1、第1章 電路模型和電路定律 本章要點： v電壓、電流的參考方向v電路元件特性v基爾霍夫定律1.1 電路和電路模型 一、電路1.電路：由電路器件互聯(lián)而成的電流通路。 2.電路組成：電源、負載、輔助環(huán)節(jié)（導線、開關、保護、控制等）n電源：能提供電能和電信號的器件，如電池、發(fā)電機和電信號發(fā)生器。n負載：要求輸入電能或電信號的器件，將電能轉(zhuǎn)化成其他形式的能量，或?qū)π盘栠M行處理。如電動機。n輔助環(huán)節(jié)：開關、導線等。3.電路功能：傳輸電能、處理信號、測量、控制、計算等。二、電路模型和電路理論n電路理論研究的對象不是實際電路，而是電路模型1.電路模型：理想化元件代替實際電器元件或設備。sRsULR 1.2電

2、壓和電流的參考方向一、電路中的主要物理量1.電流 大?。篸tdqi 方向：正電荷運動的方向，用箭頭或雙下標表示。定義：單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量.單位：安培(A).2.電壓定義：電場力將正電荷從A移到B所做的功。QWV 方向：電位降低的方向二、電壓、電流參考方向所謂“參考”就是分析計算時的參照，人為假定。1.電流的參考方向：導線中電流的流動方向有二種可能：參考方向：任意選定一個方向即為電流的參考方向。A A A B如果參考方向和實際電流方向一致則I是正值，反之是負值。電流參考方向的表示方法：n用箭頭指向為電流的參考方向。n用雙下標iAB，表示電流從A指向B。若參考方向與實際方向一致，。否

3、則0, 0ii2.電壓的參考方向電流參考方向的表示方法： 用箭頭指向和正負極方向為電壓的參考方向。用雙下標UAB，表示電壓從A指向B。3 關聯(lián)參考方向 電流參考方向從電壓參考方向的正極流入，負極流出，電壓電流參考方向稱為關聯(lián)的；反之稱為非關聯(lián)的。（a）關聯(lián)方向（b）非關聯(lián)方向u習慣習慣將無源元件標為關聯(lián)的，對有源元件標為非關將無源元件標為關聯(lián)的，對有源元件標為非關聯(lián)的。聯(lián)的。u此處的元件也可是一段電路；此處的元件也可是一段電路；u關聯(lián)還是非關聯(lián)一定是針對某一個元件。關聯(lián)還是非關聯(lián)一定是針對某一個元件。非關聯(lián)非關聯(lián)關聯(lián)關聯(lián) 1.3 電功率和能量 一、電功率 定義:電場力在單位時間內(nèi)所作的功dtt

4、dWtp)()(uip vi 若某段電路的電壓為 ，流過的電流為 ，則功率為 ：dtdWp/功率單位是瓦特W，能量單位是焦耳J 二 功率計算和判斷nu,i關聯(lián)參考方向P=ui 表示元件吸收的功率P0,吸收正功率（吸收）P0,發(fā)出正功率（發(fā)出）P0,發(fā)出負功率（吸收）例：計算圖中每一部分的吸收功率 。(a)關聯(lián)參考方向 WP6) 3() 2(吸（b）非關聯(lián)參考方向WPP20吸發(fā)WP20)5(4發(fā)1.4 電路基本元件 電阻電阻 R （單位：（單位： 、k 、M ）i( (一一) ) 無源元件無源元件Riv線性電阻線性電阻iv常數(shù)ivR伏伏 - 安安 特性特性受控源源理想電壓源，理想電流有源元件，電

5、容，電感無源元件：電阻:CLR伏安關系： , :阻值Riv Rv主要特性：電導 ， ，單位:西門子（S）， ； GRG1Gvi 非關聯(lián)方向下，Riv兩種特殊情況：。，開路；短路0,0, 0iRvRRiv2 電容電容vqC 單位電壓下存儲的電荷單位電壓下存儲的電荷+ +- - - -+q-qvi電容符號電容符號有極性有極性無極性無極性+_（單位：（單位： ）pFFF12610101 主要特性：v電容上電流、電壓的關系電容上電流、電壓的關系dtdvCdtdqivqC 當當 Vv (直流直流) 時時,0dtdv0iviC在直流電路中電容相當于開路在直流電路中電容相當于開路. .結(jié)論結(jié)論dsC極板極板

6、面積面積板間板間距離距離介介電電常常數(shù)數(shù)20021vccvdvvidtWcvtv電容的儲能電容的儲能電容是一種儲能元件電容是一種儲能元件, , 儲存的能量以電儲存的能量以電場形式存在。場形式存在。）（dtdvCdtdqi1.3.3 電感電感（單位：（單位：H, mH, H）單位電流產(chǎn)生的磁鏈。單位電流產(chǎn)生的磁鏈。iNLi (t)+-v (t) （t)N (t)磁通磁通磁鏈磁鏈 iO +-viL 主要特性：v電感中電流、電壓的關系電感中電流、電壓的關系dtdiLdtdNeve eidtdiLev當當 Ii (直流直流) 時時,0dtdi0v在直流電路中電感相當于短路在直流電路中電感相當于短路.

