第一章電路模型和定律

1、第1章重點:電路模型和電路定律1、電壓、電流的參考方向2、電路元件特性3、基爾霍夫定律PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建1.1電路和電路模型由電路器件和電路部件按預(yù)期目的1、實際電路連接的電流的通路。a：能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b：信息的傳遞與處理。功能PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建燈泡例1：簡單的電路電池導(dǎo)線例2：電能傳輸和轉(zhuǎn)換電路輸電線發(fā)電機熱能,水能, 核能轉(zhuǎn)電能電能轉(zhuǎn)換為光能,熱能和機械能傳輸分配電能PDF 文件使用 pdfFactoryPro 試用版本創(chuàng)建1 0 BASE-T wa l l p l a te電燈電爐降壓變壓器升壓

2、變壓器2、實際電路的電路組成：電源：將非電能轉(zhuǎn)換成電能的裝置(干電池,蓄電池,發(fā)電機或信號源）中間環(huán)結(jié)：把電源與負載連接起來的部分(連接導(dǎo)線,開關(guān))負載：將電能轉(zhuǎn)換成非電能的用電設(shè)備(電燈,電爐,電)PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建3、電路模型電路圖燈泡Rs電池RLUs導(dǎo)線反映實際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。電路模型：理想電路元件：有某種確定的電磁性能的理想元件是不是所有的電路元件都可以看作理想電路元件？PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建1 0 BASE-T wa l l p l a te什么樣的電路元件可以看作理想電路元

3、件？a: 電路理論的研究對象:象；電路中發(fā)生的電磁現(xiàn)（用電流、電荷、電壓或磁通等物理量來描述其中的過程。）b: 電路理論的研究目標:計算電路中各個器件的端電壓和流過器件的電流。（一般不涉及器件內(nèi)部發(fā)生的物理過程）PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建C:電路理論的一個重要假設(shè)：電路的器件及電路本身的遠小于電路工作時電磁波的波長或電磁波通過電路的時間可以認為是瞬時的則由電磁場理論及實踐證明在任意時刻 流入各器件任一端子的電流和任兩個端子的 電壓都是單值的量，在這種條件下可以用一些足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或他們的組合來模擬實際電路的器件。理想電路元件又稱為集總元件或集

4、總參數(shù)元件，由集總元件的電路稱為集總電路。本課程主要討論集總元件。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建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。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、電流和電流的參考方向凈正電荷（或凈負電荷）在導(dǎo)體內(nèi)定向移動電流的形成：電流的定義：i = dq時間內(nèi)通過導(dǎo)體的電荷量dti電流的符號：電流的：安培用A表示PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建1kA=103A1mA=10-3A1 m A=10-6AA（安培）、kA、mA、mA實際應(yīng)用方向規(guī)定正電荷的運動方向為

5、電流的實際方向在分析電路時,對于電路中各個電流的實際方向往往難以事先判定,另外有些電路(交流電路)中的電流的實際方向是隨時間變化的,不可能用一個固定的箭頭表示電流的實際方向,為了解決這個問題引入了參考方向這個概念。電流的參考方向可以人為的任意指定，一般用箭頭表示也可以下標表示。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建參考方向i箭頭表示ABi參考方向ABAB雙下標表示參考方向ii AB0實際方向i參考方向i 0, 則 i的實際方向與假設(shè)的參考方向一致若數(shù)值i 0Pro 試用版本創(chuàng)建U0P0P0,實際吸收10瓦功率uABBAip = u ABi = 5 * -2 = -10wu

6、、i參考方向非關(guān)聯(lián)，p0由于圖中電阻元件電壓、電流取關(guān)聯(lián)的參考方向，求出的功率恒大于零,所以電阻元件總是從電源吸收能量,而絕不能發(fā)出能量,電阻元件是一種耗能元件,為無源元件.PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建(2)能量ttt2W =pdt =uidt =Ri dt 0111000求出的能量也恒大于零。電阻元件吸收的能量哪去呢？PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建1.61.理想電壓源電壓源和電流源定義:理想電壓源是一個理想電路元件，它的端電壓u(t)為u(t)=us(t) ,式中us(t)為給定時間函數(shù)，而電壓u(t) 與通過它的電流無關(guān)，總保持

7、為給定的時間函數(shù)。電壓源中電流的大小由外電路決定。電路符號：_+usPDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建伏安關(guān)系理想電壓源的電壓、電流關(guān)系(1)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)。uus(2)通過電壓源的電流由電源及外路共同決定。i(3)電壓源外電路不得短路。iu+=SiRRu-S注意：電壓源不能短路！PDF 文件使用 pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建P = uS i電壓源的功率:一般電壓源電壓、電流的參考方向取非關(guān)聯(lián)；i物理意義：電流（正電荷）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功電源發(fā)出功率。u_us_注：是不是所有的

8、電源在電路中都是發(fā)出功率？PDF 文件使用 pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建例計算圖示電路各元件的功率。R = 5W_解：uR = (10 - 5 ) = 5Vi = uR R = 5 5 = 1A5V10VUs2Us1_iP10V = ui = 10?1 = 10WS1PR = Ri2= 5 ? 1 = 5WP5V = ui = 5?1 = 5WS2滿足：P發(fā)總P吸總說明：不是所有的電源在電路中都是發(fā)出功率， 有的可能吸收功率。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建UR2. 理想電流源定義：理想電流源是一個理想電路元件，電流源發(fā)出的電流i(t)為i(t)=is(

