1、第一章電路的根本定律與分析方法第1節(jié) 電路和電路模型電路1、定義：由各種電氣設(shè)備或元件按一定方式連接構(gòu)成的電流的通路，具有電能的傳輸、轉(zhuǎn) 換和信號的傳遞、處理等功能。2、組成：電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)例：手電筒開關(guān)電池?zé)襞軷電路模型定義：將 實(shí)際電路中的元器件理想化，以理想電路元件R、L、C、電源模擬 替代，由一些理想電路元件組成的電路就是實(shí)際電路的電路模型。簡稱電 路。理想電路元件：有某種確定的電磁性能的理想元件第2節(jié)電流和電壓的參考方向電流的參考方向i, I電流：帶電粒子有規(guī)那么的定向運(yùn)動。 電流的實(shí)際方向：規(guī)定正電荷的運(yùn)動方向。iRR2E2在簡單電路中，電流的實(shí)際方向不難判斷；但是，復(fù)雜電路

2、或電路中的電流隨時間變化時，其電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷。為了分析電路的方便，故引入了參考方向。 電流的參考方向：人為的假定。為了分析電路方便相同 i 0電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：.I相反i 0選定了參考方向以后，電流有了正負(fù)之分，成為一個代數(shù)量。電流參考方向的兩種表示方法 ：1箭頭：箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较?。A_JB2雙下標(biāo)：如| AB ,電流的參考方向由A指向B。單位：KA、A、mA、 A。1KA 103A,1mA 10 3A,1 A 10二、電壓的參考方向電壓：兩點(diǎn)之間的電位之差。電壓的實(shí)際正方向：由高電位指向低電位，即電位真正降低的方向。電壓的參考方向：人為的假定，假設(shè)的電

3、位降低方向。r相同u 0電壓的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：,相反u 0十十AB A一B1 I 1 I十u0u 0+電壓參考方向的三種表示方法 ：(1)用箭頭表示(2)用雙下標(biāo)表示U AB(3)用正負(fù)極性表示電壓的單位：KV、V、mV、 V。1KV103V,1mV 10 3V,1 V10 6V三、關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向種參考我們在分析電路時，一般采用關(guān)聯(lián)參考方向。假設(shè)選取關(guān)聯(lián)參考方向，只需標(biāo)出方向即可。第3節(jié)電功率和能量一、 電功率p1定義：單位時間內(nèi)電場力所做的功。,dw dw dq .*2、大?。簆Ui 單位：Wdt dq dt3、電路吸收或發(fā)出功率的判斷1u, i取關(guān)聯(lián)參考方

4、向：innu廠p 0 吸收正功率實(shí)際吸收p ui表示元件吸收的功率<.p 0 吸收負(fù)功率實(shí)際發(fā)出2u, i取非關(guān)聯(lián)參考方向：r p 0發(fā)出正功率實(shí)際發(fā)出p ui表示元件發(fā)出的功率yp 0發(fā)出負(fù)功率實(shí)際吸收£ 1判斷一個元件是吸收還是發(fā)出功率時，也可用以下的方法：1電壓U和電流I的實(shí)際方向一致，元件實(shí)際吸收功率。2電壓U和電流I的實(shí)際方向相反，元件實(shí)際發(fā)出功率。例1 :方框代表電源或負(fù)載，電流和電壓的參考方向如下列圖。通過測量可知：U1 20V, U2 20V ,U3100V,U4 120V ,I110A, I2 20代l310A。1標(biāo)出各電流的實(shí)際方向和極性。2判斷哪幾個方框是

