電路分析的基本概念和定律

1.5理想電源1.2電流、電壓和功率1.1電路和電路模型1.6受控電源1.4電阻元件1.3電路元件1.7基爾霍夫定律1.1電路和電路模型電路分析與電路綜合實(shí)際電路電路模型計(jì)算分析電氣特性電路分析電路綜合通過(guò)對(duì)電路模型的分析計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)際電路的特性，從而改進(jìn)實(shí)際電路的電氣特性和設(shè)計(jì)出新的電路。電路模型是實(shí)際電路抽象而成，它近似地反映實(shí)際電路的電氣特性。（1）電路的組成電路一般由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)組成。電源：如發(fā)電機(jī)、電池等，電源可將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，是向電路提供能量的裝置。負(fù)載：指電動(dòng)機(jī)、電燈等各類用電器，在電路中是接收電能的裝置，可將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能。中間環(huán)節(jié)：將電源和負(fù)載連成通路的輸電導(dǎo)線、控制電路通斷的開關(guān)設(shè)備和保護(hù)電路的設(shè)備等。1.1.1實(shí)際電路及其功能

電路可以實(shí)現(xiàn)電能的產(chǎn)生、傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。（2）電路的主要功能：電力系統(tǒng)中：電子技術(shù)中：

電路可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞、存儲(chǔ)和處理。1.1.2電路模型及其意義實(shí)際電氣裝置種類繁多，如自動(dòng)控制設(shè)備，衛(wèi)星接收設(shè)備，郵電通信設(shè)備等；實(shí)際電路的幾何尺寸相差甚大，如電力系統(tǒng)或通信系統(tǒng)可能跨越省界、國(guó)界甚至是洲際的，而集成電路芯片小的如同指甲。在電路分析中，為了方便于對(duì)實(shí)際電氣裝置的分析研究，通常在一定條件下需要對(duì)實(shí)際電路采用模型化處理，即用抽象的理想電路元件及其組合近似地代替實(shí)際的器件，從而構(gòu)成了與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。電源負(fù)載電源開關(guān)ISUS+_R0中間環(huán)節(jié)手電筒的實(shí)體電路RL+

U–導(dǎo)線手電筒的電路模型負(fù)載白熾燈的電路模型可表示為：實(shí)際電路器件品種多，電磁特性多元而復(fù)雜，如直接畫在電路圖中困難而繁瑣，且不易定量描述。iR

R

L消耗電能的電特性可用電阻元件表征產(chǎn)生磁場(chǎng)的電特性可用電感元件表征由于白熾燈中耗能的因素大大于產(chǎn)生磁場(chǎng)的因素，因此L可以忽略。

理想電路元件是實(shí)際電路器件的理想化和近似，其電特性惟一、精確，可定量分析和計(jì)算。白熾燈電路電池電容器晶體管運(yùn)算放大器電阻器線圈發(fā)光管電路分析基本理論的主要任務(wù)就是尋求實(shí)際電路共有的一般規(guī)律，電路模型則是用來(lái)探討存在于具有不同特性的、各種真實(shí)電路中共同規(guī)律的工具。利用電路模型研究問(wèn)題的特點(diǎn)1.主要針對(duì)由理想電路元件構(gòu)成的集總參數(shù)電路，其中電磁現(xiàn)象可以用數(shù)學(xué)方式來(lái)精確地分析和計(jì)算；2.研究與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型，實(shí)質(zhì)上就是探討各種實(shí)際電路共同遵循的基本規(guī)律。集總參數(shù)電路元件的特征元件中所發(fā)生的電磁過(guò)程都集中在元件內(nèi)部進(jìn)行，其次要因素可以忽略理想電路元件；任何時(shí)刻從元件兩端流入和流出的電流恒等。集總參數(shù)元件與集總參數(shù)電路(Lumped)集總假設(shè)(理想化):

不考慮電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互作用，不考慮電磁波的傳播現(xiàn)象。集總假設(shè)條件：實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小于電路工作頻率下的電磁波的波長(zhǎng)。（不滿足時(shí)為分布參數(shù)電路，微波元器件、微波電路）。集總參數(shù)元件：只反映一種基本電磁現(xiàn)象，且可由數(shù)學(xué)方法加以精確定義。集總參數(shù)電路：由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路。教學(xué)方法

鼓勵(lì)學(xué)生自己找出日常生活中的電源負(fù)載，幫助學(xué)生理解電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)的定義。思考題電路由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？何謂理想電路元件？其中“理想”二字在實(shí)際電路的含義？集總參數(shù)元件有何特征？如何在電路中區(qū)分電源和負(fù)載？試述電路的功能？何謂“電路模型”？

