電路基礎(chǔ)知識

電路基礎(chǔ)知識第一頁，共五十頁，2022年，8月28日

第一章電路模型和電路定律第二頁，共五十頁，2022年，8月28日1.7電感元件1.6電容元件1.8電壓源和電流源1.9受控電源1.10基爾霍夫定律1.1電路和電路模型1.2電流和電壓的參考方向1.3電功率和能量1.4電路元件1.5電阻元件第三頁，共五十頁，2022年，8月28日

重點(diǎn)：1.電壓、電流的參考方向2.電路元件特性3.基爾霍夫定律第四頁，共五十頁，2022年，8月28日1.1電路和電路模型（model)1、概念：

電路---------是電流的通路，是為了某種需要由某些電工設(shè)備或元件（電氣器件）按一定的方式組合起來的。電路主要由電源、負(fù)載、連接導(dǎo)線及開關(guān)等構(gòu)成。電源(source)：提供能量或信號.負(fù)載(load)：將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)π盘栠M(jìn)行處理.導(dǎo)線(line)、開關(guān)（switch)等：將電源與負(fù)載接成通路.第五頁，共五十頁，2022年，8月28日2、作用：

1.

實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換

電池?zé)襞?.實(shí)現(xiàn)信號的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒第六頁，共五十頁，2022年，8月28日3、結(jié)構(gòu)：電池?zé)襞蓦娫?

提供電能的裝置負(fù)載:

取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用第七頁，共五十頁，2022年，8月28日放大器揚(yáng)聲器話筒直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、檢波等負(fù)載信號源:

提供信息負(fù)載大小的概念:

負(fù)載增加指負(fù)載取用的電流和功率增加。第八頁，共五十頁，2022年，8月28日4、電路模型：R+RoE-手電筒的電路模型燈泡開關(guān)電池導(dǎo)線S

為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般要將實(shí)際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對應(yīng)的電路模型。第九頁，共五十頁，2022年，8月28日1.2電流和電壓的參考方向

物理中對電量規(guī)定的方向。物理量單位實(shí)際方向電流IA、mA、μA正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢

EV、kV、mV、μV電位升高的方向(低電位

ù

高電位)

電壓U、V、kV、mVμV電位降低的方向

(高電位

ù

低電位)1、實(shí)際方向：第十頁，共五十頁，2022年，8月28日

（2）、表示方法abIR電流：Uab

雙下標(biāo)電壓：+正負(fù)號－abUI（1）、概念：+_U－+EaRb

在分析計(jì)算電路時(shí)，對電量任意假定的方向。箭標(biāo)Iab

雙下標(biāo)2、參考方向(正方向)箭標(biāo)第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日實(shí)際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正；實(shí)際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負(fù)。3、實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系4、注意：在參考方向選定后，電流（或電壓）值才有正負(fù)之分。對任何電路分析時(shí)都應(yīng)先指定各處的i,u的參考方向。abIR例：若I=5A，則實(shí)際方向與參考方向一致，若I=－5A，則實(shí)際方向與參考方向相反。第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日當(dāng)電壓的參考方向指定后，指定電流從標(biāo)以電壓參考方向的“+”極性端流入，并從標(biāo)“—”端流出，即電流的參考方向與電壓的參考方向一致，也稱電流和電壓為關(guān)聯(lián)參考方向。反之為非關(guān)聯(lián)參考方向。5、關(guān)聯(lián)參考方向：i+-Ru第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日

小結(jié)：(1)分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。(2)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），在計(jì)算過程中不得任意改變。u=Ri+–Riu+–Riuu=–Ri

(3)參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式符號也不同，但實(shí)際方向不變。第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日1.3電功率和能量1、概念：電功率在電壓電流關(guān)聯(lián)參考方向下，電功率p可寫成p(t)=u(t)i(t)p>0表明元件吸收電能，p<0表明元件釋放電能。在電壓電流非關(guān)聯(lián)參考方向下，p(t)=u(t)i(t)p>0表明元件釋放電能，p<0表明元件吸收電能電能量

單位

在國際單位制中，電流（A），電荷（C）—庫侖，電壓（V），電能量（J）—焦耳，功率（W）—瓦特。第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日1.4電阻元件電阻是一種將電能不可逆地轉(zhuǎn)化為其它形式能量（如熱能、機(jī)械能、光能等）的元件。1.

符號R2.

