第一章電路模型和電路定律電路和電路模型1-1電阻元件1-5電流和電壓的參考方向1-2電壓源和電流源1-6電功率和能量1-3受控電源1-7電路元件1-4基爾霍夫定律1-8首頁(yè)本章重點(diǎn)1PPT課件1.電壓、電流的參考方向3.基爾霍夫定律

重點(diǎn)：2.電阻元件和電源元件的特性返回2PPT課件1-1電路和電路模型1.實(shí)際電路功能(a)

能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；(b)

信息的傳遞、控制與處理。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。下頁(yè)上頁(yè)共性返回一些新名詞(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。電源、激勵(lì)源、激勵(lì)、輸入；負(fù)載；響應(yīng)、輸出；電路、網(wǎng)絡(luò)。3PPT課件

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)線電池開關(guān)白熾燈電路圖理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件。電路模型下頁(yè)上頁(yè)返回4PPT課件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(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：表示將其他形式的能量轉(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。下頁(yè)上頁(yè)注意返回5PPT課件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。下頁(yè)上頁(yè)例電感線圈的電路模型注意返回6PPT課件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)通過導(dǎo)體橫截面的電荷下頁(yè)上頁(yè)返回7PPT課件方向

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。下頁(yè)上頁(yè)問題返回8PPT課件參考方向

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：下頁(yè)上頁(yè)表明返回i

參考方向ABi

參考方向ABi

參考方向AB9PPT課件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。下頁(yè)上頁(yè)iABAB返回i

參考方向AB10PPT課件電壓u

單位2.電壓的參考方向單位正電荷q

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

實(shí)際電壓方向

電位真正降低的方向。下頁(yè)上頁(yè)V(伏[特])、kV、mV、V返回11PPT課件例2-1已知：4C正電荷由a點(diǎn)均勻移動(dòng)至b點(diǎn)電場(chǎng)力作功8J，由b點(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn)電場(chǎng)力作功為12J，若以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，求a、b、c點(diǎn)的電位和電壓uab、ubc;若以c點(diǎn)為參考點(diǎn)，再求以上各值。解(1)下頁(yè)上頁(yè)acb返回12PPT課件acb解(2)下頁(yè)上頁(yè)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。返回13PPT課件在復(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)際電路問題的分析、計(jì)算帶來困難。

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。下頁(yè)上頁(yè)問題+實(shí)際方向–+實(shí)際方向–返回14PPT課件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+ABuAB下頁(yè)上頁(yè)返回15PPT課件

元件或支路的u，i

采用相同的參考方向稱為關(guān)聯(lián)參考方向。反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向3.關(guān)聯(lián)參考方向i+-+-iuu下頁(yè)上頁(yè)返回16PPT課件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)算中不得任意改變。例2-2電壓、電流參考方向如圖中所標(biāo)，問：對(duì)A、B兩部分電路電壓、電流參考方向是否關(guān)聯(lián)？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)。下頁(yè)上頁(yè)注意＋－uBAi返回解參考方向不同時(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。17PPT課件1-3電功率和能量1.電功率功率的單位：W(瓦[特])能量的單位：J(焦[耳])單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所作的功。下頁(yè)上頁(yè)返回18PPT課件2.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p>0

吸收正功率(實(shí)際吸收)p<0

吸收負(fù)功率(實(shí)際發(fā)出)p=ui

表示元件發(fā)出的功率p>0

發(fā)出正功率(實(shí)際發(fā)出)p<0

發(fā)出負(fù)功率(實(shí)際吸收)p12

u,i

取非關(guān)聯(lián)參考方向下頁(yè)上頁(yè)+-iu+-iu返回19PPT課件例3-1

求圖示電路中各方框所代表的元件吸收或發(fā)出的功率。下頁(yè)上頁(yè)已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A。564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－返回20PPT課件解對(duì)一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率＝吸收的功率下頁(yè)上頁(yè)注意返回564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－21PPT課件下頁(yè)上頁(yè)1-4電路元件是電路中最基本的組成單元。1.電路元件返回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：表示將其他形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。注意