學(xué)好本課程，應(yīng)注意抓好兩個(gè)主要環(huán)節(jié)：認(rèn)真聽課、細(xì)心復(fù)習(xí)。還要處理好三個(gè)基本關(guān)系：聽課與筆記、作業(yè)與復(fù)習(xí)、自學(xué)與互學(xué)。1.2電流、電壓和功率目的與要求1.理解電流、電壓的參考方向2.會(huì)判斷電流、電壓的實(shí)際方向

3.會(huì)計(jì)算功率和電能4.會(huì)判斷電源、負(fù)載重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)

1.電流、電壓的參考方向

2.功率和電能的計(jì)算難點(diǎn)

1.參考方向與實(shí)際方向間的關(guān)系

2.關(guān)聯(lián)參考方向和非關(guān)聯(lián)參考方向下電功率1.2.1電流及其參考方向（一）1.電流：由帶電粒子（電子、離子等）的定向移動(dòng)形成,稱為電流。它被定義為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，用符號(hào)i表示,即

2.

電流的實(shí)際方向：正電荷運(yùn)動(dòng)方向。1.2.1電流及其參考方向（二）3.直流：當(dāng)電流的量值和方向都不隨時(shí)間變化時(shí),稱為直流電流,簡(jiǎn)稱直流。直流電流常用英文大寫字母I表示。4.交流：量值和方向隨著時(shí)間按周期性變化的電流,稱為交流電流,簡(jiǎn)稱交流。常用英文小寫字母i表示。1.2.1電流及其參考方向（三）5.單位：安［培］,符號(hào)為A。常用的單位有千安（kA）,毫安（mA）,微安（μA）和納安（nA）等。1.2.1電流及其參考方向（四）6.在分析與計(jì)算電路時(shí),常可任意規(guī)定某一方向作為電流的參考方向或正方向。圖1.1電流的參考方向1.2.2電壓及其參考方向（一）1.電路中A、B兩點(diǎn)間的電壓是單位正電荷在電場(chǎng)力的作用下由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所減少的電能,即 式中,Δq為由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)的電荷量,ΔWAB為移動(dòng)過(guò)程中電荷所減少的電能。1.2.2電壓及其參考方向（二）2.量值和方向都不隨時(shí)間變化的直流電壓,用大寫字母U表示。交流電壓,用小寫字母u表示。圖1.2電壓的參考方向3.為描述和表征電荷與元件間能量交換的規(guī)模及大小，引入電路物理量電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)。電壓的定義式為：Uab=Wa－Wbq電位的定義式為：Va=Wa－W0q電動(dòng)勢(shì)的定義式為：E=W源q三者定義式的形式相同因此它們的單位相同單位換算：1V=10-3KV=103mV電壓和電流一樣，也是一個(gè)有方向的物理量。

1）實(shí)際正方向：規(guī)定為從高電位指向低電位。

2）參考正方向：任意假定的方向。注意：必須指定電壓參考方向，這樣電壓的正值或負(fù)值才有意義。電位是一種由電路中的位置所確定的勢(shì)能，具有明顯的相對(duì)性——其高低正負(fù)取決于電路參考點(diǎn)。理論上電路參考點(diǎn)的選取是任意的，但實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常以大地作為零電位點(diǎn)。有些場(chǎng)合下，設(shè)備和儀器的底盤或機(jī)殼與接地裝置相連時(shí)，也常選取與接地裝置相連的機(jī)殼作為電路參考點(diǎn)；電子技術(shù)中為方便于問(wèn)題的分析和研究，還常常把電子設(shè)備的公共連接點(diǎn)作為電路參考點(diǎn)。某點(diǎn)電位在數(shù)值上等于該點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電壓。當(dāng)電路參考點(diǎn)改變時(shí)，該電位隨參考點(diǎn)發(fā)生變化，但它與原來(lái)參考點(diǎn)之間的差值不會(huì)發(fā)生改變。電壓和電位的關(guān)系：Uab=Va－Vb電壓、電位和電動(dòng)勢(shì)的區(qū)別

電壓和電位是衡量電場(chǎng)力作功本領(lǐng)的物理量，電動(dòng)勢(shì)則是衡量電源力作功本領(lǐng)的物理量；電路中兩點(diǎn)間電壓的大小只取決于兩點(diǎn)間電位的差值，是絕對(duì)的量；電位是相對(duì)的量，其高低正負(fù)取決于參考點(diǎn)；電動(dòng)勢(shì)只存在于電源內(nèi)部。

