电路学习教材课件

任课教师：王艳萍任课教师：王艳萍7/12/20241绪论绪论一、课程的地位一、课程的地位 电气信息类、电子信息科学类、自动电气信息类、电子信息科学类、自动化等专业的重要基础课，必修课。化等专业的重要基础课，必修课。如：模拟电子技术、数字电子技术、高频电子线路、电机如：模拟电子技术、数字电子技术、高频电子线路、电机学（或电机与拖动）、电力系统分析、自控原理、信号与学（或电机与拖动）、电力系统分析、自控原理、信号与系统、控制元件（或控制电机）、电力电子技术、集成电系统、控制元件（或控制电机）、电力电子技术、集成电路设计等课程都用到电路理论。路设计等课程都用到电路理论。考研课程。考研课程。如：我院三个硕士专业：电力系统及其自动化、电力电如：我院三个硕士专业：电力系统及其自动化、电力电子与电力传动、检测技术与自动化装置都考电路。子与电力传动、检测技术与自动化装置都考电路。7/12/20242二、电路理论及相关技术的发展简史（自学）二、电路理论及相关技术的发展简史（自学）三、电路课程的基本结构三、电路课程的基本结构 一个假设（集总假设）一个假设（集总假设）两类约束（元件约束和拓扑约束）两类约束（元件约束和拓扑约束）基本方法（叠加、分解、变换域和系统分析）基本方法（叠加、分解、变换域和系统分析）叠加方法的理论基础是叠加定理（第叠加方法的理论基础是叠加定理（第4章）章）分解方法的理论基础是置换定理、戴维南定理、分解方法的理论基础是置换定理、戴维南定理、诺顿定理和互易定理（第诺顿定理和互易定理（第4章）章）变换域方法包含相量分析法（第变换域方法包含相量分析法（第8章）和域分析章）和域分析法（第法（第14章）章）系统分析（第系统分析（第15章），一般分析（第章），一般分析（第3章）章）7/12/20243第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律内容提要内容提要电路模型的概念；电路模型的概念；电压、电流参考方向的概念；电压、电流参考方向的概念；吸收、发出功率的表达式和计算方法；吸收、发出功率的表达式和计算方法；各类电路元件：电阻元件、电压源、电流源、各类电路元件：电阻元件、电压源、电流源、电容元件和电感元件等；电容元件和电感元件等；受控电源；受控电源；基尔霍夫定律。基尔霍夫定律。第六章专门介绍第六章专门介绍(circuit model&laws)7/12/20244本章的重点：本章的重点：电流和电压的参考方向；电流和电压的参考方向；电路元件特性；电路元件特性；基尔霍夫定律。基尔霍夫定律。本章的难点：本章的难点：电压电流的电压电流的实际方向实际方向与与参考方向参考方向的联系和差别；的联系和差别；理想电路元件与实际电路器件的联系和差别；理想电路元件与实际电路器件的联系和差别；独立电源与受控电源的联系和差别。独立电源与受控电源的联系和差别。7/12/20245111 1 电路和电路模型电路和电路模型在实践中，为了达到在实践中，为了达到某种目的，人们需要某种目的，人们需要设计、安装一些实际设计、安装一些实际电路，并让它运行。电路，并让它运行。一、实际电路一、实际电路由电器件按一定方式由电器件按一定方式连接而成。作用是：连接而成。作用是：电能量的传输、分电能量的传输、分配与转换；配与转换；信号传信号传递与处理；递与处理；测量电测量电量；量；存贮信息存贮信息等。等。低频信号发生器的内部结构低频信号发生器的内部结构(circuit model)7/12/20246 构成实际电路的构成实际电路的电器件电器件 电源电源 电阻器电阻器蓄电池蓄电池交流稳压电源交流稳压电源7/12/20247 电容器 电感线圈铁心电抗器7/12/20248 变压器 晶体管和集成电路7/12/20249 电源：电源：对电路提供电能或电信号的设备。对电路提供电能或电信号的设备。负载：负载：用电的设备。用电的设备。在电源作用下，电路中产生了电压和电流。所以电在电源作用下，电路中产生了电压和电流。所以电源又称为源又称为激励源激励源，而在电路中产生的电压和电流则，而在电路中产生的电压和电流则称为称为响应响应。根据这种因果关系，根据这种因果关系，激励激励与与响应响应有时也称为有时也称为 输入输入与与输出输出。尽管尽管实际电路实际电路种类繁多，千变万化，但种类繁多，千变万化，但都受基本规律的支配都受基本规律的支配电路理论电路理论。