電路模型和基爾霍夫定律演示

（優(yōu)選）第一章電路模型和基爾霍夫定律ppt講解本文檔共87頁；當前第1頁；編輯于星期二\17點22分1.1電路和電路模型1.2電路變量1.3基爾霍夫定律1.4電阻電路的元件1.5簡單電路分析第一章電路模型和基爾霍夫定律本文檔共87頁；當前第2頁；編輯于星期二\17點22分§1－1電路和電路模型

1.電路在日常生活、生產和科學研究工作中得到了廣泛應用。在收錄機、電視機、錄像機、音響設備、計算機、通信系統和電力網絡中都可以看到各種各樣的電路。這些電路的特性和作用各不相同。（1）實現電能的傳輸和轉換。例如電力網絡將電能從發(fā)電廠輸送到各個工廠、廣大農村和千家萬戶，供各種電氣設備使用。（2）實現電信號的傳輸、處理、存儲和利用。

電路的作用本文檔共87頁；當前第3頁；編輯于星期二\17點22分電阻器電容器線圈電池運算放大器晶體管

根據實際電路的幾何尺寸(d)與其工作信號波長(λ)的關系，可以將它們分為兩大類：

(1)集總參數電路：滿足d<<λ條件的電路。

(2)分布參數電路：不滿足d<<λ條件的電路。說明：本書只討論集總參數電路,今后簡稱為電路。

2.由電阻器、電容器、線圈、變壓器、晶體管、運算放大器、傳輸線、電池、發(fā)電機和信號發(fā)生器等電子器件和設備連接而成的電路，稱為實際電路。本文檔共87頁；當前第4頁；編輯于星期二\17點22分

低頻信號發(fā)生器的內部結構本文檔共87頁；當前第5頁；編輯于星期二\17點22分

3.電路分析與電路綜合實際電路電路模型計算分析電氣特性

電路分析

電路綜合

4.目的：通過對電路模型的分析計算來預測實際電路的特性，從而改進實際電路的電氣特性和設計出新的電路。

5.任務：掌握電路的基本理論和電路分析的方法。本文檔共87頁；當前第6頁；編輯于星期二\17點22分

6.電路模型是實際電路抽象而成，它近似地反映實際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導線連結而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連結就構成不同特性的電路。

電路一詞的兩種含義

(1)實際電路;(2)電路模型。本文檔共87頁；當前第7頁；編輯于星期二\17點22分

本書主要討論電路模型，常簡稱為電路，請讀者注意加以區(qū)別。

電路模型的表示方法

它表示

(1)電路圖；

(2)電路數據(表格或矩陣)

(1)電路元件的特性

(2)元件間的連接關系本文檔共87頁；當前第8頁；編輯于星期二\17點22分圖1－1手電筒電路常用電路圖來表示電路模型本文檔共87頁；當前第9頁；編輯于星期二\17點22分常用電路圖來表示電路模型(a)實際電路(b)電原理圖(c)電路模型(d)拓撲結構圖本文檔共87頁；當前第10頁；編輯于星期二\17點22分圖1－2晶體管放大電路(a)實際電路(b)電原理圖(c)電路模型(d)拓撲結構圖本文檔共87頁；當前第11頁；編輯于星期二\17點22分

電路模型近似地描述實際電路的電氣特性。根據實際電路的不同工作條件以及對模型精確度的不同要求，應當用不同的電路模型模擬同一實際電路?，F在以線圈為例加以說明。圖1－3線圈的幾種電路模型

(a)線圈的圖形符號(b)線圈通過低頻交流的模型

(c)線圈通過高頻交流的模型本文檔共87頁；當前第12頁；編輯于星期二\17點22分本文檔共87頁；當前第13頁；編輯于星期二\17點22分本文檔共87頁；當前第14頁；編輯于星期二\17點22分1.2.1電流1.2.2電壓1.2.3功率1.2電路變量

重點和難點

關聯參考方向，吸收功率和產生功率本文檔共87頁；當前第15頁；編輯于星期二\17點22分§1—2電路變量1.2.1電流和電流的參考方向i（t）＝dq/dt其中q（或Q）—電量單位庫（C）