5、電源，哪幾個方框是負(fù)載。3檢驗(yàn)其功率是否平衡？41r+3U3十+IlI3Ui 1rHu2uA41234U3+Il13Ui 1 rHu2 u4解：1如下列圖。21、4為電源，2、3為負(fù)載。3P120 10200W, P4120 101200W , P1P41400WF220 20400W, F3100 10 1000W,RF31400W經(jīng)檢驗(yàn)，功率平衡。:對一完整的電路，發(fā)出的功率=消耗的功率、冃匕量t2pdt單位:t1Jt2u t1idt第4節(jié)電阻元件、電阻元件1、電路符號u、i取關(guān)聯(lián)參考方向2、ui之間的約束關(guān)系： 滿足歐姆定律：即u RiR GuR歐S西門子R 稱為電阻，單位：1G稱為電導(dǎo)

6、，單位：R注：假設(shè)u、i取非關(guān)聯(lián)參考方向,那么有：u Rii Gu二、功率和能量1功率i Ro 1 Ioup u i i2R 吸收功率 注：上述結(jié)果說明電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。2、能量從t到to電阻消耗的能量： WR 三、電阻的開路與短路1短路u 0伏安特性2、開路i 0R or G 0iO *|+o伏安特性非線性電阻元件u f(i)伏安特性電壓源第6節(jié)電壓源和電流源1、定義：其端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)關(guān)系的元件。2、電路符號:Us3、電壓源的電壓、電流關(guān)系1電源兩端的電壓由電源本身決定；與外電路無關(guān)，與流經(jīng)它的電流小無關(guān)。 2通過電壓源的電流由外電路決定。注意：電壓源不能

7、短路。4、電壓源的功率電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)時，電壓源發(fā)出的功率為:Pusi二、電流源1、定義：其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)關(guān)系的元件。2、電路符號：3、電流源的電壓、電流關(guān)系1電流源的輸出電流由電源本身決定；與外電路無關(guān)，與它兩端電壓無關(guān)。2電流源的電壓由外電路決定。R注意：電流源不能開路!4、電流源的功率電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)時，電流源發(fā)出的功率為:uis例：電路如下列圖。求：1電流源的端電壓 u和電壓源的電流io2求兩電源的功率。Us10V第8節(jié)受控電源定義：其大小和方向不是給定的，而是受電路中某個電壓或電流控制的元件。一、電路符號U2U-U2rii3、電壓控制的電流源

8、(VCCS)4、電流控制的電流源(CCCS)i2令W gUii2 iii2 gUi/UV受控電壓源受控電流源二、分類根據(jù)控制量是電壓u或電流i，受控源可分四種類型：1、電壓控制的電壓源VCVS2、電流控制的電壓源(CCVS)三、受控源與獨(dú)立源的比擬1、獨(dú)立源的大小和方向由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源那么由控 制量決定。2、分析含受控源的電路時，可以把受控源作為獨(dú)立源處理，但必須注意受控源的大小是取 決于控制量的。例2：ic3ii，求ic解:52 2"例1u20.5u1, is 2A，求電流i。第9節(jié)基爾霍夫定律、根本概念支路：電路中的每一分支通過同一電流的分支

9、支路電流：一條支路流過一個電流。結(jié)點(diǎn)：電路中兩條以上支路的連接點(diǎn)。回路：由支路組成的閉合路徑。圖1圖2該電路：6條支路，4個節(jié)點(diǎn)，7個回路。二、基爾霍夫電流定律KCL1、在集總參數(shù)電路中，任意時刻，流出任一結(jié)點(diǎn)的支路電流等于流入該結(jié)點(diǎn)的支路電流。即:i出i入例：在圖1中，那么有i3 i1 i2 1由1得i1i2i302、在集總參數(shù)電路中，任意時刻，通過任一結(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和等于零。即:i 0關(guān)鍵：“ +、“- 號的選?。杭僭O(shè)流出結(jié)點(diǎn)的電流前面取“+號;那么流入結(jié)點(diǎn)的電流前面取“-號。例：i1i2i3i4i50對“1 ni4i60 1假設(shè)：i1 2A,i23A, i35代i42A。求 i5對“

