第電路模型和電路定律學習教案

1、會計學1第電路模型第電路模型(mxng)和電路定律和電路定律第一頁，共51頁。n實驗成績：實驗成績： 20%n平時成績：平時成績： 10%第1頁/共51頁第二頁，共51頁。第2頁/共51頁第三頁，共51頁。(circuit models)(circuit laws) 1.2 1.2 電流和電壓的參考電流和電壓的參考(cnko)(cnko)方向方向1.6 1.6 電壓電壓(diny)(diny)源和電流源源和電流源1.3 1.3 電功率和能量電功率和能量本章內容本章內容1.1 1.1 電路和電路模型電路和電路模型1.8 1.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.5 1.5 電阻元件電阻元件1.7 1.

2、7 受控源受控源返回總目錄下一章第3頁/共51頁第四頁，共51頁。1. 1. 電壓、電流及其參考電壓、電流及其參考(cnko)(cnko)方方向；向；4. 4. 基爾霍夫定律基爾霍夫定律(dngl)(dngl)的內容的內容及應用。及應用。l 重點重點(zhngd(zhngdin)in)2. 2. 功率的計算及其性質的判定；功率的計算及其性質的判定；下 頁上 頁返回本章3. 3. 電路元件特性；電路元件特性；1. 1. 負載與電源的判定；負載與電源的判定；l 難點難點2. 2. 獨立源和受控源的區(qū)別。獨立源和受控源的區(qū)別。第4頁/共51頁第五頁，共51頁。發(fā)電機發(fā)電機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓

3、變壓器變壓器電燈電燈電動電動機電機電爐爐.輸電線輸電線電源電源(source): 提供電能提供電能(dinnng)或發(fā)出電信號的或發(fā)出電信號的設備設備負載負載(load): 消耗電能或消耗電能或接收電信號的裝置接收電信號的裝置傳輸控制器件：傳輸控制器件：電源和電源和負載中間的連接部分負載中間的連接部分下 頁上 頁返回本章第5頁/共51頁第六頁，共51頁。發(fā)電機發(fā)電機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動電動機電機電爐爐.輸電線輸電線放放大大器器揚聲器揚聲器話筒話筒下 頁上 頁返回本節(jié)第6頁/共51頁第七頁，共51頁。10BASE-T wall plate導線導線電池電池開關開關燈

4、泡燈泡sRLRsU電路圖電路圖由理想電路由理想電路(dinl)元件相互連接而元件相互連接而成。成。l理想理想(lxing)電路元件電路元件具有某種確定電磁性質并有精確數(shù)具有某種確定電磁性質并有精確數(shù)學定義的基本結構。學定義的基本結構。l電路模型電路模型下 頁上 頁返回本節(jié)第7頁/共51頁第八頁，共51頁。幾種基本的電路幾種基本的電路(dinl)元件：元件：電阻元件：表示消耗電阻元件：表示消耗(xioho)電能電能的元件的元件(resistor)電感元件電感元件(yunjin)：表示產生磁場，儲存磁：表示產生磁場，儲存磁場能量的場能量的(inductor) 元件元件(yunjin)電容元件電容元

5、件：表示產生電場，儲存電場能量：表示產生電場，儲存電場能量的的(capacitor)元件元件電源元件電源元件：表示各種將其它形式的能量轉變：表示各種將其它形式的能量轉變(source) 成電能的元件成電能的元件下 頁上 頁返回本節(jié)第8頁/共51頁第九頁，共51頁。下 頁上 頁返回本章第9頁/共51頁第十頁，共51頁。1. 2.1 電流的參考電流的參考(cnko)方向方向 (current reference direction)l產生產生(chnshng)原因原因l電流電流(dinli)帶電粒子有規(guī)則的定向運動帶電粒子有規(guī)則的定向運動單位時間內通過導體橫截面的單位時間內通過導體橫截面的電荷量電

6、荷量下 頁上 頁返回本節(jié)第10頁/共51頁第十一頁，共51頁。單位單位(dnwi)(dnwi)： A A（安培）、（安培）、kAkA、mAmA、A A 方向：規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實方向：規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向，元件際方向，元件( (導線導線) )中電流流動中電流流動(lidng)(lidng)的實際方向只有兩種可能的實際方向只有兩種可能: : 實際實際(shj)方方向向實際方向實際方向 AABB問問題題復雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流復雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實際方向往往很難事先判斷的實際方向往往很難事先判斷下 頁上 頁返回本節(jié)第11頁/共51頁第

