电路基础第1章课件

第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律电路和电路模型电路和电路模型1-1电阻元件电阻元件1-5电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1-2电压源和电流源电压源和电流源1-6电功率和能量电功率和能量1-3受控电源受控电源1-7电路元件电路元件1-4基尔霍夫定律基尔霍夫定律1-8首首 页页本章重点本章重点1.1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律l 重点重点：2.2.电阻元件和电源元件的特性电阻元件和电源元件的特性返 回1-1 1-1 电路和电路模型电路和电路模型1.1.1.1.实际电路实际电路实际电路实际电路功能功能(a)能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；(b)信息的传递、控制与处理。信息的传递、控制与处理。建立在同一电路理论基础上。建立在同一电路理论基础上。由电工设备和电气器件按预期由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。目的连接构成的电流的通路。下 页上 页共性共性返 回 反映实际电路部件的主要电磁反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。性质的理想电路元件及其组合。2.2.电路模型电路模型导线导线电电池池开关开关白炽灯白炽灯电路图电路图l理想电路元件理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想有某种确定的电磁性能的理想元件。元件。l电路模型电路模型下 页上 页返 回5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：电阻元件：电阻元件：表示消耗电能的元件。表示消耗电能的元件。电感元件：电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件。表示产生磁场，储存磁场能量的元件。电容元件：电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。表示产生电场，储存电场能量的元件。电压源和电流源：电压源和电流源：表示将其他形式的能量转变成表示将其他形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。5种基本理想电路元件有三个特征：种基本理想电路元件有三个特征：（a a）只有两个端子；只有两个端子；（b b）可以用电压或电流按数学方式描述；可以用电压或电流按数学方式描述；（c c）不能被分解为其他元件。不能被分解为其他元件。下 页上 页注意返 回具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一电路模型表示。定条件下可用同一电路模型表示。同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。模型可以有不同的形式。下 页上 页例例电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型注意返 回1-2 1-2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 电电路路中中的的主主要要物物理理量量有有电电压压、电电流流、电电荷荷、磁磁链链、能能量量、电电功功率率等等。在在线线性性电电路路分分析析中中人人们们主主要要关心的物理量是电流、电压和功率。关心的物理量是电流、电压和功率。1.1.1.1.电流的参考方向电流的参考方向电流的参考方向电流的参考方向l电流电流l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷单位时间内通过导体横截面的电荷下 页上 页返 回l方向方向 规定正电荷的规定正电荷的 运动方向为电流的实际运动方向为电流的实际 方向方向l单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安（安培培）、）、kA、mA、A元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向实际方向AB实际方向实际方向AB 对于复杂电路或电路中的电流随时间变化对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。时，电流的实际方向往往很难事先判断。下 页上 页问题返 回l参考方向参考方向 大小大小方向方向(正负）正负）电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。向即为电流的参考方向。i 0i 0参考方向参考方向u+参考方向参考方向u+0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)p0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)p0 发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收)l u,i 取非取非关联参考方向关联参考方向下 页上 页+-iu+-iu返 回例例3-1 求图示电路中各求图示电路中各方框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或发出的功率。收或发出的功率。下 页上 页已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A。564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1返 回解解下 页上 页返 回564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A。解解对一完整的电路，满足：对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率发出的功率吸收的功率下 页上 页注意返 回564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U11-4 1-4 电阻元件电阻元件2.2.