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1、第一章 电路基本概念与定律,本章要点 1.1 电路与电路模型 1.2 电路变量 1.3 基尔霍夫定律 1.4 电路元件及欧姆定律 1.5 独立电源元件 1.6 含源支路的欧姆定律 1.7 简单电路分析,第一章 电路的基本概念和基本定律 1-1 电路及电路模型,电路是电气设备或器件按一定方式连接而构成的集合。电路元件 电路模型：由若干理想电路元件组成的电路,电阻器,电容器,电感器,电路的作用,（1）能量转换：实现电能传送、转换等。例如，供电电路； （2）信号处理：实现电信号产生、加工、传输、变换等。例如，电话线路、放大器电路等。,实际电路元件：电源: 提供电能的设备如干电池、光电池、发电机、信号
2、发生器负载：吸收电能的设备电阻器、电感器、电容器及其组成电路,理想化 抽象化 集总,理想电路元件：只显示单一电磁现象的电路元件,1-2 电路变量,1、电流： 定义：,电 流 电 压,电 荷 磁 通,功 率 能 量,方向：1）实际正方向：规定为正电荷运动的方向。 2）参考正方向：任意假定的方向。 注意：必须指定电流参考方向，这样电流的正或负值才有意义。,带电质点的 定向运动,电场力把单位正电 荷从一点移向另一点 所做的功,单位 A、mA、A、nA,Andre-Marie Ampere (1775-1836) 安培,2、电压： 定义：,方向：1）实际正方向：规定为从高电位指向低电位。 2）参考正方
3、向：任意假定的方向。 注意：必须指定电压参考方向，这样电压的正值或负值才有意义。,单位 V、kV、mV、V,Alessandro Antonio Volta (1745-1827) 伏特,电压的性质:两点之间电压（电场力做功）与路径无关。,W=1J,1C,x,y,Uxy=1v,判断电压和电流的实际方向,+ 5sin(t) V ,1.5mA,+ ,3V,t=0.6s、1.5s电压的实际方向.,3、电流和电压的种类,t,t,t,t,直流电流或电压,时变电流或电压,u,i,u,i,u,i,u,i,当电流参考方向从电压参考方向的“”的一端流入，经 元件从电压“”的一端流出；即电流、电压参考方向一致，
4、称电压、电流对于该元件为关联参考方向。,4、电流和电压的关联参考方向,I1,10,1.5A,8,10V,I2,I3,+ U1 ,+ U ,+U,总结： 1、参考方向是任意假定的方向。 u,i参考方向尽量取得与实际方向一致。 2、计算中，必须标出参考方向，选定后当作实际方向使用。 3、明确你所设的关联方向是针对那个元件,判断右图各对U、I方向关联还是非关联？,由电压定义 dw=u.dq 由电流定义 dq=i.dt,dw=u.i.dt,特殊情况，直流： P=UI (瓦特，W) W=UIt (焦耳，J） 讨论：U、I关联方向， P吸=UI 或者P发=UI U、I非关联方向， P吸=UI 或者P发=U
5、I,5、功率和电能量,电阻、电压源、电流源的功率,10 电阻吸收的功率：P吸=U1I1=101=10W 8 电阻吸收的功率： P吸=U2I2= ( 1.5 8) 1.5=18W 1.5A电流源发出的功率：P1.5A发=U3Is=221.5=33W 10 V电压源发出的功率：P10V发=UsI3=10( 0.5) = 5 W,I1,10,1.5A,8,10V,I2,I3,+ U1 ,+ U ,+U,1-3 基尔霍夫定律,1、支路：流过同一电流的一段电路。 2、节点：三条或三条以上支路的汇合点。 3、回路：从某一节点出发，沿支路巡行，又回到原节点形成的闭合路径。途中，每个节点只经过一次。,6条支路
6、， 4个节点， 7个回路,一、基尔霍夫电流定律（KCL）,1 定理表述： 集总参数电路中任一节点、任一时刻，流入、流出节点的电流代数和为零。 i=0 （流出为正，流入为负） 流入=流出， i入= i出,对a：-I1-I2+I3=0 或：I1+I2=I3 对b：I1-I4-I6=0 或： I1=I4+I6 对c：I2+I4-I5=0 或： I2+I4=I5,2 广义KCL：对于包围n个节点的封闭面也适用。-I2+I3-I4-I6=0,3 KCL实质：电流连续性 4 应用注意事项： 只要是集总参数电路，KCL都适用。即，KCL与元件性质无关。 KCL不受电流变化规律影响。,3A,1A,-2A,二、
7、基尔霍夫电压定律（KVL）,1 定理表述： 在集总参数电路任一回路中、任一时刻，沿固定的绕行方向，各元件上电压降代数和为零。 u=0 （电压参考方向与绕行方向一致，u为正， 电压参考方向与绕行方向相反，u为负）,对abca回路， Uab+Ubc+Uca= Ua-Ub+Ub-Uc+Uc-Ua =0,对图中所选回路1，有：R3I2+R2I3E5+R5I5=0 对图中所选回路2，有： R1I1R3I2+R4I4=0,1,2,2 广义KVL定律：对假想回路KVL定律也成立： R5I5 +E5 E6 +Ufc =0 3 KVL定律的实质：单位正电荷移动一周，电场力做功为零。 4 应用注意事项： a)只要
