電子科技大學第1章電路的基本概念和分析方法

1、任課教師：謝建志手機-mail： 電路分析基礎電路分析基礎 電路（電路（electric circuits）就是由若干個）就是由若干個電子器件電子器件或或電氣元件（電氣元件（electrical elements）按一定方式相互連）按一定方式相互連接構成的電流的通路，接構成的電流的通路，能實現(xiàn)某種特定的功能，叫實能實現(xiàn)某種特定的功能，叫實際電路。際電路。電阻、電容、電感、理想運算放大器（電阻、電容、電感、理想運算放大器（Operational Amplifier）、互感線圈、理想變壓器等。）、互感線圈、理想變壓器等。什么是電路？什么是電路？本課程中要接觸的電子器件有本

2、課程中要接觸的電子器件有 引 言電路元件電路元件線性元件與非線性元件線性元件與非線性元件有源元件與無源元件有源元件與無源元件二端元件與多端元件二端元件與多端元件靜態(tài)元件與動態(tài)元件靜態(tài)元件與動態(tài)元件集總參數(shù)元件與分布參數(shù)元件。集總參數(shù)元件與分布參數(shù)元件。分類分類:實際電路元件實際電路元件a 能量的傳輸、分配與轉換；能量的傳輸、分配與轉換；-強電強電b 信息的傳遞與處理。信息的傳遞與處理。 -弱電弱電 電路有什么作用？電路有什么作用？ 低頻信號發(fā)生器的內(nèi)部結構低頻信號發(fā)生器的內(nèi)部結構+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4

3、C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動放大級差動放大級反饋級反饋級偏置電路偏置電路共射放大級共射放大級UBE倍增倍增電路電路恒流源恒流源負載負載準互補功放級準互補功放級保險保險負載負載實用的實用的OCL準互補功放電路：準互補功放電路：為什么要學習電路？為什么要學習電路？從學術的觀點來看從學術的觀點來看電路是電氣工程（電路是電氣工程（Electrical Engineering）的基礎。）的基礎。電路是計算機科學（電路是計算機科學（Computer Science）的基礎。）的基礎。從實際情況來看從實際情況來看電路原理是許多高級課程的先修課程。電路原理是許多高級課程

4、的先修課程。熟練掌握電路原理對現(xiàn)實生活有幫助。熟練掌握電路原理對現(xiàn)實生活有幫助。電路理論（電路原理）電路理論（電路原理）電路分析電路分析(Analysis)電路綜合電路綜合(Synthesis)課程總學時課程總學時：64; 課程學分：課程學分： 4學分學分；課程類型：課程類型：校統(tǒng)考課校統(tǒng)考課; ;平時成績、平時成績、 半期考試半期考試 4040分分, , 期末考試期末考試 6060分分教學形式教學形式: : 課堂采用多媒體授課；課后練習鞏固課堂采用多媒體授課；課后練習鞏固; ;課件地址課件地址: : 課件下載密碼課件下載密碼: : 無。無。 一、課程教學安排一、課程教學安排學習內(nèi)容：學習內(nèi)容

5、：學習方法：學習方法：教材：教材：電路分析基礎電路分析基礎第二版第二版 胡翔駿胡翔駿電阻電路：電阻電路： 第一、二、三、四、五（部分）、六（部分）第一、二、三、四、五（部分）、六（部分）動態(tài)電路：動態(tài)電路： 七、八、九（部分）、十、十一、十二、十三章七、八、九（部分）、十、十一、十二、十三章1、重視基本概念；重視基本概念；2、重視基本方法的同時重視方法的由來；重視基本方法的同時重視方法的由來；3、注重電路分析的應用實例；注重電路分析的應用實例；4、認真完成適量的練習。認真完成適量的練習。2. . 參考方向、關聯(lián)參考方向參考方向、關聯(lián)參考方向3. . 基爾霍夫定律基爾霍夫定律第第1 1章章 電路

