電路模型和電路定律

1、1 總體看，電路是研究能量系統(tǒng)的一個很好的模型，是研究總體看，電路是研究能量系統(tǒng)的一個很好的模型，是研究電能在各個電子技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的基礎(chǔ)課程。其中包括應(yīng)用數(shù)電能在各個電子技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的基礎(chǔ)課程。其中包括應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)等諸多內(nèi)容。學(xué)、物理學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)等諸多內(nèi)容。 正是工程技術(shù)改變了世界正是工程技術(shù)改變了世界電子工程的兩大基礎(chǔ)理論：電子工程的兩大基礎(chǔ)理論：電路理論、電磁理論電路理論、電磁理論 基本電路理論課程是電子工程最重要的課程，也是學(xué)習(xí)電子工程的最好起點。2第一章第一章 電路模型和電路定律電路模型和電路定律本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：電路電量的基本概念；基爾霍夫定律基本概念基本概念

2、電路模型基本電量電路元件獨立電源及受控電源基爾霍夫定律基爾霍夫定律KCLKVL歷史人物：伏特：伏特：安培：安培：歐姆：歐姆：基爾霍夫：基爾霍夫：歐姆定律、基爾霍夫定律構(gòu)成了電路分析理論的基礎(chǔ)3一、電路電路電流通過的途徑。實現(xiàn)電能的輸送、轉(zhuǎn)換和控制；實現(xiàn)信息的傳遞、處理和儲存1-1 電路及電路模型電路及電路模型4電路組成：電路組成：電源產(chǎn)生電能及電信號的裝置 負(fù)載取用、消耗電能的元件 中間環(huán)節(jié)導(dǎo)線、開關(guān)及相應(yīng)的電器元件借助電路模型，便于對實際電路進(jìn)行分析和數(shù)學(xué)描述二、電路模型二、電路模型將實際的電路元件近似看作理想電路元件，用規(guī)定符號畫出的電路圖。51-2 電路的基本物理量及其參考方向電路的基本

3、物理量及其參考方向一、電流一、電流 大?。捍笮。簡挝粫r間內(nèi)穿過導(dǎo)體某截面 S 的電荷量 或是電荷隨時間的變化率 交流： i = dq /dt 直流： I = q / tABi元件i 0ABi元件i 0，表明電場力作正功，為消耗功率（負(fù)載），表明電場力作正功，為消耗功率（負(fù)載） 當(dāng)當(dāng) p 0，表明電場力作負(fù)功，即外力作正功，為發(fā)，表明電場力作負(fù)功，即外力作正功，為發(fā) 出功率（電源）出功率（電源）ABu元件+-iu 與 i 相關(guān)聯(lián)參考方向元件吸收功率ABu元件+-iu 與 i 非關(guān)聯(lián)參考方向元件發(fā)出功率二、能量二、能量 是做功的能力 ttttuidtpdtW00從時間t0 到 t ，元件吸收（或發(fā)

4、出）的電能(單位：焦耳J)單位：瓦特-小時（Wh），即焦耳（J）10例1-1：有一個以2A的恒定電流流過燈泡10秒時間，如果燈泡發(fā)光、發(fā)熱消耗了2.3kJ，試計算燈泡兩端的電壓例1-2：若流入某元件正端的電流 i =5cos60t A，該元件的電壓為：u =3i , 求在 t =3ms 時傳到該元件的功率111-4 電路元件電路元件常用的理想元件符號理想電壓源 理想電流源 電阻 電感 電容電路元件是電路中的最基本的組成單元分為：二端、三端、四端、多端元件；有源元件、無源元件 線性元件、非線性元件； 時不變元件、時變元件等121-5、電阻元件、電阻元件消耗電能的元件消耗電能的元件歐姆定律描述線性

5、電阻兩端電壓與流過電流之間的關(guān)系消耗電能的元件如電阻器、燈泡、電爐等在一定條件下，常用二端線性電阻表示i+ u -則 i = u / R，或 u = i Ri+ u -當(dāng) 則i = -(u /R) ，或 u = - i R電阻的倒數(shù)為電導(dǎo) G = 1/R 電阻的電功率 p = u i = i 2 u = u2/ R； 直流 P= UI = I2 U = U2/R當(dāng)13 線性電阻元件的伏安(V/A)特性IUOUOIOuitantanuiuiiuiummOUOImmuiGmmOIOUmmiuR由伏安特性可得電阻、電導(dǎo) 電阻元件的開路和短路ui開路有關(guān)系：i=0, u=uR= , G=0ui短路有關(guān)