7、.結(jié)論結(jié)論lNSL22線圈線圈面積面積線圈線圈長度長度導磁率導磁率v電感和結(jié)構(gòu)參數(shù)的關系電感和結(jié)構(gòu)參數(shù)的關系ve ei電感是一種儲能元件電感是一種儲能元件, , 儲存的磁場能量為：儲存的磁場能量為：v電感的儲能電感的儲能20021iLLidividtWitL）（dtdiLv LCRiRvdtdiLvdtdvCi 直流電路中，直流電路中，電阻電阻R直流電路中，相直流電路中，相當于短路當于短路直流電路中，相直流電路中，相當于開路當于開路耗能元件耗能元件儲能元件儲能元件儲能元件儲能元件無源元件小結(jié)無源元件小結(jié) 1.3.4 理想電壓源（恒壓源） 定義：能獨立向外提供一個確定電壓而與通過的電流無關的元件

8、。 (a)電壓源符號電壓源符號 (b)直流電壓源直流電壓源 (c)直流電壓源伏安特性直流電壓源伏安特性svSV sVIi( (二二) ) 有源元件有源元件主要特性：（1）電壓源外部不能短接； （2）電流由外電路確定； i（3）電壓為零時，電壓源相當于一段無阻導線(除源或置零) ； sv i1.3.5 理想電流源（恒流源） 定義：能獨立向外提供一個確定電流而與其端電壓無關的元件。 主要特性： （1）電流源外部不能開路； （3）電流源的電流為零時（除源或置零），相當于開路； （2）電壓 由外電路確定； v （a） 電流源符號 (b)直流電流源 （c）直流伏安特性 )(tisIs Is0)t(is+

9、-v恒壓源與恒流源特性比較恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒壓源恒流源恒流源不不 變變 量量變變 化化 量量V+_abIVabVab = V （常數(shù)）（常數(shù)）IabVabIsI = Is （常數(shù)）（常數(shù)）輸出電流輸出電流 I 可變可變 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外電路決定由外電路決定端電壓端電壓Vab 可變可變 -Vab 的大小、方向的大小、方向均由外電路決定均由外電路決定例例27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(RuA155RuiRW5152 RiPR1010 110WSVPu i 發(fā)55 15WSVPu i 吸發(fā)出發(fā)出吸收吸收吸收吸收滿足滿足：P（發(fā)

10、發(fā)）P（吸吸）5Ri+_Ru+_10V5V-+28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A2SiiV5u22 510WSAPi u發(fā)55 ( 2)10WSVPu i 發(fā)發(fā)出發(fā)出吸收吸收滿足滿足：P（發(fā)）（發(fā)）P（吸）（吸）u2Ai+_5V-+例例1.3.6 線性受控源（非獨立源） 電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，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而是受電路中某個地方的電壓( (或電流或電流) )控制的電源，控制的電源，稱受控源。稱受控源。+受控電壓源受控電壓源受控電流源受控電流源電流控制電壓源(CCVS)電壓控制電流源(VCCS)電流控

11、制電流源(CCCS)電壓控制電壓源（VCVS)受控源的分類：受控源的分類：例例bcii 電路模型電路模型ibicibbici輸入：控制部分輸入：控制部分輸出：受控部分輸出：受控部分 : : 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)例例求：電壓求：電壓v2。解解Ai2361 21561064viV 5i1+_v2_v1=6Vi1+-3 1.4 基爾霍夫定律Gustav Robert Kirchhoff Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887)(1824-1887)，基爾霍夫基爾霍夫/ /克西霍夫克西霍夫基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律(Kirchhoffs Current LawK

12、CL ) 基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 (Kirchhoffs Voltage LawKVL )結(jié)點：結(jié)點：三條或三條以上支路的聯(lián)結(jié)點三條或三條以上支路的聯(lián)結(jié)點支路：支路：電路中通過同一電流的分支電路中通過同一電流的分支回路：回路：電路中任一閉合路徑電路中任一閉合路徑名詞注釋：名詞注釋：支路：支路：ab、ad、 . （共（共6條）條）回路：回路：abda、 bcdb、 . （共（共7 個）個）結(jié)點：結(jié)點：a、 b、 . (共共4個）個）例例I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-1.4.1 基爾霍夫電流定律（KCL） 定律內(nèi)容:電路中,任何時刻,對任一結(jié)點，

13、所有支路電流的代數(shù)和恒等于零。1()0nkki流入: 流出:+） 如圖I1I2I3I44231IIII即：流入結(jié)點的電流等于由結(jié)點流出的電流。流入結(jié)點的電流等于由結(jié)點流出的電流。流入流入流出流出v電流定律的電流定律的依據(jù)依據(jù)：電流的連續(xù)性：電流的連續(xù)性v電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面。電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面。例例I1+I2=I3例例I=0I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_RvKCL與電路元件無關。廣義結(jié)點廣義結(jié)點1.4.2 基爾霍夫電壓定律（KVL） 定律內(nèi)容：電路中,任何時刻,沿任一回路所有元件上電壓的代數(shù)和恒等于零。01nkkv說明： 首先確定繞行方向和各元件電壓的參考方向（注意：若電阻電流參考方向已標出，習慣上電壓取關聯(lián)方向）； (2)列方程時電壓方向與繞行方向一致：+ ，否則：例如：例如： 回路回路 a-d-c-a33435544RIVVRIRI電位升電位升電位降電