6、的基本概念電路的基本概念和分析方法和分析方法l 重點重點：1. . 建立電路模型的概念建立電路模型的概念1.1 電路和電路模型（電路和電路模型（model)1. 電路組成電路組成電源電源(發(fā)電廠、干電池、光電池發(fā)電廠、干電池、光電池)負荷負荷(電動機電動機, 揚聲器揚聲器)導線與開關導線與開關(輸電線路輸電線路, 電路板電路板)10BASE-T wall plate導線導線電池電池開關開關燈泡燈泡理想電阻元件理想電阻元件 只消耗電能只消耗電能理想電壓源理想電壓源 端電壓為恒定值端電壓為恒定值理想電流源理想電流源 端電流為恒定值端電流為恒定值理想電感元件理想電感元件 只產(chǎn)生或貯存磁場能只產(chǎn)生或貯

7、存磁場能理想電容元件理想電容元件 只產(chǎn)生或貯存電場能只產(chǎn)生或貯存電場能2. 理想化元件理想化元件 用理想導線把理想電路元件按照器件的連用理想導線把理想電路元件按照器件的連接方式連接起來組成的電路接方式連接起來組成的電路10BASE-T wall plate導線導線電池電池開關開關燈泡燈泡3. 電路模型電路模型 (circuit model)sRLRsU電路模型電路模型l電路模型電路模型注意注意l 具有相同的主要電磁性能的實際電路部件，具有相同的主要電磁性能的實際電路部件， 在一定條件下可用同一模型表示；在一定條件下可用同一模型表示；l 同一實際電路部件在不同的應用條件下，其同一實際電路部件在不

8、同的應用條件下，其 模型可以有不同的形式模型可以有不同的形式 (a) 線圈的理想模型線圈的理想模型 (b) 線圈通過低頻交流的模型線圈通過低頻交流的模型 (c) 線圈通過高頻交流的模型線圈通過高頻交流的模型(a)(b)(c)例例1、電感器件模型、電感器件模型其中其中RO為電感內(nèi)阻，為電感內(nèi)阻，CO為電感導線分布電容。為電感導線分布電容。LROLROLCO例例2、BJT晶體管器件模型晶體管器件模型BJTNPN圖圖12 晶體管放大電路晶體管放大電路(a)實際電路實際電路 (b)電原理圖電原理圖 (c)電路模型電路模型 (d)拓撲結構圖拓撲結構圖3. 集總假設與集總參數(shù)電路集總假設與集總參數(shù)電路 1

9、. 集總假設與集總參數(shù)電路存在的條件：集總假設與集總參數(shù)電路存在的條件： 當構成電路本身最大尺寸當構成電路本身最大尺寸( ( d ) )遠小于電路工作時電遠小于電路工作時電磁波的波長磁波的波長( ( ) )時，由電磁場理論和實際可證明：任意時，由電磁場理論和實際可證明：任意時刻，流入電路中任一端鈕的電流和任意兩個端鈕間的時刻，流入電路中任一端鈕的電流和任意兩個端鈕間的電壓都將是一個確定的量，與器件的幾何尺寸和空間位電壓都將是一個確定的量，與器件的幾何尺寸和空間位置無關。置無關。 d 即即2. 根據(jù)實際電路的幾何尺寸根據(jù)實際電路的幾何尺寸(d )與其工作信號波長與其工作信號波長( )的的關系，可

10、以將電路分為兩大類：關系，可以將電路分為兩大類：1）. 滿足滿足 d 條件的電路稱為集總參數(shù)電路。條件的電路稱為集總參數(shù)電路。2）. 不滿足不滿足 d 0i 0實際方向實際方向實際方向實際方向電流的參考方向與實際方向的關系：電流的參考方向與實際方向的關系：AABB電流參考方向的兩種表示：電流參考方向的兩種表示： 用箭頭表示：箭頭的指向為用箭頭表示：箭頭的指向為電流的參考方向。電流的參考方向。 用雙下標表示：如用雙下標表示：如 iAB , 電流的參考方向由電流的參考方向由A指向指向B。恒定電流恒定電流（直流（直流dc 或或DC ）：用）：用 I 表示。表示。大小和方向均不隨時間變化的電流。大小和

