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1、1.1 电路(dinl)和电路(dinl)模型（model)定义：电器元件或设备按一定方式连接而构成的电流的通路。作用：（1）能量转换：实现电能(dinnng)传送、分配、控制、转换等。 （2）信号处理：实现电信号产生、加工、传输、变换等。 1、电路(dinl)：第1页/共71页第一页，共72页。发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉电力系统电路示意图输电线中间环节负载放大器话筒扬声器扩音机电路示意图信号源（电源）（1）电能(dinnng)的传输和转换（2）信号(xnho)的传递和处理第2页/共71页第二页，共72页。（1）电源）电源(dinyun)：供给电能的设备。：供给电能的设备。 （2
2、）负载： 消耗电能(dinnng)的设备。（3）中间环节（又称传输(chun sh)控制环节）：把其它形式的能量转换为电能。把电能转换为其它形式的能量。 各种控制电器和导线，起传输、分配、控制电能的作用。组 成：第3页/共71页第三页，共72页。2、电路理论主要研究电路中发生的电磁现象，并用电流、电荷、电压、磁通等物理量描述其中(qzhng)的过程。3、电路理论的目标(mbio)是计算电路中各器件的端子电流和端子间的电压，而不研究器件内部发生的物理过程。第4页/共71页第四页，共72页。4、电路(dinl)分类：线 性非 线 性时 变时 不 变 集中参数(cnsh)分布参数(cnsh) 静 态
3、 动 态 激励与响应(xingyng)满足叠加性和齐次性的电路。电路元件参数不随时间变化。电路几何尺寸远小于最小工作波长的电路。含有动态元件的电路。 f(Hz) 5025k500M30G(m)6x10612k 0.60.01C=3108m/s第5页/共71页第五页，共72页。UI开关ER0R干电池电珠实际(shj)电路电路(dinl)模型开关(kigun)5. 电路模型 (circuit model)v电路模型：理想元件组成的电路。？第6页/共71页第六页，共72页。 理想元件(yunjin)：为了对实际电路进行分析研究，把各种各样的实际电路元件(yunjin)根据其主要物理性质，抽象成理想化
4、的电路模型元件(yunjin)，这些元件(yunjin)包括电阻元件(yunjin)、电感元件(yunjin)、电容元件(yunjin)、独立电源元件(yunjin)、受控源元件(yunjin)、二端口和多端元件(yunjin)等。理想电阻元件：表示(biosh)消耗电能的元件理想电感(din n)元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件理想电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件理想电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能 的元件第7页/共71页第七页，共72页。注意(zh y):l 具有相同的主要电磁性能的实际电路(dinl)部件，l 在一定条件下可用同一模型表示；l 同一实际电路(d
5、inl)部件在不同的应用条件下，其l 模型可以有不同的形式第8页/共71页第八页，共72页。例第9页/共71页第九页，共72页。1.2 电流(dinli)和电压的参考方向 (reference direction) 电路中的主要物理量有电压、电流(dinli)、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流(dinli)、电压和功率。1. 电流的参考(cnko)方向 (current reference direction)l电流定义l电流强度带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷量第10页/共71页第十页，共72页。a. 实际正方向(fngxing)即
6、物理中规定的方向(fngxing)正电荷移动(ydng)的方向电流(dinli)方向电流方向l 单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、kA、mA、Al 方向第11页/共71页第十一页，共72页。E1ABRE2IR电路分析中的假设正方向(fngxing)（参考方向(fngxing)）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何(rh)求解？电流(dinli)方向AB？电流方向BA？第12页/共71页第十二页，共72页。b. 参考(cnko)正方向:1.任意(rny)假定; 2.若实际方向与参考(cnko)正方向相同, 则I为正值; 3.若实际方
7、向与参考正方向相反, 则I为负值;I=1AI= - 1A第13页/共71页第十三页，共72页。箭 头双下标(xi bio)Iab 电流(dinli)：c. 表示(biosh)方法 在分析电路时,首先要假定电流的参考正方向,并以此为准去分析计算,最后从答案的正负来判定电流的实际方向.= - IbabaIR第14页/共71页第十四页，共72页。l单位(dnwi)l方向(fngxing)a. 实际(shj)方向规定:从高电位点指向低电位点，即电压降 的方向。b.参考正方向： ；若实际方向与参考正方向相同,则为正值；否则为负值任意假定2. 电压的参考方向 (voltage reference dire