歐姆定律(Ohm’sLaw)(1)電壓與電流的參考方向設(shè)定為一致的方向Riu+u

RiR稱為電阻，電阻的單位：

(歐)(Ohm，歐姆)第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日

伏安特性曲線:

Rtg線性電阻R是一個(gè)與電壓和電流無關(guān)的常數(shù)。令G

1/RG稱為電導(dǎo)則歐姆定律表示為

iGu.電導(dǎo)的單位：S(西)(Siemens，西門子)uiO電阻元件的伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日(2)電阻的電壓和電流的參考方向相反Riu+則歐姆定律寫為u

–Ri或i

–Gu注意：

公式必須和參考方向配套使用！3.功率和能量Riu+Rip吸

–ui–(–Ri)ii2R

–u(–u/R)

u2/Rp吸

uii2Ru2/R功率：u+任何時(shí)刻,電阻元件絕不可能發(fā)出電能，它只能消耗電能。因此電阻又稱為“無源元件”和“耗能元件”。第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日Riu+–3.開路與短路對于一電阻R當(dāng)R=0，視其為短路。i為有限值時(shí)，u=0。當(dāng)R=，視其為開路。u為有限值時(shí)，i=0。*理想導(dǎo)線的電阻值為零。能量：可用功表示。從t到t0電阻消耗的能量：第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日1.5電容元件(capacitor)線性定常電容元件：任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷q與電流u成正比。2、電路符號1、電容器C++++––––+q–q++++----第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日與電容有關(guān)兩個(gè)變量:C,q對于線性電容，有：

q=Cu

3.元件特性C

稱為電容器的電容電容C的單位：F(法)(Farad，法拉)F=C/V=A?s/V=s/常用F，nF，pF等表示。Ciu+–+–第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日4、伏安特性：線性電容的q~u

特性是過原點(diǎn)的直線C=q/utg5、電壓、電流關(guān)系：u,i

取關(guān)聯(lián)參考方向Ciu+–+–或quOi=Cdu/dt第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日6、電容元件的功率和能量在電壓、電流關(guān)聯(lián)參考方向下，電容元件吸收的功率為到

t從t-時(shí)間內(nèi)，電容元件吸收的電能為

dtduCuudtduCuip===

則電容在任何時(shí)刻t所儲存的電場能量Wc將等于其所吸收的能量。第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日由此可以看出，電容是無源元件，它本身不消耗能量。從t0到t

電容儲能的變化量：7、小結(jié)：(1)i的大小與u的變化率成正比，與u的大小無關(guān)；(3)電容元件是一種記憶元件；(2)電容在直流電路中相當(dāng)于開路，有隔直作用；(4)當(dāng)u，i為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，i=Cdu/dt；

u，i為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，i=–Cdu/dt。第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日1.6電感元件Li+–u變量:電流i,

磁鏈1、線性定常電感元件L

稱為自感系數(shù)L的單位：亨（利）符號：H(Henry）2、韋安（

~i）特性i0第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日3、電壓、電流關(guān)系：由電磁感應(yīng)定律與楞次定律i,右螺旋e,右螺旋u,e

一致u,i

關(guān)聯(lián)i+–u–+eLi+–u第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日4、電感的儲能也是無損元件L是無源元件第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日(1)u的大小與i的變化率成正比，與i的大小無關(guān)；(3)電感元件是一種記憶元件；(2)電感在直流電路中相當(dāng)于短路；(4)當(dāng)u，i為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，u=Ldi/dt；

u，i為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，u=–Ldi/dt。5

、小結(jié)：第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日1.7電壓源和電流源1、理想電壓源：電源兩端電壓為uS，其值與流過它的電流i

無關(guān)。(2)特點(diǎn)：(a)

電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b)

通過它的電流是任意的，由外電路決定。直流：uS為常數(shù)交流：uS是確定的時(shí)間函數(shù)，如uS=Umsint(1)電路符號uS+_i第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日(3).伏安特性US(a)

若uS=US

，即直流電源，則其伏安特性為平行于電流軸的直線，反映電壓與電源中的電流無關(guān)。

(b)

若uS為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是這樣。電壓為零的電壓源，伏安曲線與i軸重合,相當(dāng)于短路元件。uS+_iu+_uiO第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日(4).理想電壓源的開路與短路uS+_iu+_R(a)

開路：R，i=0，u=uS。(b)

短路：R=0，i

，理想電源出現(xiàn)病態(tài)，因此理想電壓源不允許短路。*實(shí)際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。US+_iu+_rUsuiOu=US–ri實(shí)際電壓源第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日(5).功率：或p吸=uSip發(fā)=–uSi

(i,uS關(guān)聯(lián))電場力做功，吸收功率。電流（正電荷）由低電位向高電位移動(dòng)外力克服電場力作功發(fā)出功率

p發(fā)＝uSi

(i,us非關(guān)聯(lián)）物理意義：uS+_iu+_uS+_iu+_第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日2、理想電流源：