11、方向均不隨時間變化的電流。時變電流：時變電流：用用 i 表示表示大小和方向隨時間變化的電流。大小和方向隨時間變化的電流。時變電流在某一時刻時變電流在某一時刻 t 的值的值 i (t) 稱為瞬時值。稱為瞬時值。l電流的分類電流的分類交流電流交流電流( ( ac 或或AC ) )大小和方向作周期性變化且大小和方向作周期性變化且平均值為零平均值為零的時變電流。的時變電流。正弦交流電流正弦交流電流tiO / / TtiOI直流電流直流電流兩點間電壓的實際方向由高電勢指向低電勢兩點間電壓的實際方向由高電勢指向低電勢2. 電壓和電壓的參考方向電壓和電壓的參考方向l 電壓電壓Ul 單位：單位：V (伏伏)、

12、kV、mV、 Vl 實際電壓方向實際電壓方向 單位正電荷單位正電荷q 從電路中一點移至另一點時從電路中一點移至另一點時電場力做功（電場力做功（W）的大?。┑拇笮‰娐分袨榉治龅姆奖?，常在電路中選某一點為參考點，把電路中為分析的方便，常在電路中選某一點為參考點，把任一點到任一點到參考點參考點的電壓稱為該點的電位。的電壓稱為該點的電位。參考點的電位一般設為零，所以，參考點也稱為參考點的電位一般設為零，所以，參考點也稱為零電位零電位點點或或接地點接地點, , 用用“ ”表示表示。電位用電位用u 表示，單位與電壓相同，也是表示，單位與電壓相同，也是V( (伏伏) )。設設c點為電位參考點，則點為電位參考

13、點，則 uc= 0ua=Uac， ub=Ubc， ud=Udc電路中任意兩點間的電壓等于該兩點間的電位之差電路中任意兩點間的電壓等于該兩點間的電位之差ua=Uab+Ubua=Uad+Udl 電位電位a點為參考點點為參考點(2) 以以b點為參考點點為參考點，ub= 0 電路中電位參考點可任意選擇；當選擇不同的電位參電路中電位參考點可任意選擇；當選擇不同的電位參考時，電路中各點電位均不同，但考時，電路中各點電位均不同，但任意兩點間電壓保持任意兩點間電壓保持不變。不變。+-5VR1R2R3R4R5+5VR1R2R3R4R5RW9V9VRW+9V-9V問題問題復雜電路或交變電路中，兩點間電壓的實際方向

14、往往復雜電路或交變電路中，兩點間電壓的實際方向往往不易判別，給實際電路問題的分析計算帶來困難。不易判別，給實際電路問題的分析計算帶來困難。l 電壓的參考方向電壓的參考方向U 0參考方向參考方向U+實際方向實際方向+實際方向實際方向參考方向參考方向U+U假設的電壓降方向假設的電壓降方向電壓參考方向的三種表示方式電壓參考方向的三種表示方式：(1) 用箭頭表示用箭頭表示(2) 用正負極性表示用正負極性表示(3) 用雙下標表示用雙下標表示UU+ABUABUAB = - UBA關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向非關聯(lián)參考方向非關聯(lián)參考方向3. 關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向i+-+-iUU 對一個元件，其中電流的參考方

15、向和電壓的參考方對一個元件，其中電流的參考方向和電壓的參考方向是可以相互獨立地任意確定的，但為了方便起見，向是可以相互獨立地任意確定的，但為了方便起見，我們常常將其取一致，稱我們常常將其取一致，稱關聯(lián)方向關聯(lián)方向；如不一致，稱；如不一致，稱非非關聯(lián)方向關聯(lián)方向。注意注意(1) 分析電路前必須選定電壓或電流的參考方向分析電路前必須選定電壓或電流的參考方向。(2) 參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應位置標注參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應位置標注 (包包括方向和括方向和符號符號），），在計算過程中不得任意改變。在計算過程中不得任意改變。（3）參考方向不同時，其表達式相差一負號，但實際參考方向不同時，

16、其表達式相差一負號，但實際 方向不變。方向不變。例例ABABiU電壓電流參考方向如圖中所標，問：對電壓電流參考方向如圖中所標，問：對A、B兩部分電路電壓電流參考方向關聯(lián)否？兩部分電路電壓電流參考方向關聯(lián)否？答：答： A 電壓、電流參考方向非關聯(lián)；電壓、電流參考方向非關聯(lián)； B 電壓、電流參考方向關聯(lián)。電壓、電流參考方向關聯(lián)。N+_uiui單位時間內(nèi)電場力所做的功單位時間內(nèi)電場力所做的功或者說單位時間內(nèi)消耗或吸收的能量?；蛘哒f單位時間內(nèi)消耗或吸收的能量。4. 電功率（電功率（power）功率的單位：功率的單位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)能量的單位：能量的單位： J (焦焦) (Jou

