電路的基本概念和定律課件

第一章電路的基本概念和定律1.1電路及電路模型1.2電路變量1.3電壓源和電流源1.4電阻元件1.5基爾豁夫定律1.6等效電路概念的運(yùn)用1.7實(shí)際電源的兩種模型及相互轉(zhuǎn)換1.8受控源1.9電阻Y形與形連接的等效變換返回1

學(xué)習(xí)目標(biāo)l

熟練掌握基爾霍夫電流、電壓定律，并能靈活地運(yùn)用于電路的分析計(jì)算。

l

深刻理解支路上電流、電壓參考方向及電流、電壓間關(guān)聯(lián)參考方向的概念。l

理解理想電壓源、理想電流源的伏安特性，以及它們與實(shí)際電源兩種模型的區(qū)別。l

正確運(yùn)用等效概念和方法來化簡和求解電路。

l了解受控源的特性，會(huì)求解含受控源的電路。2

1.1電路及電路模型1.1.1電路及其功能

實(shí)際電氣裝置種類繁多，如自動(dòng)控制設(shè)備，衛(wèi)星接收設(shè)備，郵電通信設(shè)備等；實(shí)際電路的幾何尺寸也相差甚大，如電力系統(tǒng)或通信系統(tǒng)可能跨越省界、國界甚至是洲際的，但集成電路的芯片有的則小如指甲。為了分析研究實(shí)際電氣裝置的需要和方便，常采用模型化的方法，即用抽象的理想元件及其組合近似地代替實(shí)際的器件，從而構(gòu)成了與實(shí)際電路相對應(yīng)的電路模型。31.1.3電路模型

實(shí)際電路中使用著電氣元、器件，如電阻器、電容器、燈泡、晶體管、變壓器等。在電路中將這些元、器件用理想的模型符號表示。如圖1-2。電路模型圖——將實(shí)際電路中各個(gè)部件用其模型符號表示而畫出的圖形。如圖1-3。+-UsR圖1-3電路模型圖RC圖1-2理想電阻、電容元件模型符號51.2電路變量1.2.1電流

電流——在電場作用下，電荷有規(guī)則的移動(dòng)形成電流，用u表示。電流的單位是安培。

電流的實(shí)際方向——規(guī)定為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。

電流的參考方向——假定正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。為表示電流的強(qiáng)弱，引入了電流強(qiáng)度這個(gè)物理量，用符號i(t)表示。電流強(qiáng)度的定義是單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量。61.2.1電流

電流強(qiáng)度簡稱電流，即：電流的實(shí)際方向：規(guī)定為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。電流的參考方向：假定為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。并且規(guī)定：若二者方向一致，電流為正值，反之，電流為負(fù)值。式中dq

為通過導(dǎo)體橫截面的電荷量，若dq/dt為常數(shù)，這種電流叫做恒定電流，簡稱直流電流，常用大寫字母I表示。電流的單位是安培（A），簡稱安。

71.2.2電壓電壓——即電路中兩點(diǎn)之間的電位差，用u表示。即電壓的實(shí)際方向——電位真正降低的方向。電壓的參考方向——即為假設(shè)的電位降低的方向。

關(guān)聯(lián)參考方向——電流的流向是從電壓的“+”極流向“-”極；反之為非關(guān)聯(lián)參考方向。圖1-4u、i關(guān)聯(lián)參考方向圖1-５u、i非關(guān)聯(lián)參考方向u+_i_+ui81.3電壓源和電流源1.3.1電壓源

不論外部電路如何變化,其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)的電源定義為理想電壓源,簡稱電壓源。它有兩個(gè)基本性質(zhì):1、其端電壓是定值或是一定的時(shí)間函數(shù)，與流過的電流無關(guān)。2、電壓源的電壓是由它本身決定的，流過它的電流則是任意的。電壓源的伏安特性曲線是平行于i

軸其值為

uS(t)的直線。如圖1-6所示.

圖1–6電壓源伏安特性曲線10

1.3.2電流源

不論外部電路如何,其輸出電流總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)的電源，定義為理想電流源，簡稱電流源。它有兩個(gè)基本性質(zhì):1、它輸出的電流是定值或一定的時(shí)間函數(shù)，與其兩端的電壓無關(guān)。2、其電流是由它本身確定的，它兩端的電壓則是任意的。電流源的伏安特性曲線是平行于u

軸其值為

iS(t)的直線，如圖1-7所示。

圖1-7電流源伏安特性曲線111.4.2電阻元件上吸收的功率與能量

1R吸收的功率為:

對于正電阻來說，吸收的功率總是大于或等于零。2

設(shè)在to-t區(qū)間R吸收的能量為w(t)、它等于從t0-t對它吸收的功率作積分。即：上式中τ是為了區(qū)別積分上限t而新設(shè)的一個(gè)表示時(shí)間的變量。

131.5基爾霍夫定律1.5.1基爾霍夫電流定律(kCL)

圖1-9說明KCL2143ai2i4i3i1其基本內(nèi)容是：對于集總電路的任一節(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻流入該節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該節(jié)點(diǎn)的電流之和。例如對圖1-9所示電路a節(jié)點(diǎn)，有i1=i2+i3+i4或

i1-i2-i3-i4=0141.5.2基爾霍夫電壓定律(KVL)

