第一章電路模型和電路定律(課件)

1、第一章第一章 電路模型和電路定律電路模型和電路定律 重重 點點 電路變量電路變量 電路元件及電路元件及VAR 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向l11 電路和電路模型電路和電路模型l1 12 2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向l1 13 3 電功率和能量電功率和能量l1 14 4 電路元件電路元件l1 15 5 電阻元件電阻元件l1 16 6 電壓源和電流源電壓源和電流源l1 17 7 受控電源受控電源l1 18 8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1 11 1 電路和電路模型電路和電路模型一、一、 電路電路1.定義定義：電路是由若干個電工元器件按一定的方向電

2、路是由若干個電工元器件按一定的方向相互連接構(gòu)成的電流通路相互連接構(gòu)成的電流通路。2.功能功能：（1）提供能量及其傳送與分配提供能量及其傳送與分配 （2）傳遞、處理、存儲信號傳遞、處理、存儲信號 （3）測量電量測量電量l電源電源(source)：提供能量或信號。提供能量或信號。l負載負載(load)：將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)π盘栠M行處理信號進行處理. .l導(dǎo)線導(dǎo)線(line)、開關(guān)開關(guān)（switch)等：將電源與負載接等：將電源與負載接成通路成通路. .電路主要由電源、負載、連接導(dǎo)線及開關(guān)等構(gòu)成電路主要由電源、負載、連接導(dǎo)線及開關(guān)等構(gòu)成。3.3.組成組成：

3、激勵：電源或信號源的電壓或電流，它推動電路工激勵：電源或信號源的電壓或電流，它推動電路工 作，即產(chǎn)生電路各部分電壓或電流的原因。作，即產(chǎn)生電路各部分電壓或電流的原因。響應(yīng)：激勵在電路各部分產(chǎn)生的電壓和電流響應(yīng)：激勵在電路各部分產(chǎn)生的電壓和電流二、電路分類：二、電路分類：fC線線 性性非非 線線 性性時時 變變時時 不不 變變 集中參數(shù)集中參數(shù)分布參數(shù)分布參數(shù) 靜靜 態(tài)態(tài) 動動 態(tài)態(tài) 激勵與響應(yīng)滿足疊加性和齊次性的電路激勵與響應(yīng)滿足疊加性和齊次性的電路。電路元件參數(shù)不隨時間變化電路元件參數(shù)不隨時間變化。電路幾何尺寸遠小于最小工作波長的電路電路幾何尺寸遠小于最小工作波長的電路。含有動態(tài)元件的電路含

4、有動態(tài)元件的電路。 f(Hz) 5025k 500M30G(m)6x10612k 0.60.01C=3x108m/s三、集總假設(shè)與集總電路三、集總假設(shè)與集總電路 實際電路的最大尺寸為實際電路的最大尺寸為 d，與作用于電路與作用于電路工作信號的波長工作信號的波長 相比小得多，即相比小得多，即 d 或或表述為：表述為： 作用在電路上的信號從一端傳到另一端所需作用在電路上的信號從一端傳到另一端所需要的時間要的時間 遠小于該信號的周期遠小于該信號的周期 T T， 即即 T這就是著名的集總假設(shè)。這就是著名的集總假設(shè)。集總假設(shè)，在很多情況下是成立集總假設(shè)，在很多情況下是成立的。對工頻電路：f = 50Hz

5、83 10= 6000 km50UUTf對音頻電路：f = 25 kHz833 101225 10Ukmf例：對微波電路：f = 105 MHz8113 10310Ummfiiz集總參集總參數(shù)電路數(shù)電路) t (u+ +- -) t ( iLCR例：兩線傳輸線的等效電路例：兩線傳輸線的等效電路當兩線傳輸線的長度當兩線傳輸線的長度 l 與電磁波的波長滿足：與電磁波的波長滿足：ll),(tzu+ + +- -),(tzi) tz,u(z- -),(tzzizL 0zC 0zR 0zR 0z0LzC 0分布參分布參數(shù)電路數(shù)電路 由集總參數(shù)元件組成的電路。簡稱電路。由集總參數(shù)元件組成的電路。簡稱電路。

