電路原理第一章

第一章電路模型和電路定律主要內(nèi)容1.1電路和電路模型1.2

電流和電壓的參考方向1.3

電功率和能量1.4

電路元件1.5

電阻元件1.6

電壓源和電流源1.7

受控電源1.8

基爾霍夫定律第一章電路模型和電路定律1.電壓、電流的參考方向3.基爾霍夫定律2.電阻元件和電源元件的特性重點(diǎn)：1.1電路和電路模型功能a能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b信息的傳遞、控制與處理。建立在同一電路理論基礎(chǔ)上。由電路部件和電路器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。共性1.實(shí)際電路1.1電路和電路模型

反映實(shí)際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。2.電路模型導(dǎo)線電池開(kāi)關(guān)燈泡電路圖理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件。電路模型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(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)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。5種基本理想電路元件有三個(gè)特征：

（a）只有兩個(gè)端子；

（b）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述；

（c）不能被分解為其他元件。注意1.1電路和電路模型具有相同的主要電磁性能的實(shí)際電路部件，在一定條件下可用同一電路模型表示；同一實(shí)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。例電感線圈的電路模型1.1電路和電路模型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。電流電流強(qiáng)度帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量1.電流的參考方向1.2電流和電壓的參考方向方向

規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向單位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導(dǎo)線)中電流流動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能:

實(shí)際方向AB實(shí)際方向AB

對(duì)于復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷。問(wèn)題1.2電流和電壓的參考方向參考方向

大小方向(正負(fù)）電流(代數(shù)量)任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向即為電流的參考方向。i>0i<0實(shí)際方向?qū)嶋H方向電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：i

參考方向ABi

參考方向ABi

參考方向AB表明1.2電流和電壓的參考方向電流參考方向的兩種表示：用箭頭表示：箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较?。用雙下標(biāo)表示：如iAB

,

電流的參考方向由A指向B。i

參考方向ABiABAB1.2電流和電壓的參考方向電壓U單位正電荷q

從電路中一點(diǎn)移至另一點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力做功（W）的大小。

電位單位正電荷q

從電路中一點(diǎn)移至參考點(diǎn)（＝0）時(shí)電場(chǎng)力做功的大小。

實(shí)際電壓方向

電位真正降低的方向。V(伏)、kV、mV、V2.電壓的參考方向1.2電流和電壓的參考方向例已知：4C正電荷由a點(diǎn)均勻移動(dòng)至b點(diǎn)電場(chǎng)力做功8J，由b點(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn)電場(chǎng)力做功為12J，若以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，求a、b、c點(diǎn)的電位和電壓Uab、U

bc;若以c點(diǎn)為參考點(diǎn)，再求以上各值。解(1)acb1.2電流和電壓的參考方向acb解(2)結(jié)論

電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；參考點(diǎn)一經(jīng)選定，電路中各點(diǎn)的電位值就唯一確定；當(dāng)選擇不同的電位參考點(diǎn)時(shí)，電路中各點(diǎn)電位值將改變，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。1.2電流和電壓的參考方向復(fù)雜電路或交變電路中，兩點(diǎn)間電壓的實(shí)際方向往往不易判別，給實(shí)際電路問(wèn)題的分析計(jì)算帶來(lái)困難。

電壓(降)的參考方向U>0參考方向U+–參考方向U+–

<0U假設(shè)高電位指向低電位的方向。問(wèn)題+實(shí)際方向–+實(shí)際方向–1.2電流和電壓的參考方向電壓參考方向的三種表示方式：(1)用箭頭表示：(2)用正負(fù)極性表示(3)用雙下標(biāo)表示UU+ABUAB1.2電流和電壓的參考方向

元件或支路的u，i

采用相同的參考方向稱(chēng)之為關(guān)聯(lián)參考方向。反之，稱(chēng)為非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向i+-+-iuu3.關(guān)聯(lián)參考方向1.2電流和電壓的參考方向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(biāo)注(包括方向和符號(hào))，在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式相差一負(fù)號(hào)，但電壓、電流的實(shí)際方向不變。例電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問(wèn)：對(duì)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＋－uBAi1.3電功率和能量1.電功率功率的單位：W(瓦)(Watt，瓦特)單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。1.3電功率和能量2.功率的計(jì)算u,i

取關(guān)聯(lián)參考方向：u,i

取非關(guān)聯(lián)參考方向：功率正負(fù)的含義：正值表示元件消耗（吸收、獲得）能量，為負(fù)載負(fù)值表示元件產(chǎn)生（釋放、提供）能量，為電源1.3電功率和能量+-IU+-IU元件上U、I參考方向關(guān)聯(lián)該元件為電源器件元件上U、I參考方向非關(guān)聯(lián)該元件為負(fù)載器件1.3電功率和能量3.能量一段時(shí)間內(nèi)所做的電功率之和。能量的單位：J(焦)(Joule，焦耳)正負(fù)含義：1.4電路元件是電路中最基本的組成單元。1.電路元件常用電路元件負(fù)載元件電源元件電阻元件電容元件電感元件獨(dú)立源受控源電壓源電流源1.4電路元件2.集總參數(shù)電路由集總元件構(gòu)成的電路集總元件假定發(fā)生的電磁過(guò)程都集中在元件內(nèi)部進(jìn)行。

集總參數(shù)電路中u、i

可以是時(shí)間的函數(shù)，但與空間坐標(biāo)無(wú)關(guān)。因此，任何時(shí)刻，流入兩端元件一個(gè)端子的電流等于從另一端子流出的電流；端子間的電壓為單值量。注意本課程研究：集總參數(shù)電路1.5電阻元件