7/12/202410二、关于电路理论二、关于电路理论是一门研究网络分析与综合或设计的基础工程学是一门研究网络分析与综合或设计的基础工程学科，与近代系统理论关系密切。科，与近代系统理论关系密切。研究的方法研究的方法：通过建立一种：通过建立一种电路模型电路模型来分析电路来分析电路中发生的电磁现象，并用电流、电压、电荷和磁中发生的电磁现象，并用电流、电压、电荷和磁通等物理量描述其中的过程。通等物理量描述其中的过程。研究的内容研究的内容：本教材主要研究电路的基本定律、：本教材主要研究电路的基本定律、定理和各种计算方法，以便求解电路中的某些物定理和各种计算方法，以便求解电路中的某些物理量理量。一般不涉及器件内部发生的物理过程。一般不涉及器件内部发生的物理过程。研究的对象研究的对象：是电路模型是电路模型而不是实际电路。而不是实际电路。7/12/202411电路理论电路理论涉及的物理量主要有：涉及的物理量主要有：电流电流、电压电压、电荷、磁通、磁链、电荷、磁通、磁链、电功率电功率、电能量等；电能量等；时变时变量用量用小写小写字母表示：字母表示：i(t)、u(t)、q(t)、f f (t)、y y (t)、p(t)、w(t)恒定恒定量用量用大写大写字母表示：字母表示：I、U、Q、F F 、Y Y 、P、W(t)可以不可以不写写7/12/202412三、电路模型三、电路模型实际器件不只表现出一种电路性质实际器件不只表现出一种电路性质 例如：一个线圈例如：一个线圈而当频率较高时，还要而当频率较高时，还要考虑电容效应，其模型考虑电容效应，其模型中还应包含电容元件。中还应包含电容元件。在直流情况下的模型是一个电阻在直流情况下的模型是一个电阻元件；元件；在较低频率情况下的模型在较低频率情况下的模型是一个电阻元件和一个电是一个电阻元件和一个电感元件的串联组合；感元件的串联组合；7/12/202413理想电路元件理想电路元件是具有某种确定电磁性质的假想元是具有某种确定电磁性质的假想元件，是一种理想化模型并件，是一种理想化模型并具有精确的具有精确的数学定义，数学定义，即即电压电压电流方程电流方程。在电路模型中，各理想电路元件均由在电路模型中，各理想电路元件均由“理想导线理想导线”连接起来。连接起来。根据端子的数目，理想电路元件分为：根据端子的数目，理想电路元件分为：两端、三端和四端元件等。两端、三端和四端元件等。电路模型是实际电路的理想化的模型。电路模型是实际电路的理想化的模型。为了分析方便为了分析方便 必须在一定的条件下，对实际器件加以理想化处必须在一定的条件下，对实际器件加以理想化处理，即忽略它的次要性质，用理想电路元件或它理，即忽略它的次要性质，用理想电路元件或它们的组合来表示实际器件们的组合来表示实际器件(建模建模)。7/12/202414最简单的实际电路和它的理想化模型最简单的实际电路和它的理想化模型电路模型RsR+-Us实际电路电气原理图7/12/20241512 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向描述电路行为的主要变量是描述电路行为的主要变量是电流电流和和电压电压。一、电流及其参考方向一、电流及其参考方向1.正电荷的运动方向正电荷的运动方向规定规定为电流的实际方向。为电流的实际方向。参考方向的选定是任参考方向的选定是任意的，不一定与实际意的，不一定与实际方向相符。方向相符。L5R2C3L6R1iS1iS4C4id4-+.US4+-u1+-uS2id2i60在电路分析中，当电流的在电路分析中，当电流的流向不流向不定定或者或者难以判别难以判别时，先时，先任意任意选定选定一个方向作为电流的方向，这个一个方向作为电流的方向，这个方向叫做电流的方向叫做电流的参考方向参考方向。(current/voltage reference direction)7/12/202416在电路中，电流的参考方向一般用箭头表示。在电路中，电流的参考方向一般用箭头表示。参考方向也可以用双下标表示：如参考方向也可以用双下标表示：如iAB，其参考方向是由其参考方向是由A指向指向B。AB元件元件i参考方向参考方向若求出的若求出的 i 0，说说明参考方向与实际明参考方向与实际方向方向一致一致。若求出的若求出的i 0，说说明参考方向与实际明参考方向与实际方向方向相反相反。AB元件元件i参考方向参考方向实际方向实际方向i实际方向实际方向i7/12/2024172.电压及其参考方向电压及其参考方向 两点间电压的实际方向由高电位指向低电位两点间电压的实际方向由高电位指向低电位。