电路元件和电路定律a课件

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1、例例已知：已知：4C正电荷由正电荷由a点均匀移动至点均匀移动至b点点电场力做功电场力做功8J，由，由b点移动到点移动到c点电场点电场力做功为力做功为12J，(1) 若以若以b点为参考点，求点为参考点，求a、b、c点的点的电位和电压电位和电压Uabab、U U bc bc; ;(2) (2) 若以若以若以若以c c点为参考点，再求以上各值点为参考点，再求以上各值点为参考点，再求以上各值点为参考点，再求以上各值解解acb(1)以以b点为电位参考点点为电位参考点 电路元件和电路定律电路元件和电路定律aabc解解(2)电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中电路中电位参考点可任意选择；参考点

2、一经选定，电路中各点的电位值就是唯一的；当选择不同的电位参考点时，各点的电位值就是唯一的；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。结论结论以以c点为电位参考点点为电位参考点 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a注注(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包包括方向和括方向和符号符号），在计算过程中不得任意改变。），在计算过程中不得任意改变。（3）参考方向不同时，其表达式

3、相差一负号，但实际）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际 方向不变。方向不变。ABABi例例U电压电流参考方向如图中所标，问：对电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？两部分电路电压电流参考方向关联否？答：答： A 电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a1.3 1.3 电路元件的功率电路元件的功率电路元件的功率电路元件的功率 (power)(power)1. 电功率电功率功率的单位：功率的单位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)能量的单位：能量

4、的单位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳)单位时间内电场力所做的功。单位时间内电场力所做的功。 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a2. 电路吸收或发出功率的判断电路吸收或发出功率的判断l u, i 取取关联参考方向关联参考方向P=ui 表表示元件吸收的功率示元件吸收的功率P0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P0，(d u)/(d t)0，则，则i0，q ， p0, 电容吸收功率。电容吸收功率。(2)当电容放电，当电容放电，u0，(d u)/(d t)0，则，则i0，q ，p0, 电容发出功率电容发出功率.l 功率功率表明表

5、明 电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。u、 i 取关取关联参考方向联参考方向 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a（1）电容的储能只与当时的电压值有关，电容）电容的储能只与当时的电压值有关，电容 电压不能跃变，反映了储能不能跃变；电压不能跃变，反映了储能不能跃变；（2）电容储存的能量一定大于或等于零。）电容储存的能量一定大于或等于零。

6、从从t0到到 t 电容储能的变化量：电容储能的变化量：l 电容的储能电容的储能表表明明 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a例例C0.5Fi求电流求电流i、功率、功率P (t)和储能和储能W (t)21t /s20u/V电源波形电源波形解解uS (t)的函数表示式为的函数表示式为:解得电流解得电流21t /s1i/A-1 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a21t /s20p/W-221t /s10WC/J吸收功率吸收功率释放功率释放功率 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a21t /s1i/A-1若已知电流求电容电压，有若已知电流求电容电压，有 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a电

7、容元件与电感元件的比较：电容元件与电感元件的比较：电容电容 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u 电荷电荷 q (1) 元件方程的形式是相似的；元件方程的形式是相似的；(2) 若若把把 u-i，q- ，C-L， i-u互互换换,可可由由电电容容元元件件的方程得到电感元件的方程；的方程得到电感元件的方程；(3) C 和和 L称为对偶元件称为对偶元件, 、q等称为对偶元素。等称为对偶元素。* 显然，显然，R、G也是一对对偶元素也是一对对偶元素:I=U/R U=I/GU=RI I=GU结结论论 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a(1) 电源两端电压由电源本身决定，

8、电源两端电压由电源本身决定， 与外电路无关；与流经它的电流方与外电路无关；与流经它的电流方 向、大小无关。向、大小无关。(2) 通过电压源的电流由电源及外通过电压源的电流由电源及外 电路共同决定。电路共同决定。l 理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui伏安关系伏安关系例例Ri-+外外电电路路电压源不能短路！电压源不能短路！ 电路元件和电路定律电路元件和电路定律al电压源的功率电压源的功率电场力做功电场力做功 ， 电源吸收功率。电源吸收功率。（1） 电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；物理意义：物理意义：+_iu+_+_iu+_电流（正电荷电流（正电荷 ）由