7、十二頁，共51頁。參考參考(cnko)方方向向i 參考參考(cnko)方向方向大小大小方向方向(正負）正負）電流電流(代數(shù)量代數(shù)量)任意假定任意假定(jidng)一個正電一個正電荷運動的方向即為電流的參荷運動的方向即為電流的參考方向。考方向。AB下 頁上 頁返回本節(jié)第12頁/共51頁第十三頁，共51頁。i 參考參考(cnko)方方向向i 參考參考(cnko)方向方向i 0i 0+實際方向實際方向參考方向參考方向u+ u0 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)l u, i 取非取非關聯(lián)參考方向關

8、聯(lián)參考方向+-iu+-iu下 頁上 頁返回本節(jié)第21頁/共51頁第二十二頁，共51頁。例例:564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1求圖示電路中各方框求圖示電路中各方框(fn kun)所代表所代表的元件吸收或發(fā)出的的元件吸收或發(fā)出的功率。已知：功率。已知： U1=1V, U2= -3V, U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V, I1=2A, I2=1A, I3= -1A 解解:（發(fā)出）（發(fā)出）WIUP221111 （發(fā)出）（發(fā)出）WIUP62)3(122 （吸收）WIUP1628133（吸收）WIUP3) 1()3(366（發(fā)出）（發(fā)出）WIUP7)1(735

9、5 （發(fā)出）（發(fā)出）WIUP41)4(244 注注:對一完整的電路，發(fā)出對一完整的電路，發(fā)出(fch)的功率吸收的功率的功率吸收的功率第22頁/共51頁第二十三頁，共51頁。1.5 1.5 電阻電阻(dinz)(dinz)元件元件 (resistor) (resistor) Ri+-u對電流對電流(dinli)呈現(xiàn)阻力的元呈現(xiàn)阻力的元件件定義定義(dngy)電路符號電路符號電導電導：RG1 電阻電阻：Rconductance resistance 單位單位R ： (Ohm，歐姆歐姆)G ： S (Siemens，西門子西門子) 下 頁上 頁返回本章第23頁/共51頁第二十四頁，共51頁。 ui

10、 關系關系(gun x)滿足滿足(mnz)歐姆定律歐姆定律 (Ohms Law)GuRui iuR uiRui+Riu 下 頁上 頁返回本節(jié)第24頁/共51頁第二十五頁，共51頁。(2) 如電阻如電阻(dinz)上的電壓與電流參考上的電壓與電流參考方向非關聯(lián)公式中應冠以負號方向非關聯(lián)公式中應冠以負號注注(3) 說明說明(shumng)線性電阻是無記憶、雙向性的元件線性電阻是無記憶、雙向性的元件歐姆定律歐姆定律(1) 只適用只適用(shyng)于線性電阻，于線性電阻，( R 為為常數(shù)）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！

11、Rui+-下 頁上 頁返回本節(jié)第25頁/共51頁第二十六頁，共51頁。上述上述(shngsh)結果說明電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。結果說明電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p u i i2R u2 / R功率功率(gngl)：Rui+-下 頁上 頁返回本節(jié)第26頁/共51頁第二十七頁，共51頁?？捎霉Ρ硎究捎霉Ρ硎?biosh)。從。從 t 到到t0電阻消耗的能量：電阻消耗的能量： ttttRuipW00ddRiu+ 電阻電阻(dinz)的開路與短的開路與短路路能量能量(nngling)：l 短路短路00 ui G or R0l 開路開路00 ui 0 G or R下 頁上 頁返回本節(jié)第

12、27頁/共51頁第二十八頁，共51頁。 其兩端電壓總能保持定值或一定其兩端電壓總能保持定值或一定(ydng)的時間函數(shù)，的時間函數(shù)，其值與流過它的電流其值與流過它的電流 i 無關的元件叫理想電壓源。無關的元件叫理想電壓源。電路電路(dinl)符符號號理想電壓源理想電壓源(ideal voltage source )定義定義iSu+_下 頁上 頁返回本章第28頁/共51頁第二十九頁，共51頁。 (1) 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；與流經它的電流方向無關；與流經它的電流方向(fngxing)、大小無關。大小無關。 (2) 通過通過(tnggu)電壓

