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电电 路路 理理 论论 基基 础础第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.1 实际电路和电路模型实际电路和电路模型1.2 电路的基本变量电路的基本变量1.3 三种基本无源电路原件三种基本无源电路原件1.4 电源电源1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.1 实际电路和电路模型实际电路和电路模型1.1.1 实际电路实际电路负载：负载：负载：负载：电路电路电路电路由实际元器件构成的由实际元器件构成的电流的通路电流的通路电流的通路电流的通路。电路组成电路组成电路组成电路组成电源：电源：电源：电源：可将电能转换成其他形式的能量、在可将电能转换成其他形式的能量、在电路中接收电能的设备。电路中接收电能的设备。中间环节：中间环节：中间环节：中间环节：电源和负载之间不可缺少的连接、控电源和负载之间不可缺少的连接、控制和保护部件统称为中间环节，如导制和保护部件统称为中间环节，如导线、开关及各种继电器等。线、开关及各种继电器等。可将其他形式的能量转换成电能、向可将其他形式的能量转换成电能、向电路提供电能的装置。电路提供电能的装置。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律电力系统中电力系统中电力系统中电力系统中电路的功能电路的功能电路的功能电路的功能电子技术中电子技术中电子技术中电子技术中 的电路可对电信号进行传递、变的电路可对电信号进行传递、变换、储存和处理。换、储存和处理。的电路可对电能进行传输、分配的电路可对电能进行传输、分配和转换。和转换。例例1.电力系统电力系统发电机发电机输电线输电线升升 压压变压器变压器降降 压压变压器变压器电动机、电动机、电炉等电炉等例例2.扩音机系统扩音机系统电路的功能电路的功能电路的功能电路的功能图图1.1.1 电力系统电能的转换、传输和分配电力系统电能的转换、传输和分配图图1.1.2 电子系统信号的转换电子系统信号的转换和和传输传输梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.1.2 理想电路元件理想电路元件 实际电气（或电子）设备和器件的实际电气（或电子）设备和器件的种类繁多，工作时的种类繁多，工作时的物理过程也很复杂，对它们一一分析很不方便。为了方便于物理过程也很复杂，对它们一一分析很不方便。为了方便于分析实际电路的主要特性，通常在一定条件下需要对实际电分析实际电路的主要特性，通常在一定条件下需要对实际电路采用模型化处理，即用路采用模型化处理，即用抽象的抽象的理想电路元件理想电路元件理想电路元件理想电路元件及其组合近似及其组合近似地代替实际的器件，从而构成了地代替实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的与实际电路相对应的电路模电路模电路模电路模型型型型。电路理论中常用的理想无源元件主要有一下三种：电路理论中常用的理想无源元件主要有一下三种：电阻元件：只消耗电能电阻元件：只消耗电能 (既不贮藏电能，也不贮藏磁能既不贮藏电能，也不贮藏磁能)；电容元件：只贮藏电能电容元件：只贮藏电能 (既不消耗电能，也不贮藏磁能既不消耗电能，也不贮藏磁能)；电感元件：只贮藏磁能电感元件：只贮藏磁能 (既不消耗电能，也不贮藏电能既不消耗电能，也不贮藏电能)。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律(a)(b)(c)图图1.1.3 理想电阻、电容、电感元件模型理想电阻、电容、电感元件模型 关于电路部件的模型概念强调关于电路部件的模型概念强调3 3点：点：理想电路元件是具有某种确定的电磁性能的理想元件；理想电路元件是具有某种确定的电磁性能的理想元件；不同的实际电路部件，只要具有相同的主要电磁性能，不同的实际电路部件，只要具有相同的主要电磁性能，在一定条件下可用同一个模型表示；在一定条件下可用同一个模型表示；同一个实际电路部件在不同的应用条件下，同一个实际电路部件在不同的应用条件下，它的模型它的模型也可以有不同的形式。也可以有不同的形式。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律图图1.1.4 际电感元件在际电感元件在不同应用条件下之模型不同应用条件下之模型 实际电路部件的运用一般都和电能的消耗现象及电、磁实际电路部件的运用一般都和电能的消耗现象及电、磁能的贮存现象有关，它们交织在一起并发生在整个部件中。能的贮存现象有关，它们交织在一起并发生在整个部件中。这里所谓的这里所谓的“理想化理想化”指的是：假定这些现象可以分别研究，指的是：假定这些现象可以分别研究，并且这些电磁过程都分别集中在各元件内部进行；这样的元并且这些电磁过程都分别集中在各元件内部进行；这样的元件件(电阻、电容、电感电阻、电容、电感)称为称为集总参数元件集总参数元件，简称为集总元件简称为集总元件。由集总元件构成的电路称为由集总元件构成的电路称为集总参数电路。集总参数电路。