9、低电位向）由低电位向 高电位移动，外力克服电场高电位移动，外力克服电场力作功电源发出功率。力作功电源发出功率。发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2） 电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；物理意义：物理意义：吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载或：或：发出负功发出负功 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a例例+_i+_+_10V5V计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出发出发出吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸） 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a 实实际际电电压压源源也也不不允允许许短短路路。因因其其内内阻阻小小，若若短路，电流

10、很大，可能烧毁电源。短路，电流很大，可能烧毁电源。usuiOl 实际电压源实际电压源i+_u+_考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性一个好的电压源要求一个好的电压源要求 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a 其输出电流总能保持定值或一定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的时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想电流源。l 电路符号电路符号2. 理想电流源理想电流源l 定义定义u+_(1) 电流源的输出电流由电源本身决定，与外电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关电路无关；与它两端电压方向、大小无关(2) 电

11、流源两端的电压由电源及外电路共同决定电流源两端的电压由电源及外电路共同决定l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系ui伏安伏安关系关系 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a例例外外电电路路电流源不能开路！电流源不能开路！Ru-+实际电流源的产生实际电流源的产生可可由由稳稳流流电电子子设设备备产产生生，如如晶晶体体管管的的集集电电极极电电流流与与负负载载无无关关；光光电电池池在在一一定定光光线线照照射射下下光光电电池池被被激激发发产产生生一一定定值值的的电流等。电流等。 电路元件和电路定律电路元件和电路定律al电流源的功率电流源的功率（1） 电压、电流的参考方向非关联；电压、电

12、流的参考方向非关联；发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2） 电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载或：或：发出负功发出负功u+_u+_ 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a例例计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出发出发出满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）+_u+_2A5Vi 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a 实实际际电电流流源源也也不不允允许许开开路路。因因其其内内阻阻大大，若若开路，电压很高，可能烧毁电源。开路，电压很高，可能烧毁电源。isuiOl 实际电实际电流流源源考虑内阻考虑内阻伏安特性伏

13、安特性一个好的电流源要求一个好的电流源要求u+_i 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a1.8 1.8 受控电源受控电源受控电源受控电源 ( (非独立源非独立源非独立源非独立源) )(controlled source or dependent source)(controlled source or dependent source) 电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压受电路中某个地方的电压( (或电流或电流) )控制的电源，称受控源。控制的电源，称受控源。l 电路符号电路符号+受控电压源受控电压源1. 定义定

14、义受控电流源受控电流源 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a(1) (1) 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( ( CCCS ) ) : : 电流放大倍数电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u u 或电流或电流i i ，受控源可分，受控源可分四种类型：四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被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。控制量是电流时，用受控电流源表示。2. 分类分类四端元件四端元件b b i1+_u2i2_u1i1+输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分 电路元件和电路定律电路元件和

15、电路定律ag: 转移电导转移电导 (2) (2) 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( ( VCCS )u1gu u1 1+_u2i2_i1+(3) (3) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( ( VCVS ) ) u1+_u2i2_u1i1+- : 电压放大倍数电压放大倍数 电路元件和电路定律电路元件和电路定律ari1+_u2i2_u1i1+-(4) (4) 电流控制的电压源电流控制的电压源 ( ( CCVS ) )r : 转移电阻转移电阻 例例电电路路模模型型 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a3. 3. 受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较(1) (1) 独独立立源源电电压压(

16、 (或或电电流流) )由由电电源源本本身身决决定定，与与电电路路中中其其它它电电压压、电流无关，而受控源电压电流无关，而受控源电压( (或电流或电流) )由控制量决定。由控制量决定。(2) (2) 独独立立源源在在电电路路中中起起“激激励励”作作用用，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流，而而受受控控源源只只是是反反映映输输出出端端与与输输入入端端的的受受控控关关系系，在在电电路路中不能作为中不能作为“激励激励”。例例求：电压求：电压u2。解解5i1+_u2_u1=6Vi1+-3 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a1.9 1.9 1.9 1.9 基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律基

17、尔霍夫定律 ( Kirchhoff( Kirchhoff( Kirchhoff( Kirchhoff s Laws )s Laws )s Laws )s Laws )基基尔尔霍霍夫夫定定律律包包括括基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律 ( ( KCL ) )和和基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律( ( KVL ) )。它它反反映映了了电电路路中中所所有有支支路路电电压压和和电电流流所所遵遵循循的的基基本本规规律律，是是分分析析集集总总参参数数电电路路的的基基本本定定律律。基基尔尔霍霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a1

