第一章電路模型和電路定律第1頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.7電感元件1.6電容元件1.8電壓源和電流源1.9受控電源1.10基爾霍夫定律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電阻元件第2頁，課件共54頁，創作于2023年2月

重點：1.電壓、電流的參考方向2.電路元件特性3.基爾霍夫定律第3頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.1電路和電路模型（model)1、概念：

電路---------是電流的通路，是為了某種需要由某些電工設備或元件（電氣器件）按一定的方式組合起來的。電路主要由電源、負載、連接導線及開關等構成。電源(source)：提供能量或信號.負載(load)：將電能轉化為其它形式的能量，或對信號進行處理.導線(line)、開關（switch)等：將電源與負載接成通路.第4頁，課件共54頁，創作于2023年2月2、作用：

1.

實現電能的傳輸、分配與轉換

電池燈泡2.實現信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒第5頁，課件共54頁，創作于2023年2月3、結構：電池燈泡電源:

提供電能的裝置負載:

取用電能的裝置中間環節：傳遞、分配和控制電能的作用第6頁，課件共54頁，創作于2023年2月放大器揚聲器話筒直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、檢波等負載信號源:

提供信息負載大小的概念:

負載增加指負載取用的電流和功率增加。第7頁，課件共54頁，創作于2023年2月4、電路模型：R+RoE-手電筒的電路模型燈泡開關電池導線S

為了便于用數學方法分析電路,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路中的器件，從而構成與實際電路相對應的電路模型。第8頁，課件共54頁，創作于2023年2月5、集總參數元件與集總參數電路集總參數元件：每一個具有兩個端鈕的元件中有確定的電流，端鈕間有確定的電壓。集總參數電路：由集總參數元件構成的電路。一個實際電路要能用集總參數電路近似，要滿足如下條件：即實際電路的尺寸必須遠小于電路工作頻率下的電磁波的波長。第9頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.2電流和電壓的參考方向

物理中對電量規定的方向。物理量單位實際方向電流IA、mA、μA正電荷運動的方向電動勢

EV、kV、mV、μV電位升高的方向(低電位

ù

高電位)

電壓U、V、kV、mVμV電位降低的方向

(高電位

ù

低電位)1、實際方向：第10頁，課件共54頁，創作于2023年2月

（2）、表示方法abIR電流：Uab

雙下標電壓：+正負號－abUI（1）、概念：+_U－+EaRb

在分析計算電路時，對電量任意假定的方向。箭標Iab

雙下標2、參考方向(正方向)箭標第11頁，課件共54頁，創作于2023年2月實際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正；實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負。3、實際方向與參考方向的關系4、注意：在參考方向選定后，電流（或電壓）值才有正負之分。對任何電路分析時都應先指定各處的i,u的參考方向。abIR例：若I=5A，則實際方向與參考方向一致，若I=－5A，則實際方向與參考方向相反。第12頁，課件共54頁，創作于2023年2月當電壓的參考方向指定后，指定電流從標以電壓參考方向的“+”極性端流入，并從標“—”端流出，即電流的參考方向與電壓的參考方向一致，也稱電流和電壓為關聯參考方向。反之為非關聯參考方向。5、關聯參考方向：i+-Ru第13頁，課件共54頁，創作于2023年2月

小結：(1)分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。(2)參考方向一經選定，必須在圖中相應位置標注(包括方向和符號），在計算過程中不得任意改變。u=Ri+–Riu+–Riuu=–Ri

(3)參考方向不同時，其表達式符號也不同，但實際方向不變。第14頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.3電功率和能量1、概念：電功率在電壓電流關聯參考方向下，電功率p可寫成p(t)=u(t)i(t)p>0表明元件吸收電能，p<0表明元件釋放電能。在電壓電流非關聯參考方向下，p(t)=u(t)i(t)p>0表明元件釋放電能，p<0表明元件吸收電能電能量

單位

在國際單位制中，電流（A），電荷（C）—庫侖，電壓（V），電能量（J）—焦耳，功率（W）—瓦特。第15頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.4電路元件集總元件假定：

在任何時刻，流入二端元件的一個端子的電流一定等于從另一端子流出的電流，兩個端子之間的電壓為單值量。

端子數目可分為二端、三端、四端元件等。第16頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.5電阻元件電阻是一種將電能不可逆地轉化為其它形式能量（如熱能、機械能、光能等）的元件。1.