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 用集总参数电路模型来近似地描述实际电路是有条件的，用集总参数电路模型来近似地描述实际电路是有条件的，它要求实际电路的尺寸它要求实际电路的尺寸l(长度长度)要远小于电路工作时电磁波的波要远小于电路工作时电磁波的波长长,即即 l 1.1.3 电路模型电路模型电电源源负负载载开关开关ISUS+_R0图图图图1.1.5(a)1.1.5(a)手电筒的实体电路手电筒的实体电路手电筒的实体电路手电筒的实体电路负负载载RL+U图图图图1.1.5(b)1.1.5(b)手电筒的电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型手电筒的电路模型中间环节中间环节导线导线电电源源梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 将实际电路中的各个电路器件用对应的理想元件替代，将实际电路中的各个电路器件用对应的理想元件替代，这种由理想元件连接成的电路成为这种由理想元件连接成的电路成为电路模型，简称电路。电路模型，简称电路。电电路模型是反映实际电路电气特性的数学模型。路模型是反映实际电路电气特性的数学模型。电路理论讨论电路理论讨论和分析的对象是电路模型，而不是实际电路。和分析的对象是电路模型，而不是实际电路。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律电路由哪几部分电路由哪几部分组成？各部分的组成？各部分的作用是什么？作用是什么？何谓理想电路元何谓理想电路元件？其中件？其中“理想理想”二字在实际电二字在实际电路的含义？路的含义？集总参数元件有集总参数元件有何特征？何特征？如何在电路如何在电路中区分电源中区分电源和负载？和负载？试述电路的功能试述电路的功能？何谓？何谓“电路模电路模型型”？学好本课程，应注意抓好两个主要环节：认真认真听课、细心复习。听课、细心复习。还要处理好三个基本关系：听课听课与笔记、作业与复习、自学与互学。与笔记、作业与复习、自学与互学。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.2 电路的基本变量电路的基本变量电路中人们所关心的物理量有电流、电压和功率。电路中人们所关心的物理量有电流、电压和功率。1.2.1 电流电流电流：电流：电荷的定向运动，形成电流。电荷的定向运动，形成电流。电流强度：电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。单位时间内通过导体截面的电荷量。恒定电流：恒定电流：随时间变化的电流：随时间变化的电流：电流的实际正方向：电流的实际正方向：规定为正电荷运动的方向。规定为正电荷运动的方向。电流参考方向：电流参考方向：人为的、任意假定的电流方向。人为的、任意假定的电流方向。单位：单位：1A=103mA=106A梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.2.2 电压电压电压：电压：电场力把单位正电荷从一点移向另一点所做的功。电场力把单位正电荷从一点移向另一点所做的功。电压的实际正方向电压的实际正方向(极性极性)：规定为从高电位指向低电位。规定为从高电位指向低电位。恒定电压：恒定电压：随时间变化的电压：随时间变化的电压：电压的参考方向电压的参考方向(极性极性)：假定的高电位点用假定的高电位点用+表示；表示；假定的低电位点用假定的低电位点用表示；表示；人为的、任意假定的方向人为的、任意假定的方向单位：单位：1V=103mV=106V梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 关联参考方向：关联参考方向：在分析电路时，电路中电流和电压的参在分析电路时，电路中电流和电压的参考方向均可以任意选定，且相互独立，为分析方便，对同一考方向均可以任意选定，且相互独立，为分析方便，对同一元件或同一段电路，时常采用元件或同一段电路，时常采用关联参考方向。关联参考方向。图图1.2.1(a)关联参考方向关联参考方向图图1.2.1(b)非关联参考方向非关联参考方向1.2.3 功率功率功率：功率：电场力在单位时间内所做的功。电场力在单位时间内所做的功。不随时间变化：不随时间变化：梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律随时间变化：随时间变化：当正电荷从元件上的当正电荷从元件上的高电位点高电位点经元件运动到经元件运动到低电位点低电位点时，时，电场力对该正电荷做功，电场力对该正电荷做功，元件吸收能量。元件吸收能量。反之电场力做负功，反之电场力做负功，元件释放能量元件释放能量。功率单位：功率单位：1kW=103W=106mW=109W电能量：电能量：电能单位：电能单位：J(焦耳）、焦耳）、kWh（度）。（度）。注注1:习惯上，习惯上，将恒定量用大写字母将恒定量用大写字母U、I、P表示；随时表示；随时间变化的量用小写字母间变化的量用小写字母u、i、p或或u(t)、i(t)、p(t)表示。表示。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 引入电流参考方的原因：引入电流参考方的原因：电路计算时，支路电流的实际电路计算时，支路电流的实际方向是未知的。实际方向可根据电流的参考方向求得。方向是未知的。实际方向可根据电流的参考方向求得。参考方向参考方向注注2:电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 当当i 0时，时，参考方向与实际方向参考方向与实际方向相同相同；当当i 0时，时，参考方向与实际方向参考方向与实际方向相反相反。