13、源電壓源的電流由電源及外的電流由電源及外電路共同決定。電路共同決定。 理想理想(lxing)電壓源的電壓、電電壓源的電壓、電流關系流關系ui( )su t伏安關系伏安關系下 頁上 頁返 回返回本節(jié)第29頁/共51頁第三十頁，共51頁。例例Ri-+Su外外電電路路RuiS )( Ri0)( 0 Ri電壓電壓(diny)源不能短源不能短路！路！下 頁上 頁返回本節(jié)第30頁/共51頁第三十一頁，共51頁。電流電流(dinli)(dinli)源源(current (current source )source )定義定義(dngy)：其輸出電流其輸出電流(dinli)(dinli)總能保持定值或一定的

14、時總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與它的兩端電壓間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u u 無關的元件叫理無關的元件叫理想電流想電流(dinli)(dinli)源。源。電路符號：電路符號：伏安伏安特性：特性：說說明明：電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關；與電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關；與它兩端電壓方向、大小無關它兩端電壓方向、大小無關 通過電流源的電壓由電源及外電路共同決定。通過電流源的電壓由電源及外電路共同決定。u+_Siui)(tiS下 頁上 頁返回本節(jié)第31頁/共51頁第三十二頁，共51頁。例例:外外電電路路)( 00 Ru)( Ru電流電流(dinli)源不能開路源不

15、能開路！Ru-+Si實際實際(shj)電流源電流源的產生的產生可由穩(wěn)流電子設備產生，如晶體管的集電極電流與負載可由穩(wěn)流電子設備產生，如晶體管的集電極電流與負載無關；光電池在一定無關；光電池在一定(ydng)光線照射下光電池被激發(fā)產光線照射下光電池被激發(fā)產生一定生一定(ydng)值的電流等。值的電流等。SRiu 下 頁上 頁返回本節(jié)第32頁/共51頁第三十三頁，共51頁。例例計算圖示電路各元件計算圖示電路各元件(yunjin)的的功率。功率。解解吸收吸收(xshu)滿足滿足(mnz)：P（發(fā)）（發(fā)）P（吸（吸）+_u-+2A5V發(fā)出發(fā)出WuiPsA10)5(2)(2WiuPssV10255Vu5

16、下 頁上 頁返回本節(jié)第33頁/共51頁第三十四頁，共51頁。1.7 1.7 受控源受控源(controlled source or dependent source)定義定義(dngy)：電壓或電流的大小和方向不是給定電壓或電流的大小和方向不是給定(i (i dn)dn)的時間函數(shù)，而是受電路中某個電壓的時間函數(shù)，而是受電路中某個電壓( (或電流或電流) )控制的電源，稱受控源控制的電源，稱受控源電路電路(dinl)符符號：號：+受控電壓源受控電壓源受控電流源受控電流源下 頁上 頁返回本章第34頁/共51頁第三十五頁，共51頁。根據(jù)控制根據(jù)控制(kngzh)(kngzh)量和被控制量和被控制(

17、kngzh)(kngzh)量量是電壓是電壓u u 或電流或電流i i ，受控源可分四種類型：，受控源可分四種類型：當被控制當被控制(kngzh)(kngzh)量是電壓時，用受控電壓源量是電壓時，用受控電壓源表示；表示；當被控制當被控制(kngzh)(kngzh)量是電流時，用受控電流源量是電流時，用受控電流源表示。表示。分類分類(fn li)(1) (1) 電流電流(dinli)(dinli)控制的電流控制的電流(dinli)(dinli)源源 ( CCCS ) ( CCCS )(2) (2) 電壓控制的電流源電壓控制的電流源 ( VCCS )( VCCS )(3) (3) 電壓控制的電壓源電

18、壓控制的電壓源 ( VCVS )( VCVS )(4) (4) 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( CCVS )( CCVS )下 頁上 頁返回本節(jié)第35頁/共51頁第三十六頁，共51頁。(1) (1) 電流電流(dinli)(dinli)控制的電流控制的電流(dinli)(dinli)源源 ( CCCS ) ( CCCS ) : : 電流放大電流放大(fngd)(fngd)倍數(shù)倍數(shù)+_u2_u1i1+12ii 下 頁上 頁返回本節(jié)第36頁/共51頁第三十七頁，共51頁。g: 轉移轉移(zhuny)電導電導 電壓控制電壓控制(kngzh)(kngzh)的電流源的電流源 ( VCCS )( V

