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1、下一页,前一页,第 1-1 页,退出本章,1.1 引 言一、电路模型二、电路的分类 1.2 电路变量一、电流二、电压三、功率 1.3 基尔霍夫定律一、电路图二、基尔霍夫电流定律三、基尔霍夫电压定律 1.4 电阻元件一、电阻元件与欧姆定律二、电阻元件吸收的功率三、举例,1.5 电 源一、电压源二、电流源三、受控源1.6 不含独立源电路的等效一、电路等效的概念二、电阻的串联与并联等效三、电阻的Y形电路与形电路的等效变换四、等效电阻1.7 含独立源电路的等效一、独立源的串联与并联二、实际电源两种模型及其等效三、电源的等效转移,第一章 电路的基本规律,点击目录 ，进入相关章节,由电器件相互连接所构成的
2、电流通路称为电路。,2、 实际电路的组成,提供电能的能源,简称电源；,电源、负载、导线是任何实际电路都不可缺少的三个组成部分。,一、电路模型(circuit model),1.1 引言,用电装置，统称其为负载。它将电源提供的能量转换为其他形式的能量；,连接电源与负载而传输电能的金属导线，简称导线。,下一页,前一页,第 1-2 页,返回本章目录,1、 何谓电路(circuit)?,实际电路种类繁多，功能各异。电路的主要作用可概括为两个方面：, 进行能量的产生、传输与转换。 如电力系统的发电、传输等。,实现信号的产生、变换、处理与控制。如电视机、电话、通信电路等，实现雷达信号处理、通信信号处理、生
3、物信号处理等。,一、电路模型,1.1 引言,下一页,前一页,第 1-3 页,返回本章目录,3、 实际电路的功能,实际电路在运行过程中的表现相当复杂，如：制作一个电阻器是要利用它对电流呈现阻力的性质，然而当电流通过时还会产生磁场。要在数学上精确描述这些现象相当困难。为了用数学的方法从理论上判断电路的主要性能，必须对实际器件在一定条件下，忽略其次要性质，按其主要性质加以理想化，从而得到一系列理想化元件。,这种理想化的元件称为实际器件的“器件模型”。,一、电路模型,1.1 引言,下一页,前一页,第 1-4 页,返回本章目录,4、 为什么要引入电路模型,用理想化元件表示实际元件，并按实际电路的 连接方
4、式连接起来的电路图成为电路模型。,理想电阻元件：只消耗电能，如电阻器、灯泡、电炉等，可以用理想电阻来反映其消耗电能的这一主要特征；,理想电容元件：只储存电能，如各种电容器，可以用理想电容来反映其储存电能的特征；,理想电感元件：只储存磁能，如各种电感线圈，可以用理想电感来反映其储存磁能的特征；,一、电路模型,1.1 引言,下一页,前一页,第 1-5 页,返回本章目录,5、 几种常见的理想化元件（器件模型）,电路模型：将实际电路中各个器件用其模型符号表示，由若干理想化元件组成的电路。称为实际电路的电路模型图，常简称为电路图。,实际器件在不同的应用条件下，其模型可以有不同的形式；,7、 说明,不同的
5、实际器件只要有相同的主要电气特性，在一定的条件下可用相同的模型表示。如灯泡、电炉等在低频电路中都可用理想电阻表示。,一、电路模型,1.1 引言,下一页,前一页,第 1-6 页,返回本章目录,6、 电路模型和电路图,二、电路分类,1.1 引言,如果实际电路的几何尺寸l 远小于其工作时电磁波的波长，可以认为传送到电路各处的电磁能量是同时到达的，这时整个电路可以看成电磁空间的一个点。,电路几何尺寸l 远小于其工作时电磁波波长的电路称为集中参数电路，否则称为分布参数电路。,例（1）电力输电线，其工作频率为50Hz，相应波长为6000km，故30km长的输电线，可以看作是集中参数电路。,因此可以认为，交