電動(dòng)勢(shì)和電位一樣屬于一種勢(shì)能，它能夠?qū)⒌碗娢坏恼姾赏葡蚋唠娢唬缤分械乃媚軌虬训吞幍乃榈礁咛幍淖饔靡粯印ｋ妱?dòng)勢(shì)在電路分析中也是一個(gè)有方向的物理量，其方向規(guī)定由電源負(fù)極指向電源正極，即電位升高的方向。仔細(xì)讀懂下面例題例：右下圖電路，若已知元件吸收功率為－20W，電壓U=5V，求電流I。+UI元件解：由圖可知UI為關(guān)聯(lián)參考方向，因此:I=PU=－205=－4A例：右下圖電路，若已知元件中電流為I=－100A，電壓U=10V，求電功率P，并說(shuō)明元件是電源還是負(fù)載。+UI元件解：由圖可知UI為非關(guān)聯(lián)參考方向，因此:P=UI=10×(-100)=1000W元件吸收正功率，說(shuō)明元件是負(fù)載。想想練練

電壓、電位、電動(dòng)勢(shì)有何異同？

電功率大的用電器，電功也一定大，這種說(shuō)法正確嗎？為什么？1.2.3電流與電壓的關(guān)聯(lián)參考方向元件的電壓參考方向與電流參考方向是一致的,稱為關(guān)聯(lián)參考方向。即電流的參考方向是從電壓的“＋”端流入，“－”端流出。否則稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。圖1.3電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向1.2.3參考方向(1)分析電路前應(yīng)選定電壓電流的參考方向，并標(biāo)在圖中；(2)參考方向一經(jīng)選定，在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。參考方向是列寫方程式的需要，是待求值的假定方向而不是真實(shí)方向，因此不必追求它們的物理實(shí)質(zhì)是否合理。(4)參考方向也稱為假定正方向，以后討論均在參考方向下進(jìn)行，實(shí)際方向由計(jì)算結(jié)果確定。(3)電阻（或阻抗）一般選取關(guān)聯(lián)參考方向，獨(dú)立源上一般選取非關(guān)聯(lián)參考方向。(5)在分析、計(jì)算電路的過(guò)程中，出現(xiàn)“正、負(fù)”、“加、減”及“相同、相反”這幾個(gè)名詞概念時(shí)，切不可把它們混為一談。教學(xué)方法通過(guò)自學(xué)的方法引入?yún)⒖挤较虻亩x思考回答在電路分析中，引入?yún)⒖挤较虻哪康氖鞘裁矗繎?yīng)用參考方向時(shí)，你能說(shuō)明“正、負(fù)”、“加、減”及“相同、相反”這幾對(duì)詞的不同之處嗎？

電路分析中引入?yún)⒖挤较虻哪康氖菫榉治龊陀?jì)算電路提供方便和依據(jù)。應(yīng)用參考方向時(shí)，“正、負(fù)”是指在參考方向下，電壓和電流的數(shù)值前面的正、負(fù)號(hào)，若參考方向下一個(gè)電流為“－2A”，說(shuō)明它的實(shí)際方向與參考方向相反，參考方向下一個(gè)電壓為“＋20V”，說(shuō)明其實(shí)際方向與參考方向一致；“加、減”指參考方向下列寫電路方程式時(shí)，各項(xiàng)前面的正、負(fù)符號(hào)；“相同、相反”則是指電壓、電流是否為關(guān)聯(lián)參考方向，“相同”是指電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)，“相反”指的是電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)。1.2.4功率和能量

電流能使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、電爐發(fā)熱、電燈發(fā)光，說(shuō)明電流具有做功的本領(lǐng)。電流做的功稱為電功。電流做功的同時(shí)伴隨著能量的轉(zhuǎn)換，因此電功的大小可以用能量來(lái)量度，即：W=UIt式中單位：U【V】；I【A】；t【s】時(shí)，電功W為焦耳【J】若U【KV】；I【A】；t【h】時(shí)，電功W為度【KW·h】。1度電的概念1000W的電爐加熱1小時(shí)；100W的燈泡照明10小時(shí)；40W的燈泡照明25小時(shí)。日常生活中，家用電度表就是用來(lái)測(cè)量電功的裝置。只要用電器工作，電度表就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)并且顯示電流作功的多少，即電功的大小不僅與電壓、電流的大小有關(guān)，還取決于用電時(shí)間的長(zhǎng)短。1.單位時(shí)間內(nèi)電流做的功稱為電功率，用“P”表示：P=Wt=UItt=UI