17、le，焦耳，焦耳)在分析電路時，更多是由在分析電路時，更多是由u和和i來計算來計算p(t).問題問題上式表明：上式表明：當電壓電流采用關聯(lián)參考方向時，二端元件當電壓電流采用關聯(lián)參考方向時，二端元件或二端網(wǎng)絡吸收的功率?；蚨司W(wǎng)絡吸收的功率。在分析電路時，更多是由在分析電路時，更多是由 u 和和 i 來計算來計算p(t).p = -uil u, i 取取非非關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向p0 表明該時刻元件實際吸收（消耗）功率表明該時刻元件實際吸收（消耗）功率p0 表明該時刻元件吸收負功率，實際是發(fā)出（產(chǎn)生）功率表明該時刻元件吸收負功率，實際是發(fā)出（產(chǎn)生）功率ui例例求圖示電路中各方框求圖示電路中各方

18、框所代表的元件消耗或所代表的元件消耗或產(chǎn)生的功率。已知：產(chǎn)生的功率。已知： U1=1V, U2= -3V,U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3VI1=2A, I2=1A, I3= -1A 解解11 11 22WPU I （發(fā)出）（發(fā)出）（發(fā)出）W62)3(122 IUP（消耗）（消耗）W1628133 IUP（消消耗耗）W3)1()3(366 IUP（發(fā)發(fā)出出）W7)1(7355 IUP（發(fā)出）（發(fā)出）W41)4(244 IUP注注對一完整的電路，發(fā)出的功率消耗的功率對一完整的電路，發(fā)出的功率消耗的功率I2I3I1+U6U5U4U3U2U15643121.3 基爾霍夫定律基

19、爾霍夫定律 ( ( Kirchhoffs Laws ) )基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律( ( KCL ) )和基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電壓定律( ( KVL ) )。它反映了電路中所。它反映了電路中所有支路電壓和支路電流所遵循的基本規(guī)律，是分析有支路電壓和支路電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構成了電路分析的基礎。性構成了電路分析的基礎。1. 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)兩條或兩條以上支路的連接點稱兩條或兩條以上支路的連接點稱為

20、節(jié)點。為節(jié)點。( ( n ) )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路）支路 ( branch )電路中每一個兩端元件就叫一條支路。電路中每一個兩端元件就叫一條支路。i3i2i1( (2) ) 節(jié)點節(jié)點 ( (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。由支路構成。兩節(jié)點間的一條通路。由支路構成。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) ) 路徑路徑( (path) )( (4) ) 回路回路( (loop) )(

21、(5) ) 網(wǎng)孔網(wǎng)孔( (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2. 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律 ( (KCL) )令流出為令流出為“+”+”，有：，有：例例 (1)對于集總參數(shù)電路中任一結點，在任一時刻流出或流對于集總參數(shù)電路中任一結點，在任一時刻流出或流入該結點電流的代數(shù)和等于零。入該結點電流的代數(shù)和等于零。 mkti10)( 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 廣義節(jié)點廣義節(jié)點 1 3 25i6i4i1i3i2i0641 iii例例0542 iii0

22、653 iii三式相加得：三式相加得：0321 iii（2）KCL可推廣應用于電路中包圍多個結點的任一可推廣應用于電路中包圍多個結點的任一假設閉合面假設閉合面( (廣義廣義KCL節(jié)點節(jié)點) )ABi3i2i10321 iiiABii兩條支路電流大小相等，兩條支路電流大小相等，一個流入，一個流出。一個流入，一個流出。ABi只有一條支路相連，只有一條支路相連， 則則 i = 0。 圖示電路中，圖示電路中，A、B兩個電路可視為為廣義兩個電路可視為為廣義KCL節(jié)點。節(jié)點。i1+ i2 10 +12 = 0 i2=1A 4 7 i1= 0 i1= 3A 例例1, , 求求 i1、 i2 。解解: :由節(jié)