8、ction)l电压定义单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小V (伏)、kV、mV、V第15页/共71页第十五页，共72页。c. 表示(biosh)方法u_+正负号abUab（高电位在前， 低电位在后） 双下标箭 头uab电压 元件的电压和电流(dinli)取一致的参考方向；即满足“水”往低处流的方向。3. 关联参考(cnko)方向u第16页/共71页第十六页，共72页。支路电压(diny)表达式书写关联(gunlin)方向U=IR非关联(gunlin)方向U=IR电阻上电压电流参考方向不同时，欧姆定律有不同的表达式第17页/共71页第十七页，共72页。U=IRUsU=I
9、RUs支路(zh l)电压表达式（各串联元件电压降之和）abc第18页/共71页第十八页，共72页。U=IRUsU=IRUs熟练书写(shxi)一段支路的电压表达式是书写(shxi)各种电路方程的基础，必须熟练掌握！第19页/共71页第十九页，共72页。注意：参考方向是电路课程的重要概念，电路中电压及电流(dinli)的描述和计算都是在一定参考方向下进行，电压及电流(dinli)的表达式、数值和电路中电压及电流(dinli)的参考方向是密切相关的。电路作业(zuy)解题计算必须画出电路图并标注电压电流参考方向！第20页/共71页第二十页，共72页。关于电路(dinl)中物理量的方向实际（正）方
10、向：是一种物理现象（实际存在的）。电流：正电荷移动的方向。电压：高电位指向(zhxin)低电位。关联参考方向(fngxing)：电压、电流的参考方向(fngxing)相互关联，即只能任意假定两个量中的一个量的参考（正）方向(fngxing)，另一个物理量的参考（正）方向(fngxing)必须以该物理量的方向(fngxing)来确定。参考（正）方向：为分析电路模型而任意假设的电流、电压方向。可从计算结果验证所取参考（正）方向是否为实际（正）方向。第21页/共71页第二十一页，共72页。1.3 电路(dinl)元件的功率 (power)1. 电功率功率的单位(dnwi)：W (瓦) (Watt，瓦
11、特)能量的单位(dnwi)： J (焦) (Joule，焦耳)单位时间内电场力所做的功。aiRub如果u、 i方向不一致结果如何？功率有无正负？第22页/共71页第二十二页，共72页。2. 电路(dinl)吸收或发出功率的判断u u, i 取关联(gunlin)参考方向, p = uiu u, i 取非关联参考(cnko)方向, p = - ui+-iu p=ui 0 表示该器件吸收功率； p=ui 0 表示该器件吸收功率； P= -ui 0 5）无记忆元件：u(t)=Ri(t)第29页/共71页第二十九页，共72页。3. 功率(gngl)和能量上述结果说明电阻元件(yunjin)在任何时刻总
12、是消耗功率的。p u i (R i) i i2 R u(u/ R) u2/ Rp u i i2R u2 / R功率(gngl)：Rui+-Rui+-第30页/共71页第三十页，共72页。Riu+从 t 到t0电阻消耗(xioho)的能量：4. 电阻的开路(kil)与短路能量(nngling)：l 短路l 开路ui第31页/共71页第三十一页，共72页。5. 其它(qt)电阻元件l 时变(sh bin)：l 负电阻(dinz)：ui随时间变化伏安特性在二、四象限；实际为一个发出电能的元件；一般需要专门设计。第32页/共71页第三十二页，共72页。iuS+_abuab伏安特性iuabuS(t1)
13、1.5 电源(dinyun)元件 (independent source)1. 理想电压(diny)源(简称电压(diny)源)能独立向外电路提供恒定电压(diny)的二端元件。伏安特性iuabUSiUS+_abuab第33页/共71页第三十三页，共72页。特点(tdin)：(1）输出电 压不变，其值恒等于电动势。 即 uab uS (或uab US)； （3）电压源可以开路(kil)，但不能短路； （4）电压源可以(ky)串联使用。（2）电源中的电流由外电路决定；第34页/共71页第三十四页，共72页。+US1 -+US2 -+US -US=US1 + US2+US1 -US2 +US=US
14、1 -US2第35页/共71页第三十五页，共72页。电压(diny)源中的电流由外电路决定设: US=10V当R1 R2 同时(tngsh)接入时： I=10AR22 当R1接入时 ： I=5A则：IUS+_abUab2R1第36页/共71页第三十六页，共72页。电压(diny)源特点（续）5 5、电压、电压(diny)(diny)源可能发出功率源可能发出功率, ,也可能电压也可能电压(diny)(diny)源吸收功率。源吸收功率。第37页/共71页第三十七页，共72页。IE+_abUR1 R求I、U与R1支路(zh l)无关。(6)与电压源并联的电路对其它(qt)部分电路来说相当于开路.第3