线性电阻元件线性电阻元件l 电路符号电路符号R电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可对电流呈现阻力的元件。其特性可用用u-i平面上的一条曲线来描述：平面上的一条曲线来描述：iu1.1.定义定义伏安伏安特性特性下下 页页上上 页页O返返 回回l u-i 关系关系R 称为电阻，单位：称为电阻，单位：(欧欧姆姆)满足欧姆定律满足欧姆定律l 单位单位G 称为电导，单位称为电导，单位：S(西西门子门子)u、i 取关联取关联参考方向参考方向下下 页页上上 页页伏安特伏安特性曲线性曲线为一条为一条过原点过原点的直线的直线uiORui+返返 回回如电阻上的电压与电流参考方向非关如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号。联，公式中应冠以负号。说明线性电阻是无记忆、双向性的元说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。件。欧姆定律欧姆定律只适用于线性电阻只适用于线性电阻(R 为常数为常数）。）。则欧姆定律写为则欧姆定律写为u R i i G u公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！下下 页页上上 页页注意注意Rui-+返返 回回3.3.功率和能量功率和能量电阻元件在任何时刻总是吸收功率的。电阻元件在任何时刻总是吸收功率的。p u i (R i)i i2 R -u2/Rp u i i2R u2/Rl 功率功率Rui+-下下 页页上上 页页表明表明Rui-+返返 回回ui从从 t0 到到 t 电阻吸收的能量：电阻吸收的能量：4.4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路l 能量能量l 短路短路l 开路开路ui下下 页页上上 页页Riu+u+iOO返返 回回下下 页页上上 页页实际电阻器实际电阻器返返 回回 1-5 1-5 电压源和电流源电压源和电流源l电路符号电路符号1.1.理想电压源理想电压源l定义定义i+_下下 页页上上 页页其两端电压总能保持定值或一定其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电的时间函数，其值与流过它的电流流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。返返 回回电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。与流经它的电流方向、大小无关。通过电压源的电流由电源及通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。外电路共同决定。l理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui直流电压直流电压源的伏安源的伏安特性曲线特性曲线下下 页页上上 页页例例Ri-+外电路外电路电压源不能短路！电压源不能短路！O返返 回回+_iu+_l电压源的功率电压源的功率电压、电流参考方向非关联。电压、电流参考方向非关联。发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用下 页上 页+_iu+_电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。吸收功率，充当负载。吸收功率，充当负载。返 回例例6-1计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发发）P（吸吸）下下 页页上上 页页返返 回回i+_+_10V5V-+其输出电流总能保持定值或一定的其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想电流源。l 电路符号电路符号2.2.理想电流源理想电流源l 定义定义u+_下下 页页上上 页页l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压的方向、大小无关。关；与它两端电压的方向、大小无关。返返 回回电流源两端的电压由电源及外电路共电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。同决定。ui直流电流源的直流电流源的伏安特性曲线伏安特性曲线下下 页页上上 页页O例例Ru-+外电路外电路电流源不能开路！电流源不能开路！返返 回回下 页上 页l 电流源的功率电流源的功率u+_电压、电流的参考方向非关联。电压、电流的参考方向非关联。发出功率，起电源作用。发出功率，起电源作用。电压、电流的参考方向关联。电压、电流的参考方向关联。u+_吸收功率，充当负载。吸收功率，充当负载。返 回1-6 1-6 受控电源受控电源(非独立源非独立源)l 电路符号电路符号受控电压源受控电压源1.1.定义定义受控电流源受控电流源 电压或电流的大小和方向不是给定的时间电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某处的电压函数，而是受电路中某处的电压(或电流或电流)控制的电控制的电源，称为受控电源。源，称为受控电源。下下 页页上上 页页返返 回回+四端元件四端元件电流控制的电流源电流控制的电流源 (CCCS):电流放大倍数电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u或电流或电流i，受控源，受控源可分可分四种类型：四种类型：电压控制电流源、电压控制电压源、电压控制电流源、电压控制电压源、电流控制电流源、电流控用电压源。电流控制电流源、电流控用电压源。2.2.分类分类输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分下下 页页上上 页页返返 回回 i1+_u2i2_u1i1+g:转移电导转移电导 电压控制的电流源电压控制的电流源 (VCCS)电压控制的电压源电压控制的电压源 (VCVS):电压放大倍数电压放大倍数 gu1+_u2i2_u1i1+下下 页页上上 页页i1 u1+_u2i2_u1+_返返 回回电流控制的电压源电流控制的电压源 (CCVS)r:转移电阻转移电阻 例例电路模型电路模型 ibicib下下 页页上上 页页ri1+_u2i2_u1i1+_返返 回回3.3.