23、點由節(jié)點1由節(jié)點由節(jié)點2如題意如題意只要求只要求求求 i2 時，可把整個電路視為時，可把整個電路視為廣義廣義KCL節(jié)點節(jié)點7 + 10 4 12 i2 = 0 i2=1A 10A7A4Ai1-12Ai221例例2, , 寫出下圖所示電路中寫出下圖所示電路中 a、b、c 三個節(jié)點的三個節(jié)點的 KCL方程。方程。i1215364bi2i3i4i5ac解解:由節(jié)點由節(jié)點ai1+ i2 + i3 = 0由節(jié)點由節(jié)點bi3 i4 i5 = 0由節(jié)點由節(jié)點ci1 + i2 + i4 + i5 = 0KCL方程為方程為i1+ i2 + i3 = 0i3 i4 i5 = 0i1 + i2 + i4 + i5

24、= 0注意：注意： 三個方程中，只有三個方程中，只有二個是獨立方程。二個是獨立方程。若已知若已知i1=1A、i3=3A、i5=5A，則由，則由 KCL可求出可求出i2、i4。i1215364bi2i3i4i5ac解：由解：由i1+ i2 + i3 = 0i3 i4 i5 = 01+ i2 + 3 = 0i2 = 4A 3 i4 5 = 0i4 = 2A 此例說明，根據(jù)此例說明，根據(jù)KCL，可以從一部分已知電流求出另，可以從一部分已知電流求出另一些未知電流。一些未知電流。 而而KCL獨立方程數(shù)比節(jié)點數(shù)少一個。獨立方程數(shù)比節(jié)點數(shù)少一個。（2）選定回路繞行方向）選定回路繞行方向( (順時順時針或逆時

25、針針或逆時針) )，凡電壓降取正，凡電壓降取正，凡電壓升取負；凡電壓升取負；U1U2U3+U4= 03. 基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 ( (KVL) ) 對于任何對于任何集總參數(shù)電路中集總參數(shù)電路中任一回路任一回路，在在任一時刻，任一時刻，沿該回路全部支路沿該回路全部支路電壓降電壓降的代數(shù)和等于零的代數(shù)和等于零。 mktu10)( 升升降降 uuor （1）標定各元件電壓參考方向）標定各元件電壓參考方向 U4+U3+U2U1= 0或：或：4321+U3_+U2U1U4_+_+_例例KVL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結論：結論：4321+U3_+U2U1U4_+

26、_+_abU4+U1Uab= 0UabU2U3= 0或：或：Uab= U1+U4=U2+U3 Uab與所經(jīng)路徑無關。與所經(jīng)路徑無關。利用這一結論，可求電路中任意兩利用這一結論，可求電路中任意兩點之間的電壓。點之間的電壓。電路中任意兩結點之間的電壓電路中任意兩結點之間的電壓Uab等于從等于從a點點到到b點沿任一條路徑上所有元件電壓降的代數(shù)和。點沿任一條路徑上所有元件電壓降的代數(shù)和。兩節(jié)點之間的電壓與路徑無關兩節(jié)點之間的電壓與路徑無關 UAB (沿沿l1) = UAB (沿沿l2） = UAB (沿沿l3）ABl2l3l1l4例例求求 U1和和 U2 。U1=-20+5+10=-5VU2= （-5

27、）+U1=0 +_+10VU120V_+_+_-5V+_U2+_5V？ A = B?i3 =i4? A = B?AB+_1111113+_22.i4i3AB+_1111113+_21.i2i1i1 =i2?i1 =i2 A = B A = Bi3 =i44. KCL、KVL小結：小結：( (1) ) KCL是對支路電流的線性約束，是對支路電流的線性約束，KVL是對是對回回路電路電壓的線性約束。壓的線性約束。( (2) ) KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關。與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關。( (3) ) KCL表明在每一節(jié)點上電荷是守恒的；表明在每一節(jié)點上電荷是守恒的；KVL是是能能