与电流方向的处理方法类似：与电流方向的处理方法类似：任选一方向为电压的任选一方向为电压的参考方向参考方向。若求得的若求得的 u为正值，说明电压为正值，说明电压的实际极性与参考极性一致，的实际极性与参考极性一致，否则说明两者相反。否则说明两者相反。AB元件元件u参考参考方向方向+-参考极性参考极性或者说或者说 参考极性参考极性。电压的参考方向也可以用双电压的参考方向也可以用双下标表示：如下标表示：如 uAB，其参考，其参考方向是由方向是由A指向指向B。AB元件元件uAB7/12/202418 养成习惯：养成习惯：分析电路时，先指定各处电流和电分析电路时，先指定各处电流和电压的参考方向！压的参考方向！指定参考方向后，电流和电压成为代数量，因此可用函数指定参考方向后，电流和电压成为代数量，因此可用函数表示。表示。否则，电流和电压的正负无意义否则，电流和电压的正负无意义。对一段电路或一个元件上的电压参考方向和电流参考方对一段电路或一个元件上的电压参考方向和电流参考方向可以独立地加以任意指定。向可以独立地加以任意指定。关联参考方向关联参考方向：电流与电压的参考方向：电流与电压的参考方向一致一致。N+-uiN+-ui关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向AB元件元件ui7/12/202419注注(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2)参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向和包括方向和符号符号），在计算过程中不得任意改变。），在计算过程中不得任意改变。（3）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际 方向不变。方向不变。i例例U电压电流参考方向如图中所标，问：对电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？两部分电路电压电流参考方向关联否？答：答：A 电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联；B 电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。ABAB7/12/20242013 电功率和能量电功率和能量当电流通过电炉和灯泡时，能使它们生热、发光。当电流通过电炉和灯泡时，能使它们生热、发光。这说明电源提供的能量能通过负载转换为其他种这说明电源提供的能量能通过负载转换为其他种不同形式的能量。不同形式的能量。正电荷从元件上电压的正电荷从元件上电压的“”极，极，经元件移到电压的经元件移到电压的“”极，极，是是电场力对电荷作功，这时元件吸电场力对电荷作功，这时元件吸收能量。收能量。反之，反之，电场力作负功，元件向外释放能量。电场力作负功，元件向外释放能量。+-ui元元件件AB(Electric power and energy)7/12/202421如果如果A、B两点间的电压为两点间的电压为 u，且在且在 dt 时间内将时间内将dq库仑的电荷从库仑的电荷从A点移到点移到B点，则电场力所做的功为：点，则电场力所做的功为：在在t0到到t时间内，元件吸收的电能量为：时间内，元件吸收的电能量为：吸收吸收(或产生或产生)能量的速率，即为能量的速率，即为功率：功率：dw=u dq=u i dtw(t)=tt0u(x x)i(x x)dx xp(t)=dw(t)dt=u(t)i(t)+-ui元元件件AB7/12/202422功率计算公式功率计算公式 p=ui 不仅适合于一个元件，也适不仅适合于一个元件，也适用于任何一段电路。用于任何一段电路。在在关联关联参考方向下：参考方向下：p0，说明说明吸收功率吸收功率。p0，说明说明吸收负功率吸收负功率，实际上是实际上是发出发出功率。功率。在在非关联非关联参考方向下：参考方向下：p0 说明说明发出发出功率，功率，p0 说明说明发出负功率发出负功率，实际上是实际上是吸收吸收功率。功率。+-ui元元件件AB功功率率传传递递方方向向+-ui元元件件AB功功率率传传递递方方向向7/12/202423快速回放快速回放1.