電路元件和電路定律

下圖是我們日常生活中的手電筒電路，它由3部分組成：（1）提供電能的能源,簡稱電源；（2）用電裝置，統稱其為負載，它將電能轉換為其他形式的能量；（3）連接電源與負載傳輸電能的金屬導線，簡稱導線。

s1231.1電路模型及參考方向電源、負載連接導線是任何實際電路都不可缺少的3個組成部分

實際電路中使用著電氣元器件，如電阻器、電容器、燈泡、晶體管、變壓器等。在電路中將這些元、器件用理想的模型符號表示。

電路模型圖——將實際電路中各個部件用其模型符號表示而畫出的圖形。+-UsRRC一、電路模型單位名稱：安（培）符號：A（Ampere）（一）

電流1.電流的大小

用電流強度來表示,定義為單位時間內通過導體橫截面的電荷量。即:二、電壓和電流的參考方向(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。(a)有些復雜電路的某些支路事先無法確定實際方向。為分析方便，只能先任意標一方向（參考方向），根據計算結果，才能確定電流的實際方向。為什么要引入參考方向？?2.電流的參考方向參考方向：任意選定的一個方向作為電流的參考方向。i

參考方向例I1=1A10V10I1I1

=-1A10V10I1+_+_1.電壓單位名稱：伏(特)符號：V（Volt）（二）

電壓

2.電壓的參考方向+實際方向+實際方向U

>0U

<0+（參考方向）U+（參考方向）U__電壓參考方向的三種表示方式：(3)用雙下標表示：UABBA如UAB,(2)用正負極性表示：U(1)用箭頭表示：U(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。(3)關聯參考方向和非關聯參考方向。+UI關聯參考方向+UI非關聯參考方向(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行，不考慮實際方向。注意幾種基本的電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示各種電感線圈產生磁場，儲存電能的作用電容元件：表示各種電容器產生電場，儲存電能的作用電源元件：表示各種將其它形式的能量轉變成電能的元件1.2電路元件一.線性定常電阻元件(1)電壓與電流的參考方向設定為一致的方向(關聯參考方向)R2.

歐姆定律u

RiR稱為電阻，是一個正的實常數。令G

1/RG稱為電導則歐姆定律表示為

i

Gu.單位名稱：西(門子)符號:S(Siemens)1.

符號R(2)電阻的電壓和電流的參考方向相反R+ui則歐姆定律寫為u

–Ri

或i

–Gu

公式必須和參考方向配套使用！

ui0線性電阻元件的伏安特性為一條過原點的直線

伏安特性：電阻元件電壓與電流的關系曲線。2.功率和能量p吸

–ui

–(–Ri)i

i2R

–u(–u/R)=u2/R功率：能量：可用功表示。從t0

到

t電阻消耗的能量電阻元件是無記憶元件。Riu+–3.開路與短路當R=0(G=

)，視其為短路。

i為有限值時，u=0。當R=(G=0)，視其為開路。

u為有限值時，i=0。ui0開路ui0短路二.線性定常電感元件

L

：磁鏈

L

：磁通

L、

L

與電`流i的參考方向成右手螺旋關系。電感元件是實際線圈的一種理想化模型。1.

符號Li+–u韋安（

~i）特性

i02.元件特性對于線性電感,有：

=Li

=N

為電感線圈的磁鏈L

稱為自感系數或電感，L是一個正實常數。

單位：Wb（韋伯）N為電感線圈的匝數。u,i

取關聯參考方向:根據電磁感應定律與楞次定律或無源元件3.電感的儲能(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。注意對于線性電容，有

q=Cu

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+–+–三.線性定常電阻元件1.

符號庫伏（q~u）

特性qu0

Ciu+–+–2.元件特性(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。注意無源元件3.電容的儲能（一）理想電壓源特點：(a)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。uS1.

符號四、電源元件uS+_iu+_USui02.伏安特性uS+_iu+_(1)開路

i=0(2)理想電壓源不允許短路。3.理想電壓源的開路與短路i,uS關聯

p吸=uSip發=–uSii,us非關聯p發=uSip吸=-uSiuS+_iu+_uS+_iu+_4.功率(二)、理想電流源(a)電源電流由電源本身決定，與外電路無關；(b)電源兩端電壓是由外電路決定。特點：iS1.

符號ISui0iSiu+_2.伏安特性3.理想電壓源的開路與短路(2)理想電流源不允許開路。(1)短路：i=iS

，u=0

iSiu+_p發=uisp吸=–uisp吸=uis

p發=–uisiSu+_iSu+_u,iS關聯

u,iS非關聯

4.功率恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒流源不變量變化量E+_abIUabUab=E

（常數）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負載對Uab

無影響。IabUabIsI=Is

（常數）I

的大小、方向均為恒定，外電路負載對I

無影響。輸出電流I

可變-----

I

的大小、方向均由外電路決定端電壓Uab

可變-----Uab

的大小、方向均由外電路決定電壓源電壓或電流源電流不是給定函數，而是受電路中某個支路的電壓(或電流)的控制。電路符號+–受控電壓源受控電流源1.定義五、受控電源(非獨立源)(1)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=ri1(2)電流控制的電壓源(CurrentControlledVoltageSource)CCCSbi1+_u2i2+_u1i1i2i1CCVSr

i1+_u2+_u1+_2.四種類型g:轉移電導:電壓放大倍數{i1=0i2=gu1{i1=0u2=

u1(3)電壓控制的電流源(VoltageControlledCurrentSource)(4)電壓控制的電壓源(VoltageControlledVoltageSource)VCCSgu1+_u2i2+_u1i1VCVS

u1+_u2+_u1+_i2i1*，g，

，r為常數時，被控制量與控制量滿足線性關系，稱為線性受控源。基爾霍夫電流定律

(Kirchhoff’sCurrentLaw—KCL

)基爾霍夫電壓定律(Kirchhoff’sVoltageLaw—KVL

)基爾霍夫定律與元件特性是電路分析的基礎。1.3基爾霍夫定律一.幾個名詞1.支路(branch)：電路中流過同一電流的每個分支。(b)2.節點(node):

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=33.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。ab+_R1uS1+_uS2R2R3l=3n=2123123二.

基爾霍夫電流定律(KCL)：物理基礎:電荷守恒，電流連續性。–i1+i2–i3+i4=0i1+i3=i2+i4??7A4Ai110A-12Ai2i1+i2–10–(–12)=0i2=1A

i1i4i2i3?例

4–7–i1=0i1=–3A

例KCL的推廣：ABiABiiABi3i2i1兩條支路電流大小相等，一個流入，一個流出。只有一條支路相連，則i=0。–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4例順時針方向繞行:三、基爾霍夫電壓定律

(KVL)電阻壓降電源壓升-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4AB

l1l2UAB(沿l1)=UAB(沿l2）電位的單值性推論：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。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U