实际方向实际方向人为的、任意假定的方向人为的、任意假定的方向假定的高电位点用假定的高电位点用+表示；表示；假定的低电位点用假定的低电位点用表示；表示；电压的参考方向电压的参考方向(极性极性)：梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律当当u 0时：时：参考方向与实际方向参考方向与实际方向相反相反。注注3:关联参考方向关联参考方向引入电压参考方向的原因：引入电压参考方向的原因：电路计算时，支路电压的实际方向是未知的。实际方向可电路计算时，支路电压的实际方向是未知的。实际方向可根根据电流的参考方向求得。据电流的参考方向求得。当当u u 0 0时：时：参考方向与实际方向参考方向与实际方向相同相同；电流参考方向是从电压参考方向电流参考方向是从电压参考方向+极流入，从极流入，从极流出，极流出，称称电压与电流参考方向电压与电流参考方向关联；关联；反之，称为反之，称为非关联非关联。注注4:4:关联参考方向与功率的关系关联参考方向与功率的关系梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律作业：作业：P1819,1.1、1.2支路支路AB+ui支路支路AB+ui参考方向参考方向关联关联参考方向参考方向非关联非关联p=ui为支路发出的功率。为支路发出的功率。p0，支路实际吸收功率。支路实际吸收功率。p0，支路实际发出功率。支路实际发出功率。p0，支路实际吸收功率。支路实际吸收功率。参考方向关联时：参考方向关联时：p=p=uiui为支路吸收的功率。为支路吸收的功率。参考方向非关联时：参考方向非关联时：梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律思考思考 回答回答在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？应用参考方向时，你能说明应用参考方向时，你能说明“正、负正、负”、“加、加、减减”及及“相同、相反相同、相反”这几对词的不同之处吗？这几对词的不同之处吗？电路分析中引入参考方向的目的是为分析和计算电路提供方便和依据。应用参考方向时，“正、负”是指在参考方向下，电压和电流的数值前面的正、负号，若参考方向下一个电流为“2A”，说明它的实际方向与参考方向相反，参考方向下一个电压为“20V”，说明其实际方向与参考方向一致；“加、减”指参考方向下列写电路方程式时，各项前面的正、负符号；“相同、相反”则是指电压、电流是否为关联参考方向，“相同”是指电压、电流参考方向关联，“相反”指的是电压、电流参考方向非关联。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.3 三种基本无源电路元件三种基本无源电路元件 1.3.1 电阻元件电阻元件 电阻元件：电阻元件：在电路中起阻碍电流流动的作用，简称在电路中起阻碍电流流动的作用，简称电阻。电阻。电阻值（简称电阻）：电阻值（简称电阻）：是表征电阻元件是表征电阻元件对电流呈现阻力、对电流呈现阻力、损耗能量损耗能量的一种参数。的一种参数。单位：单位：1M=103k=106。电阻值不随其上电压或电流数值变化的电阻，称为电阻值不随其上电压或电流数值变化的电阻，称为线性电线性电阻，阻，反之称为反之称为非线性电阻；非线性电阻；阻值不随时间变化电阻，称为阻值不随时间变化电阻，称为非时非时变电阻，变电阻，反之称为反之称为时变电阻。时变电阻。若无特别说明，在本课程中均指若无特别说明，在本课程中均指线性非时变电阻。线性非时变电阻。1.电阻的伏安关系（电阻的伏安关系（VCR)梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律关联关联参考方向：参考方向：或或非关联非关联参考方向：参考方向：其中其中称为电导。称为电导。(单位：单位：1S=10-3mS)或或(c)理想电阻的理想电阻的V/A特特性性应当明确：应当明确：欧姆定律只适用于线性非时变电阻；欧姆定律只适用于线性非时变电阻；电阻为即时元件，无记忆功能。电阻为即时元件，无记忆功能。(a)参考方向相关联参考方向相关联(b)参考方向非相关联参考方向非相关联梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 2.电阻元件吸收的功率电阻元件吸收的功率 若电阻若电阻R上的电压和电流采用关联参考方向，则上的电压和电流采用关联参考方向，则 电阻电阻R上吸收的功率对任意时间上吸收的功率对任意时间t都为正都为正,电阻吸收的功率电阻吸收的功率亦即其消耗的功率。亦即其消耗的功率。补充例题补充例题1-1 阻值为阻值为2的电阻上的电压电流参考方相关联，的电阻上的电压电流参考方相关联，已知电阻上电压已知电阻上电压u(t)=4costV,求其上电流求其上电流i(t)、消耗的功率、消耗的功率p(t)。解解：因电阻上电压、电流参考方向关联，所以其上电流因电阻上电压、电流参考方向关联，所以其上电流 梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律消耗的功率消耗的功率 补充例题补充例题 1-2 求一只额定功率为求一只额定功率为100W、额定电压为、额定电压为220V的灯泡的的灯泡的额定电流及电阻值。额定电流及电阻值。