6、 凡是消耗電能的，都集中在電阻元件里，除此以外凡是消耗電能的，都集中在電阻元件里，除此以外不在考慮電阻的作用；凡是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都集中用不在考慮電阻的作用；凡是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都集中用電感元件表達；電荷都集中在電容元件上積儲。這種電感元件表達；電荷都集中在電容元件上積儲。這種理想元件稱為理想元件稱為集總參數(shù)元件集總參數(shù)元件，簡稱元件。，簡稱元件。分布參數(shù)電路分布參數(shù)電路: :不滿足不滿足d d 的電路的電路理想元件：理想元件： 在一定的條件下可把實際元件理想化，用其主要在一定的條件下可把實際元件理想化，用其主要的電磁性質(zhì)來代替，即的電磁性質(zhì)來代替，即有某種確定的電磁性能的元件有某種確定的電磁性能

7、的元件不用考慮元件以外任何雜散參數(shù)的影響。不用考慮元件以外任何雜散參數(shù)的影響。集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路理想電路元件理想電路元件R+ USLIS 理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性單一、精確，可定量分析和計算。單一、精確，可定量分析和計算。C三個特征：（三個特征：（a a）只有兩個端子；）只有兩個端子； （b b）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述；）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述； （c c）不能被分解為其他元件。）不能被分解為其他元件。四、電路模型四、電路模型 ( (circuit model) )1.1.定義：按一定方式，相互連

8、接著的理想元件所組成定義：按一定方式，相互連接著的理想元件所組成的電路。的電路。2.2.理想電路：理想電路：（1 1）電路器件或電路尺寸本身）電路器件或電路尺寸本身0ii 0實際方向?qū)嶋H方向i 參考方向參考方向i 0-電位實際方向?qū)嶋H方向U+-（參考方向）（參考方向）U 0 吸收正功率吸收正功率 ( (實際吸收實際吸收) )P0 發(fā)出正功率發(fā)出正功率 ( (實際發(fā)出實際發(fā)出) )P0 發(fā)出負功率發(fā)出負功率 ( (實際吸收實際吸收) ) u, i 取非取非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向+ +- -iu+ +- -iu功率的計算功率的計算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

9、吸吸 0 實際發(fā)出實際發(fā)出5W+iu2. u, i 取非取非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向+iu p發(fā)發(fā) = u ip發(fā)發(fā) 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發(fā)發(fā)= UI = 5 (- -1) = - -5 W例例 求圖示電路中各求圖示電路中各方框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或產(chǎn)生的功率。收或產(chǎn)生的功率。已知：已知： U1=1V, U2= - -3V，U3=8V, U4= - -4V,U5=7V, U6= - -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= - -1A

10、564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1小結(jié)小結(jié)3)“3)“實際方向?qū)嶋H方向”是客觀存在的物理現(xiàn)象，是客觀存在的物理現(xiàn)象，參考方向也稱為假定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。正方向，以后討論均在參考方向下進行，不考慮實際方向。 參考方向是人為假設(shè)的方向。參考方向是人為假設(shè)的方向。2)2)參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應(yīng)位置標注參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應(yīng)位置標注 ( (包括方向和包括方向和 符號符號），在計算過程中不得任意改變。），在計算過程中不得任意改變。為方便列電路方程，為方便列電路方程， 習(xí)慣假設(shè)習(xí)慣假設(shè) I 與與U 的參考方向的參考方向

11、 是關(guān)聯(lián)（一致）是關(guān)聯(lián)（一致）1)1)在解題前，先要在電路圖上標出電壓、電流的參考方向，在解題前，先要在電路圖上標出電壓、電流的參考方向， 然后再列方程求解然后再列方程求解; ; 缺少參考方向的物理量，其數(shù)值含義不清缺少參考方向的物理量，其數(shù)值含義不清4)4)電壓、電流本身有正值或負值電壓、電流本身有正值或負值 一個式子中有兩套正負號。一個式子中有兩套正負號。名稱電阻R電導(dǎo)G電壓U電流i功率P單位歐姆西門子伏特安培瓦特符號 S V A W名稱 皮 納 微 毫 基 千 兆 吉倍率10-1210-910-610-3103106109符號 P n m 本 k M G國際單位制國際單位制單位的倍率單位