用電器銘牌數(shù)據(jù)上的電壓、電流值稱額定值，所謂額定值是指用電器長(zhǎng)期、安全工作條件下的最高限值，一般在出廠時(shí)標(biāo)定。其中額定電功率反映了用電器在額定條件下能量轉(zhuǎn)換的本領(lǐng)。例如額定值為“220V、1000W”的電動(dòng)機(jī)，是指該電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在220V電壓時(shí)、1秒鐘內(nèi)可將1000焦耳的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和熱能；“220V、40W”的電燈，說(shuō)明在它兩端加220V電壓時(shí)，1秒鐘內(nèi)它可將40焦耳的電能轉(zhuǎn)換成光能和熱能。2.功率的正負(fù)如果電流、電壓選用關(guān)聯(lián)參考方向,則所得的p應(yīng)看成支路接受的功率,計(jì)算所得功率為負(fù)值時(shí),表示支路實(shí)際發(fā)出功率。如果電流、電壓選擇非關(guān)聯(lián)參考方向,p應(yīng)看成支路發(fā)出的功率,即計(jì)算所得功率為正值時(shí),表示支路實(shí)際發(fā)出功率;計(jì)算所得功率為負(fù)值時(shí),表示支路接受功率。3.直流功率在直流情況下功率的單位為瓦［特］,簡(jiǎn)稱瓦,符號(hào)為W,常用的有千瓦（kW）、兆瓦（MW）和毫瓦（mW）等。國(guó)際單位制：U【V】，I【A】，電功率P用瓦特【W(wǎng)】。4.電能的計(jì)算（一）從t0到t時(shí)間內(nèi),電路吸收（消耗）的電能為直流時(shí)，有

所有元件接受的功率的總和為零。這個(gè)結(jié)論叫做“電路的功率平衡”。4.電能的計(jì)算（二）

p吸

=uip吸<0，說(shuō)明元件實(shí)際發(fā)出功率5W。+–iu+–iu例

U=5V，I=

-1AP吸=UI=5×

(-1)=-5W功率的計(jì)算1.u、i取關(guān)聯(lián)參考方向2.u、i取非關(guān)聯(lián)參考方向

p吸

=－

ui例

U=5V，I=

-1AP吸=－UI=－5×

(-1)=5Wp吸>0，說(shuō)明元件實(shí)際吸收功率5W。例在圖1－5電路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,

U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,

I5=-3A。

試求：(1)各二端元件吸收的功率；

(2)整個(gè)電路吸收的功率。圖1－5例1.1例1.1解：各二端元件吸收的功率為整個(gè)電路吸收的功率為

則某部分電路功率P>0,說(shuō)明U、I實(shí)際方向與參考方向一致，說(shuō)明電路吸收電功率，為負(fù)載。

所以，從P的+或-可以區(qū)分器件的性質(zhì)，或是電源，或是負(fù)載。在進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)，如果假設(shè)U、I

參考方向關(guān)聯(lián)。

當(dāng)某部分電路功率P<0

時(shí),則說(shuō)明U、I

實(shí)際方向與參考方向相反，此部分電路發(fā)出電功率，為電源。計(jì)算功率時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題Ⅳ、教學(xué)方法講授法Ⅴ、思考題

1.當(dāng)元件電流，電壓選擇關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，什么情況下元件接受功率？什么情況下元件發(fā)出功率？

2.有兩個(gè)電源，一個(gè)發(fā)出的電能為1000kW.h,另一個(gè)發(fā)出的電能為500kW.h。是否可認(rèn)為前一個(gè)電源的功率大，后一個(gè)電源的功率小？1.3電路元件線性與非線性元件時(shí)變與時(shí)不變?cè)性磁c無(wú)源元件注：本書只討論線性元件，以電阻，電感，電容等二端無(wú)源元件，電壓源和電流源等二端有源元件，受控源和變壓器等多端元件為主。是電路中最基本的組成單元。1.電路元件5種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。注意

如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系式是線性關(guān)系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。2.集總參數(shù)電路由集總元件構(gòu)成的電路集總元件假定發(fā)生的電磁過(guò)程都集中在元件內(nèi)部進(jìn)行。集總條件

集總參數(shù)電路中u、i

可以是時(shí)間的函數(shù)，但與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)。因此，任何時(shí)刻，流入兩端元件一個(gè)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。注意例iiz集總參數(shù)電路+-兩線傳輸線的等效電路當(dāng)兩線傳輸線的長(zhǎng)度l與電磁波的波長(zhǎng)滿足：iiz++--分布參數(shù)電路當(dāng)兩線傳輸線的長(zhǎng)度l與電磁波的波長(zhǎng)滿足：理想電路元件分有有源和無(wú)源兩大類RC+