6、织在器件内部的电磁现象可以分开考虑；耗能都集中于电阻元件，电能只集中于电容元件，磁能只集中于电感元件。,（2）而对于电视天线及其传输线来说，其工作频率为108Hz的数量级，如10频道，其工作频率约为200MHz，相应工作波长为1.5m，此时0.2m长的传输线也是分布参数电路。,下一页,前一页,第 1-7 页,返回本章目录,1、 集中参数电路(lumped circuit)与分布参数电路(distributed circuit),二、电路分类,1.1 引言,若描述电路特性的所有方程都是线性代数或微积分方程，则称这类电路是线性电路；否则为非线性电路。,非线性电路在工程中应用更为普遍，线性电路常常仅
7、是非线性电路的近似模型。但线性电路理论是分析非线性电路的基础。,下一页,前一页,第 1-8 页,返回本章目录,2、 线性电路(linear circuit)与非线性电路(nonlinear circuit),时不变电路指电路中元件的参数值不随时间变化的电路；描述它的电路方程是常系数的代数或微积分方程。反之，由变系数方程描述的电路称为时变电路。,时不变电路是最基本的电路模型，是研究时变电路的基础。,本书主要讨论集中参数电路中的线性时不变电路。,二、电路分类,1.1 引言,下一页,前一页,第 1-9 页,返回本章目录,3、 时不变电路(time-invariant circuit)与时变电路(ti
8、me-varying circuit),为了定量地描述电路的性能，电路中引入一些物理量作为电路变量；通常分为两类：基本变量和复合变量。电流、电压由于易测量而常被选为基本变量。复合变量包括功率和能量等。一般它们都是时间t的函数。,1.2 电路变量,下一页,前一页,第 1-10 页,返回本章目录,1.2 电路变量,1,2 电路变量,在电场力作用下，电荷有规则的定向移动形成 电流，用 i (t)或i表示。单位：安培（A）。,一、电流(current),2、电流的大小-电流强度，简称电流,式中dq 为通过导体横截面的电荷量，电荷的单位：库仑（C）。若dq/dt即单位时间内通过导体横截面的电荷量为常数，
9、这种电流叫做恒定电流，简称直流电流，常用大写字母I表示。,下一页,前一页,第 1-11 页,返回本章目录,1、电流的形成,一、电流(current),实际方向规定为正电荷运动的方向。参考方向假定正电荷运动的方向。,规定：若参考方向与实际方向方向一致，电流为正值，反 之，电流为负值。电流是代数量,为什么要引入参考方向？,1,2 电路变量,下一页,前一页,第 1-12 页,返回本章目录,3、电流的方向,如果电路复杂或电源为交流电源，则电流的实际方向难以标出。交流电路中电流方向是随时间变化的。,1、原则上可任意设定； 2、习惯上：A、凡是一眼可看出电流方向的，将此方向为参考方向；B、对于看不出方向的
10、，可任意设定。,参考方向假设说明两点：,一、电流(current),1,2 电路变量,下一页,前一页,第 1-13 页,返回本章目录,判断R3上电流I3的方向？,1、今后，电路图上只标参考方向。电流的参考方向是任意指定的，一般用箭头在电路图中标出，也可以用双下标表示；如iab表示电流的参考方向是由a到b。,2、电流是个既具有大小又有方向的代数量。在没有设定参考方向的情况下，讨论电流的正负毫无意义。,一、电流(current),1,2 电路变量,下一页,前一页,第 1-14 页,返回本章目录,4、电流总结,二、电压(voltage),电路中，电场力将单位正电荷从某点a移到另一点b所做的功，称为两
11、点间的电压。功（能量）的单位：焦耳(J); 电压的单位：伏特 (V)。,2、电压的极性（方向）,实际极性：规定两点间电压的高电位端为“+”极，低电位端为“-”极。两点电位降低的方向也称为电压的方向。 参考极性：假设的电压“+”极和“-”极。若参考极性与实际极性一致，电压为正值，反之，电压 为负值。,1.2 电路变量,下一页,前一页,第 1-15 页,返回本章目录,1、电压的定义,电流和电压的参考方向可任意假定，而且二者是相互独立的。,若选取电流i的参考方向从电压u的“+”极经过元件A本身流向“-”极，则称电压u与电流i对该元件取关联参考方向。否则，称u与i对A是非关联的。,二、电压(volta