12、的倍率 1-4 1-4 電路元件電路元件是電路中最基本的組成單元。是電路中最基本的組成單元。1.1.電路元件電路元件5 5種基本的理想電路元件：種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件 電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。2 2.元件分類元件分類l無源理想元件：電阻、電容、電感無源理想元件：電阻、電容、電感l(wèi)有源理想元件

13、：電壓源、電流源有源理想元件：電壓源、電流源 l 線性元件：其特性曲線是一條通過原點的直線。線性元件：其特性曲線是一條通過原點的直線。l 非線性元件：非線性元件：其特性曲線不是一條通過原點的直線。其特性曲線不是一條通過原點的直線。l 非時變：特性不隨時間變化。非時變：特性不隨時間變化。l 時變：時變：特性隨時間變化。特性隨時間變化。電路元件電路元件 電源：電源：獨立電壓源獨立電壓源 獨立電流源獨立電流源 受控電源受控電源 負載：負載：電阻電阻 電感電感 電容電容 耦合電感耦合電感 運算放大器運算放大器 理想變壓器理想變壓器注意 如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系式是線如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系

14、式是線性關(guān)系，該元件稱為線性元件，否則稱為性關(guān)系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。非線性元件。1-5 1-5 電阻元件電阻元件(resistor)R 1826年年2.2.線性時不變電阻元件線性時不變電阻元件l 電路符號電路符號R電阻元件電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可用用ui平面上的一條曲線來描述平面上的一條曲線來描述：0),(iufiu任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。1.1.定義定義伏安伏安特性特性0l ui 關(guān)系關(guān)系R 稱為電阻，單位：稱為電阻，單位： (Ohm)滿足歐姆定律滿足歐姆定律GuRuiiuR

15、 l 單位單位G 稱為電導(dǎo)，單位：稱為電導(dǎo)，單位：S (Siemens) u、i 取關(guān)聯(lián)取關(guān)聯(lián)參考方向參考方向Riu 伏安特伏安特性為一性為一條過原條過原點的直點的直線線ui0Rui+如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)聯(lián)，公式中應(yīng)冠以負號；聯(lián)，公式中應(yīng)冠以負號；說明線性電阻是無記憶、雙向性的元說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。件。歐姆定律歐姆定律只適用于線性電阻只適用于線性電阻( R 為常數(shù)為常數(shù)）；）；則歐姆定律寫為則歐姆定律寫為u R i i G u公式和參考方向必須配套使用！公式和參考方向必須配套使用！注意Rui-+3.3.功率和能量功率和能量電阻元件在任

16、何時刻總是消耗功率的。電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p u i (R i) i i2 R - u2/ Rp u i i2R u2 / Rl 功率功率Rui+ +- -表明表明Rui- -+ +ui從從 t0 到到 t 電阻消耗的能量：電阻消耗的能量：ttttRuipW00dd4.4.電阻的開路與短路電阻的開路與短路l 能量能量l 短路短路0 0uiGor R 0l 開路開路0 0ui0 Gor RuiRiu+u+i0016 電壓源和電流源電壓源和電流源一一、理想電壓源理想電壓源：(Voltage Source )us (1791 (1791年年) )定義：電源兩端電壓總保持為定值或一定的時

17、間函數(shù)，其值定義：電源兩端電壓總保持為定值或一定的時間函數(shù)，其值 與流過它的電流與流過它的電流 i 無關(guān)。無關(guān)。電路符號電路符號+_iuS圖圖（a）為為直流電源直流電源，t = =任何值，任何值， us =10v。圖圖（b）為為負指數(shù)電源負指數(shù)電源，t=1S, us=10v。t=0s, us=10/0.368v。圖（c）為正弦交流電源正弦交流電源，t=/2, us=0v。 t=/4, us=10v。ooUS=10Vus=10e /0.368v-tttuuuT/2Tous=10sin2tvt(a)(b)(c)1. 特點特點：(a) 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)電源兩端電壓由電源本身決