8、是集总参数电路，KVL都适用。KVL与元件性质无关。b)KVL不受电压变化规律影响。,1-4 电阻元件及欧姆定律,一、电阻元件 （无源二端元件）,1、伏安关系可用u-i平面过坐标原点的曲线来描述的二端元件。,电阻元件作用：电能转换为热能,2、分类：,线性电阻：伏安关系为u-i平面过坐标原点的直线。,非线性电阻：伏安关系为u-i平面过坐标原点的曲线。,R,24,从元件参数是否随时间变换的意义可分为：,时不变电阻：伏安关系为u-i平面过坐标原点的一条曲线。（定常电阻）,u / V,i / A,0,时变电阻： 伏安关系为u-i平面过坐标原点的一族曲线。,3、线性时不变电阻的特点：,1）伏安关系为u-
9、i平面过坐标原点的一条直线，斜率为R。 2）端电压与通过的电流成正比 即： u=Ri 或 U=RI 注意：电流、电压为关联参 考方向 3）耗能元件：p=ui=Ri2=u2/R0,R单位： (欧姆),Georg Simon Ohm (1787-1845)，欧姆,4、线性时不变电导：,1）伏安关系为i - u平面过坐标原点的一条直线，斜率为G。 2）通过的电流与端电压成正比 即： i = uG 或 I= UG 注意：电流、电压为关联参 考方向 3）耗能元件：p=ui=i2 /G =u2G0,G单位：S(西门子),u,i,u,i,i + u -,i + u -,“特殊电阻”：开路和短路,i1,100
10、,+ u1 ,u1 =-2+4e-3tV，求i1,I1,10,1.5A,8,10V,I2,I3,发电机、干电池、稳压电源,1）端电压恒定：恒常数或恒函数 2）输出电流大小、方向均由外电路决定。 I3 =0.5A,特点及伏安特性,t,t,us,Us(t),Us(t),t,1-5 独立电源元件,一、独立电压源,如果一个两端元件接入任意电路后，该元件两端的电压始终保持定值，与流过它的电流无关，则此两端元件为电压源,I1,4,1.5A,8,10V,I2,I3,I1 =2.5A ，I3 = I1 1.5=1A,求电流I3,二、独立电流源,特点及伏安特性 1）电流恒定：恒常数或恒函数 2）端电压的大小、方
11、向均由外电路决定。,上图中， U3=10+12=22V 若把10V电压源改为5V， U=?,I1,10,1.5A,8,10V,I2,I3,+ U1 ,+ U ,+U,如果一个两端元件接入任意电路后，该元件提供的电流始终保持规定值，与它两端的电压无关，则此两端元件为电流源,求图示电路中电压U （答：4V ）,电流源置零 Is=0,用开路替代,擦去圆圈,电压源置零 Us=0,用短路替代,擦去圆圈,含源支路：理想电压源与电阻相串联的支路,（a）Uab=Uac+Ucb 其中 Uac=IR,Ucb=E 代入上式，得U=IR+E 从而，有 称含源支路的欧姆定律。,（b）有 U= -IR+E 从而，,请同学
12、们写出(c)图的欧姆定律,1-6 含源支路欧姆定律,1-7 受控源,ib,ie,ib控制ie，i控制 u,受控电压源的电压和受控电流源的电流都不是给定时间函数，而是受电路中某部分的电压或电流控制的，因此受控源又称为非独立电源,Voltage Controlled Voltage Source,Voltage Controlled Current Source,Current Controlled Voltage Source,Current Controlled Current Source,1-8 简单电路分析,例1：已知I1=1A，求U3、I2和I3,1,2,3）对节点a列KCL方程：I1
13、I2+I3=0 所以I3=0.5A,解：1）对回路1列KVL方程： 2 I1 +U30 所以U3 =5v,2）对回路2列KVL方程： 2 I1 + 2 I2 + 4 I10 所以I2=0.5A,例2:下图电路,求 i1 , i2, i,例3:下图电路，求U,例4：求下图中电流I。 例5: uab=-5v，求us、受控源发出功率,I1=62/(2+4)=2A I2=61/(1+5)=1A I=I1I2=1A,由KVL :u (5)=40.5u u=5v 由KCL:I=u/5+0.5u=3.5A 由KVL:us=2I+u=12v P发= uab 0.5u=12.5W,电压不是造成伤害的决定因素，当
14、感觉到电击时，人身上的静电电压超过2000V；当看到放电火花时，身上的静电电压超过3000V；当听到放电声时，身上的静电电压超过7000V，这样的高压对我们却没有多大损害！ 与触电危险程度有关的因素：,1-9 应用用电安全,通过人体电流的大小 电流通过人体的持续时间 电流通过人体的不同路径 电流的种类和频率的高低 人体电阻的高低,1-3按题1-3图所示参考方向及给定值，判别各元件中电流和电压的实际方向.计算各元件中的功率，说明元件是吸收还是发出功率。,1-29 题1-29图所示电路为MOSFET放大器（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，将在模拟电子技术课中学习）交流特性等效电路，如果gm4mS，计算uout。,