單位安（A）或毫安（mA）電流是帶電離子的定向移動，電流的大小由用電流強度表示。電流強度的定義:單位時間內通過導體橫截面的電荷量。本文檔共87頁；當前第16頁；編輯于星期二\17點22分在分析電路時，電流采用參考方向。電流的參考方向——任意假定，在電路圖中用箭頭表示。電流的實際方向是正電荷運動的方向。i任意假定ba本文檔共87頁；當前第17頁；編輯于星期二\17點22分在假定的方向下若i>0,表明真實方向與參考方向一致；在未標注參考方向時，電流的正、負無意義。即電流的參考方向是標注的正方向。若i<0,表明真實方向與參考方向相反。i任意假定ba本文檔共87頁；當前第18頁；編輯于星期二\17點22分例選電流i

的參考方向如圖。若算出i

=1A

則電流的真實方向是從若算出則電流的真實方向是從。b到aiaba到b,本文檔共87頁；當前第19頁；編輯于星期二\17點22分例ab

已知直流電流的方向由a到b,大小為2A.問如何表示這一電流?參考方向與真實方向相反I=－2Aab

參考方向與真實方向一致I=2Aab解：有兩種表示法：本文檔共87頁；當前第20頁；編輯于星期二\17點22分

定義：u(t)=dw/dq單位伏（V)它代表單位正電荷由a轉移到b所失去或獲得的能量。

1.2.2電壓和電壓的參考方向

a，b兩點的電位有高、低之分,高電位用“+”表示，低電位用“－”表示。也可用箭頭表示。能量w的單位:焦耳(J)au(t)b＋－本文檔共87頁；當前第21頁；編輯于星期二\17點22分如果圖中a點是高電位，b點是低電位，則正電荷是從a→b將失去能量；反之（若b點為高電位）則正電荷從a→b將獲得能量。au(t)b也可以用負電荷來檢驗。若a點為高電位，當負電荷從a→b將獲得能量，從b→a將失去能量。

本文檔共87頁；當前第22頁；編輯于星期二\17點22分電壓的參考方向（極性）——任意假定，在圖中用“+”和“－”表示。從高電位到低電位，稱為“電壓降”，從低電位到高電位，稱為“電壓升”。在分析電路時，電壓的極性也是采用參考極性。+u－ab本文檔共87頁；當前第23頁；編輯于星期二\17點22分

u<0，真實方向與參考方向相反。在假定的參考方向下，

若u>0，真實方向與參考方向相同；電壓參考方向的另一種表示法：uab、ubauab表示從a到b是電壓降。ab+u－Uba表示從b到a是電壓降。本文檔共87頁；當前第24頁；編輯于星期二\17點22分解：兩種結果

U=Uab=Ua-Ub=2V表示實際極性與參考極性一致。(1)ab

+

U－

U=Uba=Ub-Ua=-2V表示實際極性與參考極性相反。（2）ab－U＋ab例已知：Ua=3V,Ub=1V,求元件兩端的電壓U=?

本文檔共87頁；當前第25頁；編輯于星期二\17點22分—電流與電壓的參考方向取成一致，電流從“＋”流入，

從“－”流出。關聯參考方向非關聯參考方向—電流與電壓的參考方向取成相反，電流從“－”流入，從“＋”流出。本文檔共87頁；當前第26頁；編輯于星期二\17點22分電壓與電流為關聯參考方向電壓與電流為非關聯參考方向例+

u

－iab－u+iab本文檔共87頁；當前第27頁；編輯于星期二\17點22分1.2.3功率研究二端元件或二端網絡的吸收功率p(t).

p(t)=dw/dt表示單位時間內該元件吸收的電能。單位：瓦(W)+

u－iab

所謂“吸收”是指：在單位時間dt內，單位正電荷dq從a→b將失去能量，這一電能消耗于元件之中。即元件吸收電能，吸收功率。p和i、

u一樣，也是代數量，可正、可負。

本文檔共87頁；當前第28頁；編輯于星期二\17點22分p>0表示吸收功率，外電路將向該元件提供功率。p<0表示元件實際產生（發(fā)出）功率，即元件將向外電路提供功率。本文檔共87頁；當前第29頁；編輯于星期二\17點22分在分析電路時，更多是由u和i來計算P(t).不論是電壓和電流在關聯參考方向下或是非關聯方向下，其計算公式都為本文檔共87頁；當前第30頁；編輯于星期二\17點22分

(1)若u與i為關聯參考方向：p>0時，該元件吸收功率，p<0時，該元件發(fā)出功率。

(2)若u與i為非關聯參考方向：p>0時，該元件發(fā)出功率，p<0時，該元件吸收功率。計算結果是吸收還是發(fā)出功率要分兩種情況：本文檔共87頁；當前第31頁；編輯于星期二\17點22分

