第一章_電路模型和電路定律

1、1、電路理論是研究電路中發(fā)生的電磁現(xiàn)象，利用電路基本理、電路理論是研究電路中發(fā)生的電磁現(xiàn)象，利用電路基本理論和基本定律進行分析計算，是電子與電氣信息類專業(yè)的重論和基本定律進行分析計算，是電子與電氣信息類專業(yè)的重要的基礎(chǔ)課程；要的基礎(chǔ)課程；2、電路研究內(nèi)容一般分類及應用方向：、電路研究內(nèi)容一般分類及應用方向： a.強電部分強電部分：電能輸送、分配、電功率計算、效率、電氣：電能輸送、分配、電功率計算、效率、電氣安全等；安全等； b.弱電部分弱電部分：電信號傳輸、處理、調(diào)制解調(diào)、濾波、畸：電信號傳輸、處理、調(diào)制解調(diào)、濾波、畸變分析、模擬和數(shù)字信號、電路特性等；變分析、模擬和數(shù)字信號、電路特性等； 應

2、用研究領(lǐng)域包括電子工程、電氣驅(qū)動、自動化工程、應用研究領(lǐng)域包括電子工程、電氣驅(qū)動、自動化工程、電力電子、電力電子、 通信工程、電子儀器及測量、計算機、光電工程通信工程、電子儀器及測量、計算機、光電工程等、生物醫(yī)學等、生物醫(yī)學.3、課程特點課程特點： 本課程定位為理工類本科生的基礎(chǔ)課，課程知識是對實本課程定位為理工類本科生的基礎(chǔ)課，課程知識是對實際問題的抽象研究際問題的抽象研究.課程不涉及具體電器元件，主要講述電課程不涉及具體電器元件，主要講述電路的一般分析計算方法，具有較強的理論性路的一般分析計算方法，具有較強的理論性. 本課程研究內(nèi)容是電子線路、信號處理、高頻電子線路、本課程研究內(nèi)容是電子線

3、路、信號處理、高頻電子線路、自動控制理論、微機控制、電氣驅(qū)動、電力電子、電力系統(tǒng)自動控制理論、微機控制、電氣驅(qū)動、電力電子、電力系統(tǒng)等后續(xù)課程的基礎(chǔ)等后續(xù)課程的基礎(chǔ). 本課程學習所需的準備知識包括物理學、微積分、微分本課程學習所需的準備知識包括物理學、微積分、微分方程、復變函數(shù)、線性代數(shù)等方程、復變函數(shù)、線性代數(shù)等.1-2 電壓和電流的參考方向電壓和電流的參考方向1-8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1-5 電阻元件電阻元件1-3 電功率和能量電功率和能量1-6 電壓源和電流源電壓源和電流源1-1 電路和電路模型電路和電路模型1-7 受控電源受控電源1-4 電路元件電路元件本章作業(yè)：本章作業(yè)：1-4

4、（c）、（）、（f），），1-5（a），），1-10（a），），1-20一、電路：一、電路：如手電筒，包括電池、燈泡、開關(guān)及其連線。如手電筒，包括電池、燈泡、開關(guān)及其連線。復雜的電路如超大規(guī)模集成電路、通信網(wǎng)絡、自動控制系復雜的電路如超大規(guī)模集成電路、通信網(wǎng)絡、自動控制系統(tǒng)、高壓電網(wǎng)等。統(tǒng)、高壓電網(wǎng)等。二、電路計算基本物理量及單位二、電路計算基本物理量及單位千：千：k 毫：毫：m 微：微： 納：納：n 皮：皮：p 1-1 電路和電路模型（電路和電路模型（model)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:30-Dec-2002Sheet

5、 of File:E:wyflinear motor論 文 電 路 圖 論 文 電 路 .ddbDrawn By:Q1+C1R5321411U1AVCC567U1B1098U1C121314U1DR2R3VCCC2R4D1VCCR1VCCPRECVCON123456ABCD654321DCBATitleNumberR evisionSizeBDate:30-Dec-2002Sheet of File:E:wyflinear motor論 文 電 路 圖 論 文 電 路 .ddbDrawn B y:C LKR STC SC KDAOEINTW VSGNDGNDW BVBUBW TVTUTVDDV

6、DDU1SM 2001R A0/AN02R A1/AN13R A2/AN2/VR EF-4R A3/AN3/VR EF+5R A4/T0C KI6R A5/AN4/SS7R B 0/INT21R B 122R B 223R B 3/PGM24R B 425R B 526R B 6/PGC27R B 7/PGD28R C 0/T1OSO/T1C KI11R C 1/T1OSI/C C P212R C 2/C C P113R C 3/SC K/SC L14R C 4/SDI/SDA15R C 5/SDO16R C 6/TX/C K17R C 7/R X/DT18M C LR /VPP/THV1OS