15、8页/共71页第三十八页，共72页。例1:求下列各电路的等效(dn xio)电源解:+abU25V(a)+abU5V(c)+(a)a+5V32U+a+-2V5VU+-b2(c)+第39页/共71页第三十九页，共72页。2.理想(lxing)电流源(简称电流源)能独立(dl)向外电路提供恒定电流的二端元件。abiuabisiuabiS(t1)伏安特性abiuabIsiuabIS伏安特性第40页/共71页第四十页，共72页。特点：（1）输出(shch)电流不变，其值恒等于电 流源电流 IS； （2）输出(shch)电压由外电路决定；（4）电流源可以(ky)并联使用；（3）电流源不可以开路，但可以短
16、路；（5）电流源可能发出功率也可能吸收功率。第41页/共71页第四十一页，共72页。IS1IS2IS1IS2ISIS=IS1+IS2IS=IS1 - IS2第42页/共71页第四十二页，共72页。电流(dinli)源两端电压由外电路决定IUIsR设: IS=1 A R=10 时， U =10 V R=1 时， U =1 V则:第43页/共71页第四十三页，共72页。电压源中的电流如何决定？电流源两端的电压等于多少？IUS R_+abUab=?Is原则(yunz)：Is不能变，US不能变。电压(diny)源中的电流 I= IS电流(dinli)源两端的电压 当IS=1A,US=2V,R=1 时,
17、电路中各元件功率消耗情况?若R=2 ,4 时又怎样?例题第44页/共71页第四十四页，共72页。IUIS求I、U？I、 U 与R1无关(wgun)。R1（6）与电流源串联的电路(dinl)对其它部分电路(dinl)来说相当于短路.第45页/共71页第四十五页，共72页。例:求下列(xili)各电路的等效电源解:aU 5A23b+a5AbU3(b)+第46页/共71页第四十六页，共72页。电压(diny)源与电流源特性比较电压源电流源不 变 量变 化 量US+_abIUabUab = US （常数）Uab的大小、方向均为恒定(hngdng)，外电路负载对 Uab 无影响。IabUabIsI =
18、Is （常数）I 的大小、方向均为恒定(hngdng)，外电路负载对 I 无影响。输出电流 I 可变 - I 的大小、方向均由外电路决定端电压Uab 可变 -Uab 的大小、方向均由外电路决定第47页/共71页第四十七页，共72页。 1、定义：受控电压源的电压和受控电流源的电流都不是给定的时间函数，而是受电路(dinl)中某部分的电压或电流控制的，故受控源又称为非独立电源。2、电路结构特征：具有两条支路： 受控电流源或电压源所在(suzi)支路 受控支路 控制电流或电压所在(suzi)支路 控制支路1.6受控电源(dinyun)(非独立源)(controlledsourceordependen
19、tsource)第48页/共71页第四十八页，共72页。3、受控源电路模型（四端(sdun)元件）： （1）电压电压(diny)控制电压控制电压(diny)源源（2） 电压(diny)控制电流源U1gU1Voltage Controlled Voltage SourceU1U1i + _ + _ （VCVS) + _（VCCS)Voltage Controlled Current SourceU2= U1I2= gU1例:电子三极管例:场效应管g: 转移电导 （具有电导量纲）: 电压放大倍数 （量纲为一）+U2 _I2 第49页/共71页第四十九页，共72页。（3） 电流控制(kngzh)电压
20、源（4） 电流(dinli)控制电流(dinli)源I1I1I1I1Current Controlled Voltage Source（CCVS)i + _ + U1 -+U2 _ + U1 - I2 （CCCS)Current Controlled Current SourceU2= I1I2= I1例:直流发电机例:晶体(jngt)三极管: 电流放大倍数（量纲为一）r : 转移电阻 （具有电阻的量纲）第50页/共71页第五十页，共72页。4、受控源特点(tdin)：（1）非独立非独立(dl)的电源：不能独立的电源：不能独立(dl)向外向外电路提供能量。电路提供能量。（2） 具有两重性：电源
21、(dinyun)性、电阻性。注意：独立电源在电路中可以独立地起“激励”作用，是实际电路电能或电信号的“源泉”。 受控源是描述电子器件中某一支路对另一支路控制作用的理想模型，表示一处的电路变量与另一处电路变量之间的耦合关系，本身不直接起“激励”作用。第51页/共71页第五十一页，共72页。支路：流过同一电流的分支。节点：两条以上支路的交 汇点。回路：若干条支路组成的 闭合(b h)路径。6条支路 4个节点(ji din) 8个回路 支路(zh l)、节点、回路的概念1.7 基尔霍夫定律 ( Kirchhoffs Laws )第52页/共71页第五十二页，共72页。(一) 基尔霍夫电流(dinli
22、)定律（KCL） 对任何集总参数电路的任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流(dinli)等于由节点流出的电流(dinli),基尔霍夫电流定律(dngl)的依据：电流的连续性 I =0即：例 或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。 I 入= I 出即：u节点1： I1I2I3=0u节点2：I3I4I5=0u节点3： I2I4I6=0u节点4： I1I5I6 =0*正负号约定第53页/共71页第五十三页，共72页。电流定律还可以扩展到电路的任意(rny)封闭面。例I1+I2=I3例I=0基尔霍夫电流(dinli)定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R第54页/共