解：解：补充例题补充例题 1-3 某学校有某学校有5个大教室，每个大教室配有个大教室，每个大教室配有16个额定功率为个额定功率为40W、额定电压为、额定电压为 220V的日光灯管，平均每天的日光灯管，平均每天用用4h(小时小时)，问每月，问每月(按按30天计算天计算)该校这该校这5个大教室共用电多个大教室共用电多少少kWh?解：解：梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.3.2电感元件电感元件1.常见电感元件：常见电感元件：磁棒电感磁棒电感 常常见见电电感感磁环电感磁环电感电感滤波器电感滤波器 梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律高频线性滤波电感高频线性滤波电感 环形电感线圈环形电感线圈 片式电感片式电感 绕线电感绕线电感 梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律贴片电感贴片电感 直插工字电感直插工字电感 贴贴片片电电感感贴贴片片功功率率电电感感直插电感直插电感 梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 2.电感的韦安特性电感的韦安特性 结构模型：结构模型：元件定义：元件定义：一个一个二端元件二端元件，如果在任意时刻如果在任意时刻t，其磁链，其磁链(t)与与电流电流i(t)之间的关系之间的关系能用能用i平面平面上的上的韦安关系韦安关系曲线曲线描述描述，就称该就称该二端元件为二端元件为电感元件电感元件，简称电感。，简称电感。韦安关系：韦安关系：L=NL=L i 对线性时不变电感成立。对线性时不变电感成立。图图 1-10 电感线圈电感线圈 特性曲线及电路模型：特性曲线及电路模型：梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律图图 1-11(a)线性时不变电感元件线性时不变电感元件图图 1-11(b)电感线圈模型电感线圈模型3.电感的伏安关系电感的伏安关系(VCR)电感电感VCR的微分形式：的微分形式：电感电感VCR的积分形式：的积分形式：梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律tt0 0电感初电感初始电流始电流4.电感的功率和储能电感的功率和储能电感元件吸收的功率：电感元件吸收的功率：电感元件的储能：电感元件的储能：(设设t=t0-时时，i=0)梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 5.电感的性能电感的性能 特点特点u电感元件是电感元件是动态元件动态元件（VCR是微积分关系）是微积分关系）。u电感电感电流不能跃变；电流不能跃变；当电感电流为直流时，电感相当当电感电流为直流时，电感相当于于短路。短路。u电感电感电流电流具有具有“记忆记忆”电压电压的作用，的作用，电感元件是一种电感元件是一种记忆元件。记忆元件。u电感元件是储能元件，电感元件是储能元件，它从外部电路吸收的能量，它从外部电路吸收的能量，以以磁场能量形式储存于自身的磁场中磁场能量形式储存于自身的磁场中（即电感存储磁能）。（即电感存储磁能）。1.3.3 电容元件电容元件1.常见电容元件：常见电容元件：梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律瓷瓷介介电电容容 涤涤纶纶电电容容 梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律瓷片电容瓷片电容 聚丙烯电容聚丙烯电容 法郎电容法郎电容 高压瓷介电容高压瓷介电容 梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律可调电容可调电容 钽电容钽电容 直插固态电容直插固态电容 穿穿心心电电容容双双层层电电容容梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律贴贴片片电电容容直插铝电解电容直插铝电解电容 筒形高功率瓷介电容筒形高功率瓷介电容 梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 2.电容的库伏特性电容的库伏特性 结构模型：结构模型：元件定义：元件定义：一个一个二端元件，二端元件，如果在如果在任意时刻任意时刻t，其存储的电荷，其存储的电荷q(t)与其端电压与其端电压u(t)之间的关系能用之间的关系能用q-u平面上的一条曲线平面上的一条曲线所确定，则称此所确定，则称此二端元件为电容元件，二端元件为电容元件，简称简称电容。电容。库伏关系：库伏关系：q（t）=Cu（t）对线性时不变电容成立。对线性时不变电容成立。特性曲线及电路模型：特性曲线及电路模型：梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律3.电容的伏安关系电容的伏安关系(VCR)图图 1-12(a)线性时不变电容元件线性时不变电容元件图图 1-12(b)实际电容器模型实际电容器模型电容电容VCR的微分形式：的微分形式：电电容容VCR的积分形式：的积分形式：梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律tt0 0电容初电容初始电压始电压4.