18、定，與外電路無關(guān)；直流直流：uS為常數(shù)為常數(shù)交流交流： uS是確定的時間函數(shù)是確定的時間函數(shù)，如，如 uS=Umsin t（b）電壓源端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；電壓源端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)； 與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)。 通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。 電壓源電流是任意的，取決于外電路。電壓源電流是任意的，取決于外電路。外電路外電路Ri-+SuRuiS)( 0Ri)0( Ri電壓源不能短路！電壓源不能短路！2. 伏安特性伏安特性US(1) 若若uS = US ，即直流電源，則其伏安特性為平行于

19、即直流電源，則其伏安特性為平行于電流軸的直線，反映電壓與電源中的電流無關(guān)。電流軸的直線，反映電壓與電源中的電流無關(guān)。 (2) 若若uS為變化的電源，則某一時刻的伏安關(guān)系也是為變化的電源，則某一時刻的伏安關(guān)系也是 這樣這樣。電壓為零的電壓源，伏安曲線與電壓為零的電壓源，伏安曲線與 i 軸重合軸重合, ,相當于短路元件相當于短路元件。uS+_iu+_uiO3. 理想電壓源的開路與短路理想電壓源的開路與短路uS+_iu+_R開路：開路：R ，i=0，u=uS。* 實際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)實際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。燒毀電源。U

20、S+_iu+_rUsuiOu=USri實際電壓源實際電壓源*一個實際電壓源一個實際電壓源向外電路提供電流向外電路提供電流時，它的端電壓時，它的端電壓 u 總是小于總是小于 uS ，電，電流越大，端電壓流越大，端電壓 u 越小。越小。實際電壓源的外特性實際電壓源的外特性(VAR)u = us iRO 輸出電流輸出電流 i 一定時，一定時，RO 越大，輸出電壓越大，輸出電壓 u 越小。越小。RO 一定時，一定時，輸出電流輸出電流 i 越大，越大， 輸出電壓輸出電壓 u 越小。越小。 Ro: : 電源內(nèi)阻電源內(nèi)阻, ,一般很小。一般很小。uiouS Roi4.理想電壓源的功率理想電壓源的功率電壓、電

21、流參考方向非關(guān)聯(lián)；電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；+_iu+_SuiuPS 電流（正電荷電流（正電荷 ）由低電位向高）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出功率。功率。 iuPS發(fā)出功率，起電源作用發(fā)出功率，起電源作用物理意義物理意義：+_iu+_Su電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；物理意義：物理意義： 電場力做功，電源吸收功率電場力做功，電源吸收功率 iuPS吸收功率，充當負載吸收功率，充當負載二、二、理想電流源理想電流源：輸出電流總能保持定值或一定的時間函輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與此電源的端電壓數(shù)，其值與此電源的

22、端電壓 u 無關(guān)無關(guān)電路符號電路符號iS+_u1. 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)；與它兩端與它兩端電壓方向、大小無關(guān)。電壓方向、大小無關(guān)。直流：直流：iS為常數(shù)為常數(shù)交流：交流： iS是確定的時間函數(shù)，如是確定的時間函數(shù)，如 iS=Imsin t (b)電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定 電源兩端電壓電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。是任意的，由外電路決定。Ru-+Si外電路外電路SRiu )0( 0Ru)( Ru電流源不能開路！電流源不能開路！2. 2. 伏安特性伏安特性IS(1) 若若i

23、S= IS ，即直流電源，則其伏安特性為平行于電即直流電源，則其伏安特性為平行于電壓軸的直線，反映電流與端電壓無關(guān)壓軸的直線，反映電流與端電壓無關(guān)。 (2) 若若iS為變化的電源，則某一時刻的伏安關(guān)系也是為變化的電源，則某一時刻的伏安關(guān)系也是 這樣這樣。 電流為零的電流源，伏安曲線與電流為零的電流源，伏安曲線與 u 軸重軸重合合, ,相當于開路元件相當于開路元件。uiOiSiu+_R3. 理想電流源的短路與開路理想電流源的短路與開路(2) 開路：開路：R，i= iS ，u 。若強若強迫斷開電流源回路，電路模型為病迫斷開電流源回路，電路模型為病態(tài)，理想電流源不允許開路。態(tài)，理想電流源不允許開路。