9、t) ,式中is(t)為給定時間函數(shù)，而電流i(t)與元件的端電壓無關(guān)，總保持為給定的時間函數(shù)。電流源中端電壓由外電路決定。is電路符號_+uPDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建伏安關(guān)系理想電流源的電壓、電流關(guān)系:u(1)電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān)；is(2)電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。iRu = RiS電流源不能開路！PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建iS+u-P = uiS電流源的功率一般電流源電壓、電流的參考方向取非關(guān)聯(lián)；iSu_注：是不是所有的電流源在電路中都是發(fā)出功率？PDF

10、文件使用pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建例計算圖示電路各元件的功率。ii=- 2A解=u5Vus1u- 2A5V_= ui = 5 ?(-2) = -10WP2 A電流源實際發(fā)出10W功率= ui = 5?(-2) = -10WS1P5V電壓源實際吸收10W功率滿足：P發(fā)P吸若電流源電流為-2A說明：不是所有的電流源在電路中都是發(fā)出功率？PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建受控電源1.71.定義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(或電流)2.分類的電源，稱受控源。量是電壓u 或電流i ，受控源可分根據(jù)量和被四種類型：當(dāng)被量是電

11、壓時，用受控電壓源表示；當(dāng)被量是電流時，用受控電流源表示。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建電流的電流源(1)(CCCS )i1i2四端元件i2 = b i1b : 電流放大倍數(shù)b i1輸出：受控部分輸入：部分PDF 文件使用 pdfFactoryPro 試用版本創(chuàng)建電壓的電流源i2(2)(VCCS)= gu1轉(zhuǎn)移電導(dǎo)i2+u1gu1g:_(3)電壓的電壓源(VCVS)= m u1電壓放大倍數(shù)u2m:+u2_+mu1u1_-PDF 文件使用 pdfFactoryPro 試用版本創(chuàng)建CCVS )(4)i1電流的電壓源(u2 = ri1+u2_+: 轉(zhuǎn)移電阻rri1-=

12、b ibicib例icib電路模型bibPDF 文件使用 pdfFactoryPro 試用版本創(chuàng)建ic3. 受控源與源的比較源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、(1)電流無關(guān)，而受控源電壓(或電流)由量決定。源在電路中起“激勵”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流(2)，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關(guān)系，在電路中不能作為“激勵”。例求：電壓u2。+5i1-+u2_= 6= 2 A解i31+u2 = -5i1 + 6= -10 + 6 = -4Vu1=6V3Wi1_PDF 文件使用 pdfFactory Pro試用版本創(chuàng)建基爾霍夫定律1.8基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律( KCL

13、 )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元件特性的基礎(chǔ)。了電路分析PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建1.支路、結(jié)點、回路（1）支路：電路中通過同一電流的一段電路。支路的電流和電壓分別稱為支路電流和支路電壓。i1ai3+uS1_R1+uS2_i2R3R2( 2 ) 結(jié)點：b支路的連接點稱為結(jié)點 。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建(3) 回路：由支路組成的閉合路徑。+3uuS2S1_2R13R1R2PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建

14、2. 基爾霍夫電流定律(KCL)在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意結(jié)點流出或流入該結(jié)點電流的代數(shù)和等于零。流進的電 i =?流等于流出的電流0ori入 i出例此處電流的“代數(shù)和”是根據(jù)電流是流出結(jié)點還是流入結(jié)點的。一般規(guī)定流出結(jié)點的i5電流前面取“”，則流入結(jié)點的電流前面取“i1 ”i 4- i- i+ i+ i+ i=0i 212345ii1 + i 2= i3+ i 4+ i53PDF 文件使用 pdfFactoryPro 試用版本創(chuàng)建+ i4- i4+ i6+ i5= 0= 0i1- i21結(jié)點i1例12結(jié)點3結(jié)點ii 42i56- i- i=i0i3562說明什么?三式相加得：i 3i

15、- i+ i= 01233（1） KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)論： 結(jié)點處的反映；（2） KCL是對支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)；（3） KCL方程是按電流參考方向列寫，與電流實際方向無關(guān)。（4） KCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個結(jié)點的任一閉合面。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建3. 基爾霍夫電壓定律 (KVL)在集總參數(shù)電路中，任一時刻，沿任一閉合路徑繞行，各支路電壓的代數(shù)和等于零。 u=0應(yīng)用時:（1）標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。（3） 當(dāng)支路參考方向與回路繞行方向

16、一致時取正，反之取負。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建列KVL方程l4l3l-u -u +u =01:125l2:l3:l4:-u5+u4+u6=0 u2-u3-u4=0-u3+u6-u1=0l1l2電路中的結(jié)點電壓(電位)結(jié)點電壓:某結(jié)點相對于參考點之間的電壓。參考點：可任意選定某一個結(jié)點為參考點，選定后一般取參考點電位為零電位。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建l4以4為參考點：l3un4 =0 un1 =u1 un2 =u5un3 =u6l1l2以1為參考點：結(jié)論：un1 =0 =u1-u1 un2 =u2 =u5-u1 un3 =u3 =u6-u1un4 = -u1 =0-u1（1）結(jié)點電壓具有相對性（相對于參考點），改變參考點各結(jié)點電壓均改變相同的量。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 試用版本創(chuàng)建l4若選4為參考點，對結(jié)點3，選擇不同的計算路徑有：l3l2:l4:un3 = -u4+u5un3 =u1+u3l1l2un3 =u6un3 = -u4+u5 =u1+u3結(jié)論：=u6（2）一旦選定參考點，結(jié)點電壓具有單值性。結(jié)點電壓的大小與計算時所選的路徑無關(guān)。PDF 文件使用 pdfFactory Pro