電路模型和電路定律§1-1

電路和電路模型PCI插槽ISA插槽ROMBIOSAGP插槽北橋芯片組CPU插槽內存插槽軟驅接口IDE接口并口連接器串口連接器USB接口鼠標鍵盤主板電源插座實際電氣器件:電爐電池開關…由電工設備和電氣器件按預期目的連接構成的電流的通路。實際電路:實際電氣線路：電路模型：理想化的實際電氣裝置。RrE一、電路模型(model)開關電路元件:電路模型的基本單元。分為:二端元件、多端元件、有源元件、無源元件。

+A–

每一個實際電器部件都可以用一個或多個電路元件的組合來表示二、電路的功能1、電能的傳輸、轉換消耗產(chǎn)生F負載電源升壓15.75/500KV一次降壓二次降壓500/10KV

10/0.4KV

傳輸2、信號的傳遞處理電磁波信號傳送、轉換、加工、處理調幅收音機原理框圖高放中放檢波低放3、測量溫度溫度傳感器A/D顯示各種儀表4、存儲§1-2電路變量電路理論中涉及的主要物理量：電流I電壓U電荷Q磁通磁通鏈電功率P電能量W一、電流(current)—i1、定義：帶電粒子的定向運動。2、大小：電流的大小用電流強度表示。3、單位：安（培）

A(Ampere)4、電流的種類ooo直流電流正弦交流電流矩形波iiittt5、參考方向元件(導線)中電流流動的實際方向有兩種可能:

參考方向：任意選定的一個方向即為電流的參考方向。i

參考方向ABii>0電流實際方向與參考方向相同ii<0AB電流實際方向與參考方向相反*為什么要引入?yún)⒖挤较颍?a)復雜電路的某些支路事先無法確定實際方向。中間支路電流的實際方向無法確定，為分析方便，只能先任意標一方向（參考方向），根據(jù)計算結果，才能確定電流的實際方向。？(b)實際電路中有些電流是交變的，無法標出實際方向。標出參考方向，再加上與之配合的表達式，才能表示出電流的大小和實際方向。當電流實際方向與參考方向相同當電流實際方向與參考方向相反ii0tT/2TI1=1A10V10I1Iab

=-1A10V10Iab例：電流參考方向的兩種表示：

用箭頭表示：箭頭的指向為電流的參考方向。

(圖中標出箭頭）

用雙下標表示：如iAB,電流的參考方向由A指向B。(圖中標出A、B）AB二、電壓(voltage)--u1、定義：電場中某兩點A、B間的電位之差。將單位正電荷q從A點移至B點電場力所做的功3、單位：伏(特)

V（Volt）2、大小：4、電壓的參考方向實際方向+（參考方向）UU

>0-電位電位實際方向U+-（參考方向）U

<0電位電位電壓參考方向的三種表示方式：用箭頭表示：箭頭指向為電壓（降低）的參考方向+U–ABUABU用正負極性表示：由正極指向負極的方向為電壓(降低)的參考方向用雙下標表示：如UAB,由A指向B的方向為電壓(降低)的參考方向。

一個元件的電流或電壓的參考方向可以獨立的任意指定。如果指定流過元件或支路的u，i采用相同的參考方向稱之為關聯(lián)參考方向。反之，稱為非關聯(lián)參考方向。關聯(lián)參考方向i+-U非關聯(lián)參考方向+-iU例：ABABi＋－U電壓電流參考方向如圖中所標，問：對A、B兩部分電路電壓電流參考方向關聯(lián)否？答：A電壓、電流參考方向非關聯(lián)；

B電壓、電流參考方向關聯(lián)。瓦（特）W（water）三、

功率

(power)—p1、定義：單位時間內電場力所做的功。3、單位：2、大小：±ui4、參考方向與實際性能判斷

上述功率計算適用于任意二端網(wǎng)絡。2）u,i

取非關聯(lián)參考方向1）u,i取關聯(lián)參考方向p>0吸收或消耗電能負載

p<0發(fā)出或產(chǎn)生電能電源–p=ui+iu+–iup=–ui例:

已知下圖中

U=5V，

I=

-1A，求功率P。P=UI=5(-1)=-5w<0電源P=

UI=

5(-1)=5w>0負載+–IU關聯(lián)+–IU非關聯(lián)例564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1求圖示電路中各方框所代表的元件消耗或產(chǎn)生的功率。已知：U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A解注對一完整的電路，發(fā)出的功率＝消耗的功率四、能量（Energy）

w1、定義：瞬時功率的積分。2、大小：W=Pd=w(to)+Pd–

totoo焦（耳)

J（jaoer）3、單位：初始能量注意(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(jīng)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。(3)參考方向也稱為假定正方向，以后討論均在參考方向下進行，不考慮實際方向。

(4)單位換算一律采用國際單位制：太、吉、兆、千、毫、微、納、皮（5）電路變量可以用解析式、波形圖、表格同時表示。

§1-4

線性電路元件的伏安特性電路元件受自身伏安特性的約束。一個線性二端電路元件是由其特性定義的。線性元件：其特性曲線是一條通過原點的直線。否則為非線性元件。非時變：特性不隨時間變化。否則為時變。本章討論范圍：線性非時變電路元件。

電路元件

電源：獨立電壓源獨立電流源受控電源負載：電阻電感電容耦合電感運算放大器理想變壓器{1、線性定常電阻元件一、

電阻元件

(resistor)—R1826年

1）定義：歐姆定律(Ohm’sLaw)若電壓與電流取關聯(lián)參考方向，取正號。反之取負號。u

±Ri符號Ri+–u2）伏安特性

ui0R>0R<0特點

*線性電阻的VAR是一條過原點的直線。

*線性電阻的R是一個與電壓和電流無關的常數(shù)。

Rtg

*線性電阻具有雙向性。（互換端子）

*線性電阻無記憶性。（既時性）3）單位

歐(姆)

（ohm)4）功率

Rp

–ui

–(–Ri)i

i2R

–u(–u/R)=u2/Rp

ui

i2R

u2/Rui++uRiR>0P>0

負載，R<0P<0電源5）能量：一度電=1KW小時正電阻是無源元件，永遠消耗電能。6）電阻的開路與短路Riu+–

短路開路ui令G

1/R稱為電導則歐姆定律表示為

i

Gu.單位：西(門子)S(Siemens)7）電阻也可以用另一種元件電導表示8）實際電阻器件燈泡電阻電飯鍋標稱值為：額定電壓、額定功率或額定功率、電阻值2、線性時變電阻元件1）

時變電阻電壓電流的約束關系u

t=R

t

i

t

i

t=g

t

u

t

電阻R

t是時間t的函數(shù)2）時變電阻的獲得

R(t)=Ra+Rbsinw

tRa>Rb>0

RawRbRbR(t)R(t)+u(t)i(t)3）時變電阻的伏安特性ui伏安特性:仍是過原點的直線。但斜率(電阻大小)隨時間變化。RaRa+RbRa-Rb4）線性定常電阻和線性時變電阻的區(qū)別電壓和電流為同頻正弦量設Ru(t)i(t)定常+電壓中產(chǎn)生了兩個新的頻率信號.時變R(t)u(t)i(t)+二、電壓源(VoltageSource)—us(1791年)

電壓源以電壓形式提供電能。1、定義：電壓源端電壓u總保持為某給定的時間函數(shù)。2.

伏安特性uS+_iu+_USuiO電路符號uS+-uu=us3、特點(1)如果時間給定，us的電壓為常數(shù)。圖（a）為直流電源，t=任何值，us=10v。圖（b）為負指數(shù)電源，t=1S,us=10v。t=0s,us=10/0.368v。圖（c）為正弦交流電源，t=/2,us=0v。t=/4,us=10v。ooUS=10Vus=10e/0.368v-tttuuuT/2Tous=10sin2tvt(a)(b)(c)oui10v?（2）電壓源端電壓由電源本身決定，與外電路無關；電壓源電流取決于外電路。US=10VR=0