KVL的基本內(nèi)容是：對于任何集總電路中的任一回路，在任一瞬間，沿回路的各支路電壓的代數(shù)和為零。1234++++____u4u1u2u3abcd圖1-10電路中的一個(gè)回路如圖1-10，從a點(diǎn)開始按順時(shí)針方向(也可按逆時(shí)針方向）繞行一周，有：

u1-u2-u3+u3=0當(dāng)繞行方向與電壓參考方向一致（從正極到負(fù)極），電壓為正，反之為負(fù)。15IR1R2U1U2++__+_Uab1.6.2分壓公式和分流公式

1、兩個(gè)電阻R1、R2串聯(lián)，各自分得的電壓u1、u2分別為：圖1-12兩個(gè)電阻R1、R2串聯(lián)上式為兩個(gè)電阻串聯(lián)的分壓公式，可知：電阻串聯(lián)分壓與電阻值成正比，即電阻值越大，分得的電壓也越大。

172、兩個(gè)電阻R1、R2并聯(lián)

圖1-13為兩個(gè)電阻R1、R2并聯(lián)，總電流是i，每個(gè)電阻分得的分別為i1和i2：i2i1iR2R1+_abu圖1-13兩個(gè)電阻并聯(lián)上式稱為兩個(gè)電阻并聯(lián)分流公式?？芍弘娮璨⒙?lián)分流與電阻值成反比，即電阻值越大分得的電流越小。18

1.6.3含獨(dú)立源的二端電路的等效

1幾個(gè)電壓源相串聯(lián)的二端電路,可等效成一個(gè)電壓源，其值為個(gè)電壓源電壓值的代數(shù)和。對圖1-14有：Us2+++Us3Us1___abUs+_ab圖1—14電壓源串聯(lián)等效US=US1-US2+US3

191.7實(shí)際電源的兩種模型及相互轉(zhuǎn)換1.7.1實(shí)際電壓源的模型實(shí)際電壓源與理想電壓源是有差別的，它總有內(nèi)阻，其端電壓不為定值，可以用一個(gè)電壓源與電阻相串聯(lián)的模型來表征實(shí)際電壓源。如圖1-16所示。

圖1-16實(shí)際電壓源模型及其伏安特性+-USRSI+-abU0UUSIU=USU=Us-RsI211.7.2實(shí)際電流源的模型

實(shí)際電流源與理想電流源也有差別，其電流值不為定值，可以用一個(gè)電流源與電阻相并聯(lián)的模型來表征實(shí)際電流源。如圖1-16所示。圖1-17實(shí)際電流源模型及其伏安特性IRsIs+_UOIIsI=IsIs=U/Rs+IU22實(shí)際電源兩種模型是可以等效互換的。如圖1-18所示。

圖1-18電壓源模型與電流源模型的等效變換

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1.8受控源

受控源也是一種電源，它表示電路中某處的電壓或電流受其他支路電壓或電流的控制。1.8.1四種形式的受控源1受電壓控制的電壓源，即VCVS.2受電流控制的電壓源，即CCVS.3受壓流控制的電流源，即VCCS.4受電流控制的電流源，即CCCS.25圖1-19四種受控源模型(a)VCVS+_uU1U1+_(b)CCVSU1=0+_+_rI1I1(c)VCCS

gU1+_U1(d)CCCSI1aI126例如要求出圖1-22中a、b端的等效電阻，必須將R12、R23、R31組成的三角形連接化為星形連接，這樣，運(yùn)用電阻串、并聯(lián)等效電阻公式可方便地求出a、b端的等效電阻。圖1-22電阻三角形連接等效變?yōu)閅形連接291已知三角形連接的三個(gè)電阻來確定等效Y形連接的三個(gè)電阻的公式為：302已知Y形連接的三個(gè)電阻來確定等效三角形連接的三個(gè)電阻的公式為：

31第一章小結(jié)1電路模型

將實(shí)際電路中各元器件都用它們的模型符號表示，這樣畫出的圖形稱為電路模型圖。本課程研究的電路均為電路模型圖。2電路中的基本變量

（1）電流。電流有規(guī)律的定向移動(dòng)形成傳導(dǎo)電流.用電流強(qiáng)度來衡量電流的大小.電流的實(shí)際方向規(guī)定為正電荷運(yùn)動(dòng)的方向;電流的參考方向是假定正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。

32（2）電壓。即電路中兩點(diǎn)之間的電位差。規(guī)定電壓的實(shí)際方向?yàn)殡娢唤档偷姆较?；電壓的參考方向?yàn)榧俣娢唤档偷姆较颉?3)電功率。即電場力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功。計(jì)算一端電路吸收的功率，當(dāng)u、I為時(shí)間，p=ui，非關(guān)聯(lián)時(shí)，p=-ui，若p值為正表示確為吸收功率，為負(fù)表示實(shí)為提供功率給電路的其他部分。3電源

電源可分為獨(dú)立源和受控源兩類。獨(dú)立