19、CCS )u1_i1+12gui 電壓電壓(diny)(diny)控制的電壓控制的電壓(diny)(diny)源源 ( VCVS ) ( VCVS ) u1+_u2i2_u1i1+-12uu : 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) 下 頁上 頁返 回返回本節(jié)第37頁/共51頁第三十八頁，共51頁。ri1+_u2i2_u1i1+-電流電流(dinli)(dinli)控制的電壓源控制的電壓源 ( ( CCVS )CCVS )12riu r : 轉移轉移(zhuny)電阻電阻 例例bcii bi 電路電路(dinl)模型模型下 頁上 頁返 回返回本節(jié)bici第38頁/共51頁第三十九頁，共51頁。受控源與獨立

20、受控源與獨立(dl)(dl)源源的比較的比較獨立獨立(dl)(dl)源電壓源電壓( (或電流或電流) )由電源本身決定，與電由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關，而受控源電壓路中其它電壓、電流無關，而受控源電壓( (或電流或電流) )由控制量決定。由控制量決定。獨立源在電路中起獨立源在電路中起“激勵激勵”作用，在電路中產生電壓、作用，在電路中產生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關系電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關系(gun x)(gun x)，在電路中不能作為，在電路中不能作為“激勵激勵”。下 頁上 頁返 回返回本節(jié)第39頁/共51頁第四十頁，共51頁。2A例

21、例 求求 i 。下 頁上 頁返 回VCVSu2= 0.5 u1u152i解：解：V10521uV5105 . 05 . 012uuA5 . 22522ui返回本節(jié)第40頁/共51頁第四十一頁，共51頁?；鶢柣舴蚨砂ɑ鶢柣舴螂娏鞫苫鶢柣舴蚨砂ɑ鶢柣舴螂娏鞫? KCL )和基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電壓定律( KVL )。它。它反映了電路反映了電路(dinl)中所有支路電壓和電中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路路(dinl)的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構成了電路元件特性構成了電路(dinl)分析的

22、基礎分析的基礎。下 頁上 頁返回本章第41頁/共51頁第四十二頁，共51頁。幾個幾個(j (j )名詞名詞電路中通過同一電路中通過同一(tngy)電流的分支電流的分支三條或三條以上三條或三條以上(yshng)支路的連支路的連接點稱為結點。接點稱為結點。( n )b=6n=4支路支路 (branch)(branch)：結點結點 (node)(node)：下 頁上 頁1234123456返回本節(jié)第42頁/共51頁第四十三頁，共51頁。由支路由支路(zh l)組成的閉合路徑。組成的閉合路徑。( l )兩結點兩結點(ji din)間的一條通路。由支間的一條通路。由支路構成。路構成。對平面電路，其內部不

23、含任何支路對平面電路，其內部不含任何支路(zh l)的回路稱網(wǎng)孔。的回路稱網(wǎng)孔。路徑路徑(path)(path)： 回路回路(loop)(loop)： 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)孔下 頁上 頁支路（支路（2346）、）、 （1356）、）、 （1346） （2356）、（）、（1356） 等構成等構成回路回路。支路（支路（12）、（）、（2346）、（）、（45）構成）構成網(wǎng)孔網(wǎng)孔。返回本節(jié)123456第43頁/共51頁第四十四頁，共51頁?；鶢柣舴螂娏骰鶢柣舴螂娏?dinli)(dinli)定定律律 (KCL) (KCL)令流

24、入為令流入為“+”+”，有：，有： 在集總參數(shù)電路中，任何時刻，對任一結點在集總參數(shù)電路中，任何時刻，對任一結點(ji (ji din)din)，所有流出或流入結點，所有流出或流入結點(ji din)(ji din)電流的代數(shù)和恒電流的代數(shù)和恒等于零。等于零。出入或ii 例例1i4i3i2i04321iiii4321iiii0)(ti下 頁上 頁返 回返回本節(jié)第44頁/共51頁第四十五頁，共51頁。 5i6i4i1i3i2i0641iii例例0542iii0653iii三式相加得：三式相加得：0321iii表明表明KCLKCL可推廣應用于電路中包圍多個可推廣應用于電路中包圍多個(du )(du )結點結點的