符號R2.

歐姆定律(Ohm’sLaw)(1)電壓與電流的參考方向設定為一致的方向Riu+u

RiR稱為電阻，電阻的單位：

(歐)(Ohm，歐姆)第17頁，課件共54頁，創作于2023年2月

伏安特性曲線:

Rtg

線性電阻R是一個與電壓和電流無關的常數。令G

1/RG稱為電導則歐姆定律表示為

i

Gu.電導的單位：S(西)(Siemens，西門子)

uiO電阻元件的伏安特性為一條過原點的直線第18頁，課件共54頁，創作于2023年2月(2)電阻的電壓和電流的參考方向相反Riu+則歐姆定律寫為u

–Ri或i

–Gu注意：

公式必須和參考方向配套使用！3.功率和能量Riu+Rip吸

–ui

–(–Ri)i

i2R

–u(–u/R)

u2/Rp吸

ui

i2R

u2/R功率：u+任何時刻,電阻元件絕不可能發出電能，它只能消耗電能。因此電阻又稱為“無源元件”和“耗能元件”。第19頁，課件共54頁，創作于2023年2月Riu+–3.開路與短路對于一電阻R當R=0，視其為短路。i為有限值時，u=0。當R=

，視其為開路。u為有限值時，i=0。*理想導線的電阻值為零。能量：可用功表示。從t到t0電阻消耗的能量：第20頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.6電容元件(capacitor)線性定常電容元件：任何時刻，電容元件極板上的電荷q與電流u成正比。2、電路符號1、電容器C++++––––+q–q++++----第21頁，課件共54頁，創作于2023年2月與電容有關兩個變量:C,q對于線性電容，有：

q=Cu

3.元件特性C

稱為電容器的電容電容C的單位：F(法)(Farad，法拉)F=C/V=A?s/V=s/常用

F，nF，pF等表示。Ciu+–+–第22頁，課件共54頁，創作于2023年2月4、伏安特性：線性電容的q~u

特性是過原點的直線C=q/utg

5、電壓、電流關系：u,i

取關聯參考方向Ciu+–+–或

quOi=Cdu/dt第23頁，課件共54頁，創作于2023年2月6、電容元件的功率和能量在電壓、電流關聯參考方向下，電容元件吸收的功率為到

t從t

-時間內，電容元件吸收的電能為

dtduCuudtduCuip===

則電容在任何時刻t所儲存的電場能量Wc將等于其所吸收的能量。第24頁，課件共54頁，創作于2023年2月由此可以看出，電容是無源元件，它本身不消耗能量。從t0到t

電容儲能的變化量：7、小結：(1)i的大小與u

的變化率成正比，與u的大小無關；(3)電容元件是一種記憶元件；(2)電容在直流電路中相當于開路，有隔直作用；(4)當u，i為關聯方向時，i=Cdu/dt；

u，i為非關聯方向時，i=–Cdu/dt。第25頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.7電感元件Li+–u變量:電流i

,

磁鏈

1、線性定常電感元件L

稱為自感系數L的單位：亨（利）符號：H(Henry）2、韋安（

~i）特性

i0第26頁，課件共54頁，創作于2023年2月3、電壓、電流關系：由電磁感應定律與楞次定律i,

右螺旋e,右螺旋u,e

一致u,i

關聯

i+–u–+eLi+–u第27頁，課件共54頁，創作于2023年2月4、電感的儲能也是無損元件L是無源元件第28頁，課件共54頁，創作于2023年2月(1)u的大小與i

