第1章 電路基本定律和簡單電阻電路

第1章電路模型和電路定律

本章要點(diǎn)：電壓、電流的參考方向電路元件特性基爾霍夫定律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(fù)載、輔助環(huán)節(jié)（導(dǎo)線、開關(guān)、保護(hù)、控制等）電源：能提供電能和電信號的器件，如電池、發(fā)電機(jī)和電信號發(fā)生器。負(fù)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(jìn)行處理。如電動(dòng)機(jī)。輔助環(huán)節(jié)：開關(guān)、導(dǎo)線等。3.電路功能：傳輸電能、處理信號、測量、控制、計(jì)算等。二、電路模型和電路理論電路理論研究的對象不是實(shí)際電路，而是電路模型1.電路模型：理想化元件代替實(shí)際電器元件或設(shè)備。1.2電壓和電流的參考方向一、電路中的主要物理量1.電流

大?。悍较颍赫姾蛇\(yùn)動(dòng)的方向，用箭頭或雙下標(biāo)表示。定義：單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)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。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(jì)算時(shí)的參照，人為假定。1.電流的參考方向：導(dǎo)線中電流的流動(dòng)方向有二種可能：參考方向：任意選定一個(gè)方向即為電流的參考方向。如果參考方向和實(shí)際電流方向一致則I是正值，反之是負(fù)值。電流參考方向的表示方法：用箭頭指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较颉Ｓ秒p下標(biāo)iAB，表示電流從A指向B。若參考方向與實(shí)際方向一致，2.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(fù)極方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较?。用雙下標(biāo)UAB，表示電壓從A指向B。3關(guān)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(fù)極流出，電壓電流參考方向稱為關(guān)聯(lián)的；反之稱為非關(guān)聯(lián)的。（a）關(guān)聯(lián)方向（b）非關(guān)聯(lián)方向習(xí)慣將無源元件標(biāo)為關(guān)聯(lián)的，對有源元件標(biāo)為非關(guān)聯(lián)的。此處的元件也可是一段電路；關(guān)聯(lián)還是非關(guān)聯(lián)一定是針對某一個(gè)元件。非關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)1.3電功率和能量

一、電功率定義:電場力在單位時(shí)間內(nèi)所作的功

若某段電路的電壓為，流過的電流為，則功率為：功率單位是瓦特W，能量單位是焦耳J二功率計(jì)算和判斷u,i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（吸收）P<0,吸收負(fù)功率（發(fā)出）u,i非關(guān)聯(lián)參考方向P=ui表示元件發(fā)出的功率P>0,發(fā)出正功率（發(fā)出）P<0,發(fā)出負(fù)功率（吸收）例：計(jì)算圖中每一部分的吸收功率。(a)關(guān)聯(lián)參考方向

（b）非關(guān)聯(lián)參考方向1.4電路基本元件

電阻R（單位：、k、M）(一)無源元件Riv線性電阻iv伏-安特性伏安關(guān)系：,:阻值主要特性：電導(dǎo)，，單位:西門子（S），；非關(guān)聯(lián)方向下，兩種特殊情況：Riv2

電容單位電壓下存儲的電荷++++----+q-qvi電容符號有極性無極性+_（單位：）

主要特性：電容上電流、電壓的關(guān)系當(dāng)(直流)時(shí),viC在直流電路中電容相當(dāng)于開路.結(jié)論極板面積板間距離介電常數(shù)電容的儲能

電容是一種儲能元件,儲存的能量以電場形式存在。1.3.3

電感（單位：H,mH,H）單位電流產(chǎn)生的磁鏈。i(t)+-v(t)（t)＝N(t)磁通磁鏈iO+-viL

主要特性：電感中電流、電壓的關(guān)系vei當(dāng)(直流)時(shí),在直流電路中電感相當(dāng)于短路.結(jié)論線圈面積線圈長度導(dǎo)磁率電感和結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系vei電感是一種儲能元件,儲存的磁場能量為：電感的儲能LCR直流電路中，電阻R直流電路中，相當(dāng)于短路直流電路中，相當(dāng)于開路耗能元件儲能元件儲能元件無源元件小結(jié)1.3.4理想電壓源（恒壓源）

定義：能獨(dú)立向外提供一個(gè)確定電壓而與通過的電流無關(guān)的元件。

(a)電壓源符號

(b)直流電壓源(c)直流電壓源伏安特性(二)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；（3）電壓為零時(shí)，電壓源相當(dāng)于一段無阻導(dǎo)線(除源或置零)

；

1.3.5理想電流源（恒流源）

定義：能獨(dú)立向外提供一個(gè)確定電流而與其端電壓無關(guān)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(shí)（除源或置零），相當(dāng)于開路；

（2）電壓由外電路確定；

（a）電流源符號(b)直流電流源（c）直流伏安特性+-恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒流源不變量變化量V+_abIVabVab=V

（常數(shù)）IabVabIsI=Is

（常數(shù)）輸出電流I

可變-----

I

的大小、方向均由外電路決定端電壓Vab

可變-----Vab

的大小、方向均由外電路決定例27計(jì)算圖示電路各元件的功率解發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）i+_+_10V5V-+28計(jì)算圖示電路各元件的功率解發(fā)出吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）u2Ai+_5V-+例1.3.6線性受控源（非獨(dú)立源）

電壓或電流的大小和方向不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。+–受控電壓源受控電流源電流控制電壓源(CCVS)電壓控制電流源(VCCS)電流控制電流源(CCCS)電壓控制電壓源（VCVS)受控源的分類：例電路模型ibicib輸入：控制部分輸出：受控部分:電流放大倍數(shù)例求：電壓v2。解5i1+_v2_v1=6Vi1++-31.4基爾霍夫定律GustavRobertKirchhoff(1824-1887)，基爾霍夫/克西霍夫基爾霍夫電流定律(Kirchhoff’sCurrentLaw—KCL)基爾霍夫電壓定律(Kirchhoff’sVoltageLaw—KVL)結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路：電路中通過同一電流的分支回路：電路中任一閉合路徑名詞注釋：支路：ab、ad、…...

（共6條）回路：abda、bcdb、

…...

（共7個(gè)）結(jié)點(diǎn)：a、b、…...(共4個(gè)）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(shí)刻,對任一結(jié)點(diǎn)，所有支路電流的代數(shù)和恒等于零。﹙流入:–

流出:+）

如圖I1I2I3I4即：流入結(jié)點(diǎn)的電流等于由結(jié)點(diǎn)流出的電流。流入流出電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。例I1+I2=I3例I=0I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_RKCL與電路元件無關(guān)。廣義結(jié)點(diǎn)1.4.2基爾霍夫電壓定律（KVL）

定律內(nèi)容：電路中,任何時(shí)刻,沿任一回路所有元件上電壓的代數(shù)和恒等于零。說明：

⑴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(biāo)出，習(xí)慣上電壓取關(guān)聯(lián)方向）；

(2)列方程時(shí)電壓方向與繞行方向一致：+，否則：–例如：回路a-d-c-a電位升電位降或：I3V4V3_+R3R6+R4R5R1R2