中電流流動的實際方向只有兩種可能中電流流動的實際方向只有兩種可能: : 實際方向實際方向AB實際方向實際方向AB 對于復雜電路或電路中的電流隨時間變

6、化對于復雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實際方向往往很難事先判斷。時，電流的實際方向往往很難事先判斷。問題1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向l參考方向參考方向 大小大小方向方向( (正負）正負）電流電流( (代數量代數量) )任意假定一個正電荷運動的方任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。向即為電流的參考方向。i 0i 0參考方向參考方向U+參考方向參考方向U+ 0, p0, 耗能，負載W0, p0, 供能，電源1.4 電路元件電路元件是電路中最基本的組成單元。是電路中最基本的組成單元。1.1.電路元件電路元件常常用用電電路路元元件件負載元件負載元件電源元件電源

7、元件電阻元件電阻元件電容元件電容元件電感元件電感元件獨立源獨立源受控源受控源電壓源電壓源電流源電流源1.4 電路元件電路元件2.2.集總參數電路集總參數電路由集總元件構成的電路由集總元件構成的電路集總元件集總元件假定發生的電磁過程都集中在元假定發生的電磁過程都集中在元件內部進行。件內部進行。 集總參數電路中集總參數電路中u、i 可以是時間的函可以是時間的函數，但與空間坐標無關。因此，任何時刻，流數，但與空間坐標無關。因此，任何時刻，流入兩端元件一個端子的電流等于從另一端子流入兩端元件一個端子的電流等于從另一端子流出的電流；端子間的電壓為單值量。出的電流；端子間的電壓為單值量。注意本課程研究：集

8、總參數電路本課程研究：集總參數電路1.5 電阻元件電阻元件l 電路符號電路符號R電阻元件電阻元件對電流呈現阻力的元件。其特性可對電流呈現阻力的元件。其特性可用用ui平面上的一條曲線來描述：平面上的一條曲線來描述：0),(iufiu任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。伏安伏安特性特性1.1.定義定義2.2.線性時不變電阻元件線性時不變電阻元件伏安特伏安特性為一性為一條過原條過原點的直點的直線線ui01.5 電阻元件電阻元件l ui 關系關系R 稱為電阻，衡量電阻元件阻礙電流稱為電阻，衡量電阻元件阻礙電流的作用。單位：歐姆的作用。單位：歐姆 ， (Ohm)滿

9、足歐姆定律滿足歐姆定律l 單位單位G 稱為電導，衡量電阻元件的導電稱為電導，衡量電阻元件的導電能力。單位：西門子，能力。單位：西門子，S (Siemens) G=1/R。u R i i G uu R i i G u注意：注意：公式和參考方向必須配套使用！公式和參考方向必須配套使用！Rui- -+ +Rui+ +- -1.5 電阻元件電阻元件電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p -u i-(-Ri)i i2 R u2/ Rp u i i2R u2 / Rl 功率功率Rui+ +- -表明Rui- -+ +3.3.功率和能量功率和能量1.5 電阻元件電阻元件從從

10、t0 到到 t 電阻消耗的能量電阻消耗的能量：ttttRuipW00ddl 能量能量uil 短路短路0 0uiGor R 0l 開路開路0 0ui0 Gor RuiRiu+u+i004.4.電阻的開路與短路電阻的開路與短路1.6 電壓源和電流源電壓源和電流源l電路符號電路符號1.1.理想電壓源理想電壓源l定義定義iSu+_其兩端電壓總能保持定值或一定其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數，其值與流過它的電的時間函數，其值與流過它的電流流 i 無關的元件叫理想電壓源。無關的元件叫理想電壓源。1.6 電壓源和電流源電壓源和電流源 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；電源兩端電壓由電源本身決定

11、，與外電路無關；與流經它的電流方向、大小無關。與流經它的電流方向、大小無關。 通過電壓源的電流由電源及通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。外電路共同決定。l理想電壓源的電壓、電流關系理想電壓源的電壓、電流關系uiSu直流電壓源直流電壓源的伏安關系的伏安關系例例Ri-+Su外電路外電路RuiS)( 0Ri)0( Ri電壓源不能短路！電壓源不能短路！01.6 電壓源和電流源電壓源和電流源例例 計算圖示電路中的電流、電壓，并驗證功率平計算圖示電路中的電流、電壓，并驗證功率平衡。衡。解解(105)5VRu 51A5RuiR25 15WRPRi 1010 110WVSPu i 55 15WVSPu

12、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-+1.6 電壓源和電流源電壓源和電流源其輸出電流總能保持定值或一定的其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數，其值與它的兩端電壓時間函數，其值與它的兩端電壓u 無關的元件叫理想電流源。無關的元件叫理想電流源。l 電路符號電路符號2.2.理想電流源理想電流源l 定義定義uSi+_l 理想電流源的電壓、電流關系理想電流源的電壓、電流關系 電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關；與它兩端電壓方向、大小無關。關；與它兩端電壓方向、大小無關。1.6 電壓源和電流源

13、電壓源和電流源 電流源兩端的電壓由電源及外電路共電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。同決定。uiSi直流電流源的直流電流源的伏安關系伏安關系0例例Ru-+Si外電路外電路SRiu )0( 0Ru)( Ru電流源不能開路！電流源不能開路！1.6 電壓源和電流源電壓源和電流源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5Vu 25 210WAsPui 55 ( 2)10WVPui 發出發出吸收吸收滿足滿足：P（發）（發）P（吸）（吸）u2Ai+_5V-+2ASii is1.7 受控電源受控電源(非獨立源非獨立源)l 電路符號電路符號+受控電壓源受控電壓源1.1.定義定義受控電流源受控電