10、2i2i4i50 2解：i5 h i2 i3i4=2+(-3)-5-(-2)=-4A對“ 3 i3i5i60 31 + 2 +3得：i1i2i303、推廣的基爾霍夫定律：在任意時刻，通過一個閉合面的支路電流的代數(shù)和等于零。即：i 0注意：1KCL是對支路電流間的約束，與支路上是什么元件無關(guān)。2KCL方程是按電流參考方向列寫，與電流實(shí)際方向無關(guān)；故列寫方程時應(yīng)先選 參考方向。三、基爾霍夫電壓定律KVL1、在集總電路中，任何時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和等于零。即：u 0關(guān)鍵：u前“ + “ - 的選?。杭僭O(shè)支路電壓的參考方向與回路的繞行方向一致，u前取+假設(shè)支路電壓的參考方向與回路的繞行

11、方向相反，u前取a - 。例:列寫KVL方程時，應(yīng)先：1標(biāo)定各元件電壓參考方向2選定回路繞行方向，順時針或逆時針.2、擴(kuò)展的基爾霍夫電壓定律KVL既可用于任何閉合回路，也可用于其它任何不閉合路徑廣義回路 注意：1KVL是對回路電壓間的約束，與回路各支路上接的是什么元件無關(guān)2KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實(shí)際方向無關(guān)。例1：圖5任意元件構(gòu)成的回路。Uab 5V,Ubc 4V,Uda 3V，求UCD和UCA。AR圖5解：由KVL知：S2U AB U BC U DA U CD 0應(yīng)用擴(kuò)展的KVL知:I13 U31U22R2U32U32U AB U bc U CA 0故：U CAU ABU B

12、C5 (4)1V例2:圖6所示電路中，電阻R1 1,R22,R32, U S13V,US2 2V。求 U3。解：由KVL得：S US1U33U3，U2Us2 U32U3由KCL得：I13 U312 U32_U32解得:U32V例3:圖7電路中，0.5K,R21K2K , us 10V， ic 50i1。求 u3。RiU3h ic i2即：i150i1i2對回路列寫KVL得:R1i1 R2i2 us 即: 500i1 1000i210解得：i151.5 103u3R3ic 2 103 50i119.4V例4:電路如圖8所示，:E110V,E2 2V,E3 1V,R1R21 ，求 U。且h I2

13、解得：J丨1 5A解：對左回路由 KVL知：R-!11 R? 12 E對右回路由擴(kuò)展的 KVL知：U E3 E2 R2I2U E2 R,I2 E32 5 1 6V求：12A電流源和10V電壓源的功率;2如果要求的功率；3如果要求2A電流源的功率為零，在 AB線段內(nèi)應(yīng)插入何種元件？分析此時各元件電壓源的功率為零,那么應(yīng)在BC間并聯(lián)何種元件？分析此時元件的功10V+Usis解：1Rs 10 2 20W, FUs 10's20Wis+Us2在AB段內(nèi)串聯(lián)一大小為 10的電源。此時，is兩端的電壓為0 ；Rs 0W,PUs110 220W 吸收功率Pu 210 220W發(fā)出功率的電阻；此時，流

14、過us3在BC段內(nèi)并聯(lián)一大小為 2A的電流源或并聯(lián)一大小為 5的電流為0Pus0W, Pis110 220W發(fā)出功率Ps210 220W吸收功率Pr22 520W吸收功率1-12(a).求圖示電路中每個元件的功率。解:u 0.5 2 1 2VFus 1 0.5 0.5W 吸收功率，F(xiàn)s 2 0.5 1W發(fā)出功率5解：0.05u11-15(2)0.9i12 i10.9由對a點(diǎn),20 AA9KCL 知:i1i abU22u110Viacucb0.05510 30.5A13ViabUabi198v910V, h2A, R 4.5,R21 ,求 i2。解：U|:UsRJ1 3u193 6V , i2U2R26 6A11-22試求u1及u。解：2 11000i 10u1 , u1 10000i 10u1, u1 20V , u 10u1 200V3A3