所谓电路分析是在已知电路结构参数及元件性质的情况下，所谓电路分析是在已知电路结构参数及元件性质的情况下，找出找出输入（激励）与输出（响应）之间的关系输入（激励）与输出（响应）之间的关系，或已知输入，或已知输入求输出或已知输出求输入。求输出或已知输出求输入。2.理想电路元件：抽掉了实际部件的外形、尺寸等差异性，理想电路元件：抽掉了实际部件的外形、尺寸等差异性，反映其电磁性能共性的电路模型的最小单元。反映其电磁性能共性的电路模型的最小单元。3.具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下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模型表示；可用同一模型表示；7/12/2024244.电压、电流的参考方向可以任意指定。电压、电流的参考方向可以任意指定。分析电路前必须选定电压和电流的参考方向；分析电路前必须选定电压和电流的参考方向；参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包包括方向和符号括方向和符号)，在计算过程中不得任意改变；，在计算过程中不得任意改变；参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际方参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际方向不变；向不变；对于无源二端元件，以后若只标一个物理量的参考对于无源二端元件，以后若只标一个物理量的参考方向，表示采用关联参考方向。方向，表示采用关联参考方向。用箭头或双下标表示，电压还可以用极性表示用箭头或双下标表示，电压还可以用极性表示。电压、电流采用相同的参考方向称关联参考方向。电压、电流采用相同的参考方向称关联参考方向。7/12/2024255.吸收或发出功率的判断吸收或发出功率的判断 u,i 取关联参考方向取关联参考方向，Pui 表示元件吸收功率。表示元件吸收功率。对一完整的电路，发出的功率消耗的功率，对一完整的电路，发出的功率消耗的功率，满足功率平衡。满足功率平衡。+-5V2Ai例：计算图示电路各元件的功率。例：计算图示电路各元件的功率。u解：解：u=5V，i=2AP5V =ui=52=10W实际吸收实际吸收10W功率。功率。u,i 取取非非关联参考方向关联参考方向，Pui 表示元件发出功率。表示元件发出功率。P2A =ui=52=10W实际发出实际发出10W功率。功率。7/12/20242614 电路元件电路元件1.集总参数元件：集总参数元件：对于一个电器件，当对于一个电器件，当不考虑其电流、不考虑其电流、电压在空间分布的情况电压在空间分布的情况时，叫做集总参数元件。时，叫做集总参数元件。2.集总假设条件：集总假设条件：器件的尺寸远小于电路工作频率所器件的尺寸远小于电路工作频率所对应的波长。对应的波长。例如音频信号例如音频信号：频率频率 f=20kHz，光速光速 v=3108 m/s。则波长则波长l l 远距离传输的电线路、电视机的远距离传输的电线路、电视机的天线等电路不满足集总假设条件。天线等电路不满足集总假设条件。=v f=实验室里的电路板及其电器件的尺寸都满足集总假设条件。实验室里的电路板及其电器件的尺寸都满足集总假设条件。15km实际情况是，电场与磁场相互作用会产生电磁波，一部分实际情况是，电场与磁场相互作用会产生电磁波，一部分能量将通过辐射而损失掉，只有在辐射能量可忽略不计的能量将通过辐射而损失掉，只有在辐射能量可忽略不计的情况下才能采用情况下才能采用“集总集总”的概念。这就要求器件的几何尺的概念。这就要求器件的几何尺寸远小于工作频率对应的波长。寸远小于工作频率对应的波长。7/12/202427“集总集总”意味着把元器件的电场和磁场分开，电场意味着把元器件的电场和磁场分开，电场只与电容器件有关；磁场只与电感器件有关；两种只与电容器件有关；磁场只与电感器件有关；两种场之间不存在相互作用。本书讨论的电路元件都是场之间不存在相互作用。本书讨论的电路元件都是集总参数元件或称集总元件。集总参数元件或称集总元件。由集总元件构成的电路称为集总电路。由集总元件构成的电路称为集总电路。在在集总电路集总电路里，电流、电压除了在元件上应里，电流、电压除了在元件上应满足元满足元件约束件约束之外，还要之外，还要满足基尔霍夫定律满足基尔霍夫定律(拓扑约束拓扑约束)。3.