的變化率成正比，與i的大小無關；(3)電感元件是一種記憶元件；(2)電感在直流電路中相當于短路；(4)當u，i為關聯方向時，u=Ldi/dt；

u，i為非關聯方向時，u=–Ldi/dt。5

、小結：第29頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.8電壓源和電流源1、理想電壓源：電源兩端電壓為uS，其值與流過它的電流i

無關。(2)特點：(a)

電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；(b)

通過它的電流是任意的，由外電路決定。直流：uS為常數交流：uS是確定的時間函數，如uS=Umsint(1)電路符號uS+_i第30頁，課件共54頁，創作于2023年2月(3).伏安特性US(a)

若uS=US

，即直流電源，則其伏安特性為平行于電流軸的直線，反映電壓與電源中的電流無關。

(b)

若uS為變化的電源，則某一時刻的伏安關系也是這樣。電壓為零的電壓源，伏安曲線與i軸重合,相當于短路元件。uS+_iu+_uiO第31頁，課件共54頁，創作于2023年2月(4).理想電壓源的開路與短路uS+_iu+_R(a)

開路：R

，i=0，u=uS。(b)

短路：R=0，i

，理想電源出現病態，因此理想電壓源不允許短路。*實際電壓源也不允許短路。因其內阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。US+_iu+_rUsuiOu=US–ri實際電壓源第32頁，課件共54頁，創作于2023年2月(5).功率：或p吸=uSip發=–uSi

(i,uS關聯)電場力做功，吸收功率。

電流（正電荷）由低電位向高電位移動外力克服電場力作功發出功率

p發＝uSi

(i,us非關聯）物理意義：uS+_iu+_uS+_iu+_第33頁，課件共54頁，創作于2023年2月2、理想電流源：

電源輸出電流為iS，其值與此電源的端電壓u

無關。(2).特點：(a)

電源電流由電源本身決定，與外電路無關；(b)

電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。直流：iS為常數交流：iS是確定的時間函數，如iS=Imsint(1).電路符號iS+_u第34頁，課件共54頁，創作于2023年2月(3).伏安特性IS(a)

若iS=IS

，即直流電源，則其伏安特性為平行于電壓軸的直線，反映電流與端電壓無關。

(b)

若iS為變化的電源，則某一時刻的伏安關系也是這樣

電流為零的電流源，伏安曲線與u軸重合,相當于開路元件

uiOiSiu+_第35頁，課件共54頁，創作于2023年2月(4).理想電流源的短路與開路R(b)

開路：R

，i=iS

，u

。若強迫斷開電流源回路，電路模型為病態，理想電流源不允許開路。(a)

短路：R=0，i=iS

，u=0

，電流源被短路。iSiu+_(5).實際電流源的產生：可由穩流電子設備產生，有些電子器件輸出具備電流源特性，如晶體管的集電極電流與負載無關；光電池在一定光線照射下光電池被激發產生一定值的電流等。第36頁，課件共54頁，創作于2023年2月一個高電壓、高內阻的電壓源，在外部負載電阻較小，且負載變化范圍不大時，可將其等效為電流源。RUS+_iu+_rr=1000，US=1000V，R=1~2

時當R=1

時，u=0.999V當R=2

時，u=1.999VR1Aiu+_將其等效為1A的電流源：當R=1

時，u=1V當R=2

時，u=2V與上述結果誤差均很小。第37頁，課件共54頁，創作于2023年2月(6).功率p發=uisp吸=–uisp吸=uis

p發=–uisiSu+_iSu+_u,iS關聯

u,iS非關聯

第38頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.8受控電源(非獨立源)(controlledsourceor

dependentsource)1.定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定的時間函數，而是受電路中某個支路的電壓(或電流)的控制。2.電路符號+–受控電壓源受控電流源第39頁，課件共54頁，創作于2023年2月(a)

電流控制的電流源(CurrentControlledCurrentSource)