(3)對同一元件，當u、i一定時，不論是選取關聯，還是非關聯方向，算出的結果必定相同。(功率守恒)本文檔共87頁；當前第32頁；編輯于星期二\17點22分－

+

u=－1Vi＝2Aab

p=ui=1×2=2W

關聯（吸收）

p=ui=(-1)×2=－2W非關聯（吸收）+－

u=1Vi＝2Aab例例已知下圖元件產生４W功率，求u=?∵P=ui=4W∴u=P/i＝4/2=2V－u+i＝2Aab非關聯參考方向，P為正，所以u為正2V。本文檔共87頁；當前第33頁；編輯于星期二\17點22分例.已知i=-4A，u=6V，求其功率。解：是非關聯參考方向,p<0實際吸收24W功率。本文檔共87頁；當前第34頁；編輯于星期二\17點22分例.已知i=2A，u=-5V，求其產生的功率和0－2秒產生的電能。解：0－2秒產生的電能為關聯參考方向，P<0,產生的電功率為10W本文檔共87頁；當前第35頁；編輯于星期二\17點22分作練習

習題一(19頁）1－11－21－31-71－8書面作業(yè)1－51－61－11本文檔共87頁；當前第36頁；編輯于星期二\17點22分1.3基爾霍夫定律1.3.1基爾霍夫電流定律1.3.2基爾霍夫電壓定律

重點和難點基爾霍夫電流定律基爾霍夫電壓定律

本文檔共87頁；當前第37頁；編輯于星期二\17點22分

幾個術語支路：一個二端元件稱為一條支路。同時將由一些元件組成的一段2端電路也看成為一條支路。節(jié)點：支路的聯接點。回路：由支路構成的閉合路徑。網孔：內部沒有其它支路的回路。例：右圖電路中，有6條支路4個節(jié)點7個回路

3個網孔本文檔共87頁；當前第38頁；編輯于星期二\17點22分

1.3.1基爾霍夫電流定律（KCL）KCL：集總電路中，任何時刻，對任一節(jié)點，聯接到該節(jié)點的所有支路的電流代數和為零?？杀磉_為：（對任一節(jié)點）（代數和是指流入、流出某節(jié)點的電流取不同的符號。）

我們約定:流出節(jié)點的電流取“＋”，流入節(jié)點的電流取“－”。本文檔共87頁；當前第39頁；編輯于星期二\17點22分例：若已知，，則有求得（注意計算中的兩套正負號。），i1i2i3i4.本文檔共87頁；當前第40頁；編輯于星期二\17點22分幾點說明：

(1)式中各項前的正、負號取決于各電流的參考方向對結點的關系（流出或是流進）；(2)KCL是對連接結點各支路電流的線性約束；(3)KCL的實質是電荷守恒；(4)KCL與電路元件的性質無關；(5)KCL可推廣用于電路中任意假想封閉面。本文檔共87頁；當前第41頁；編輯于星期二\17點22分KCL推廣至閉合面：

集總電路中，任何時刻，聯接到任一閉合面的所有支路的電流代數和為零。(我們約定:流出節(jié)點的電流取“＋”，流入節(jié)點的電流取“－”。)例：對封閉面有i1i2i3i4i5i6acb證：節(jié)點a上面3式相加，得節(jié)點b節(jié)點c本文檔共87頁；當前第42頁；編輯于星期二\17點22分

又如，當兩個單獨的電路只用一條導線相連時此導線中的電流i必定為零。N1N2ii=0本文檔共87頁；當前第43頁；編輯于星期二\17點22分

練習20頁1－12本文檔共87頁；當前第44頁；編輯于星期二\17點22分

KVL：集總電路中，任何時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數和為零。（代數和是指與回路繞行方向一致的支路電壓取正號，相反的取負號。）可表達為：（沿任一回路）1.3.2基爾霍夫電壓定律本文檔共87頁；當前第45頁；編輯于星期二\17點22分例：若已知，可求得（注意計算中的兩套正負號。）u2u3u1u4順時針方向為繞行方向本文檔共87頁；當前第46頁；編輯于星期二\17點22分U4_+_+_U3U1ab+_+U2幾點說明：(1)式中每一項前的正、負號取決于繞行方向遇到的電壓極性，凡電壓降取正，凡電壓升取負；