电路元件分为：电路元件分为：二端二端(单口单口)、三端或四端、三端或四端(双口双口)；有源和无源；有源和无源；线性和非线性；线性和非线性；等等。等等。时变和时不变；时变和时不变；有记忆和无记忆；有记忆和无记忆；单向和双向单向和双向7/12/20242815 电阻元件电阻元件 在一定的条件下，电阻器、灯泡、电炉在一定的条件下，电阻器、灯泡、电炉等电器件的模型就是一个二端线性电阻等电器件的模型就是一个二端线性电阻元件。在任何时刻，它两端的电压和通元件。在任何时刻，它两端的电压和通过它的电流关系都服从过它的电流关系都服从欧姆定律。欧姆定律。R 为元件的电阻，是一个正实常数。为元件的电阻，是一个正实常数。单位：单位：u用用 V，i用用A时，时，R为为 W W。i=u R或或 u=Riu用用 V，i用用mA时，时，R为为 kW W。+-uiR图形符号图形符号1.若电压和电流采用关联参考方向若电压和电流采用关联参考方向 则则7/12/202429令令 G则欧姆定律变成则欧姆定律变成：i=G u G 称为元件的电导，单位是称为元件的电导，单位是S(西西)。R和和G都是电阻元件的参数。都是电阻元件的参数。oui伏安特性伏安特性线性电阻的伏安特线性电阻的伏安特性对称于原点。性对称于原点。=1Ri=1Ru+-uiR图形符号图形符号7/12/202430 2.特殊情况特殊情况(1)不管端电压为不管端电压为何值，流过它的何值，流过它的电流恒为零，称电流恒为零，称“开路开路”。(2)不管流过它的不管流过它的电流为何值，端电流为何值，端电压恒为零，称电压恒为零，称“短路短路”。oui开路的伏安特性开路的伏安特性+-ui=0R=oui短路的伏安特性短路的伏安特性+-u=0iR=07/12/2024313.电阻的功率电阻的功率 当当u和和 i 取关联参考方向时，取关联参考方向时，因因R 和和G是是正实常数正实常数，故总有，故总有 p0。所以所以线性电阻线性电阻是耗能是耗能原件。原件。电阻元件一般是把吸收的电能转换为热能消耗掉。电阻元件一般是把吸收的电能转换为热能消耗掉。在在t0到到t时间内，吸收的能量为：时间内，吸收的能量为：p=ui=R i2=u2R=G u2=i2Gw(t)=tt0R i2(x x)dx xR消耗的功率为消耗的功率为+-uiR所以所以线性电阻线性电阻是无源元件是无源元件。7/12/202432线性电阻元件总结线性电阻元件总结图形符号：图形符号：文字符号或元件参数：文字符号或元件参数：R、G伏安特性：伏安特性：u=R i i=G u 单位：单位：W W S 耗能元件，消耗的功率：耗能元件，消耗的功率：Ru2无源、无记忆、双向元件无源、无记忆、双向元件p=ui=i2R=7/12/20243316 电压源和电流电压源和电流源源二端有源二端有源、理想理想电路元件电路元件1.电压源电压源+-usUs基本特性：基本特性：参参考考极极性性恒定或直流恒定或直流外外电电路路+-us+-uioiuus(t1)oiuUs(1)(1)端电压是给定函数端电压是给定函数(值值)，u(t)=us(t)或或 u(t)=Us 不受外电路的影响。不受外电路的影响。7/12/202434(2)流过它的电流是任意的，取决于外电路。流过它的电流是任意的，取决于外电路。us、i 采用非关联参考方向时，发出的功率为：采用非关联参考方向时，发出的功率为：p(t)=us(t)i(t)，也是外电路吸收也是外电路吸收的功率。的功率。电压源处于开路，电压源处于开路，i=0。若若令令us=0，则则电压源电压源相当于相当于短路。短路。外外电电路路+-us+-uioiuus(t1)oiuUsoiuus=0 把把 us 0 的电压源短路是没有意义的！的电压源短路是没有意义的！+-2V+-uiu=0?u=2V?外外电电路路us=0+-ui7/12/2024352.电流源电流源基本性质：基本性质：(1)发出的电流是给定的函数发出的电流是给定的函数(值值)，不受外电路影响不受外电路影响：i(t)=is(t)或或 i(t)=Is(2)两端的电压是任意的，取决两端的电压是任意的，取决于外电路。于外电路。is、u 采用非关联参考方向时，采用非关联参考方向时，发出的功率为：发出的功率为：p(t)=u(t)is(t)电流源处于短路，电流源处于短路，u=0。oiuis(t1)Is若令若令is=0，则则电流源电流源相当于相当于开路。开路。把把 is 0的电流源开路没有意义！的电流源开路没有意义！is=0参参考考方方向向外外电电路路is+-ui外外电电路路+-uis=02A+-uii=0？