18、. 1. 几个名词几个名词电路中通过同一电流的分支。电路中通过同一电流的分支。(b)三条或三条以上支路的连接点称三条或三条以上支路的连接点称为节点。为节点。( ( n n ) )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路）支路 (branch)电路中每一个两端元件就叫一条支路电路中每一个两端元件就叫一条支路i3i2i1(2) (2) 节点节点 (node)(node)b=5 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。( ( l ) )两节点间的一条通路。由支路构成。两节点间的一条通路。由支路构成。对对平面电路平面电路，其内部不含任何支路的

19、回路称网孔。，其内部不含任何支路的回路称网孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3) (3) 路径路径(path)(path)(4) (4) 回路回路(loop)(loop)(5) (5) 网孔网孔(mesh)(mesh)网孔是回路，但回路不一定是网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a2. 2. 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 ( (KCL) )令流出为令流出为“+”+”，有：，有：例例 在在集集总总参参数数电电路路中中，任任意意时时刻刻，对对任任意意结结点点流流出出或或流流入入该该结点电流的代数和等于零。结点电流的代数和等于零。流进的电流进的

20、电流等于流流等于流出的电流出的电流 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a1 3 2例例三式相加得：三式相加得：表明表明KCL可推广应用于电路中包可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面围多个结点的任一闭合面明确明确（1） KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任 意结点处的反映；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；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，与电流实际方程是按电流参考方向列写，与电流实际 方向

21、无关。方向无关。 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a（2 2）选定回路绕行方向，）选定回路绕行方向， 顺时针或逆时针顺时针或逆时针. .U1US1+U2+U3+U4+US4= 03. 3. 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 ( (KVL) ) 在在集总参数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕沿任一闭合路径绕行，各支路电压的代数和等于零行，各支路电压的代数和等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1 1）标定各元件电压参考方向）标定各元件电压参考方向 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或：R1I1+R2I2R3I3+R4

22、I4=US1US4 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a例例KVL也适用于电路中任一假想的回路也适用于电路中任一假想的回路aUsb_-+U2U1明确明确（1） KVL的实质反映了电路遵的实质反映了电路遵 从能量守恒定律从能量守恒定律;（2） KVL是对回路电压加的约束，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；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，与电压实际方程是按电压参考方向列写，与电压实际 方向无关。方向无关。 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a4. 4. KCL、KVL小结：小结

23、：(1) (1) KCL是是对对支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVL是是对对回回路路电电压的线性约束。压的线性约束。(2) (2) KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。与组成支路的元件性质及参数无关。(3)(3) KCL表表明明在在每每一一节节点点上上电电荷荷是是守守恒恒的的；KVL是是能能量守恒量守恒的具体体现的具体体现( (电压与路径无关电压与路径无关) )。(4) (4) KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a思考：思考：i1=i2?3.AB+_1111113+_2i2i1UA =UB?I = 01.？AB

24、+_1111113+_22.i1 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a1 1。2 2。+ + +- - -4V4V5V5Vi i =?=?3.3.3.3.+ + +- - - -4V4V5V5V1A1A+ +- -u u =?=?4.4.4.4.3 3 3 3 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a10V10V+ + +- - -1A1A- -10V10VI =?I =?1010 5 5. .4V4V+ +- -10A10AU =?U =?2 2 6 6. .+ +- -3A3AI I1 1I I10V10V+ + +- - -3I3I2 2U=?U=?I =0I =05 5 7. 7.5

25、5 - -+ +2I2I2 2 I I2 25 5 + +- - 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a解解10V10V+ + +- - -1A1A- -10V10VI =?I =?1010 5 5. .4V4V+ +- -10A10AU =?U =?2 2 6 6. .+ +- -3A3AI I解解I I1 1 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a10V10V+ + +- - -3I3I2 2U=?U=?I =0I =05 5 7. 7.5 5 - -+ +2I2I2 2 I I2 25 5 + +- -解解 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a+ + +- - I I1 1U U=?=?8. 8.R R2 2 I I1 1R R1 1U US S解解选择参数可以得到选择参数可以得到电压和功率放大。电压和功率放大。 电路元件和电路定律电路元件和电路定律a