（3）KVL的實質是能量守恒，且與元件的性質無關；（4）KVL可推廣用于任一假想回路。（2）KVL是對回路各支路電壓的線性約束；本文檔共87頁；當前第47頁；編輯于星期二\17點22分例如右圖電路，可寫出：U4＋U1－Uab＝0即，Uab與所經路徑無關。利用這一結論，可求電路中任意兩點之間的電壓。

電路中任意兩節(jié)點之間的電壓Uab等于從a點到b點沿任一條路徑上所有元件電壓降的代數和。U44_+_+_U3ab+_+U2U1U3＋U2－Uab＝0或

Uab＝U4＋U1＝U3＋U2即順時針繞行方向逆時針繞行方向本文檔共87頁；當前第48頁；編輯于星期二\17點22分練習1－151－16本文檔共87頁；當前第49頁；編輯于星期二\17點22分

1.4.1電阻元件電壓源電流源四種受控源1.4電阻電路的（理想）元件本文檔共87頁；當前第50頁；編輯于星期二\17點22分（線性時不變電阻)（非線性時不變電阻)

i

0

u

0

u

i1.4.1電阻元件1,二端電阻

定義:由u—i平面上一條曲線所確定的二端元件稱為二端電阻。其數學表達式為：電阻可分時變電阻和非時變電阻；也可分為線性電阻和非線性電阻。本課程主要討論線性時不變電阻。本文檔共87頁；當前第51頁；編輯于星期二\17點22分RGi+_u（關聯方向)uR0i

2,線性電阻式中，R稱為電阻，單位：歐姆（Ω）G=1R

稱為電導，單位：西（門子）、（S)本文檔共87頁；當前第52頁；編輯于星期二\17點22分iRG_+u（非關聯方向)uR0i本文檔共87頁；當前第53頁；編輯于星期二\17點22分此兩式就是電阻電路中的歐姆定律。是十分重要的定律。電阻歐姆定律：

歐姆定律、基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律就是電路分析的理論基礎。關聯參考方向非關聯參考方向本文檔共87頁；當前第54頁；編輯于星期二\17點22分負電阻—始終產生功率(p<0)（向外提供能量）正電阻—不管電壓和電流是關聯參考方向還是非關聯參考方向，始終消耗功率（P0）電阻消耗功率：關聯參考方向非關聯參考方向本文檔共87頁；當前第55頁；編輯于星期二\17點22分解：Uab=―RI=－（10）×（－1）=10V

（電壓和電流是非關聯參考方向）

求電阻兩端的電壓。例bI=－1Aa

Uba=RI=（10）×（－1）=－10V

（關聯參考方向）本文檔共87頁；當前第56頁；編輯于星期二\17點22分1.4.2獨立電源

1,電壓源

不論流過的電流是多大,兩端都保持定值電壓Us,

。其VCR曲線如右圖所示

根據電壓源的定義，可看出它有如下特性：(1)電壓源本身只確定恒值電壓Us,該電壓值與流過的電流無關；i:-∞→+∞

(2)流過電壓源的電流大小不僅取決于它本身電壓，而與相連的外電路有關。－+UsusuUs0i

(3)電壓源的內阻為零（Ro＝0）。本文檔共87頁；當前第57頁；編輯于星期二\17點22分例：求下列各圖中的I和U.－+I+－U10V－+I+－U10VU=10VI=2AU=10VI=0U=10VI=∞－+I+－U5Ω10V本文檔共87頁；當前第58頁；編輯于星期二\17點22分求K斷開和閉合時的Uk和U.解：當K斷開時當K閉合時例－+10VK－+U10Ω

US－I+UK本文檔共87頁；當前第59頁；編輯于星期二\17點22分-3A例求下兩圖電壓源的P。

P=(-3）（-3）=9W（關聯）吸收功率表示消耗功率，例如電池充電；此兩例表明電壓源既可產生功率，也可以消耗功率。P=2V(2A)=4W（非關聯）產生功率意味該電源對外電路提供功率；－+2V2A－+-3V

本文檔共87頁；當前第60頁；編輯于星期二\17點22分2,電流源

是一種理想元件，它是從光電池，晶體管抽象出來的模型。

不論電壓是多大。保持定值電流Is,ISiIs0u

電流源的特點是：(1)能夠提供恒值電流;(2)兩端的電壓要由外電路來確定。(3)電流源的內阻為無窮大，（）本文檔共87頁；當前第61頁；編輯于星期二\17點22分求Is和u?例10Ω1A+－uIS