23、71页第五十四页，共72页。(二) 基尔霍夫电压(diny)定律（KVL）在集总参数电路中，对电路中的任一回(y hu)路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或各电压的代数和为 0。即： U 升= U 降u回路1： I3R3+I4R4+US2=0u回路2： - I3R3-I5R5+US1=0u回路3: I4R4+I6R6-I5R5=0u 注意：支路电压方向与支路电流(dinli)方向尽量选取一致。*正负号约定第55页/共71页第五十五页，共72页。基尔霍夫电压定律(dngl)的推广：可应用于回路的部分电路UUAUBUAB=0或 UABUAUB E=U+RI或 UERI注列方程时，要先在
24、电路图上标出电流、电压或电动势的参考(cnko)方向。第56页/共71页第五十六页，共72页。讨论: 电路(dinl)中电压电流的变化遵循两类约束条件: 第一类是元件特性关系(电压电流关系VCR) 第二类是元件连接(linji)关系(拓扑约束) 基尔霍夫定律 第57页/共71页第五十七页，共72页。+-+-E3E1E2-R1RRRI1I2I3I4I5I6求各支路电流？ 例题(lt)第58页/共71页第五十八页，共72页。图示电路，求电压(diny)U和电流I及受控源的功率。解：-2-2I -2I -6U +10=0由KVL，有-4I -6U = - 8又有U = 2I+2联立解得U = 1.5
25、vI = - 0.25A受控源:(具有(jyu)电源性)P = 6UI= - 2.25W若受控源: 6UU UU = 4V I=1A(具有(jyu)电阻性)例题P = UI= 4W第59页/共71页第五十九页，共72页。例：电路及参考(cnko)方向如图，已知R1=R2=R3=10 ，Us1=Us2=Us3=12 V, Is1=1A, Is2=2A, Is3=3A, 求Uad。解：Uad=U1U2U3 U1=Us1+I1R1 =Us1Is1R1 =12110=22 V 例题(lt)第60页/共71页第六十页，共72页。U2=I2R2Us2 =Is2R2+Us2 =21012=8 VU3=Us3
26、I3R3 =Us3Is3R3 =12310=18 VUad =U1U2U3 = 22(8) (18) =12 V第61页/共71页第六十一页，共72页。例：电路及参考(cnko)方向如图，求Uab。解：I2=0 I3=5A I1=20/(12+8)=1A Uab=8I1+2I2+2-3I3 =-5 V 例题(lt)12823+20V-5A+2V-abI2I3I1第62页/共71页第六十二页，共72页。KCL、KVL小结(xioji)：(1) KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路(hul)电压的线性约束。(2) KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数(cnsh)无关。(3) KCL表明
27、在每一节点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)。(4) KCL、KVL只适用于集总参数的电路。第63页/共71页第六十三页，共72页。1。2。第64页/共71页第六十四页，共72页。+-4V5Vi =?3.+-4V5V1A+-u =?4.33第65页/共71页第六十五页，共72页。解10V+-1A-10VI =?105.4V+-10AU =?26.+-3AI解I1第66页/共71页第六十六页，共72页。10V+-3I2U=?I =057.5-+2I2 I25+-解第67页/共71页第六十七页，共72页。本章(bnzhn)小结1）电路基本器件：电阻元件； 独立电压源，独立
28、电流源； 受控电源：VCVS，VCCS，CCVS，CCCS2）参考方向：电路分析与计算(j sun)必须先标出参考方向，功率判别。功率的计算(j sun)3）基尔霍夫定律：KCL KVL第68页/共71页第六十八页，共72页。本章(bnzhn)作业：P24P301-3、1-5、1-10、1-16、1-19、1-20第69页/共71页第六十九页，共72页。本章(bn zhn)作业：P24P30 1-3、1-5、1-10、1-16、1-19、1-20 课堂练习：1-4、1-8、1-9、1-17第70页/共71页第七十页，共72页。感谢您的观赏(gunshng)！第71页/共71页第七十一页，共72页。内容(nirng)总结1.1 电路和电路模型（model)。集中参数分布参数。激励与响应满足叠加性和齐次性的电路。问题的提出(t ch)：在复杂电路中难于判断元件中物理量。在分析电路时,首先要假定电流的参考正方向,。U=IRUs。1）伏安关系为u-i平面过坐标原点的一条直线，斜率为R。（3）电流源不可以开路，但可以短路。（5）电流源可能发出功率也可能吸收功率。原则：Is不能变，US不能变。（1） 非独立的电源：不能独立向外电路提供能量第七十二页，共72页。