7、C 1/C LKIN9OSC 2/C LKOUT10U2PIC 16F873Y1C 10C 11123max809VC CVC ONVC CVC C單位名稱：單位名稱：安安（培）（培） 符號：符號：A （Ampere）一、電流一、電流 (current)1、電流定義、電流定義1-2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向(reference direction)2、電流的參考方向、電流的參考方向參考方向參考方向：任意選定的一個方向作為電流的參考方向：任意選定的一個方向作為電流的參考方向。i 參考方向參考方向例例I1 = 1A10V10 I1I1 = - -1A10V10 I11、電壓、電壓單

8、位名稱：單位名稱：伏伏(特特) 符號：符號：V（Volt）二、電壓二、電壓 (voltage)2、電壓、電壓(降降)的參考方向的參考方向+實際方向?qū)嶋H方向+實際方向?qū)嶋H方向U 0U 0+（參考方向）（參考方向）U+（參考方向）（參考方向）UABUABAB例例U1 = 10V10V10 +U110V10 +U1U1 = 10V三、電位：三、電位：電路中任一點到參考點之間的電壓就等于該點的電位電路中任一點到參考點之間的電壓就等于該點的電位abcd設設c點為電位參考點，則點為電位參考點，則 c= 0 a= Uac， b=Ubc， d= UdcUab = a- - b四、關(guān)聯(lián)參考方向四、關(guān)聯(lián)參考方向

9、若指定流過元件的電流的參考方向是從標以電壓正若指定流過元件的電流的參考方向是從標以電壓正極性的一端指向負極性的一端，即二者的參考方向一致，極性的一端指向負極性的一端，即二者的參考方向一致，稱電流和電壓的這種參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向。稱電流和電壓的這種參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向。電路作業(yè)解題計算必須畫出電路圖并標注電壓電流電路作業(yè)解題計算必須畫出電路圖并標注電壓電流參考方向參考方向！小結(jié)：小結(jié)：1、分析電路前必須、分析電路前必須選定選定電壓和電流的電壓和電流的參考方向參考方向。2、參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應位置、參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應位置標注標注 (包括包括方向方向 和符號和符號），在

10、計算過程中不得任意改變。），在計算過程中不得任意改變。3、關(guān)聯(lián)參考方向和非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向和非關(guān)聯(lián)參考方向。+UI+UI關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)參考方向參考方向非關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)參考方向參考方向4、參考方向也稱為假定正方向（關(guān)聯(lián)正方向），以后討論均、參考方向也稱為假定正方向（關(guān)聯(lián)正方向），以后討論均 在參考方向下進行在參考方向下進行，不考慮實際方向。不考慮實際方向。一、一、 電功率電功率(power)功率功率的單位名稱：的單位名稱：瓦瓦（特）（特） 符號（符號（W）能量能量的單位名稱：的單位名稱：焦焦（耳（耳)符號（符號（J）1-3 電功率和能量電功率和能量度？度？1度度= 1千瓦小時（千瓦小時（ kWh）

11、=3.6106J二、功率的計算二、功率的計算1、u, i 取關(guān)聯(lián)參考方向取關(guān)聯(lián)參考方向 p吸吸 = u iP吸吸 0 實際吸收實際吸收5W例例 U = 5V， I = - - 1AP吸吸= UI = 5 (- -1) = - -5 W例例 U = 5V， I = - - 1AP吸吸= -UI = -5 (- -1) = + +5 W1-4 電路元件電路元件集總電路集總電路電路物理量電路物理量電路元件電路元件電壓電壓u，電流，電流i，電荷，電荷q，磁通，磁通等等集總元件假定：在任何時刻，流入二端集總元件假定：在任何時刻，流入二端元件的一個端子的電流一定等于從另一元件的一個端子的電流一定等于從另一

12、端流出的電流，且兩個端子之間的電壓端流出的電流，且兩個端子之間的電壓為單量值。為單量值。+-ui二端二端元件元件線性元件，非線性元件線性元件，非線性元件時不變元件，時變元件時不變元件，時變元件無源元件，有源元件無源元件，有源元件線性線性(定常定常)電阻元件電阻元件(linear resistor)(1) 電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向1、歐姆定律、歐姆定律 (Ohms Law)u R iR 稱為電阻稱為電阻 單位單位:歐歐(姆姆)/ R+uiG 1/RG稱為電導稱為電導 單位單位:西西(門子門子)/ S (Siemens)i G u1-5 電阻元件電阻元件(resistor)

13、 ui0線性線性電阻元件的伏安特性為電阻元件的伏安特性為一條過原點的直線一條過原點的直線(2) 電阻的電壓和電流的參考方向相反電阻的電壓和電流的參考方向相反R+ui則歐姆定律寫為則歐姆定律寫為u Ri 或或 i Gu 公式必須和參考方向配套使用！公式必須和參考方向配套使用！2、功率和能量、功率和能量p吸吸 ui (R i ) i i 2 R u(u/ R) = u2/ R功率：功率：R+ui能量：可用功表示。從能量：可用功表示。從t0 到到 t電阻消耗的能量電阻消耗的能量0002dddtttRtttWpuii R3、短路與開路、短路與開路 (1)當當 R = 0 (G = )，視其，視其為為