电容的功率和储能电容的功率和储能电容元件吸收的功率：电容元件吸收的功率：电容元件的储能：电容元件的储能：(设设t=t0-时，时，i=0)梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 5.电容的性能特点电容的性能特点u电容元件是电容元件是动态元件动态元件（VCR是微积分关系）是微积分关系）。u电容电容电压不能跃变；电压不能跃变；当电容电压为直流时当电容电压为直流时,电容相当于电容相当于断路。断路。u电容电容电压电压具有具有“记忆记忆”电流电流的作用，的作用，电容元件是种记忆电容元件是种记忆元件。元件。u电容元件是储能元件，电容元件是储能元件，它从外部电路吸收的能量它从外部电路吸收的能量,以电以电场能量形式储存于自身的电场中场能量形式储存于自身的电场中（即电容存储电能）。（即电容存储电能）。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.4 电源电源 实际电路必须由电源提供能量。实际电路必须由电源提供能量。电源有各种各样，根据电源有各种各样，根据其特性可将其特性可将电源抽象为电压源和电流源两种模型。电源抽象为电压源和电流源两种模型。1.4.1 独立电源独立电源 1.电压源电压源 定义：定义：能够独立向外电路提供电压的二端元件。能够独立向外电路提供电压的二端元件。电压是电压是时间的函数，如果为时间的函数，如果为常数常数则称为则称为直流电压源。直流电压源。理想电压源理想电压源符号符号直流电压源直流电压源A/V特性特性u(t)t2 0-2 Um-Um正弦电压源正弦电压源梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律特点：特点：电压不受外电路影响，电压不受外电路影响，电流受外电路约束。电流受外电路约束。2.电流源电流源 定义：定义：能够独立向外电路提供电流的二端元件。能够独立向外电路提供电流的二端元件。电流是电流是时间的函数，如果为时间的函数，如果为常数常数则称为则称为直流电流源。直流电流源。正弦电流源正弦电流源直流电流源直流电流源V/A特性特性理想电流源理想电流源符号符号特点：特点：电流不受外电路影响，电流不受外电路影响，电压受外电路约束。电压受外电路约束。i(t)tT0Im-Im梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律理想电源不正确的接法：理想电源不正确的接法：电压源短路电压源短路电压源并联电压源并联电压不相等电压不相等电流源开路电流源开路电流源串联电流源串联电流不相等电流不相等电压源短路与电流源开路：电压源短路与电流源开路：电压源电压源u uS S=0=0时，时，等同于短路等同于短路电流源电流源iS=0时，时，等同于开路等同于开路短路短路开路开路梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 例例1-2 电路如图电路如图1-15所示，试求各电路中的电压所示，试求各电路中的电压U和电流和电流I 。(a)(b)(c)(d)解解:在图在图1-15(a)、(b)中，中，U1=U2=5V (为什么？）为什么？）在图在图1-15(c)、(d)中，中，I3=I4=2A (为什么？）为什么？）根据欧姆定律得根据欧姆定律得图图1-15 例例1-2图图 U3=12=2(V)U4=52=10(V)梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.4.2 受控电源受控电源 1.定义：定义：大小方向受大小方向受电路中其他地方的电压或电流电路中其他地方的电压或电流控制的电源。控制的电源。2.电路结构特征：电路结构特征：具有两条支路，具有两条支路，受控支路：受控支路：向外电路提供电流或电压的支路。向外电路提供电流或电压的支路。控制支路：控制支路：控制电流或控制电压所在支路，控制电流或控制电压所在支路，3.线性受控源分类线性受控源分类(4种种)：VCVS:电压控制电压源电压控制电压源VCCS:电压控制电流源电压控制电流源CCVS:电流控制电压源电流控制电压源CCCS:电流控制电流源电流控制电流源4.特点：特点：非独立的电源：非独立的电源：不能独立向外电路提供能量。不能独立向外电路提供能量。具有两重性：具有两重性：电源性、电阻性。电源性、电阻性。注注：独立电源在电路中可以独立地起独立电源在电路中可以独立地起“激励激励”作用。作用。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律5.线性受控源电路模型：线性受控源电路模型：电压控制电压源电压控制电压源（VCVS)电压控制电流源电压控制电流源（VCCS)电流控制电压源电流控制电压源（CCVS)电流控制电流源电流控制电流源（CCCS)U1 U1I1 I1U1gU1 I1I1梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 说明：说明：独立源与受控源在电路中的作用有着本质区别。独立源与受控源在电路中的作用有着本质区别。独立源独立源作为电路的输入，代表着外界对电路的激励作用，作为电路的输入，代表着外界对电路的激励作用，是电路中产生响应的是电路中产生响应的“源泉源泉”；受控源受控源是用来表征在电子器件中所发生物理现象的一种模是用来表征在电子器件中所发生物理现象的一种模型，型，它反映了电路中某处的电压或电流控制另一处电压或电流它反映了电路中某处的电压或电流控制另一处电压或电流的关系。