電路符號(hào)R電阻元件對(duì)電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可用u～i平面上的一條曲線來(lái)描述：iu任何時(shí)刻端電壓與電流成正比的電阻元件。伏安特性1.定義2.線性時(shí)不變電阻元件伏安特性為一條過(guò)原點(diǎn)的直線ui01.5電阻元件

u～i

關(guān)系R

稱(chēng)為電阻，衡量電阻元件阻礙電流的作用。單位：歐姆，

(Ohm)滿足歐姆定律

單位G

稱(chēng)為電導(dǎo)，衡量電阻元件的導(dǎo)電能力。單位：西門(mén)子，S(Siemens)

G=1/R。u–Rii–GuuRiiGu注意：公式和參考方向必須配套使用！Rui-+Rui+-1.5電阻元件電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。p

-ui-(-Ri)ii2Ru2/Rp

uii2Ru2/R功率Rui+-表明Rui-+3.功率和能量1.5電阻元件從t0

到t

電阻消耗的能量：能量ui短路開(kāi)路uiRiu+–u+–i004.電阻的開(kāi)路與短路1.6電壓源和電流源電路符號(hào)1.理想電壓源定義i+_其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與流過(guò)它的電流i

無(wú)關(guān)的元件叫理想電壓源。1.6電壓源和電流源電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；與流經(jīng)它的電流方向、大小無(wú)關(guān)。通過(guò)電壓源的電流由電源及外電路共同決定。理想電壓源的電壓、電流關(guān)系ui直流電壓源的伏安關(guān)系例Ri-+外電路電壓源不能短路！01.6電壓源和電流源例計(jì)算圖示電路中的電流、電壓，并驗(yàn)證功率平衡。解發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）i+_+_10V5V-+1.6電壓源和電流源其輸出電流總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u

無(wú)關(guān)的元件叫理想電流源。電路符號(hào)2.理想電流源定義u+_

理想電流源的電壓、電流關(guān)系電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無(wú)關(guān)。1.6電壓源和電流源電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。ui直流電流源的伏安關(guān)系0例Ru-+外電路電流源不能開(kāi)路！1.6電壓源和電流源計(jì)算圖示電路各元件的功率解發(fā)出吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）u2Ai+_5V-+is1.7受控電源(非獨(dú)立源)電路符號(hào)+–受控電壓源1.定義受控電流源

電壓或電流的大小和方向不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)地方的電壓(或電流)控制的電源，稱(chēng)受控源。1.7受控電源(非獨(dú)立源)電流控制的電流源(CCCS):電流放大倍數(shù)

根據(jù)控制量和被控制量是電壓u

或電流i，受控源可分四種類(lèi)型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓源表示；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。2.分類(lèi)四端元件輸出：受控部分輸入：控制部分b

i1+_u2i2_u1i1+1.7受控電源(非獨(dú)立源)g:

轉(zhuǎn)移電導(dǎo)

電壓控制的電流源(VCCS)電壓控制的電壓源(VCVS):電壓放大倍數(shù)

gu1+_u2i2_u1i1+i1u1+_u2i2_u1++_1.7受控電源(非獨(dú)立源)電流控制的電壓源(CCVS)r

:轉(zhuǎn)移電阻

例電路模型ibicibri1+_u2i2_u1i1++_1.7受控電源(非獨(dú)立源)3.受控源與獨(dú)立源的比較獨(dú)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(wú)關(guān)，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。獨(dú)立源在電路中起“激勵(lì)”作用，在電路中產(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(duì)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(lì)”。1.8基爾霍夫定律例電路的約束元件約束拓?fù)浼s束電壓電流關(guān)系（VCR）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)。1.8基爾霍夫定律例1.幾個(gè)術(shù)語(yǔ)電路中通過(guò)同一電流的分支。元件的連接點(diǎn)稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3支路電路中每一個(gè)兩端元件就叫一條支路。i3i2i1結(jié)點(diǎn)b=5或三條以上支路的連接點(diǎn)稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)。注意

兩種定義分別用在不同的場(chǎng)合。n=21.8基爾霍夫定律例由支路組成的閉合路徑。兩結(jié)點(diǎn)間的一條通路。由支路構(gòu)成對(duì)平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱(chēng)網(wǎng)孔。l=3123路徑回路網(wǎng)孔網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。+_R1uS1+_uS2R2R3注意m=21.8基爾霍夫定律(KCL)例2.基爾霍夫電流定律

(KCL)令流出為“+”，流入為“-”有：例在集總參數(shù)電路中，任意時(shí)刻，對(duì)任意結(jié)點(diǎn)流出（或流入）該結(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。流進(jìn)的電流等于流出的電流1.8基爾霍夫定律(KCL)例例三式相加得：KCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個(gè)結(jié)點(diǎn)的任一閉合面。1

32表明1.8基爾霍夫定律(KCL)KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)點(diǎn)處的反映；KCL是對(duì)結(jié)點(diǎn)處支路電流間的約束，與支路上接的是什么元件無(wú)關(guān)，與電路是線性還是非線性無(wú)關(guān)；KCL方程是按電流參考方向列寫(xiě)的，與電流實(shí)際方向無(wú)關(guān)。明確1.8基爾霍夫定律(KVL)3.基爾霍夫電壓定律

(KVL)U3U1U2U4標(biāo)定各元件電壓參考方向

選定回路繞行方向，順時(shí)針或逆時(shí)針.I1+US1R1I4_+US4R4I3R3