28、量守恒量守恒的具體體現(xiàn)的具體體現(xiàn)( (電壓與路徑無關電壓與路徑無關) )。( (4) ) KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。只適用于集總參數(shù)的電路。1.4 電阻元件電阻元件 (resistance)二端電阻元件二端電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其伏安關系對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其伏安關系用用ui平面的一條曲線來描述：平面的一條曲線來描述：0),( iufiu1. 定義定義伏安伏安特性特性 1). ). 二端電阻與多端電阻；二端電阻與多端電阻； 2). ). 線性電阻與非線性電阻；線性電阻與非線性電阻； 3). ). 時變電阻與非時變電阻；時變電阻與非時變電阻； 4). ). 正電阻與負電阻。

29、正電阻與負電阻。電阻分類電阻分類常用的各種二端電阻器件常用的各種二端電阻器件l 電路符號電路符號l ui 關系關系滿足歐姆定律滿足歐姆定律 (Ohms Law)GuRui iuR uiu、i 取關聯(lián)取關聯(lián)參考方向參考方向伏安特性為一條伏安特性為一條過原點的直線過原點的直線Riu R 稱為電阻，單位：稱為電阻，單位： (歐歐) (Ohm，歐姆，歐姆)l 單位單位G 稱為電導，單位：稱為電導，單位： S(西門子西門子) (Siemens，西門子，西門子) i+_Ru2. 線性時不變電阻線性時不變電阻特性曲線為通過特性曲線為通過 u - i 平面原點一條不隨時間變化的直線的電阻。平面原點一條不隨時間

30、變化的直線的電阻。(2) 如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯(lián)如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯(lián) 公式中應冠以負號公式中應冠以負號注注(3) 說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件說明線性電阻是無記憶、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！Rui+-3. 功率和能量功率和能量上述結果說明上述結果說明正電阻正電阻元件在任何時刻總是吸收功率的。元件在任何時刻總是吸收功率的。p u i (Ri ) i i2 R u(u/ R) u2/ Rp u

31、 i i2R u2 / R但是，但是，負電阻負電阻元件是可以發(fā)出功率的。利用某些電子器件元件是可以發(fā)出功率的。利用某些電子器件（如運算放大器等）構成的電子電路可以實現(xiàn)負電阻。（如運算放大器等）構成的電子電路可以實現(xiàn)負電阻?？捎霉β时硎?。從可用功率表示。從 t 到到 t0電阻消耗的能量：電阻消耗的能量： ttttRuipW00dd能量：能量：i+_Ruui+_R功率：功率：4. 電阻的開路與短路電阻的開路與短路l 短路短路00 ui G or R0l 開路開路00 ui 0 G or Rui電位器電位器( (可可) )電位器是一種三端電阻器件，它有一個滑動接觸端和電位器是一種三端電阻器件，它有一

32、個滑動接觸端和兩個固定端。在直流和低頻工作時，電位器可用兩個可兩個固定端。在直流和低頻工作時，電位器可用兩個可變電阻串聯(lián)來模擬。變電阻串聯(lián)來模擬。Riu+ 1.5 電源元件電源元件 (independent source)l 電路符號電路符號1. 獨立電壓源獨立電壓源l 定義定義 一個二端元件的電流無論為何值，其兩端電壓一個二端元件的電流無論為何值，其兩端電壓總能保持定值總能保持定值Us 或按給定的時間函數(shù)或按給定的時間函數(shù)us(t)變化，稱變化，稱為獨立電壓源，簡稱電壓源。為獨立電壓源，簡稱電壓源。iSu+_電源（信號源）：電路中提供能量（信號）的器件或裝置。電源（信號源）：電路中提供能量（

33、信號）的器件或裝置。實際電源（信號源）在電路模型中可用兩種理想電路元件表示。實際電源（信號源）在電路模型中可用兩種理想電路元件表示。（1）電壓源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無）電壓源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；與流經(jīng)它的電流方關；與流經(jīng)它的電流方 向、大小無關。向、大小無關。（2）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。l電壓源的特點電壓源的特點直流：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)，如是確定的時間函數(shù)，如 uS=Umcos t例例外外電電路路RuiS )( Ri0)( 0 RiRi+_us計算圖示電路中電流。計算