US–電阻元件只具耗能的電特性電容元件只具有儲(chǔ)存電能的電特性理想電壓源輸出電壓恒定，輸出電流由它和負(fù)載共同決定理想電流源輸出電流恒定，兩端電壓由它和負(fù)載共同決定L無(wú)源二端元件有源二端元件電感元件只具有儲(chǔ)存磁能的電特性IS1.4電阻元件目的與要求

1.掌握電阻元件上的歐姆定律2.理解電路短路、開路時(shí)的特點(diǎn)重點(diǎn)與難點(diǎn)

重點(diǎn)歐姆定律、電導(dǎo)

難點(diǎn)1.短路、開路

2.應(yīng)用歐姆定律時(shí)正負(fù)號(hào)的確定

一、電壓與電流之間的關(guān)系（伏安關(guān)系VAR）

1、定義：在任一瞬間，其電壓與電流之間的關(guān)系，由u—i平面上一條曲線所決定的二端元件，稱為電阻元件。

表示元件電壓和電流關(guān)系的曲線,稱為元件的伏安特性曲線。0iu1.4電阻元件u=R·i,R==常數(shù)

（1）u、i為關(guān)聯(lián)參考方向：

2、線性電阻元件：其伏安特性是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且在第一、三象限的直線。

iRu+_iRu+_u=–R·iui01R（2）u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向：

電導(dǎo)G（電阻的倒數(shù)）：G=1/R，U=R·I=I/G，I=U/R=G·U

電導(dǎo)G的單位：西門子（西）S1S=1A/1V

◆

線性電阻對(duì)不同方向的電流或不同極性的電壓，其特性是一樣的。這種特性稱為雙向性。線性電阻為雙向性元件。

◆

線性非時(shí)變電阻：其伏安特性曲線的斜率不隨時(shí)間而變化的電阻。t1、t2ui0

R的單位：國(guó)際單位制（SI制）：歐姆（歐）Ω1Ω=千歐（KΩ）、兆歐（MΩ）

1KΩ=Ω1MΩ=Ωui0t1t2◆線性時(shí)變電阻：其伏安特性曲線的斜率隨時(shí)間而變化的電阻。

4、負(fù)電阻（R﹤0）：其伏安特性曲線的斜率為負(fù)（在第二、四象限）正電阻：耗能元件，屬無(wú)源元件；負(fù)電阻：供能元件，屬有源元件。10﹥R0ui_i+uR

3、非線性電阻：其伏安特性是一條曲線。二極管可抽象為一個(gè)非線性電阻元件。二極管是一個(gè)單向性元件。++——0i(mA)u(V)(μA)+–uRD

小–+uRD

大

額定值：制造者對(duì)產(chǎn)品使用的規(guī)定值（一般標(biāo)在產(chǎn)品的銘牌上）

有三種工作（運(yùn)行）狀態(tài)：1）過(guò)載狀態(tài)：大于額定值工作，U過(guò)高、I過(guò)大，損壞元件（設(shè) 備）2）欠載狀態(tài)：小于額定值工作，U過(guò)低、I過(guò)小，不能充分利用 （甚至損壞）設(shè)備。3）滿載狀態(tài)：等于額定值工作，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠。

二、線性電阻元件的功率

u、i取關(guān)聯(lián)參考方向：

p(t)=u(t)·i(t)=_i+uR單位：p(W)、u(V)、i(A)、R(Ω)、G(S)三、焦耳定律若電流不隨時(shí)間變化,以上兩式稱為焦耳定律。如果電阻元件把接受的電能轉(zhuǎn)換成熱能,則從t0到t時(shí)間內(nèi)。電阻元件的熱［量］Q,也就是這段時(shí)間內(nèi)接受的電能W為四、電阻的兩種特殊情況線性電阻元件有兩種特殊情況值得注意:一種情況是電阻值R為無(wú)限大,電壓為任何有限值時(shí),其電流總是零,這時(shí)把它稱為“開路”;另一種情況是電阻為零,電流為任何有限值時(shí),其電壓總是零,這時(shí)把它稱為“短路”。電路的三種工作狀態(tài)（a）開路＋U=US－I＝0S＋US－RSRL＋U=US－IR0－（b）通路S＋US－RSRL＋U=0－I＝US/R0（c）短路＋US－RSRLSI＝US/(R0＋RL)