:電流放大倍數r:轉移電阻{

u1=0i2=bi1{

u1=0u2=ri1CCCSoobi1+_u2i2oo+_u1i13.分類：根據控制量和被控制量是電壓u或電流i

，受控源可分為四種類型：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。(b)

電流控制的電壓源(CurrentControlledVoltageSource)oooo+_u1i1+_u2i2CCVS+_oooo+_u1i1ri1+_u2i2CCVS+_第40頁，課件共54頁，創作于2023年2月g:轉移電導

:電壓放大倍數{

i1=0i2=gu1{

i1=0u2=

u1VCCSoogu1+_u2i2oo+_u1i1(c)

電壓控制的電流源(VoltageControlledCurrentSource)oooo+_u1i1

u1+_u2i2VCVS+_(d)

電壓控制的電壓源(VoltageControlledVoltageSource)第41頁，課件共54頁，創作于2023年2月4.受控源與獨立源的比較(a)

獨立源電壓(或電流)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(或電流)直接由控制量決定。(b)

獨立源作為電路中“激勵”，在電路中產生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的關系，在電路中不能作為“激勵”。第42頁，課件共54頁，創作于2023年2月1.9基爾霍夫定律(Kirchhoff’sLaws)基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律(Kirchhoff’sCurrentLaw—KCL

)和基爾霍夫電壓定律(Kirchhoff’sVoltageLaw—KVL)。它反映了電路中所有支路電壓和電流的約束關系，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了電路分析的基礎。第43頁，課件共54頁，創作于2023年2月1、幾個名詞：(定義)(1).支路(branch)：電路中通過同一電流的每個分支。(b)(2).節點(node):三條或三條以上支路的連接點稱為節點。(n)(4).回路(loop)：由支路組成的閉合路徑。(l)b=3(3).路徑(path)：兩節點間的一條通路。路徑由支路構成(5).網孔(mesh)：對平面電路，每個網眼即為網孔。網孔是回路，但回路不一定是網孔。123ab+_R1uS1+_uS2R2R3l=3n=2123第44頁，課件共54頁，創作于2023年2月例：支路：ab、bc、ca…

（共6條）回路：abd、abcd…

（共7個）結點：a、b、c、d(共4個）bI6E5E6_+R6R3+R5R4R1R2acdI1I2I4I3I5-網孔：abd、bcd…

（共3個）第45頁，課件共54頁，創作于2023年2月2、基爾霍夫電流定律

(KCL)：在任何集總參數電路中，在任一時刻，流出(流入)任一節點的各支路電流的代數和為零。即物理基礎:電荷守恒，電流連續性。i4i2i1i3?令流出為“+”(支路電流背離節點)–i1+i2–i3+i4=0i1+i3=i2+i4??7A4Ai110A-12Ai2i1+i2–10–(–12)=0i2=1A

例:

4–7–i1=0i1=–3A

第46頁，課件共54頁，創作于2023年2月(1)電流實際方向和參考方向之間關系；(2)流入、流出節點。KCL可推廣到一個封閉面：兩種符號:？廣義結點I=?I=0_RE2E3E1+_RR1R+_+I例:第47頁，課件共54頁，創作于2023年2月AB+_1111113+_22.i4i3？

A==B?i3

==i4?

A==B?AB+_1111113+_21.i2i1i1

==i2?i1

=i2

A=B

A=Bi3

=i4思考：第48頁，課件共54頁，創作于2023年2月首先考慮（選定一個)繞行方向:順時針或逆時針.–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4例:順時針方向繞行:3、基爾霍夫電壓定律

(KVL)：在任何集總參數電路中，在任一時刻，沿任一閉合路徑(按固定繞向)，各支路電壓的代數和為零。即電阻壓降電源壓升-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0-U1+U2+U3+U4=US1-US4

I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_第49頁，課件共54頁，創作于2023年2月推論：電路中任意兩點間的電壓等于兩點間任一條路徑經過的各元件電壓的代數和。元件電壓方向與路徑繞行方向一致時取正號，相反取負號。AB

l1l2UAB