34、圖示電路中電流。l電壓源的功率電壓源的功率iupS 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( RUA155 RUIRW5152 RIPRW10110V10 IUPSW515V5 IUPS吸收吸收發(fā)出發(fā)出吸收吸收滿足滿足：P（發(fā)出）（發(fā)出）P（吸收）（吸收） 5R+_+_Ru+_10V5ViUsuiOl 實際電壓源實際電壓源考慮內(nèi)阻考慮內(nèi)阻伏安特性伏安特性IRUUSS 一個好的電壓源要求一個好的電壓源要求0SRI+_U+_SUSR（1 1）實際電壓源不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短）實際電壓源不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。路，電流很大，可能

35、燒毀電源。（2 2）實際電壓源不允許并聯(lián)。）實際電壓源不允許并聯(lián)。l 電路符號電路符號2. 獨立電流源獨立電流源l 定義定義(1) 電流源的輸出電流由電源本身決定，與外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、大小無關電路無關；與它兩端電壓方向、大小無關(2) 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l電流源特點電流源特點ui)(tiS伏安伏安關系關系 一個二端元件的電壓無論為何一個二端元件的電壓無論為何值，其電流總能保持定值值，其電流總能保持定值Is 或按給或按給定的時間函數(shù)定的時間函數(shù)is(t)變化，稱為獨立變化，稱為獨立電流源，簡

36、稱電流源。電流源，簡稱電流源。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 tuSi+_例例外外電電路路)( 00 Ru)( Ru實際電流源的產(chǎn)生實際電流源的產(chǎn)生可由穩(wěn)流電子設備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負載無可由穩(wěn)流電子設備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負載無關；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的關；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。電流等。SRiu +_uSiRl電流源的功率電流源的功率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A2 sIV5 UW1052A2 UIPSW

37、1025V5 IUPS發(fā)出發(fā)出吸收吸收滿足滿足：P（發(fā)）（發(fā)）P（吸）（吸）+_U+_2A5V 實際電流源不允許開路。因其內(nèi)阻大，若開實際電流源不允許開路。因其內(nèi)阻大，若開路，電壓很高，可能燒毀電源。路，電壓很高，可能燒毀電源。IsuiOl 實際電實際電流流源源考慮內(nèi)阻考慮內(nèi)阻伏安特性伏安特性SSRUII 一個好的電流源要求一個好的電流源要求 SRU+_SISRI解：由解：由KCL3 + 1- - 2 + I = 0，I = - - 2（A）U1= 3I = - - 6（V）U + U1+ 3 - - 2 = 0，U = 5（V）例例2,圖示電路：求圖示電路：求U 和和I 。1A3A2A3V2

38、V3 UIU1-+-由由KVL7A5V10V1 -+I1I22 例例3, , 求圖示電路中的求圖示電路中的 I1 和和 I2 。解：由解：由KCLI1 = 7 + I2 由由KVL1I1 + 2I2 + 105 = 0I1 = 7 + I2 I1 + 2I2 =5I1 = 3A I2 =4A4A1 A+2 4VB1A+例例4, , 應用基爾霍夫定律求應用基爾霍夫定律求uAB 。解：引入中間變量解：引入中間變量由由KVL: uAB = 2 4 +4+1 i1 =12+ i1由由KCL: i1= 4 1 = 3A 得得 例例5, , 圖示電路圖示電路, , 用觀察法用觀察法求求I 、 R 和和US

39、 。US+- -5 10 6 3A2AI10 RI1URIR+- -U+- -解：解：1) ) 求求I由由KVL : 10 2A + U - - 5 3A = 0U =20 +15= - -5V再由再由U =10I，得，得I = - -0.5A2) ) 求求R由由KCL : I + IR = 2A , IR = 2 - -I = 2.5A I1 =3A + I = 2.5AUR = RIR =10I+ 6I1 , R = (- -5 +15)/2.5 = 4 3) ) 求求US由由KVL : US = 5 3A+ 6I1 = 30V 集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路(模型模型)由電路元件連接而成，電由

40、電路元件連接而成，電路中各支路電流受到路中各支路電流受到 KCL約束，各支路電壓受到約束，各支路電壓受到 KVL約束，這兩種約束只與電路元件的連接方式有約束，這兩種約束只與電路元件的連接方式有關，與元件特性無關，稱為關，與元件特性無關，稱為拓撲約束拓撲約束。 1.6 兩類約束和電路方程兩類約束和電路方程l 元件約束元件約束一一. 兩類約束兩類約束l 拓撲約束（又稱結構約束）拓撲約束（又稱結構約束） 集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路(模型模型)的電壓和電流還要受到元件特的電壓和電流還要受到元件特性性(例如歐姆定律例如歐姆定律u=R i )的約束，這類約束只與元件的的約束，這類約束只與元件的VCR有關，與