解：由Uab+Ube+Uef–

Uaf=0

得Uab=Uaf–Ube–Uef=10–（–2）–6=6（V）

例：圖示電路中，已知Ube=–2V、Ucd=4V、Ude=

–9V、Uef=6V，Uaf=10V,求Uab、Ubc、Uca、I1、I2、I3。●●●●●●abcdefI1I2I32Ω3Ω

同理：Ubc=–Ucd–

Ude+Ube=–4

–

（–9V）+（–2V）=3（V）

Uca=–Ubc–Uab=–3

–6=–9（V）

I1==3（A）

I2=–=–1（A）

I3=–I1–I2=–3–（–1）=–2（A）例:有220V,100W燈泡一個(gè),其燈絲電阻是多少？每天用5h,一個(gè)月（按30天計(jì)算）消耗的電能是多少度？解燈泡燈絲電阻為一個(gè)月消耗的電能為實(shí)際電阻器教學(xué)方法“歐姆定律”在物理課中曾經(jīng)接觸過(guò)，這里可采用先自學(xué)的形式，提出問(wèn)題：電工基礎(chǔ)課中的“歐姆定律”與物理中的“歐姆定律”有何不同？

思考題1.線性電阻元件的伏安關(guān)系是怎樣的?

2.線性電阻元件接受功率的計(jì)算公式有哪些？1.5理想電源理解理想電壓源、理想電流源的特點(diǎn)目的與要求重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)理想電壓源、理想電流源的特點(diǎn)難點(diǎn)獨(dú)立源、受控源1.5電壓源和電流源一個(gè)電源可以用兩種模型來(lái)表示。用電壓的形式表示稱為電壓源，用電流的形式表示稱為電流源。1.5.1理想電壓源2.特點(diǎn)：能獨(dú)立向外電路提供恒定電壓的二端元件。不論外部電路如何變化,其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)的電源定義為理想電壓源,簡(jiǎn)稱電壓源。恒壓不恒流。US恒定，I由電源和外電路共同決定。電路符號(hào)USUSUI03.伏安特性：1.定義及圖符號(hào)：平行于電流軸的一條直線。開路4.理想電壓源的開路與短路：I=0US+_RL+_U=USI=∞US+_RL短路+_U=0理想電壓源不允許短路！5.理想電壓源上的功率計(jì)算：關(guān)聯(lián)參考方向下+UI+UIP發(fā)=－UIP吸=UI非關(guān)聯(lián)參考方向下P發(fā)=UIP吸=－

UI1.電壓源是一個(gè)理想二端元件。它有兩個(gè)基本性質(zhì):

其端電壓是定值或是一定的時(shí)間函數(shù)，與流過(guò)的電流無(wú)關(guān)。

電壓源的電壓是由它本身決定的，流過(guò)它的電流則是任意的。電壓源的伏安特性曲線是平行于i

軸其值為uS(t)的直線。如圖1-7所示。電壓源基本性質(zhì)圖1.7

直流電壓源的伏安特性圖1.7

是直流電壓源的伏安特性。圖1.8

電壓源電壓波形

2.電壓為零的電壓源相當(dāng)于短路。

3.由圖1.8(a)知,電壓源發(fā)出的功率為

p＞0時(shí),電壓源實(shí)際上是發(fā)出功率；

p＜0時(shí),電壓源實(shí)際上是接受功率。1.5.2理想電流源2.特點(diǎn)：端的電壓由它和外電路共同決定。ISIU03.伏安特性：電路符號(hào)IS1.定義及圖符號(hào)：能獨(dú)立向外電路提供恒定電流的二端元件。不論外部電路如何,其輸出電流總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)的電源，定義為理想電流源，簡(jiǎn)稱電流源。恒流不恒壓。即電源供出的電流恒定，電源兩平行于電壓軸的一條直線。開路4.理想電流源的開路與短路：I=IS+_U=∞短路+_U=0理想電流源內(nèi)阻無(wú)窮大5.理想電流源上的功率計(jì)算：關(guān)聯(lián)參考方向下P發(fā)=－ISUP吸=ISU非關(guān)聯(lián)參考方向下ISRLISRLI=IS理想電流源不允許開路！光電池、穩(wěn)流三極管一般可視為實(shí)際電流源。+UIS+UISP發(fā)=ISUP吸=－

ISU1.電流源也是一個(gè)理想二端元件。它有兩個(gè)基本性質(zhì):

它輸出的電流是定值或一定的時(shí)間函數(shù)，與其兩端的電壓無(wú)關(guān)。

其電流是由它本身確定的，它兩端的電壓則是任意的。電流源的伏安特性曲線是平行于u

軸其值為iS(t)的直線，如圖1-9（b)所示。2.如果電流源的電流is=Is(Is是常數(shù)),則為直流電流源。電流源基本性質(zhì)圖1.9電流源及直流電流源的伏安特性