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较独独立立源源电电压压(或或电电流流)由由电电源源本本身身决决定定，与与电电路路中中其其他他电电压压、电电流流无无关关，而而受受控控源源电电压压(或或电流电流)由控制量决定。由控制量决定。独独立立源源在在电电路路中中起起“激激励励”作作用用，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流，而而受受控控源源是是反反映映电电路路中中某某处处的的电电压压或或电电流流对对另另一一处处的的电电压压或或电电流流的的控控制制关关系系，在电路中不能作为在电路中不能作为“激励激励”。下下 页页上上 页页返返 回回P20:例例1-11-7 1-7 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基基尔尔霍霍夫夫定定律律包包括括基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律 （KCL）和和基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律(KVL)。它它反反映映了了电电路路中中所所有有支支路路电电压压和和电电流流所所遵遵循循的的基基本本规规律律，是是分分析析集集总总参参数数电电路路的的基基本本定定律律。基基尔尔霍霍夫夫定定律律与与元元件件特特性性构构成成了了电电路路分分析析的的基础。基础。下下 页页上上 页页返返 回回p13+_R1uS1+_uS2R2R31.1.几个名词几个名词电路中通过同一电流的分支。电路中通过同一电流的分支。元件的连接点称为结点。元件的连接点称为结点。b=3an=4b支路支路电路中每一个两端元件就称电路中每一个两端元件就称为一条支路。为一条支路。i3i2i1结点结点b=5下下 页页上上 页页或三条及以上支路的连接点或三条及以上支路的连接点称为结点。称为结点。n=2注意注意 两种不两种不同的定义。同的定义。返返 回回由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。两结点间的一条通路。由支路两结点间的一条通路。由支路构成。构成。对对平面电路平面电路，其内部不含任，其内部不含任何支路的回路称网孔。何支路的回路称网孔。l=3123路径路径回路回路网孔网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。下 页上 页+_R1uS1+_uS2R2R3注意返 回2.2.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)令流出为令流出为“+”，有：，有：例例 在在集集总总参参数数电电路路中中，任任意意时时刻刻，对对任任意意结结点点流流出（或流入）该结点电流的代数和等于零。出（或流入）该结点电流的代数和等于零。流进流进的电的电流等流等于流于流出的出的电流电流下下 页页上上 页页返返 回回 例例三式相加得：三式相加得：KCL可推广应用于电路中包围多个结可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。点的任一闭合面。下下 页页上上 页页表明表明返返 回回KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反应。任意结点处的反应。KCL是对结点处支路电流加的约束，与支路是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关。非线性无关。KCL方程是按电流参考方向列写的，与电方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。流实际方向无关。下下 页页上上 页页明确明确返返 回回3 3.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)U3U1U2U4下下 页页上上 页页标标定定各各元元件件电电压压参参考方向。考方向。选选定定回回路路绕绕行行方方向向，顺时针或逆时针。顺时针或逆时针。在在集总参数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零所有支路电压的代数和恒等于零。返返 回回I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U1US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1 或或R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4下下 页页上上 页页KVL也适用于电路中任一假想的回路。也适用于电路中任一假想的回路。注意注意返返 回回U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_或或例例KVL的实质反映了电路遵从能量守恒。的实质反映了电路遵从能量守恒。KVL是对回路中的支路电压加的约束，与回路是对回路中的支路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关。还是非线性无关。KVL方程是按电压参考方向列写的，与电压实方程是按电压参考方向列写的，与电压实际方向无关。际方向无关。下下 页页上上 页页明确明确aUSb_-+U2U1返返 回回4.4.KCL、KVL小结小结KCL是是对对支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVL是是对对回回路电压的线性约束。路电压的线性约束。KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。与组成支路的元件性质及参数无关。KCL表表明明在在每每一一结结点点上上电电荷荷是是守守恒恒的的；KVL是是能量守恒能量守恒的具体体现的具体体现(电压与路径无关电压与路径无关)。KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。下下 页页上上 页页返返 回回例题例题:P22-P24