如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系式是線性關(guān)系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。例如電阻、電感、電容。..22PPT課件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)生的電磁過程都集中在元件內(nèi)部進(jìn)行。集總條件下頁(yè)上頁(yè)

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；端子間的電壓為確定值。注意返回23PPT課件下頁(yè)上頁(yè)例iiz集總參數(shù)電路兩線傳輸線的等效電路。當(dāng)兩線傳輸線的長(zhǎng)度l與電磁波的波長(zhǎng)滿足：返回+-24PPT課件下頁(yè)上頁(yè)iiz分布參數(shù)電路當(dāng)兩線傳輸線的長(zhǎng)度l與電磁波的波長(zhǎng)滿足：返回等效電路為：++--25PPT課件1-5電阻元件2.線性時(shí)不變電阻元件

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描述：iu任何時(shí)刻端電壓與電流成正比的電阻元件。1.定義伏安特性下頁(yè)上頁(yè)O返回26PPT課件

u-i

關(guān)系R

稱為電阻，單位：

(歐[姆])滿足歐姆定律

單位G

稱為電導(dǎo)，單位：S

(西[門子])u、i取關(guān)聯(lián)參考方向下頁(yè)上頁(yè)伏安特性曲線為一條過原點(diǎn)的直線uiORui+－返回27PPT課件如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)聯(lián)，公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào)。說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。歐姆定律只適用于線性電阻(

R

為常數(shù)）。則歐姆定律寫為u–Rii–Gu公式和參考方向必須配套使用！下頁(yè)上頁(yè)注意Rui-+返回28PPT課件3.功率和能量電阻元件在任何時(shí)刻總是吸收功率的。是無源元件p

ui(–Ri)i–i2R-

u2/Rp

uii2Ru2/R

功率Rui+-下頁(yè)上頁(yè)表明Rui-+返回>0<029PPT課件ui從

t0

到t電阻吸收的能量：4.電阻的開路與短路

能量

短路

開路ui下頁(yè)上頁(yè)Riu+–u+–iOO返回30PPT課件下頁(yè)上頁(yè)實(shí)際電阻器返回31PPT課件

1-6電壓源和電流源電路符號(hào)抽象的電路模型，二端有源元件1.理想電壓源/定義下頁(yè)上頁(yè)其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與流過它的電流i

無關(guān)的元件叫理想電壓源。+_返回32PPT課件電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)。通過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直流電壓源的伏安特性曲線下頁(yè)上頁(yè)例Ri-+外電路電壓源不能短路！O返回33PPT課件+_iu+_電壓源的功率電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)。

電流（正電荷）由低電位向高電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作功，電源發(fā)出功率。

發(fā)出功率，起電源作用物理意義：下頁(yè)上頁(yè)+_iu+_電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。

物理意義：電場(chǎng)力作功，電源吸收功率。吸收功率，充當(dāng)負(fù)載。返回34PPT課件例6-1計(jì)算圖示電路各元件的功率。解下頁(yè)上頁(yè)發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）返回i+_+_10V5V-+電壓、電流參考方向如圖所示注意：R是關(guān)聯(lián)參考方向35PPT課件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+_下頁(yè)上頁(yè)

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，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓的方向、大小無關(guān)。返回36PPT課件電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。ui直流電流源的伏安特性曲線下頁(yè)上頁(yè)O例Ru-+外電路電流源不能開路！返回37PPT課件

可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。下頁(yè)上頁(yè)實(shí)際電流源的產(chǎn)生：

電流源的功率u+_電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)。

發(fā)出功率，起電源作用。電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)。

u+_吸收功率，充當(dāng)負(fù)載。返回38PPT課件例6-2計(jì)算圖示電路各元件的功率。解吸收（實(shí)際發(fā)出10W）發(fā)出（實(shí)際吸收10W）滿足：P（發(fā)）＝P（吸）下頁(yè)上頁(yè)返回u2Ai+_5V-+39PPT課件實(shí)際電源干電池鈕扣電池1.干電池和鈕扣電池（化學(xué)電源）