I=

P=

短路

R=10

I=1AP=10WR=100

I=0.1AP=1WR=

I=0AP=0W開路電壓源不允許短路注意I+-USR+–U？(3)電壓為零的電壓源，伏安曲線與i軸重合，相當于短路狀態(tài)。us=0......+-短路3、功率a)電壓源是無窮功率源。b)電壓源在電路中有時也起負載作用。

p=-ui<o電源uS+_iu+_物理意義：外力克服電場力做功，發(fā)出功率。i,us非關聯(lián)

p=-ui>o負載物理意義：電場力做功，吸收功率。*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。*一個實際電壓源向外電路提供電流時，它的端電壓u總是小于uS

，電流越大端電壓u越小。4、實際電壓源1）實際電壓源模型：由電壓源和內阻RO串聯(lián)組成。i+_uSR0+u_R2）外特性(VAR)u

=us–iRO

輸出電流i

一定時，RO越大，輸出電壓

u

越小。RO一定時，輸出電流i

越大，輸出電壓

u

越小。

Ro:

電源內阻,一般很小。uiouS

Roi2.

伏安特性三、電流源（CurrentSource

）——is電路符號iSii=i

siSiu+_iSuio

電流源以電流形式提供電能。1、定義：電流源端電流

i

總保持為某給定的時間函數(shù)。1)如果時間給定，is的電流為常數(shù)。3、特點

2)電流源端電流由電源本身決定，與外電路無關；電流源電壓取決于外電路。電流源不允許開路注意？IiS=1AR=0

U=0P=0

短路

R=10

U=10VP=10WR=100

U=100VP=100WR=

U=

P=

開路ISR+–U3)電流為零的電流源，伏安曲線與u

軸重合，相當于開路狀態(tài)。3、功率（1）電流源是無窮功率源。（2）電流源在電路中有時也起負載作用。.....is=0開路.4、實際電流源實際電流源也不允許開路。因其內阻大，若開路，電壓很大，可能燒毀電源。實際電流源向外提供電流時，總小于電流源電流。4、實際電流源模型：由電流源和內阻GO并聯(lián)組成。iu+_isGOR外特性(VAR)

在實際工作中，電流源較少，如：光電二極管、太陽能電池，穩(wěn)流源等。i

=

is–uGO

輸出電壓

u一定時，GO越大，輸出電流

i

越小。

GO一定時，輸出電壓

u

越大，輸出電流i

越小。電流源內電導，一般很小。G0：uioisGoU四、受控電源—(controlledsource)1、

定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個支路的電壓(或電流)的控制形成的。電路符號+–受控電壓源受控電流源2、種類：受控源是一個四端元件，有四種類型。

:電流放大倍數(shù){u1=0i2=bi1CCCSb

i1+_u2i2+_u1i11）晶體管放大電路r

:轉移電阻{u1=0u2=ri1i2i1CCVSr

i1+_u2+_u1+_2）勵磁發(fā)電機（

）g:轉移電導{i1=0i2=gu1VCCSgu1+_u2i2+_u1i13）場效應管（S）

:電壓放大倍數(shù){i1=0u2=

u1VCVS

u1+_u2+_u1+_i2i1*

，g，

，r為常數(shù)時，被控制量與控制量滿足線性關系，稱為線性受控源。4）運算放大器*輸入端口是控制支路，輸出端口是受控支路。*受控源是有源元件3、受控源與獨立源的比較(1)

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。(2)

獨立源作為電路中“激勵”，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映輸出與輸入的控制關系，在電路中不能作為“激勵”。§1-3基爾霍夫定律

(KirchhoffLaw)電路的形式不同，功能也不同，但是受共同的基本規(guī)律支配。基本規(guī)律包括：整體結構和元件性能。如：

結構不同元件不同R1R2EER1R2ERECI0I=0II基爾霍夫定律

與

元件特性

是電路分析的基礎

基爾霍夫定律約束電路的整體結構，元件的VAR約束元件自身的性能，因此：一、名詞介紹1、支路(branch)：電路中通過同一電流的每個分支。(b)4.回路(line)：由支路組成的閉合路徑。(l)b=33.路徑(path)：兩結點間的一條通路。路徑由支路構成。5.網(wǎng)孔(mesh)：對平面電路，每個網(wǎng)