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1、电路基础-电压源和电流源-受 控源-基尔霍夫定律作者:日期:第一章电路模型和基尔霍夫定律3讲授板书1、掌握电压源、电流源的概念、用法及特性;2、熟悉受控源的用法；3、掌握基尔霍夫定律的应用。1、电压源、电流源用法及特性2、基尔霍夫定律的应用受控源的概念及用法1.组织教学5分钟2.复习旧课5分钟3.讲授新课70分电路元件特性钟4.巩固新课5分钟1）电压源及电流源255.布置作业5分钟2）受控源153）基尔霍夫定律30一、学时：2二、班级：06电气工程（本）/06数控技术（本）三、教学内容：讲授新课:第一章电路模型和电路定律（电压源和电流源的概念及特点受控源的概念及分类基尔霍夫定律） 8 电源元件
2、 （independent source）1. 理想电压源1）定义：其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，且电压值与流过它的电流关的元件叫理想电压源。2） 电路符号3）理想电压源的电压、电流关系（1）电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。伏安关系曲线如下图示：实际电流源可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一 定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。4）电压源的功率在电压、电流的非关联参考方向下；P = us i物理意义:电流（正电荷）由低电位向高电位移动，外力克 服电场力作功电源发出功率。
3、例1 - 3图示电路，当电阻变化。解：（1）当电阻为R时，流经电压源的电流为:电源发出的功率为:R在0*之间变化时，求电流的变化范围和电压源发出的功率的表明当电阻由小变大，电流则由大变小，电源发出的功率也由大变小。（2） 当，则P = t75i = 0（3） 当，则P = i75i-ca由此例可以看出：理想电压源的电流随外部电路变化。在i 町的极端情况，电流从而电压源产生的功率 P，说明电压源在使用过程中不允许短路。 例1 -4计算图示电路各元件的功率。 = (10-5)-5F（发出）i= 5x(-1) = -5W（吸收）（吸收）由此例可以看出：5V电压源供出的电流为负值，充当了负载的作用，说
4、明理想电压源的电满足：P （发）=P （吸）流由外部电路决定。5）实际电压源（1）实际电压源模型考虑实际电压源有损耗， 其电路模型用理想电压源和电阻的串联组合表示，这个电阻称为电压源的内阻。（2）实际电压源的电压、电流关系，一个好的电压源实际电压源的端电压在一定范围内随着输出电流的增大而逐渐下降。因此注：实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。2. 理想电流源 1）定义不管外部电路如何，其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压u无关的元件定义为理想电流2）电路符号源。3）理想电流源的电压、电流关系（1）电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；
5、与它两端电压无关（2）电流源两端的电压由其本身输出电流及外部电路共同决定。伏安关系曲线如右图示实际电流源可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。（用图片展示）4）电流源的功率物理意义:（1）电压、电流的参考方向非关联；表示电流（正电荷）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率，起 电源作用。（2）电压、电流的参考方向关联；表示电流（正电荷）由高电位向低电位移动，电场力作功，电源吸收功率，充当负载。 理想电流源两端的电压可以有不同的极性，它可以向外电路提供电能，亦可以从外电路接受 电能。例1 -5图示电路，当电阻R
6、在0R之间变化时，求电流源端电压 U的变化范围和电流源发 出功率的变化。哉 R解：（1 ）当电阻为R时，电流源的电压为： 5电流源发出的功率为:表明当电阻由小变大，电压也由小变大，电源发出的功率也由小变大。（2）当丘=R，则”-中 Pf 00（3） 当,则 & = P = isU = d由此例可以看出：理想电流源的电压随外部电路变化。在A，的极端情况，电压厂 s ,从而电流源产生的功率2 ,说明电流源在使用过程中不允许开路。 例1-6计算图示电路各元件的功率。解：*/ =W = 2X5=1OJF為=懿丿=5 x(-2) = -10满足：P （发）=P （吸）（发出）（发出）5）实际电流源（1
7、）实际电流源模型考虑实际电流源有损耗，其电路模型用理想电流源和电阻的 并联组合表示，这个电阻称为电流源的内阻。(2) 实际电流源的电压、电流关系即：实际电流源的输出电流在一定范围内随着端电压的增大而 逐渐下降。因此，一个好的电流源的内阻 A 小注：实际电流源也不允许开路路。因其内阻很大，若开路，端电压很大，可能烧毁电源。 9 受控电源 (非独立源controlled source or dependent source)受控源是用来表征在电子器件中所发生的物理现象的一种模型，它反映了电路中某处的电压或电流控制另一处的电压或电流的关系。1 定义电压或电流的大小和方向受电路中其他地方的电压(或电流