6、系：i=i, u=0R= 0, G= mu 、mi 分別為單位長度的電壓值和電流值14 電阻的電功率 p = u i = R i2 = u2/ R =G u2 = i2 / G 電阻從t0 到t 時間內(nèi)吸收的電能為：ttdRiW0)(2線性電阻i i+ u -+ u -伏安特性（電流與電壓的關(guān)系）i i+ u -+ u -非線性電阻對于非線性電阻，u = f(i) ,即R不是一個常數(shù)，而與電流（或電壓）有關(guān)；若R隨時間變化，則成為時變電阻；若R|u(t1)|，WC(t2)WC(t1)電容放電時，|u(t2)|u(t1)|，WC(t2)0，元件吸收能量當(dāng)電流| i | 減小時，WL0，元件釋放能

7、量電感元件是一種儲能元件dtdiLu 線性電感電壓：191-8 獨立電壓源和電流源獨立電壓源和電流源正弦電壓源： uS (t)=Umcos(2 /T)t+ = Umcos(2ft+) =Umcos(t+)在圖示參考方向情況下（對于電源uS 與i為非關(guān)聯(lián)方向）電壓源發(fā)出的功率： |p(t)|=|uS(t)| i(t)|實際電源有電池、發(fā)電機(jī)、信號源等，由實際電源抽象出電壓源和電流源+uS-iu+US-iuUSui伏安特性一、理想電壓源（恒壓源）外電路端電壓：u(t)=uS (t)，與電流 i 無關(guān)。電流 i 的大小由外電路決定20uiISiSiu伏安特性二、理想電流源（恒流源）正弦電流源： iS

8、 (t)=Imcos(2 /T)t+ = Imcos(2ft+) =Imcos(t+)在圖示參考方向情況下（對于電源iS 與u為非關(guān)聯(lián)方向）電流源發(fā)出的功率：|p(t)|=|iS(t)| u(t)|外電路電流源發(fā)出的電流：i(t)=iS (t)，與電壓 u 無關(guān)。端電壓 u的大小由外電路決定。21電壓源的電壓或電流源的電流受其他部分的電壓或電流的控制，這種電源稱為受控電源。1-9 受控電源受控電源非獨立電源非獨立電源1、電壓控制的電壓源 （VCVS）U2= U12、電流控制的電壓源 （CCVS）U2=rI1223、電壓控制的電流源 （VCCS）I2=gU14、電流控制的電流源 （CCCS）I2

9、= I1受控電源反映電路中某處電壓（或電流）控制另一處電壓（或電流）的現(xiàn)象。也是表示一處電路變量與另一處電路變量之間的耦合關(guān)系。23例：例：1-3iS+u1-5+u2-2i求圖示電路中的電流 i，已知u2=0.5u1， iS=2A，Auui5 . 22105 . 025 . 0212解：241-10 基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律(KCL)，基爾霍夫電壓定律（，基爾霍夫電壓定律（KVL）支路支路每一個二端元件結(jié)點結(jié)點支路連結(jié)點回路回路由支路構(gòu)成的閉合路徑網(wǎng)孔網(wǎng)孔中間不含有支路的回路3312aUS2US1VCR元件的組成關(guān)系或電流電壓關(guān)系支路電流和支路電壓受兩類條件約束

10、：滿足VCR關(guān)系電路的“拓?fù)洹苯Y(jié)構(gòu)25一、基爾霍夫電流定律（一、基爾霍夫電流定律（KCL）電路中任一節(jié)點，有電路中任一節(jié)點，有 I = 03312a如節(jié)點a：I1-I2-I3=0KCL推廣推廣BCABAB廣義節(jié)點廣義節(jié)點有：IA+IB+IC=0US2US126二、基爾霍夫電壓定律（二、基爾霍夫電壓定律（KVL）電路中任一回路，有電路中任一回路，有 U = 0對于網(wǎng)孔1：U1 + U3 - US1 = 0或代入VCR，有： I1R1+I3R3 =US13312aUS2US1KVL推廣推廣廣義回路廣義回路 有: UA-UB -UAB=0 或: UAB= UA-UB27例例1-2解： 對網(wǎng)孔與網(wǎng)孔

11、分別列出KVL方程，可以解出電壓ux觀察電路，也可以對網(wǎng)孔列出KVL方程Vuuuuuuuuuuuuxx605432135421電路如圖所示，已知u1 = u3 =1V，u2 =4V， u4 = u5 =2V， 求電壓 ux28例例1-4電路如圖所示，已知 R1=0.5， R2=1， R3=2， uS = 10V，CCCS 的電流ic =50i1。 求電壓 u3 。由以上兩個方程解出：VRiRiuAic4 .1950105 .5110313331解： 將控制量i1 作為未知量，以解出電壓u3。051502112121iiiiiiiic回路的KVL方程：02211RiRiuS結(jié)點的KCL方程：29本章小結(jié)本章小結(jié)1、電子電路由若干個相互連接在一起的電路元件組成2、電流是電荷流動的變化率3、電壓是移動1C電荷通過元件所需要的電能4、電功率是電位時間內(nèi)所提供(發(fā)出)或吸收的能量5、理想電壓源輸出恒定不變的電壓；理想電流源輸出恒定不變 的電流6、受控電源所給出