41、元件連接方式無關，稱為有關，與元件連接方式無關，稱為元件約束元件約束。 任何集總參數(shù)電路中的電壓和電流都必須同時滿足任何集總參數(shù)電路中的電壓和電流都必須同時滿足這兩類約束關系。這兩類約束關系。 電路分析的基本方法是：根據(jù)電路的結構和參數(shù)，列電路分析的基本方法是：根據(jù)電路的結構和參數(shù)，列出反映出反映兩類約束兩類約束關系的關系的 KCL、KVL和和 VCR方程方程( (稱為稱為電路方程電路方程) )，并求解電路。，并求解電路。個方程個方程個方程個方程其中：其中：2b方程方程 以以b個支路電壓和個支路電壓和b個支路電流為變量的電路方程簡稱個支路電流為變量的電路方程簡稱為為2b方程。方程。可以證明：可

42、以證明：對于具有對于具有b條支路條支路n個結點的電路個結點的電路列出的線性無關的列出的線性無關的獨立獨立KCL方程方程數(shù)為數(shù)為n1個個; ;列出的線性無關的列出的線性無關的獨立獨立KVL方程方程數(shù)為等于電路的網(wǎng)數(shù)為等于電路的網(wǎng)孔數(shù)，而電路的網(wǎng)孔數(shù)等于孔數(shù)，而電路的網(wǎng)孔數(shù)等于 b(n1)。KCL方程方程數(shù)數(shù)n1KVL方程方程數(shù)數(shù)b(n1)VCR b個方程個方程2b方程方程 2b方程是最原始的電路方程，是分析電路的基本依據(jù)。方程是最原始的電路方程，是分析電路的基本依據(jù)。求解求解2b方程可以得到電路中全部支路電壓和支路電流。方程可以得到電路中全部支路電壓和支路電流。1. .KCL的獨立方程數(shù)的獨立方

43、程數(shù)0641 iii14320543 iii0652 iii0321 iii 0 結論結論n個結點的電路個結點的電路, , 獨立的獨立的KCL方程為方程為 n-1 個。個。2. .KVL的獨立方程數(shù)的獨立方程數(shù)用數(shù)學歸納法證明用數(shù)學歸納法證明KVL的獨立方程數(shù)的獨立方程數(shù)=獨立回路數(shù)（網(wǎng)孔數(shù)）獨立回路數(shù)（網(wǎng)孔數(shù)）=b(n1)2654321431i4i1i6i2i3i5結論結論n個結點、個結點、b條支路的電路條支路的電路, , 獨立的獨立的KCL和和KVL方程數(shù)為方程數(shù)為：（：（n-1）+b-n+1=b（1）m=1時顯然成立時顯然成立；（2）假設網(wǎng)孔為）假設網(wǎng)孔為m=b-n+1時成立，時成立，則

44、則m+1時時；b=4n=4m=1m個網(wǎng)孔第m+1個網(wǎng)孔令新網(wǎng)孔數(shù)為令新網(wǎng)孔數(shù)為m，新支路數(shù)為，新支路數(shù)為b ，新節(jié)點數(shù)為，新節(jié)點數(shù)為n ，顯然有，顯然有1 mmkbb()1knn()()1111111nbknkbnbmm對結點對結點 列出列出KCL方程：方程： 0005232141iiiiiii各支路電壓電流采用關聯(lián)參考方各支路電壓電流采用關聯(lián)參考方向，按順時針方向繞行一周，列向，按順時針方向繞行一周，列出出2個網(wǎng)孔的個網(wǎng)孔的 KVL方程：方程： 00352431uuuuuu列出列出b條支路的條支路的VCR方程方程: : S25uuuuiRuiRuiRu該電路是具有該電路是具有5條支路和條支路和4個結點的連通電路。個結點的連通電路。+_+_i3i1i2i4R1R2R3