24、(1) 短路：短路：R=0， i= iS ，u=0 ，電流電流源被短路。源被短路。iSiu+_4. 4. 實際電流源的產(chǎn)生：實際電流源的產(chǎn)生： 可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，有些電可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，有些電子器件輸出具備電流源特性，如晶體管的集電極電流與負子器件輸出具備電流源特性，如晶體管的集電極電流與負載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。值的電流等。在實際工作中，電流源較少，如：光電二極在實際工作中，電流源較少，如：光電二極管、太陽能電池，穩(wěn)流源等。管、太陽能電池，穩(wěn)流源等。實際電流源外特性實際電流源外特性(VAR)i =

25、 is uGO 輸出電壓輸出電壓 u一定時，一定時，GO 越大，越大， 輸出電流輸出電流 i 越小。越小。GO 一定時，一定時，輸出電壓輸出電壓 u 越大，越大， 輸出電流輸出電流 i 越小。越小。G0：電流源內(nèi)電導(dǎo)，一般很小電流源內(nèi)電導(dǎo)，一般很小。uioisGoU實際電流源也不允許開路。實際電流源也不允許開路。 因其內(nèi)阻大，若開路，電壓因其內(nèi)阻大，若開路，電壓很大，可能燒毀電源。實際電流源向外提供電流時，總很大，可能燒毀電源。實際電流源向外提供電流時，總小于電流源電流。小于電流源電流。一個高電壓、高內(nèi)阻的電壓源，在外部負載電阻較一個高電壓、高內(nèi)阻的電壓源，在外部負載電阻較小，且負載變化范圍不

26、大時，可將其等效為電流源。小，且負載變化范圍不大時，可將其等效為電流源。US+_iu+_rr =1000 ，US =1000 V， R =12 時時 當當 R =1 時，時，u=0.999 V 當當 R =2 時，時，u=1.999 VR1Aiu+_將其等效為將其等效為1A的電流源：的電流源： 當當 R =1 時，時，u=1 V 當當 R =2 時，時，u=2 V與上述結(jié)果誤差均很小。與上述結(jié)果誤差均很小。R4、理想電流源的功率理想電流源的功率u+_SiSuiP 電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；發(fā)出功率，起電源作用發(fā)出功率，起電源作用SuiP 電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)電壓

27、、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；u+_Si吸收功率，充當負載吸收功率，充當負載SuiP 例：例：計算圖示電路各元件的功率計算圖示電路各元件的功率解：解：V5)510(RuA155RuiRW5152 RiPRW1011010iuPSVW5155iuPSV發(fā)出發(fā)出吸收吸收吸收吸收滿足滿足：P（發(fā)）（發(fā)）P（吸）（吸）5Ri+_Ru+_10V5V-+例例:計算圖示電路各元件的功率計算圖示電路各元件的功率解解A2SiiV5uW10522 uiPSAW10)2(55iuPSV發(fā)出發(fā)出發(fā)出發(fā)出滿足滿足：P（發(fā)）（發(fā)）P（吸）（吸）u2Ai+_5V-+三、實際電源的電路模型三、實際電源的電路模型IRUIIUUUooc

28、scococUGIUUIIIoscocscscocUocUscIscI 實際電源的電壓實際電源的電壓( (或電流或電流) )往往會隨著電源電流往往會隨著電源電流( (或電壓或電壓) )的增加而下降。圖的增加而下降。圖(a)(a)和和(c)(c)表示用電壓表、電流表和可變表示用電壓表、電流表和可變電阻器測量直流電源電阻器測量直流電源VCRVCR特性曲線的實驗電路。所測得的兩特性曲線的實驗電路。所測得的兩種典型種典型VCRVCR曲線如圖（曲線如圖（b b）和）和(d)(d)所示所示 根據(jù)根據(jù) 得到的電路模型如圖得到的電路模型如圖(a)所示，它所示，它由電壓源由電壓源Uoc和電阻和電阻Ro的串聯(lián)組成