14、短路短路(short circuit)。 i為有限值時，為有限值時，u = 0。(2)當當 R = (G = 0 )，視，視其為其為開路開路(open circuit) 。u為有限值時，為有限值時，i = 0。ui0開路開路ui0短路短路+-Riu+-Riu一、理想電壓源一、理想電壓源(independent voltage source)1、特點、特點(a) 端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) 通過它的電流是任意的，由外電路決定。通過它的電流是任意的，由外電路決定。電路符號電路符號uS2、伏安特性、伏安特性uS+_iu+_USui01-6 電壓源和

15、電流源電壓源和電流源(independent source)3、理想電壓源的開路與短路、理想電壓源的開路與短路uS+_iu+_(1) 開路開路 i=0(2) 理想電壓源不允許短路理想電壓源不允許短路4、實際電壓源、實際電壓源 發(fā)電機、蓄電池發(fā)電機、蓄電池5、功率、功率i , uS 關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián) p吸吸=uSi i , us非關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)p吸吸= -uS i p發(fā)發(fā)= uS i uS+_iu+_uS+_iu+_二二、理想電流源、理想電流源(independent current source)1、特點、特點(a) 電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) 電源

16、兩端電壓電源兩端電壓是由外電路決定。是由外電路決定。電路符號電路符號iS2、伏安特性、伏安特性ISui0iSiu+_3、理想電流源的短路與開路、理想電流源的短路與開路(2) 理想電流源不允許開路。理想電流源不允許開路。(1) 短路：短路：i= iS ，u=0 iSiu+_4、實際電流源、實際電流源 穩(wěn)流電子設備，如光電池，晶體三極管穩(wěn)流電子設備，如光電池，晶體三極管5、功率、功率p吸吸= -u iS p發(fā)發(fā)= u isp吸吸= uis iSu+_iSu+_u , iS 關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián) u , iS 非非關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián) 一、定義一、定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定函數(shù)，：電壓源電壓或電流源電流不是給定函

17、數(shù)，而是受電路中某個支路的電壓而是受電路中某個支路的電壓(或電流或電流)的控的控制。制。電路符號電路符號+受控電壓源受控電壓源受控電流源受控電流源1-7 受控電源受控電源（controlled source/dependent source）(1) 電流控制的電流源電流控制的電流源 ( Current Controlled Current Source )b: : 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)晶體三極管放大器晶體三極管放大器r : 轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電阻直流發(fā)電機直流發(fā)電機 u1=0 i2=b b i1 u1=0u2=r i1二、四種類型二、四種類型(2) 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( Curr

18、ent Controlled Voltage Source )CCCSb b i1+_u2i2+_u1i1i2i1CCVSr i1+_u2+_u1+_g: 轉(zhuǎn)移電導轉(zhuǎn)移電導場效應管場效應管:電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)變壓器變壓器 i1=0i2=gu1 i1=0u2= u1(3) 電壓控制的電流源電壓控制的電流源 ( Voltage Controlled Current Source )(4) 電壓控制的電壓源電壓控制的電壓源 ( Voltage Controlled Voltage Source )VCCSgu1+_u2i2+_u1i1VCVS u1+_u2+_u1+_i2i1* ，g， b b

19、 ，r 為常數(shù)時，被控制量與控制量滿足線性關(guān)系，為常數(shù)時，被控制量與控制量滿足線性關(guān)系，稱為線性受控源。稱為線性受控源。基爾霍夫定律與元件特性是電路分析的基礎(chǔ)。基爾霍夫定律與元件特性是電路分析的基礎(chǔ)。1-8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律(Kirchhoffs Laws)一一 、幾個名詞、幾個名詞1、支路、支路 (branch)：組成電路的每個二端元件稱為一條支路。組成電路的每個二端元件稱為一條支路。(b)2、結(jié)點、結(jié)點 (node): 支路的連接點稱為結(jié)點。支路的連接點稱為結(jié)點。( n )4、回路、回路(loop)：由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。( l )3、路徑、路徑(path)：兩結(jié)點間的一條通路。路徑由支路構(gòu)成。兩結(jié)點間的一條通路。路徑由支路構(gòu)成。b=3ab+_R1uS1+_uS2R2R3l=3n=2123123二、基爾霍夫電流定律二、基爾霍夫電流定律 (Kirchhoffs Current LawKCL )物理基礎(chǔ)物理基礎(chǔ): 電荷守恒，電流連續(xù)性。電荷守恒，電流連續(xù)性。i1+ i2 i3+ i4= 0i1+ i3= i2+ i47A4Ai110A- -12Ai2i1+i210(12)=0 i2=1A i1i4i2i3例例 47i1= 0 i1= 3A 0)(tiii入出例例KCL的推廣：的推廣：ABiABiiABi3