3.電流為零的電流源相當(dāng)與開路。

4.電流源發(fā)出的功率為

p＞0,電流源實(shí)際是發(fā)出功率;p＜0,電流源實(shí)際是接受功率。5.電壓源和電流源,稱為獨(dú)立源。在電子電路的模型中還常常遇到另一種電源,它們的源電壓和源電流不是獨(dú)立的,是受電路中另一處的電壓或電流控制,稱為受控源或非獨(dú)立源。例計(jì)算圖1.10所示電路中電流源的端電壓U1,5Ω電阻兩端的電壓U2和電流源、電阻、電壓源的功率P1,P2,P3。圖1.10例1.3圖電流源的電流、電壓選擇為非關(guān)聯(lián)參考方向,所以P1=U1Is=13×2=26W(發(fā)出)電阻的電流、電壓選擇為關(guān)聯(lián)參考方向,所以

P2=10×2=20W(接受)電壓源的電流、電壓選擇為關(guān)聯(lián)參考方向,所以

P3=2×3=6W(接受)解：實(shí)際電源干電池鈕扣電池1.干電池和鈕扣電池（化學(xué)電源）

干電池電動(dòng)勢(shì)1.5V，僅取決于（糊狀）化學(xué)材料，其大小決定儲(chǔ)存的能量，化學(xué)反應(yīng)不可逆。鈕扣電池電動(dòng)勢(shì)1.35V，用固體化學(xué)材料，化學(xué)反應(yīng)不可逆。

氫氧燃料電池示意圖2.燃料電池（化學(xué)電源）

電池電動(dòng)勢(shì)1.23V。以氫、氧作為燃料。約40-45%的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?shí)驗(yàn)階段加燃料可繼續(xù)工作。3.太陽(yáng)能電池（光能電源）

一塊太陽(yáng)能電池電動(dòng)勢(shì)0.6V。太陽(yáng)光照射到P-N結(jié)上，形成一個(gè)從N區(qū)流向P區(qū)的電流。約11%的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽食Ｓ锰?yáng)能電池板。

一個(gè)50cm2太陽(yáng)能電池的電動(dòng)勢(shì)0.6V,電流0.1A

太陽(yáng)能電池示意圖太陽(yáng)能電池板蓄電池示意圖4.蓄電池（化學(xué)電源）

電池電動(dòng)勢(shì)2V。使用時(shí)，電池放電，當(dāng)電解液濃度小于一定值時(shí)，電動(dòng)勢(shì)低于2V，常要充電，化學(xué)反應(yīng)可逆。直流穩(wěn)壓源變頻器頻率計(jì)函數(shù)發(fā)生器發(fā)電機(jī)組草原上的風(fēng)力發(fā)電教學(xué)方法以實(shí)際電池為例來(lái)闡述電壓源的特點(diǎn)

1.直流電壓源的電流是怎樣變化的？

2.直流電流源的端電壓怎樣確定？舉例說(shuō)明。思考題1.6受控電源1.6受控電源1.定義2.電路圖符號(hào)受控源的電壓或電流不象獨(dú)立源是給定函數(shù)，而是受電路中某個(gè)支路的電壓（或電流）的控制。受控源和獨(dú)立源的相同點(diǎn)：兩者都是電源，可向負(fù)載提供電壓或電流。受控源和獨(dú)立源的不同點(diǎn)：獨(dú)立電源的電動(dòng)勢(shì)或電流是非電能量提供的，其大小、方向和電路中的電壓、電流無(wú)關(guān)；受控源的電動(dòng)勢(shì)或電流，受電路中某個(gè)電壓或電流的控制，它不能獨(dú)立存在，其大小、方向由控制量決定。+–受控電壓源受控電流源受控電源分類U1電壓控電壓源+-+-U電壓控電流源U1I2電流控電流源I2I1I1+-電流控電壓源+-U含有受控源的電路分析要點(diǎn)一可以用兩種電源等效互換的方法，簡(jiǎn)化受控源電路。但簡(jiǎn)化時(shí)注意不能把控制量化簡(jiǎn)掉。否則會(huì)留下一個(gè)沒(méi)有控制量的受控源電路，使電路無(wú)法求解。含有受控源的電路分析要點(diǎn)二如果一個(gè)二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)除了受控源外沒(méi)有其他獨(dú)立源，則此二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓必為0。因?yàn)椋挥歇?dú)立源產(chǎn)生控制作用后，受控源才能表現(xiàn)出電源性質(zhì)。求含有受控源電路的等效電阻時(shí)，須先將二端網(wǎng)絡(luò)中的所有獨(dú)立源去除(恒壓源短路處理、恒流源開路處理)，受控源應(yīng)保留。含受控源電路的等效電阻可以用“加壓求流法”求解。