29、。電阻的串聯(lián)組成。電阻Ro的電壓降模擬實的電壓降模擬實際電源電壓隨電流增加而下降的特性。電阻際電源電壓隨電流增加而下降的特性。電阻Ro越小的電源，越小的電源，其電壓越穩(wěn)定。其電壓越穩(wěn)定。 IRUUooc 按照按照 作出的電路模型如圖作出的電路模型如圖(b)所示，它由所示，它由電流源電流源ISC和電導(dǎo)為和電導(dǎo)為Go的電阻并聯(lián)組成。電阻中的電流模擬的電阻并聯(lián)組成。電阻中的電流模擬實際電源電流隨電壓增加而減小的特性。并聯(lián)電阻的電導(dǎo)實際電源電流隨電壓增加而減小的特性。并聯(lián)電阻的電導(dǎo)Go越小的電源，其電流越穩(wěn)定。越小的電源，其電流越穩(wěn)定。 UGIIosc17 受控電源受控電源( (非獨立源非獨立源) )

30、(controlled source or dependent source)1. 定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定的時間函定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個支路的電壓數(shù)，而是受電路中某個支路的電壓( (或電流或電流) )的控制。的控制。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受控支路受控支路控制支路控制支路例例: :ic=b b ib用以前講過的元件無法表示此用以前講過的元件無法表示此電流關(guān)系電流關(guān)系, ,為此引出新的電路模為此引出新的電路模型型電流控制的電流源電流控制的電流源.一個三極管可以用一個三極管可以用CCCS模型來表示模型來表示C

31、CCS可以用一個三極管來實現(xiàn)可以用一個三極管來實現(xiàn). .ibb b ib控制部分控制部分受控部分受控部分RcibRbic受控源是一個四端元件受控源是一個四端元件: :輸入端口是控制支路輸入端口是控制支路，輸出端口是受控支路輸出端口是受控支路. .(a) 電流控制的電流源電流控制的電流源 ( Current Controlled Current Source )b b : : 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)r : 轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電阻 u1=0i2=b b i1 u1=0u2=ri1CCCSi2=b b i1+_u2i2+_u1i12. 分類：根據(jù)控制量和被控制量是電壓分類：根據(jù)控制量和被控制量是電壓u或

32、電流或電流i ，受控，受控源可分為四種類型：當被控制量是電壓時，用受源可分為四種類型：當被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；當被控制量是電流時，用受控電控電壓源表示；當被控制量是電流時，用受控電流源表示。流源表示。+_u1i1u2=ri1+_u2i2CCVS+_(b) 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( Current Controlled Voltage Source )晶體管放大電路晶體管放大電路勵磁發(fā)電機勵磁發(fā)電機g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo)轉(zhuǎn)移電導(dǎo) :電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) i1=0i2=gu1 i1=0u2= u1VCCSi2=gu1+_u2i2+_u1i1(c) 電壓控制的電流源電壓控制的電

33、流源 ( Voltage Controlled Current Source )+_u1i1u2= i1+_u2i2VCVS+_(d) 電壓控制的電壓源電壓控制的電壓源 ( Voltage Controlled Voltage Source )場效應(yīng)管場效應(yīng)管運算放大器運算放大器3 3.線性時不變受控源特點：線性時不變受控源特點： （1 1） 非獨立的電源：非獨立的電源：不能獨立向外電路提供能量。不能獨立向外電路提供能量。（2 2） 具有兩重性：具有兩重性：電源性、電阻性電源性、電阻性。注意注意：獨立電源在電路中可以獨立地起：獨立電源在電路中可以獨立地起“激勵激勵”作作 用，是實際電路電能或電

34、信號的用，是實際電路電能或電信號的“源泉源泉”。 受控源是描述電子器件中某一支路對另一支路控受控源是描述電子器件中某一支路對另一支路控制作用的理想模型，本身不直接起制作用的理想模型，本身不直接起“激勵激勵”作用。作用。4. 4. 受控源與獨立源的比較受控源與獨立源的比較(1) (1) 獨立源電壓獨立源電壓( (或電流或電流) )由電源本身決定，與電路中其由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓( (或電流或電流) )直接由控直接由控制量決定。制量決定。(2) (2) 獨立電源是電路的輸入或激勵，它為電路提供按給獨立電源是電路的輸入或激勵，它為電路提