i=2A？7/12/202436例：例：图示电路，当电阻图示电路，当电阻R在在0之间变化时，求电之间变化时，求电流源端电压流源端电压U的变化范围和电流源发出功率的变化。的变化范围和电流源发出功率的变化。is=2ARu解：解：(1)当电阻为当电阻为R时，电流源的电压为时，电流源的电压为 u=Ris 电流源发出的功率为：电流源发出的功率为：P=uis=is R2 表明当电阻由小变大，电压也由小变大，电源发出的功率也由小变大。(2)当当R=0时，时，u=0，P=uis=0。(3)当当R=时，时，u，P=uis。看：看：理想电流源的电压随外部电路变化理想电流源的电压随外部电路变化，电流源在使用过程中不允许开路。电流源在使用过程中不允许开路。7/12/20243717 受控电源受控电源表征在电子、电器器件中所发生的物理现象的模型表征在电子、电器器件中所发生的物理现象的模型三极管的集电极电流受基极电流控制三极管的集电极电流受基极电流控制 ic=ib场效应管的漏极电流受栅源电压控制场效应管的漏极电流受栅源电压控制 id=gugs集成运放的输出电压受输入电压控制集成运放的输出电压受输入电压控制 uo=Aud发电机的输出电压与励磁电流的关系发电机的输出电压与励磁电流的关系 uo=rif电压源的电压电压源的电压电流源的电流电流源的电流不受外电路影响不受外电路影响独立电源独立电源大小和方向受电路某部大小和方向受电路某部分电压或电流的控制分电压或电流的控制受控电源受控电源定义定义 分类和图形符号如下：分类和图形符号如下：7/12/202438 压控电压源压控电压源(Voltage controlled voltage source)压控电流源压控电流源(Voltage controlled current source)流控电压源流控电压源(Coltage controlled voltage source)-+-u1 u1+-u1gu1-+i1ri1i1 i1 流控电流源流控电流源(Coltage controlled current source)VCVSVCCSCCVSCCCS7/12/202439、g、r和和 都都是控制系数，其中是控制系数，其中 和和 无量纲，无量纲，g和和r分别具有电导和电阻的量纲。分别具有电导和电阻的量纲。当控制系数为常数时，被控制量与控制量成正比，当控制系数为常数时，被控制量与控制量成正比，称称线性受控源线性受控源。当控制电压或电流为零时，受控源的电压或电流当控制电压或电流为零时，受控源的电压或电流也为零。也为零。即受控源不能单独存在。即受控源不能单独存在。受控源本身不直接起受控源本身不直接起“激励激励”作用。作用。只是用来反映电路中某处的电压或电流能控制另只是用来反映电路中某处的电压或电流能控制另一处的电压和电流这一现象。一处的电压和电流这一现象。在电路的简化过程中在电路的简化过程中,不能将控制量消掉不能将控制量消掉(可转移可转移)。是四端元件。是四端元件。7/12/202440温故知新温故知新2.欧姆定律欧姆定律 u=Ri 只适用于线性电阻只适用于线性电阻(R为常数）。为常数）。说明线性电阻的电压和电流是同时存在，同时消失的，是说明线性电阻的电压和电流是同时存在，同时消失的，是无记忆、双向性的元件。无记忆、双向性的元件。3.若电阻上的电压与电流参考方向非关联，若电阻上的电压与电流参考方向非关联，则公式中应冠以负号：则公式中应冠以负号：u=-=-Ri 1.电阻的定义：电阻的定义：R=iu线性线性R为常数，非线性为常数，非线性R不是。不是。uiR4.“开路开路”：不论不论 u为何值，流过为何值，流过 R的电流恒为零的电流恒为零。“短路短路”：不论不论 i为何值，为何值，R两端的电压恒为零两端的电压恒为零。5.功率的计算：功率的计算：Ru2p=ui=i2R=u2G=Gi27/12/202441温故知新温故知新6.独立源与受控源的比较独立源与受控源的比较 独立源电源独立源电源电路的输入，代表外界对电路的输入，代表外界对电路的作用。即作为信号电路的作用。即作为信号源起起源起起“激励激励”作用，在作用，在电路中产生电压、电流。电路中产生电压、电流。受控源受控源表示在电子器件中所发生的某表示在电子器件中所发生的某种物理现象的模型。反映了电种物理现象的模型。反映了电路中某处的电压或电流能控制路中某处的电压或电流能控制另一处的电压或电流的关系。另一处的电压或电流的关系。