8、)控制的电源，称受控源。2 符号3分类受控源有两个控制端钮(又称输入端)，两个受控端钮(又称输出端),所以受控源也称为四端元 件。根据控制量和被控制量是电压 u或电流i ,受控源可分四种类型：当被控制量是电压时，用 受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。(1)电流控制的电流源(CCCS)输入=咼制部分+11+砂受控初IV1闭劭受控电流源的电流为：B= 0，则式中B为无量纲的电流控制系数，它控制着受控电流源电流的大小和方向，若 X ，若B增大，则Bii亦增大，若B改变极性，Bii亦改变极性。(2)电压控制的电流源(VCCS)受控电流源的电流为：式中g为电压控制系数，单位为 S (
9、西门子)，亦称转移电导。(3)电压控制的电压源(VCVS)受控电压源的电压为：打， h 式中为无量纲的电压控制系数。(4)电流控制的电压源(CCVS)受控电压源的电压为：式中r为电流控制系数，单位为-(欧姆)，亦称 为转移电阻。如图所示晶体三极管电路，基极电流和 集电极电流满足关系：，因此晶体三极管的电路模型可以用电流控制的电流源表示。4.受控源与独立源的比较(1) 独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源的电压(或 电流)由控制量决定。(2) 独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端 与输入端的受控关系，在电路中不能作为“激
10、励”。例1 7图示电路，求：电压 u2。解：气=一5心 + 6=-10 + 虚=一4$ 10 基尔霍夫定律 (Kirchhoff s Laws )基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析集总参数电路的根本依据。基尔霍夫定律 与元件特性构成了电路分析的基础。在具体讲述基尔霍夫定律之前，先介绍电路模型图中的一些术语。1.一些术语(1)支路(branch)电路中通过同一电流的分支。通常用b表示支路数。一条支路可以是单个元件构成，亦可以由多个 元件串联组成。如图所示电路中有三条支路。节点(node)三条或三条以上支
11、路的公共连接点称为节点。通常用 所示电路中有a、b两个结点。路径(path)两节点间的一条通路。路径由支路构成。 间有三条路径。n表示结点数。如图如图所示电路中a、b两个结点(4)回路(loop)由支路组成的闭合路径。通常用I表示回路。如图所示电路中有三个回路，分别由支路1和支路2构成、支路2和支路3构成、支路1和支路3构成。(5)网孔(mesh)对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。如图所示电路中有两个网孔，分别由支路1和支路2构成、支路2和支路3构成。支路-h和支路3构成的回路不是网孔。因此，网孔是回路，但回路不一定是网孔。2基尔霍夫电流定律(KCL)KCL是描述电路中与结点相连的各
12、支路电流间相互关系的定律。它的基本内容是:对于集总参数电路中的任意结点，在任意时刻流出或流入该结点电流的代数和等于零。用数学式子表示为：图示为电路的一部分，对图中结点列KCL方程，设流出结点的电流为“ +；有:片 去* 上或表示成：| 1 人I人则KCL又可叙述为：对于集总参数电路中的任意结点，在任意时刻流出该结点的电流 之和等于流入该结点的电流之和。事实上KCL不仅适用于电路中的结点，对电路中任意假设的闭合曲面它也是成立的，如图所示电路：三个结点上的KCL方程为:三式相加得：气表明KCL可推广应用于电路中包围多个结点的任 闭合面，这里闭合面可看作广义结点。需要明确的是:(1) KCL是电荷守
13、恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；(2) KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关;(3) KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际方向无关。例18求图示电路中的电流i解：作一闭合曲面，如图示，把闭合曲面看作一广义结点，应用KCL，有:/= 3-(-2) = 5A3基尔霍夫电压定律(KVL)KVL是描述回路中各支路(或各元件)电压之间关系的定律。它的基本内容是：对于集总参数电路，在任意时刻，沿任意闭合路径绕行，各段电路电压的代数和恒等于零。用数学式子表示为:上=i图示为电路的一部分，首先(1) 标定各元件电压参考方向；(2) 选定回路绕行方
14、向，顺时针或逆时针。 对图中回路列KVL方程有：-Ul -JSl + U2+U3+U4+Us4=0或：U2+U 3+U4+Us4=Ul + Usi应用欧姆定律，上述 KVL方程也可表示为：-Rill +R212 -R3I3 + R4I4=Usi Js4KVL也适用于电路中任一假想的回路，如图所示电路，想象成一假想回路，a+可列方程：fff, JL. lUh需要明确的是：% b(1) KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律；(2) KVL是对回路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；(3) KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。4. KCL、KVL小结(1) KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路电压的线性约束。(2) KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。(3) KCL表明每一节