35、供按給定時間函數(shù)變化的電壓和電流，從而在電路中產(chǎn)生電定時間函數(shù)變化的電壓和電流，從而在電路中產(chǎn)生電壓和電流。壓和電流。受控源只是反映輸出端與輸入端的關(guān)系，受控源只是反映輸出端與輸入端的關(guān)系，在電路中不能作為在電路中不能作為“激勵激勵”。受控源則描述電路中兩受控源則描述電路中兩條支路電壓和電流間的一種約束關(guān)系，它的存在可以條支路電壓和電流間的一種約束關(guān)系，它的存在可以改變電路中的電壓和電流，使電路特性發(fā)生變化。改變電路中的電壓和電流，使電路特性發(fā)生變化。(3) ，g，r，為控制系數(shù)為控制系數(shù)，為無量綱為無量綱，g，r，分分別具有電導(dǎo)和電阻量綱。當別具有電導(dǎo)和電阻量綱。當，g，r，為常數(shù)時，受為常

36、數(shù)時，受控源為線性控制源?？卦礊榫€性控制源。 18基爾霍夫定律基爾霍夫定律( Kirchhoffs Laws ) 基爾霍夫定律包括基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律(Kirchhoffs Current LawKCL )和和基爾霍夫電基爾霍夫電壓定律壓定律(Kirchhoffs Voltage LawKVL )。它反映它反映了電路中所有支路電壓和電流的約束關(guān)系，是分析了電路中所有支路電壓和電流的約束關(guān)系，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨杉s束電路集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨杉s束電路的整體結(jié)構(gòu)，元件的的整體結(jié)構(gòu)，元件的VAR 約束元件自身的性能約束元件自身的性能,

37、,它它們構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。它們只與電路的拓撲結(jié)們構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。它們只與電路的拓撲結(jié)構(gòu)有關(guān)而與支路特性無關(guān)，即不管是電阻、電容、構(gòu)有關(guān)而與支路特性無關(guān)，即不管是電阻、電容、電感還是電源；不管是線性電路還是非線性電路都電感還是電源；不管是線性電路還是非線性電路都適用。適用。 一一. . 幾個名詞幾個名詞電路中通過同一電流的分支。電路中通過同一電流的分支。(b)(b)三條或三條以上支路的連接點稱三條或三條以上支路的連接點稱為節(jié)點。為節(jié)點。( ( n n ) )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1 1）支路）支路 (branch)(branch)電路中每一個兩端元件就叫一條

38、支路電路中每一個兩端元件就叫一條支路i3i2i1(2) (2) 節(jié)點節(jié)點 (node)(node)b=5由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。( ( l ) )兩節(jié)點間的一條通路。由支路構(gòu)成兩節(jié)點間的一條通路。由支路構(gòu)成。對對平面電路平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3) (3) 路徑路徑(path)(path)(4) (4) 回路回路(loop)(loop)(5) (5) 網(wǎng)孔網(wǎng)孔(mesh)(mesh)網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔上圖所示電路共有上圖所示電路共有6條

39、支路條支路。 a、b、c點是結(jié)點，點是結(jié)點，d點和點和e點點間由理想導(dǎo)線相連，應(yīng)視為一個結(jié)點。該電路共有間由理想導(dǎo)線相連，應(yīng)視為一個結(jié)點。該電路共有4個結(jié)點個結(jié)點。 1,2、1,3,4、1,3,5,6、2,3,4、2,3,5,6和和4,5,6都是都是回路回路。 1,2、2,3,4和和4,5,6回路都是回路都是網(wǎng)孔網(wǎng)孔。二二. . 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律 ( (KCLKCL) )令流出為令流出為“+”+”，有：，有：例：例： 在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意節(jié)點流出或在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意節(jié)點流出或流入該節(jié)點電流的代數(shù)和等于零。流入該節(jié)點電流的代數(shù)和等于零。mkti10)