14、流源 電壓或電流的大小和方向不是給定電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數，而是受電路中某個地方的電壓的時間函數，而是受電路中某個地方的電壓(或電或電流流)控制的電源，稱受控源?？刂频碾娫?，稱受控源。1.7 受控電源受控電源(非獨立源非獨立源) 電流控制的電流源電流控制的電流源 ( CCCS ) : : 電流放大倍數電流放大倍數 根據控制量和被控制量是根據控制量和被控制量是電壓電壓u 或或電流電流i，受控源，受控源可分可分四種類型四種類型：當被控制量是電壓時，用受控電壓：當被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；當被控制量是電流時，用受控電流源表示。源表示；當被控制量是電流時，用受控電流源表示。

15、2.2.分類分類四端元件四端元件12 ii輸出：受控部分輸出：受控部分輸入：控制部分輸入：控制部分 i1+_u2i2_u1i1+1.7 受控電源受控電源(非獨立源非獨立源)g: 轉移電導轉移電導 電壓控制的電流源電壓控制的電流源 ( ( VCCS ) )12gui 電壓控制的電壓源電壓控制的電壓源 ( ( VCVS ) )12 uu: 電壓放大倍數電壓放大倍數 gu1+_u2i2_u1i1+i1u1+_u2i2_u1+_1.7 受控電源受控電源(非獨立源非獨立源) 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( ( CCVS ) )12riu r : 轉移電阻轉移電阻 例例bicibcii 電路模型電路

16、模型ibicibri1+_u2i2_u1i1+_1.7 受控電源受控電源(非獨立源非獨立源)3.3.受控源與獨立源的比較受控源與獨立源的比較 獨立源電壓獨立源電壓( (或電流或電流) )由電源本身決定，與電由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關，而受控源電壓路中其它電壓、電流無關，而受控源電壓( (或或電流電流) )由控制量決定。由控制量決定。 獨立源在電路中起獨立源在電路中起“激勵激勵”作用，在電路中產作用，在電路中產生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的電壓或電流對另一處的電壓或電流電壓或電流的控制關系的控制關系，在電路中不

17、能作為，在電路中不能作為“激勵激勵”。1.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律例例電路的約束電路的約束元件約束元件約束拓撲約束拓撲約束電壓電流關系（電壓電流關系（VCRVCR）基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律（基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律（KCLKCL）和基）和基爾霍夫電壓定律爾霍夫電壓定律( (KVLKVL) )。它反映了電路中所有支路。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規律，是分析集總參數電壓和電流所遵循的基本規律，是分析集總參數電路的基本定律。基爾霍夫定律與元件特性構成電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構成了電路分析的基礎。了電路分析的基礎。1.8 基爾

18、霍夫定律基爾霍夫定律例例1.1.幾個術語幾個術語電路中通過同一電流的分支。電路中通過同一電流的分支。元件的連接點稱為結點。元件的連接點稱為結點。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3 支路支路電路中每一個兩端元件就叫電路中每一個兩端元件就叫一條支路。一條支路。i3i2i1 結點結點b=5或三條以上支路的連接點稱或三條以上支路的連接點稱為結點。為結點。注意 兩種定兩種定義分別用在不同義分別用在不同的場合。的場合。n=21.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律例例由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。兩結點間的一條通路。由支路兩結點間的一條通路。由支路構成構成對對平面電路平面電路，其內部不

19、含任其內部不含任何支路的回路稱網孔。何支路的回路稱網孔。l=3123 路徑路徑 回路回路 網孔網孔網孔是回路，但回路不一定是網孔。網孔是回路，但回路不一定是網孔。+_R1uS1+_uS2R2R3注意m=21.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律(KCL)例例2.2.基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律 (KCL)令流出為令流出為“+”，流入為，流入為“-”-”有：有：例例 在集總參數電路中，任意時刻，對任意結點流在集總參數電路中，任意時刻，對任意結點流出（或流入）該結點電流的代數和等于零。出（或流入）該結點電流的代數和等于零。mti1b0)(出入ii or流進流進的電的電流等流等于流于流出的出的電流電流1

20、i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 1.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律(KCL)例例0641iii例例0542iii0653iii三式相加得：三式相加得：0321iiiKCL可推廣應用于電路中包圍多個結點可推廣應用于電路中包圍多個結點的任一閉合面。的任一閉合面。1 3 25i6i4i1i3i2i表明1.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律(KCL) KCL是電荷守恒和電流連續性原理在電路中是電荷守恒和電流連續性原理在電路中任意結點處的反映；任意結點處的反映； KCL是對結點處支路電流間的約束，與支路是對結點處支路電流間的約束，與支路上接的是什么元件無關，與電路是線性還是上接的是什么元件無關，與電路是線性還是非線性無關；非線性無關； KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電方程是按電流參考方向列寫的，與電流實際方向無關。流實際方向無關。明確1.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律(KVL)3 3. .基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 (KVL)mtu1b0)(升降uuor U3U1U2U4 標定各元件電壓參標定各元件電壓參考方向考方向 選定回路繞行方向，選定回路繞行方向，順時針或逆時針順時針或逆時針. .I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_在在集總參數電路中，任一時刻，集總參數電路