的关系。受控源的控制系数（受控源的控制系数（、g、r、）若为常数，则为）若为常数，则为线线性受控源。性受控源。例例1-3 电路如图电路如图1-17所示，求电压所示，求电压U。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律图图1-17 例例1-3图图解：解：I2=-3I1=-30.5=-1.5(A)U=10I2=10(-1.5)=-15(V)补充例题补充例题4-1 图图BC4-1电路中，电路中，A部分电路为理想电压源部分电路为理想电压源Us=6V;B部分电路即负载电阻部分电路即负载电阻R是电压源是电压源Us的外部电路，它可以的外部电路，它可以改变。电流改变。电流I、电压、电压U参考方向如图中所标。求：参考方向如图中所标。求：R=时的电压时的电压U，电流，电流I，Us电压源产生功率电压源产生功率Ps;R=6时的电压时的电压U，电流，电流I，Us电压源产生功率电压源产生功率Ps;R0 时的电压时的电压U，电流，电流I，Us电压源产生功率电压源产生功率Ps。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律图图BC4-1 解：解：(1)R=时即外部电路开路，时即外部电路开路，Us为为理理想电压源，所以想电压源，所以 U=US=6V依据欧姆定律依据欧姆定律 PS=-UI=60=0W(2)R=6时时，Us产生功率：产生功率：PS=-UI=-61=-6W (3)当当R0时，显然时，显然 U=US=6V，U=US=6VPS=-UI-。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 由此例可以看出：由此例可以看出：理想电压源的端电压不随外部电路变化。理想电压源的端电压不随外部电路变化。本例三种情况的本例三种情况的端电压端电压US6V。理想电压源输出电流理想电压源输出电流I随外部电路变化。随外部电路变化。本例中，当本例中，当R0 极极端情况时端情况时I,US产生功率产生功率PS。补充例题补充例题4-2 图图 BC4-2 电路中，电路中，B部分电路是由电阻部分电路是由电阻R与另与另一理想电压源一理想电压源US2=12V串联构成，作为串联构成，作为A部分电路部分电路US1=6V的理想电的理想电压源的外部电路，电压压源的外部电路，电压U、电流、电流I参考方向如图中所标。求：参考方向如图中所标。求：(1)R=6时电流时电流I、理想电压源、理想电压源US1吸收功率吸收功率PS1；(2)R0 时电流时电流I、US1吸收功率吸收功率PS1。解：解：(1)Va=6V,Vb=12V，Uab=Va-Vb=6-12=-6V，则，则 梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律图图BC4-2 对对US1电压源来说，电压源来说，U、I参考方向非参考方向非关联，所以关联，所以US1吸收功率吸收功率PS1=UI=6(1)=6W 此时此时US1不起电源作用，事实上它成不起电源作用，事实上它成了了12V理想电压源的负载。理想电压源的负载。(2)当当R0时，显然时，显然 U=US1=6V此时此时US1吸收功率吸收功率 PS1=UI 理想电压源理想电压源US1供出的电流为负值，在供出的电流为负值，在R0极端情况下，极端情况下，US1电压源吸收功率为无穷大。电压源吸收功率为无穷大。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 补充例题补充例题3 图图 BC4-3所示电路，所示电路，A部分电路为直流理想电流源部分电路为直流理想电流源Is=2A,B部分电路即负载电阻部分电路即负载电阻R为理想电流源为理想电流源Is的外部电路。的外部电路。设设U、I参考方向如图中所标，求：参考方向如图中所标，求：(1)R=0 时电流时电流I，电压，电压U及及Is电流源产生的功率电流源产生的功率Ps；(2)R=3时电流时电流I，电压，电压U及及Is电流源产生的功率电流源产生的功率Ps；(3)R时电流时电流I，电压，电压U及及Is电流源产生功率电流源产生功率Ps。图图BC4-3 解：解：(1)R=0时即外部电路短路，时即外部电路短路，Is为为理想电流源，所以电路理想电流源，所以电路 I=IS=2A由欧姆定律算得电压由欧姆定律算得电压 U=RI=(02)V=0 V梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 对对Is电流源来说，电流源来说，I、U参考方向非关参考方向非关联，所以联，所以Is电流源产生功率电流源产生功率 PS=UI=(02)W=0 W图图BC4-3(2)R=3时，电流时，电流 I=IS=2A电压电压 U=RI=32=6VIS电流源产生功率电流源产生功率 PS=UI=62=12W(3)当当R时，根据理想电流源定义，时，根据理想电流源定义，I=IS=2A电压电压 U=RIIS电流源产生功率电流源产生功率PS=UI梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律作业：作业：P1920,1.5、1.6、1.7 由此例可以看出：由此例可以看出：理想电流源的输出电流不随外部电路变化。理想电流源的输出电流不随外部电路变化。本例三种情况本例三种情况的输出电流的输出电流I=IS2A。理想电流源的端电压理想电流源的端电压U随外部电路变化。随外部电路变化。