電源輸出電流為iS，其值與此電源的端電壓u

無關(guān)。(2).特點(diǎn)：(a)

電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b)

電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。直流：iS為常數(shù)交流：iS是確定的時(shí)間函數(shù)，如iS=Imsint(1).電路符號iS+_u第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日(3).伏安特性IS(a)

若iS=IS

，即直流電源，則其伏安特性為平行于電壓軸的直線，反映電流與端電壓無關(guān)。

(b)

若iS為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是這樣電流為零的電流源，伏安曲線與u軸重合,相當(dāng)于開路元件uiOiSiu+_第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日(4).理想電流源的短路與開路R(b)

開路：R，i=iS

，u。若強(qiáng)迫斷開電流源回路，電路模型為病態(tài)，理想電流源不允許開路。(a)

短路：R=0，i=iS

，u=0

，電流源被短路。iSiu+_(5).實(shí)際電流源的產(chǎn)生：可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，有些電子器件輸出具備電流源特性，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池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日一個(gè)高電壓、高內(nèi)阻的電壓源，在外部負(fù)載電阻較小，且負(fù)載變化范圍不大時(shí)，可將其等效為電流源。RUS+_iu+_rr=1000，US=1000V，R=1~2時(shí)當(dāng)R=1

時(shí)，u=0.999V當(dāng)R=2

時(shí)，u=1.999VR1Aiu+_將其等效為1A的電流源：當(dāng)R=1

時(shí)，u=1V當(dāng)R=2

時(shí)，u=2V與上述結(jié)果誤差均很小。第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日(6).功率p發(fā)=uisp吸=–uisp吸=uis

p發(fā)=–uisiSu+_iSu+_u,iS關(guān)聯(lián)

u,iS非關(guān)聯(lián)

第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日1.8基爾霍夫定律(Kirchhoff’sLaws)基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律(Kirchhoff’sCurrentLaw—KCL

)和基爾霍夫電壓定律(Kirchhoff’sVoltageLaw—KVL)。它反映了電路中所有支路電壓和電流的約束關(guān)系，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日1、幾個(gè)名詞：(定義)(1).支路(branch)：電路中通過同一電流的每個(gè)分支。(b)(2).節(jié)點(diǎn)(node):三條或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。(n)(4).回路(loop)：由支路組成的閉合路徑。(l)b=3(3).路徑(path)：兩節(jié)點(diǎn)間的一條通路。路徑由支路構(gòu)成(5).網(wǎng)孔(mesh)：對平面電路，每個(gè)網(wǎng)眼即為網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。123ab+_R1uS1+_uS2R2R3l=3n=2123第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日例：支路：ab、bc、ca…

（共6條）回路：abd、abcd…

（共7個(gè)）結(jié)點(diǎn)：a、b、c、d(共4個(gè)）bI6E5E6_+R6R3+R5R4R1R2acdI1I2I4I3I5-網(wǎng)孔：abd、bcd…

（共3個(gè)）第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日2、基爾霍夫電流定律

(KCL)：在任何集總參數(shù)電路中，在任一時(shí)刻，流出(流入)任一節(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和為零。即物理基礎(chǔ):電荷守恒，電流連續(xù)性。i4i2i1i3?令流出為“+”(支路電流背離節(jié)點(diǎn))–i1+i2–i3+i4=0i1+i3=i2+i4??7A4Ai110A-12Ai2i1+i2–10–(–12)=0i2=1A

例:

4–7–i1=0i1=–3A

第四十一頁，共五十頁，2022年，8月28日AB+_1111113+_22.i4i3？A==B?i3

==i4?A==B?AB+_1111113+_21.i2i1i1

==i2?i1

=i2A=BA=Bi3

=i4思考：第四十二頁，共五十頁，2022年，8月28日首先考慮（選定一個(gè))繞行方向:順時(shí)針或逆時(shí)針.–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4例:順時(shí)針方向繞行:3、基爾霍夫電壓定律

(KVL)：在任何集總參數(shù)電路中，在任一時(shí)刻，沿任一閉合路徑(按固定繞向)，各支路電壓的代數(shù)和為零。即電阻壓降電源壓升-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0-U1+U2+U3+U4=US1-US4

I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_第四十三頁，共五十頁，2022年，8月28日推論：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于兩點(diǎn)間任一條路徑經(jīng)過的各元件電壓的代數(shù)和。元件電壓方向與路徑繞行方向一致時(shí)取正號，相反取負(fù)號。ABl1l2UAB(沿l1)=UAB(沿l2）電位的單值性I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4AB第四十四頁，共五十頁，2022年，8月28日圖示電路：求U和I。1A3A2A3V2V3UI例1U1解：3+1-2+I=