40、( 出出入入 iior 流進的電流進的電流等于流流等于流出的電流出的電流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 1 3 25i6i4i1i3i2i0641 iii例例0542 iii0653 iii三式相加得：三式相加得：0321 iii表明表明KCLKCL可推廣應(yīng)用于電路中包可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個結(jié)點的任一閉合面圍多個結(jié)點的任一閉合面 KCLKCL不僅適用于結(jié)點，也適用于任何假想的封閉面，不僅適用于結(jié)點，也適用于任何假想的封閉面，即流出任一封閉面的全部支路電流的代數(shù)和等于零即流出任一封閉面的全部支路電流的代數(shù)和等于零。在。在任一時刻，流入任一結(jié)點任一時刻，流入任

41、一結(jié)點( (或封閉面或封閉面) )全部支路電流的代全部支路電流的代數(shù)和等于零，意味著由全部支路電流帶入節(jié)點數(shù)和等于零，意味著由全部支路電流帶入節(jié)點( (或封閉面或封閉面) )內(nèi)的總電荷量為零，這說明內(nèi)的總電荷量為零，這說明KCLKCL是是電荷守恒定律電荷守恒定律的體現(xiàn)的體現(xiàn)閉合面也稱為廣義節(jié)點。閉合面也稱為廣義節(jié)點。 結(jié)點的結(jié)點的 KCLKCL方程可以視為封閉面只包圍一個結(jié)點的特方程可以視為封閉面只包圍一個結(jié)點的特殊情況。根據(jù)封閉面殊情況。根據(jù)封閉面 KCLKCL對支路電流的約束關(guān)系可以得到：對支路電流的約束關(guān)系可以得到：流出流出( (或流入或流入) )封閉面的某支路電流，等于流入封閉面的某支

42、路電流，等于流入( (或流出或流出) )該該封閉面的其余支路電流的代數(shù)和。封閉面的其余支路電流的代數(shù)和。由此可以斷言：當兩個由此可以斷言：當兩個單獨的電路只用一條導(dǎo)線相連接時單獨的電路只用一條導(dǎo)線相連接時此導(dǎo)線中的電流必定為此導(dǎo)線中的電流必定為零。零。 i = 0明確明確（1）KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意節(jié)點處的反映；路中任意節(jié)點處的反映；（2）KCL是對支路電流加的約束，與支路上接的是是對支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)；什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)；（3）KCL方程是按電流參考方向列寫，與電流

43、實際方程是按電流參考方向列寫，與電流實際方向無關(guān)。方向無關(guān)。？ A = B?i3 =i4? A = B?AB+_1111113+_22.i4i3AB+_1111113+_21.i2i1i1 =i2?i1 =i2 A = B A = Bi3 =i4（2 2）選定回路繞行方向，順時針或）選定回路繞行方向，順時針或逆時針逆時針. .U1US1+U2+U3+U4+US4= 0三三. .基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 (KVL)(KVL) 在在集總參數(shù)電路中，任一時刻，集總參數(shù)電路中，任一時刻，沿任一閉合路徑繞沿任一閉合路徑繞行，各支路電壓的代數(shù)和等于零行，各支路電壓的代數(shù)和等于零。 mktu10)(

44、 升升降降 uuor I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1 1）標定各元件電壓參考方向）標定各元件電壓參考方向 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4 KVLKVL方程是以支路電壓為變量的常系數(shù)線性齊次代方程是以支路電壓為變量的常系數(shù)線性齊次代數(shù)方程，它對支路電壓施加了線性約束。數(shù)方程，它對支路電壓施加了線性約束。 由支路組成的回路可以視為閉合結(jié)點序列的特殊由支路組成的回路可以視為閉合結(jié)點序列的特殊情況。情況。沿電路任一閉合路徑沿電路任一閉合路徑( (回路或閉合結(jié)點序列回路或閉合結(jié)點序列) )各各段電壓代數(shù)和等于零，意味著單位正電荷沿任一閉合段電壓代數(shù)和等于零，意味著單位正電荷沿任一閉合路徑移動時能量不能改變路徑移動時能量不能改變，這表明，這表明KVLKVL是是能量守恒定能量守恒定律律的體現(xiàn)。的體現(xiàn)。例例KVLKVL也適用于電路中任一假想的回路也適用于電路中任一假想的回路aUsb_-+U2U1SabUUUU 21明確明確（1 1） KVLKVL的實質(zhì)反映了