本例中，当本例中，当R极端情况时极端情况时,U,IS产生功率产生功率PS。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基尔霍夫定律是分析一切集总参数电路的根本依据。基尔霍夫定律是分析一切集总参数电路的根本依据。一一些重要的电路定理、有效的分析方法，都是以该定律（连同些重要的电路定理、有效的分析方法，都是以该定律（连同元件上电压、电流关系）为元件上电压、电流关系）为“源源”推导、证明、归纳总结得推导、证明、归纳总结得出的。出的。这两个定律是电路理论中这两个定律是电路理论中最重要的基本定律。最重要的基本定律。最重要的基本定律。最重要的基本定律。1.5.1电路中常用的几个术语电路中常用的几个术语 1.支路：支路：流过同一电流的分支流过同一电流的分支2.节点：节点：两个以上支路的连接点两个以上支路的连接点3.回路：回路：由支路构成的闭合路径由支路构成的闭合路径4.网孔：网孔：回路的一种。回路内部回路的一种。回路内部 不含其它支路的回路不含其它支路的回路图图 1-18介绍电路术语用图介绍电路术语用图 梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.5.1 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）1.KCL定律：定律：对于任一集总参数电路，在任一时刻，流出（或流入）对于任一集总参数电路，在任一时刻，流出（或流入）任一节点的电流代数和等于零。任一节点的电流代数和等于零。（其中（其中k=1,2,m为连接到节点的支路数）为连接到节点的支路数）例如例如 对于图对于图 BC5-1 所示电路中的所示电路中的节点节点b,有有 i1(t)+i2(t)=i3(t)+i4(t)图图 BC5-1电路中节点电路中节点b 2.推广：推广：对于任一集中参数电路，对于任一集中参数电路，在任一时在任一时梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 对于任一集中参数电路，在任一时刻，流出任一对于任一集中参数电路，在任一时刻，流出任一闭合闭合面面的的电电流代数和等于零。流代数和等于零。反映电荷的守恒性和电流的连续性。反映电荷的守恒性和电流的连续性。3.定律物理意义定律物理意义:4.应用应用KCL时注意问题：时注意问题：KCL具有普遍意义，具有普遍意义，它适用于任意时刻、任何激励源它适用于任意时刻、任何激励源(直流、直流、交流或其他任意变动激励源交流或其他任意变动激励源)情况的一切集总参数电情况的一切集总参数电路。路。刻，流出任一节点的电流刻，流出任一节点的电流和等于流入该节点的电流和和等于流入该节点的电流和。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 补充例补充例5-1 电路如图电路如图BC5-1 所示，所示，求求I1和和I2。应用应用KCL列写节点或闭曲面电流方程时，首先列写节点或闭曲面电流方程时，首先标定标定出每一出每一支路的支路的电流方向电流方向，然后，然后规定规定流出节点的电流为正，流入节点的电流出节点的电流为正，流入节点的电流取负（反之亦可）。另外列写流取负（反之亦可）。另外列写KCL方程时方程时不要遗漏不要遗漏了某些支路。了某些支路。广义节点广义节点b例图例图BC5-1 a解：解：选流出节点的电流取正号。选流出节点的电流取正号。对节点对节点a列列KCL方程，有方程，有I1-4A-(-7A)=0,I1=4A+(-7A)=-3A对节点对节点b列列KCL方程，有方程，有I2+(-2A)-I1-10A=0,梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律I2=I1+10A-(-2A)=-3A+10A+2A=9A 补充例补充例5-2 电路如图电路如图BC5-2-2 所示，已知所示，已知i1=4A,i2=7A,i4=10A,i5=-2A,求电流求电流i3、i6。解：解：选流出节点的电流取正选流出节点的电流取正号。号。对节点对节点b列列KCL方程，有方程，有 对节点对节点a列列KCL方程，有方程，有 ab例图例图BC5-2-i1+i2-i3=0则则 i3=-i1+i2=-4+7=3Ai3-i4+i5+i6=0则则 i6=i4-i i3-i5=10-3-(-2)=9A梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 还可应用闭曲面还可应用闭曲面S列列KCL方程求出方程求出i6,如图中虚线所围闭曲面如图中虚线所围闭曲面S，设设流出流出闭曲面的电流取正号，列方程闭曲面的电流取正号，列方程 所以所以 i6=i1-i2+i4-i5 =4-7+10-(-2)=9AS例图例图BC5-2-i1+i2-i4+i5+i6=0梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 1.5.2基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)1.KVL定律：定律：对于任一集总参数电路，在任一时刻，对任一回路，按对于任一集总参数电路，在任一时刻，对任一回路，按一定循回方向，其电压降的代数和等于零。一定循回方向，其电压降的代数和等于零。2.推广：推广：对于任一集中参数电路，在任一时刻，沿任一回路对于任一集中参数电路，在任一时刻，沿任一回路绕行绕行方，回方，回路电压降的代数和等于回路电压升的代数和。