可以单独存在，不可以单独存在，不受外电路影响。受外电路影响。不能单独存在，受控不能单独存在，受控制量的影响。制量的影响。电压源电压源电流源电流源压控电压源、流控电压源压控电压源、流控电压源压控电流源、流控电流源压控电流源、流控电流源7/12/202442+-u1=5V+-3u1ab+-u1=5V3u1abi1=2A+-4i1abi1=2A3i1ab解题指导：利用独立电源和受控电源的定义，说解题指导：利用独立电源和受控电源的定义，说明下图中哪些互联是正确的，哪些由于理想电源明下图中哪些互联是正确的，哪些由于理想电源的影响违反了规定。的影响违反了规定。不不正正确确极性对极性对但大小但大小不等。不等。违反了违反了规定。规定。正正确确电压源电压源只提供只提供电压，电压，流过多流过多大电流大电流都行。都行。电流源电流源只提供只提供电流，电流，两端电两端电压多大压多大都行。都行。正正确确不不正正确确7/12/202443电路如图，求电压电路如图，求电压 u2=?解：解：-+-+-5i13W Wu1=6Vu2i1i1=u13=2Au2=-5i1+6=-=-10+6=-4=-4Vi=?1W W3W W5W W4W W3W W-2A3A求下图所示电路中的电流求下图所示电路中的电流 i。说明同学们说明同学们“电力电力”不足，要继续不足，要继续“充电充电”。7/12/202444支路支路：联接于电路中的每联接于电路中的每一个二端元件。一个二端元件。结点结点：两个或更多个支路两个或更多个支路的共同联接点。的共同联接点。回路回路：由支路构成的闭合路径。由支路构成的闭合路径。19 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 两个或更多个理想元件相互联接两个或更多个理想元件相互联接起来，便得到一个集总电路。起来，便得到一个集总电路。一、支路，结点，回路一、支路，结点，回路13645用支路序列表示：如用支路序列表示：如(2,3,4,6)、(2,3,5,6)、(1,2)等。等。27/12/202445二、基尔霍夫定律二、基尔霍夫定律两类约束：两类约束：元件约束元件约束(VCR)元件特性造成的约束元件特性造成的约束。如如电阻元件电阻元件 uR=RiR拓扑拓扑约束约束(KCL，KVL)元件的联接带来的约束元件的联接带来的约束，由基尔霍夫定律体现。由基尔霍夫定律体现。VCR，KCL和和KVL是求解集总电路的基础是求解集总电路的基础!电路由元件组成，电路由元件组成，整个电路表现如整个电路表现如何，既要看这些何，既要看这些元件是怎样联接元件是怎样联接成一个整体的，成一个整体的，又要看每个元件又要看每个元件各有什么特性。各有什么特性。第六章还有电感、电容第六章还有电感、电容元件的约束关系。元件的约束关系。7/12/2024461.KCL(基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律)KL，1845年由德国物理学家基尔霍夫提出。年由德国物理学家基尔霍夫提出。在在集集总总电电路路中中，任任何何时时刻刻，对对任任一一结结点点，所所有有流流出结点的支路电流的代数和恒为零。出结点的支路电流的代数和恒为零。根据电流的参考方向，若流出节点的电流前面取根据电流的参考方向，若流出节点的电流前面取“”号，则流入节点的电流前面取号，则流入节点的电流前面取“”号。号。i=0KCL也可叙述为：在任何时刻，也可叙述为：在任何时刻，流入流入任一结点的支任一结点的支路电流恒路电流恒等于流出等于流出该结点的支路电流。该结点的支路电流。从物理本质上看，从物理本质上看，KCL是是电荷守恒定律电荷守恒定律运用于运用于集总电路集总电路的结果。的结果。i入入=i 出出7/12/202447写写KCL方程时，应先标出所有电流的参考方向。方程时，应先标出所有电流的参考方向。i1i2i3i7i8i4i5i6对结点对结点：i1+i4-i6=0i1+i4=i6 流出流出流入流入对结点对结点：-i2-i4+i5=0对结点对结点：i3-i5+i6=0i1-i2+i3=0以上以上3式相加：式相加：KCL的推广：的推广：通过一个闭合面的电流的代数和也总是等于零。通过一个闭合面的电流的代数和也总是等于零。这叫做这叫做电流的连续性。电流的连续性。7/12/202448注意：注意：KCL方程中的方程中的正、负号正、负号取决于取决于电流电流参考方向的取法参考方向的取法！