電路教案第1章電路模型和電路定理

1、重點：1. 電壓、電流的參考方向2. 電阻元件和電源元件的特性3. 基爾霍夫定律1.1 電路和電路模型1.實際電路由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。功能：a 能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b 信息的傳遞、控制與處理。共性：建立在同一電路理論基礎(chǔ)上。2. 電路模型電路模型：反映實際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。理想電路元件：有某種確定的電磁性能的理想元件。5種基本的理想電路元件：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。注意：5種基本理想電路元件

2、有三個特征： （a）只有兩個端子； （b）可以用電壓或電流按數(shù)學方式描述； （c）不能被分解為其他元件。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電路模型表示；同一實際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其電路模型可以有不同的形式。1.2 電流和電壓的參考方向電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1. 電流的參考方向電流：帶電粒子有規(guī)則的定向運動電流強度：單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量。單位：A（安培）、kA、mA、mA。方向：規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向。元件(導線)中電流流動的實際方向只有兩種

3、可能: 與假設(shè)方向相同、與假設(shè)方向相反。（作圖示意）對于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。參考方向：任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。表明（將電流量看成）：電流(代數(shù)量)，大小、方向(正負）電流參考方向的兩種表示：用箭頭表示：箭頭的指向為電流的參考方向。用雙下標表示：如 iAB , 電流的參考方向由A指向B。2. 電壓的參考方向電位j：單位正電荷q 從電路中一點移至參考點（j0）時電場力做功的大小。電壓U：單位正電荷q 從電路中一點移至另一點時電場力做功（W）的大小。實際電壓方向：電位真正降低的方向。單位：V (伏)、kV、mV、mV例：已知：4

4、C正電荷由a點均勻移動至b點電場力做功8J，由b點移動到c點電場力做功為12J，若以b點為參考點，求a、b、c點的電位和電壓Uab、U bc;若以c點為參考點，再求以上各值。解：1. ，2. ，結(jié)論：電路中電位參考點可任意選擇；參考點一經(jīng)選定，電路中各點的電位值就唯一確定；當選擇不同的電位參考點時，電路中各點電位值將改變，但任意兩點間電壓保持不變。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。電壓(降)的參考方向：假設(shè)高電位指向低電位的方向。（闡述同電流）電壓參考方向的三種表示方式：用箭頭表示、用正負極性表示、用雙下標UAB表示3. 關(guān)聯(lián)參考方向元件

5、或支路的u，i 采用相同的參考方向稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。(作圖示意)例：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(guān)聯(lián)否？答：A：電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)； B：電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。注意：分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應(yīng)位置標注 (包括方向和符號)，在計算過程中不得任意改變參考方向不同時，其表達式相差一負號，但電壓、電流的實際方向不變。1.3 電功率和能量1.電功率單位時間內(nèi)電場力所做的功。定義：。由此可推得： 功率的單位：W (瓦) (Watt，瓦特)；能量的單位：J (焦) (Joule，焦耳)2.

6、電路吸收或發(fā)出功率的判斷u, i 取關(guān)聯(lián)參考方向P=ui 表示元件吸收的功率P0 吸收正功率 (實際吸收)P0 發(fā)出正功率 (實際發(fā)出)P0為發(fā)出功率，起電源作用。b. 電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；0為吸收功率，充當負載。例：計算圖示電路各元件的功率解： （發(fā)出）（發(fā)出）可見：滿足：P（發(fā)）P（吸）實際電源：干電池和鈕扣電池（化學電源）、燃料電池（化學電源）、太陽能電池（光能電源）、蓄電池（化學電源）、發(fā)電機組、風力發(fā)電等。1.7 受控電源(非獨立源)1. 定義電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。電路符號2.分類根據(jù)控制量和被控制量

7、是電壓u 或電流i，受控源可分四種類型：電流控制的電流源、電壓控制的電流源、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，用受控電流源表示。受控源是一種四端元件，由輸入兩端口控制部分和輸出兩端口受控部分所構(gòu)成。電流控制的電流源 ( CCCS ) ，b : 電流放大倍數(shù)電壓控制的電流源 ( VCCS )，g: 轉(zhuǎn)移電導 電壓控制的電壓源 ( VCVS )，m: 電壓放大倍數(shù) 電流控制的電壓源 ( CCVS )，r : 轉(zhuǎn)移電阻 3. 受控源與獨立源的比較獨立源電壓(或電流)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(或電流)由控制量決定。獨立源在電路中起“激勵”作用，在

8、電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的電壓或電流的控制關(guān)系，在電路中不能作為“激勵”。例：求電壓u2解：1.8 基爾霍夫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( KVL )。它反映了電路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)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。1. 名詞解釋支路：電路中每一個兩端元件就叫一條支路。或電路中通過同一電流的分支。兩種定義分別用在不同的場合。通常用b表示。結(jié)點：元件的連接點稱為結(jié)點?；蛉龡l以上支路的連接點稱為結(jié)點。通常用n表示。路徑：兩結(jié)點間的一條通路。由支路構(gòu)成.回路：由

9、支路組成的閉合路徑。通常用l表示。網(wǎng)孔：對平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。注意：網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。如右圖，b=3（或根據(jù)第一定義5），n=2（或根據(jù)第一定義=4），l=32. 基爾霍夫電流定律 (KCL)在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意結(jié)點流出（或流入）該結(jié)點電流的代數(shù)和等于零。 KCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個結(jié)點的任一閉合面。（虛擬節(jié)點）清楚闡明： KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)點處的反映；KCL是對結(jié)點處支路電流加的約束，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)；KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電流實際方向無關(guān)。3. 基爾霍夫電壓定律 (KVL)在集總參數(shù)電路中，任一時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。 公式使用注意事項：標定各元件電壓參考方向。選定回路繞行方向，順時針或逆時針。KVL也適用于電路中任一假想的回路。 明確指出（使學生清楚）：KVL的實質(zhì)反映了電路遵從能量守恒定律;KVL是對回路中的支路電壓加的約束，與回路各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)；KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實際方向無關(guān)。4. KCL、KVL小結(jié)：KCL是對支路電流的線性約束，KVL是對回