順便指出，若Is已知，例如為2A，問u=？Is=-1A,u=101=10V這時此題無解。這只能解釋為兩個電流源的模型有問題。本文檔共87頁；當前第62頁；編輯于星期二\17點22分例求Us和I?Us=-10VI=1A

同樣，若Us為已知，且不為－10V,也是矛盾的，此題也無解。本文檔共87頁；當前第63頁；編輯于星期二\17點22分例1-3已知iS=3A，

us=5V，R＝5，

求Pus、Pis、PR。

解：（關聯，吸收）（關聯，產生）（正電阻，吸收）設回路繞行方向為順時針，列KVL方程：本文檔共87頁；當前第64頁；編輯于星期二\17點22分例1-4：已知iS=2A，

us=5V，R＝10，

求Pus、Pis、PR。

解：（關聯，吸收）（非關聯，產生）（吸收）iS+-uSRi1i2列上節(jié)點KCL方程本文檔共87頁；當前第65頁；編輯于星期二\17點22分1.4.3受控電源

本節(jié)介紹的受控源是一種非常有用的電路元件，常用來模擬含晶體管、運算放大器等多端器件的電子電路。從事電子、通信類專業(yè)的工作人員，應掌握含受控源的電路分析。本文檔共87頁；當前第66頁；編輯于星期二\17點22分－＋USIS

定值電壓Us與流過其中的電流以及其他支路的電流、電壓無關；

定值電流Is與兩端電壓以及其他支路的電流、電壓無關。

（1）電壓源和電流源是獨立電源，所謂獨立的含義是：

對比：本文檔共87頁；當前第67頁；編輯于星期二\17點22分激磁線圈電樞線圈（旋轉）If（激磁電流）＋－UCCVS（流控電壓源）If＋－U=rIf因U=rIf建立其模型例如直流發(fā)電機：

（2）非獨立電源（即受控源），雖然也輸出電壓或電流，但其輸出的電壓或電流與某一支路的電壓或電流有關，受這些電壓或電流的控制，故名受控源。本文檔共87頁；當前第68頁；編輯于星期二\17點22分

獨立源是二端元件，而受控源是四端元件。它有兩條支路，一條是控制支路，另一條是輸出支路，輸出支路的輸出量受控于控制支路。＋－＋u1u2理想放大器－VCVS（壓控電壓源）＋－＋－u1＋－u2

u1

如理想放大器：本文檔共87頁；當前第69頁；編輯于星期二\17點22分

圖(a)所示的晶體管在一定條件下可以用圖(b)所示的模型來表示。這個模型由一個受控源和一個電阻構成，這個受控源受與電阻并聯的開路電壓控制，控制電壓是ube，受控源的控制系數是轉移電導gm。VCCS（壓控電流源）本文檔共87頁；當前第70頁；編輯于星期二\17點22分

圖(a)所示的晶體管在一定條件下還可以用圖(b)所示的模型來表示。這個模型由一個受控電流源和一個電阻構成，這個受控源受控制支路電流控制，控制電流是，受控源的控制系數是電流放大系數。CCCS（電流控電流源）本文檔共87頁；當前第71頁；編輯于星期二\17點22分

受控源的參考極性或參考方向應與控制量的參考極性或參考方向一起標出。沒有控制量的參考方向，受控源的參考方向將無意義。注意：本文檔共87頁；當前第72頁；編輯于星期二\17點22分每種受控源由兩個線性代數方程來描述：CCVS：VCCS：CCCS：VCVS：r具有電阻量綱，稱為轉移電阻。g具有電導量綱，稱為轉移電導。無量綱，稱為轉移電流比。亦無量綱，稱為轉移電壓比。

0121?íì==riuu本文檔共87頁；當前第73頁；編輯于星期二\17點22分受控源是有源元件，在電路中它可能放出電能，也可能吸收電能。求受控源的功率例：解：（關聯，吸收）本文檔共87頁；當前第74頁；編輯于星期二\17點22分1.5.1電阻串、并聯電路(分壓和分流）1.5.2單回路電路與單節(jié)偶電路分析1.5.3電路中兩點間電壓的計算1.5簡單電路分析本文檔共87頁；當前第75頁；編輯于星期二\17點22