运用运用KCL时要与两时要与两套符号打交道：套符号打交道：方程中各项前的正、负号，方程中各项前的正、负号，取决于电流参考方向对结取决于电流参考方向对结点的相对关系，点的相对关系，流出取正，流出取正，流入取负流入取负。在以数值代入时，每项电在以数值代入时，每项电流本身还有符号，其正负流本身还有符号，其正负取决于电流参考方向是否取决于电流参考方向是否与实际方向一致，与实际方向一致，一致取一致取正，相反取负正，相反取负。已知：已知：i2=-2A,i3=3A试求：试求：i1i2i3i1解：由解：由-i1-i2+i3=0得：得：i1=-=-i2+i3=-=-(-(-2)+3=5A+3=5A7/12/2024492.KVL（基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律）在集总电路中，任何时刻，沿任一回路，所有支路在集总电路中，任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。电压的代数和恒等于零。运用运用KVL时，需要任意指时，需要任意指定一个回路的绕行方向，若定一个回路的绕行方向，若元件元件电压的参考方向与回路电压的参考方向与回路的绕行方向一致，则该电压的绕行方向一致，则该电压前取前取“+”号，否则取号，否则取“-”号。号。u=0 123456+-u5+-u1+-u3+-u4+-u2+-u6u1+u2-u3+u4=0 u3=u1+u2+u4电路中两节点之间的电压值是单值的。电路中两节点之间的电压值是单值的。例如例如、之间的电之间的电压，可以通过元件压，可以通过元件3求出，也可以通过元件求出，也可以通过元件4、1、2求出求出。7/12/202450 123456+-u5+-u1+-u3+-u4+-u2+-u6例：求结点例：求结点、之间的电压之间的电压 u13 所以：所以：u13=u1+u2 u13=u3-u4或者：或者：解：解：KVL实质上是电压与路实质上是电压与路径无关这一性质的反映。径无关这一性质的反映。本例说明：本例说明：KVL也适用于电路中任也适用于电路中任一假想的回路。一假想的回路。4+-u43+-u3u13-u3+u4+u13=07/12/202451KCL规定了电路中规定了电路中任一结点处电流任一结点处电流必须服从必须服从的约束关系，而的约束关系，而KVL则规定了电路中则规定了电路中任一回任一回路内电压路内电压必须服从的约束关系。必须服从的约束关系。不论元件是线性的还是非线性的，时变的还不论元件是线性的还是非线性的，时变的还是非时变的，只要是集总电路，是非时变的，只要是集总电路，KCL和和KVL总是成立的。总是成立的。应用时要对各结点和支路编号，指定有关回应用时要对各结点和支路编号，指定有关回路的绕行方向，规定各支路电压和电流的参路的绕行方向，规定各支路电压和电流的参考方向考方向(一般取关联参考方向一般取关联参考方向)。KCL、KVL这两个定律仅与元件的相互联这两个定律仅与元件的相互联接有关，而与元件的性质无关。接有关，而与元件的性质无关。7/12/202452例例1-4：电路及参数如：电路及参数如图。求图。求 u3=?u3=-=-R3 ic=-=-5R3 i1应先求得应先求得i1对结点对结点用用KCL得：得：i2=ic+i1=6 i1R2R3R1+-+-us+-i1u2ic=5i1i2u32kW W0.5kW W3kW W10V对回路对回路用用KVL得：得：R1 i1+R2 i2-us=0R1 i1+6R2 i1-us=0 i1=usR1+6R2 i1=102+6 0.5=2(mA)u3=-=-5R3 i1=-=-5 3 2=-=-30 V解：解：7/12/202453本章小结本章小结1.本教材分析都是实际电路的理想化模型，即本教材分析都是实际电路的理想化模型，即 电路模型。电路模型。2.在分析任何电路之前，都应先指定电流和电在分析任何电路之前，都应先指定电流和电压的压的参考方向参考方向。参考方向可。参考方向可任意选定任意选定。3.功率的表达式：功率的表达式：p=ui 在在关联关联参考方向下，按参考方向下，按吸收吸收功率计算，功率计算，非关联非关联参考方向时，按参考方向时，按发出发出功率计算。功率计算。4.开路和短路的概念。开路和短路的概念。5.独立电源和受控电源。独立电源和受控电源。6.元件约束、拓扑约束。元件约束、拓扑约束。7/12/202454本章本章结束结束7/12/202455