12、ge),uA与iA关联 uB与iB非关联,u与i对元件1关联 u与i对元件2非关联,1.2 电路变量,下一页,前一页,第 1-16 页,返回本章目录,3、关联参考方向,1、今后，电路图中只标电压的参考极性。在没有标参考极性的情况下，电压的正、负无意义。,3、电路图中不标示电压/电流参考方向时，说明电压/电流参考方向与电流/电压关联。,2、电压的参考极性可任意指定，一般用“+”、“-”号在电路图中标出，有时也用双下标表示，如uab表示a端为“+”极，b端为“-”极。,4、电路中各点电位随所选参考点的不同而不同，而两点间的电压不随参考点的不同而改变。,二、电压(voltage),1.2 电路变量,
13、下一页,前一页,第 1-17 页,返回本章目录,4、电压说明,三、功率(power)与能量(enerage),2、功率与电压u、电流i的关系,单位时间电场力所做的功称为电功率，即：,简称功率，单位是瓦特（W）。,如图(a)所示电路N的u和i取关联方向,由于i = d q/dt，u = dw/dq，故电路消耗的功率为,p(t) = u(t) i(t),对于图(b) ，由于对N而言u和i非关联，则N消耗的功率为,p(t) = - u(t) i(t),1.2 电路变量,下一页,前一页,第 1-18 页,返回本章目录,1、功率的定义,三、功率(power)与能量(enerage),利用前面两式计算电路
14、N消耗的功率时， 若p0，则表示电路N确实消耗（吸收）功率； 若p0，则表示电路N吸收的功率为负值，实质上它将产生（提供或发出）功率。,当电路N的u和i非关联（如图a） ，则N产生功率的公式为,由此容易得出，当电路N的u和i关联（如图a），N产生功率的公式为,p(t) = - u(t) i(t),p(t) = u(t) i(t),1.2 电路变量,下一页,前一页,第 1-19 页,返回本章目录,3、功率的计算,对于一个二端元件（或电路），如果w(t)0，则称该元件（或电路）是无源的或是耗能元件（或电路）。,根据功率的定义 ，两边从-到t积分，并考虑w(-) = 0，得,（设u和i关联）,三、功
15、率(power)与能量(enerage),1.2 电路变量,下一页,前一页,第 1-20 页,返回本章目录,4、能量的计算,前面介绍电流、电压、功率和能量的基本单位分别是安（A)、伏（V)、瓦（W)、焦耳（J)，有时嫌单位太大（无线电接受），有时又嫌单位太小（电力系统），使用不便。我们便在这些单位前加上国际单位制（SI）词头用以表示这些单位被一个以10为底的正次幂或负次幂相乘后所得的SI单位的倍数单位。,三、功率(power)与能量(enerage),1.2 电路变量,下一页,前一页,第 1-21 页,返回本章目录,5、常用国际单位制（SI）词头,作业：P36:1-1,1-2,1-3,1-6,
16、三、功率(power)与能量(enerage),1.2 电路变量,下一页,前一页,第 1-22 页,返回本章目录,基尔霍夫(G.R.Kirchhoff) (1824-1887),德国物理学家,以他对光谱分析，光学，和电学的研究著名。基尔霍夫给欧姆定律下了严格的数学定义。还于1860年发现铯和鉫元素。在他还是23岁大学生的时候就提出了著名的电流定律和电压定律，这成为集中电路分析最基本的依据。,下一页,前一页,第 23 页,退出,1847年，基尔霍夫 (G.R.Kirchhoff) 提出两个定律：基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs Current Law,简记KCL)和基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs Voltage Law,简记KVL)。它只与电路的结构有关，而与构成电路的元件性质无关。,1.3 基尔霍夫定律,一、电路图的有关术语,1、支路：,每个电路元件可称为一条支路； 每个电路的分支也可称为一条支路。,