干電池電動(dòng)勢(shì)為1.5V，僅取決于（糊狀）化學(xué)材料，其大小決定儲(chǔ)存的能量，化學(xué)反應(yīng)不可逆。

鈕扣電池電動(dòng)勢(shì)為1.35V，用固體化學(xué)材料制成，化學(xué)反應(yīng)不可逆。下頁(yè)上頁(yè)返回40PPT課件

氫氧燃料電池示意圖2.燃料電池（化學(xué)電源）

燃料電池電動(dòng)勢(shì)為1.23V。以氫、氧作為燃料。約40%45%的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?shí)驗(yàn)階段加燃料可繼續(xù)工作。下頁(yè)上頁(yè)返回41PPT課件3.太陽(yáng)能電池（光能電源）

一塊太陽(yáng)能電池電動(dòng)勢(shì)為0.6V。太陽(yáng)光照射到PN結(jié)上，形成一個(gè)從N區(qū)流向P區(qū)的電流。約11%的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽食Ｓ锰?yáng)能電池板。

一個(gè)50cm2太陽(yáng)能電池的電動(dòng)勢(shì)為0.6V,電流為0.1A。太陽(yáng)能電池板下頁(yè)上頁(yè)返回42PPT課件蓄電池示意圖4.蓄電池（化學(xué)電源）

電池電動(dòng)勢(shì)為2V。使用時(shí)，電池放電，當(dāng)電解液濃度小于一定值時(shí)，電動(dòng)勢(shì)低于2V，常需要充電，化學(xué)反應(yīng)可逆。下頁(yè)上頁(yè)返回43PPT課件直流穩(wěn)壓源下頁(yè)上頁(yè)返回44PPT課件發(fā)電機(jī)組下頁(yè)上頁(yè)返回45PPT課件風(fēng)力發(fā)電下頁(yè)上頁(yè)返回46PPT課件工業(yè)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)下頁(yè)上頁(yè)返回47PPT課件1-7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)，而是受電路中某處的電壓(或電流)控制的電源，稱為受控電源。下頁(yè)上頁(yè)返回+–四端元件48PPT課件

根據(jù)控制量和被控制量是電壓u或電流i，受控源可分四種類型：電壓控制電流源、電壓控制電壓源、電流控制電流源、電流控用電壓源。2.分類下頁(yè)上頁(yè)返回1）、電壓控制的電壓源VCVS

:電壓放大倍數(shù)

i1u1+_u2i2_u1++_輸出：受控部分輸入：控制部分49PPT課件g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo)

2）、電壓控制的電流源(VCCS)gu1+_u2i2_u1i1+下頁(yè)上頁(yè)返回50PPT課件3）、電流控制的電流源(CCCS):電流放大倍數(shù)b

i1+_u2i2_u1i1+51PPT課件4）、電流控制的電壓源(CCVS)r

:轉(zhuǎn)移電阻

例電路模型ibicib下頁(yè)上頁(yè)ri1+_u2i2_u1i1++_返回52PPT課件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，與電路中其他電壓、電流無關(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)”。可以看做電源進(jìn)行處理，但注意其激勵(lì)源是取決于控制量。課本例題P20下頁(yè)上頁(yè)返回53PPT課件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。基爾霍夫定律與元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。下頁(yè)上頁(yè)返回54PPT課件+_R1uS1+_uS2R2R31.幾個(gè)名詞元件的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。an=4b支路電路中每一個(gè)兩端元件就稱為一條支路。i3i2i1結(jié)點(diǎn)b=5下頁(yè)上頁(yè)或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。n=2返回55PPT課件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。l=3123路徑回路下頁(yè)上頁(yè)+_R1uS1+_uS2R2R3返回56PPT課件2.基爾霍夫電流定律

(KCL)令流出為“+”，流入為“-”

在集總參數(shù)電路中，任意時(shí)刻，對(duì)任意結(jié)點(diǎn)流出該結(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下頁(yè)上頁(yè)返回57PPT課件例58PPT課件例寫出各節(jié)點(diǎn)的KCL方程三式相加得：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。下頁(yè)上頁(yè)①

③②表明返回59PPT課