注：①控制量為電壓時(shí)，控制支路“開路”；控制量為電流時(shí)，控制支路“短路”。②當(dāng)控制系數(shù)μ、r、g、α為常數(shù)時(shí)，則為線性受控源。③當(dāng)受控源作為元件在電路中出現(xiàn)時(shí)，可不必把輸入端鈕和輸出端鈕畫在一起，但在電路中必須標(biāo)明受控源符號(hào)、控制量所處的位置和參考方向。

受控源的功率電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向：p=u1·i1+u2·i2

由于控制支路不是開路（i1=0）便是短路（u1=0）所以受控源的功率為：p=u2·i2

即由受控支路計(jì)算受控源功率。受控源與獨(dú)立源的比較獨(dú)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(wú)關(guān)，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。獨(dú)立源在電路中起“激勵(lì)”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對(duì)另一處的電壓或電流的控制關(guān)系，在電路中不能作為“激勵(lì)”。＋U－20V＋－1KΩ0.4II1KΩ例1：化簡(jiǎn)下圖所示電路。解：先把受控電流源化為受控電壓源20V＋－1KΩ400II1KΩ－＋再用“加壓求流法”化簡(jiǎn)電路U/I=-400I+2000I+20=1600I+20根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果電路可等效為20V＋－1.6KΩI解：i2==2·5i1=2·5×2=5(A)

∴iS=i1+i2=2+5=7(A)

圖示電路中，已知i1=2A，求iS。●●iS3Ωi11Ω+–0.5i1i2

解：控制量u=4×3=12(V)

例2：電路如圖所示，求各元件的功率。++––u2u3A4Ω+–u1例2：1.7基爾霍夫定律

目的與要求

1.理解支路、節(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔的定義2.掌握基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)基爾霍夫電流定律、基爾霍夫電壓定律難點(diǎn)用基爾霍夫定律分析電路基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律(KVL)。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律。基爾霍夫定律與元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。電路中通過(guò)同一電流的分支。元件的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3支路電路中每一個(gè)兩端元件就叫一條支路。i3i2i1結(jié)點(diǎn)b=5或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。n=2注意

兩種定義分別用在不同的場(chǎng)合。一.電路名詞由支路組成的閉合路徑。兩結(jié)點(diǎn)間的一條通路。由支路構(gòu)成對(duì)平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3123路徑回路網(wǎng)孔網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。+_R1uS1+_uS2R2R3注意

節(jié)點(diǎn)共a、b

2個(gè)支路共3條回路共3個(gè)例#1#2#3回路幾個(gè)？abI1I2I3U2+-R1R3R2+_U1+_幾條支路？結(jié)點(diǎn)幾個(gè)？網(wǎng)孔數(shù)？網(wǎng)孔共2個(gè)例支路：共？條回路：共？個(gè)節(jié)點(diǎn)：共？個(gè)6條4個(gè)獨(dú)立回路：？個(gè)7個(gè)有幾個(gè)網(wǎng)眼就有幾個(gè)獨(dú)立回路I3US4US3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4_1.7.1基爾霍夫電流定律（KCL）1.在集中參數(shù)電路中,對(duì)任意結(jié)點(diǎn)，在任一瞬間，流入結(jié)點(diǎn)的電流之和等于由結(jié)點(diǎn)流出的電流之和。或者說(shuō)，在任一瞬間，流入一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的電流的代數(shù)和恒等于零。這就是基爾霍夫電流定律,簡(jiǎn)寫為KCL。I1I2I3I4或：流入為正流出為負(fù)

I=0即：

2.在集中參數(shù)電路中,任何時(shí)刻,流入一個(gè)節(jié)點(diǎn)電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)電流之和。

3.KCL原是適用于節(jié)點(diǎn)的,也可以把它推廣運(yùn)用于電路的任一假設(shè)的封閉面。6.KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電流實(shí)際方向無(wú)關(guān)。4.KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)點(diǎn)處的反映；5.KCL是對(duì)結(jié)點(diǎn)處支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無(wú)關(guān)，與電路是線性還是非線性無(wú)關(guān)；U3U1U2U4標(biāo)定各元件電壓參考方向選定回路繞行方向，順時(shí)針或逆時(shí)針.I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_ 在集總參數(shù)電路中，任一時(shí)刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。或電壓降等于電位升。1.7.2基爾霍夫電壓定律（KVL）–U1–US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1