路电压降的代数和等于回路电压升的代数和。3.物理意义：物理意义：保守电场中电场力做功与路径无关。保守电场中电场力做功与路径无关。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 4.应用应用KVL时注意问题：时注意问题：KVL适用于任意时刻、任意激励源情况的一切集总适用于任意时刻、任意激励源情况的一切集总参数电路。参数电路。应用应用KVL列回路电压方程时，列回路电压方程时，首先设出回路中各元首先设出回路中各元件件(或各段电路或各段电路)上电压参考方向，上电压参考方向，然后选一个巡行方向然后选一个巡行方向(顺顺时时针或逆时针均可针或逆时针均可)，自回路中某一点开始，按所选巡行方向自回路中某一点开始，按所选巡行方向沿着回路沿着回路“走走”一圈。一圈。“走走”的过程中遇各元件取号法则是：的过程中遇各元件取号法则是：“走走”向先遇元件上电压参考方向的向先遇元件上电压参考方向的“+”端取正号，反之端取正号，反之取负取负号。号。若回路中有电阻若回路中有电阻R元件，元件，电阻元件又只标出了电流参考电阻元件又只标出了电流参考方向，这时列方向，这时列KVL方程时，方程时，“走走”向与电流方向一致时电向与电流方向一致时电阻阻上电压为上电压为+Ri,反之，为反之，为-Ri。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律例图例图 BC5-3 补充例题补充例题5-3 电路如图电路如图 BC5-3所示所示，求：，求：Ube 和和Ucd。解：解：标定回路标定回路、绕行方绕行方向，对回路向，对回路根据根据KVL,有有 Ube=(-3-2+6)V=0V 对回路对回路根据根据KVL,Ucd=4+Ube-2=(4+0-2)V=2V 说明：说明：KVL也可应用于非闭合路也可应用于非闭合路段。段。如补充例如补充例 3 回路回路的的情况。情况。例例1-4 电路如图电路如图1-22所示，试求所示，试求4电阻上的电流电阻上的电流I0。解：解：假定未知电流假定未知电流I1、未知电压、未知电压U1、U0的参考方向如图的参考方向如图1-22所所梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律示。节点分别标记为示。节点分别标记为a、b，则，则根据根据KVL、KCL得得图图1-22 例例1-4题图题图I1+U1-+U0-ab 2I1+10=4I0 I1=7-I0 联立求解得联立求解得 I0=4A比较该解法与教材解比较该解法与教材解法有何区别？法有何区别？例例1-5 电路如图电路如图1-23所示，试所示，试求电流源的功率求电流源的功率P。图图1-23 例例1-5题图题图(a)梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律+U-abI1I2图图1-23 例例1-5题图题图(b)解：解：根据需要标定相应电压和电根据需要标定相应电压和电流的参考方向如图流的参考方向如图1-23（b）所示。）所示。根据根据KVL、KCL列些方程列些方程 6I1+12+8I2=10 即即 6I1+8I2=-2 I1-I2=-5 联立求解得联立求解得 I1=-3A I2=2A 电流源的电压为电流源的电压为 U=Uab=6I1+I2=6(-3)+I2=-6V 电流源的功率（参考方向关联）为电流源的功率（参考方向关联）为 P=5U=5(-6)=-30 W 说明电流源向电路提供了说明电流源向电路提供了30W的功率。的功率。梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律图图1-24 例例1-6题图题图 例例1-6 电路如图电路如图1-24所示，所示，试求电压试求电压u。解：解：对节点对节点a,由由KCL得得 i2=i1+2i1=3i1 对大回路，应用对大回路，应用KVL得得 i1+5i2=16 联立求解得联立求解得 i1=1(A)i2=3(A)u=5i2=53=15(V)a 补充例补充例5-4 如图如图BC5-4所所示电路，已知示电路，已知1=2,R2=4，us1=12V,us2=10V,us3=6V，求，求a点电位点电位ua。图图 BC5-4梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律图图 BC5-4AS 解：解：本题本题d点为参考点，由点为参考点，由KCL可知可知i1=0,所以回路所以回路A各元件各元件上流经同一电流上流经同一电流i，由，由KVL列些方程列些方程 ua=R1i+us3+Ri1-us2=(2+6+0-10)=-2V 电路原理图也常用电位简略图表示，如图电路原理图也常用电位简略图表示，如图BC5-5(a)、(b)；(c)、(d)所示。所示。R1i+us3+R2i-us1=0 代入已知数据，得代入已知数据，得 2i+6+4i-12=0所以所以 i=1A 梁梁 俊俊 龙龙安康学院电子与信息工程系安康学院电子与信息工程系7/11/20247/11/2024第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律(a)(b)(c)(d)图图BC5-5作业：作业：P2020,1.9、1.11、1.12、1.13
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