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1、电电 工工 学学 顾顾 伟伟 驷驷 13957140968 13957140968第一章 电路的基本概念与分析方法 1.1 电路的基本概念1.2 无源电路元件1.3 有源电路元件1.4 基尔霍夫定律1.5 支路电流法1.6 叠加原理1.7 等效电源定理1.8 受控源1.9 一阶电路的过度过程1.1.1 1.1.1 电路的组成及作用电路的组成及作用 电路电路: :简言之就是电流所经过的路径。简言之就是电流所经过的路径。 电路的组成：电源，负载，中间环节电路的组成：电源，负载，中间环节。开关开关白纸灯白纸灯导线导线干电池干电池（a）电路的组成中间环节（b）电路框图电源负载在电力工程中，电路起输送
2、和转换电能的在电力工程中，电路起输送和转换电能的作用。作用。电路还起着信号的变换与处理作用。如图电路还起着信号的变换与处理作用。如图所示。常见的收音机、扩音器电路便是放所示。常见的收音机、扩音器电路便是放大电路的实例。大电路的实例。ui (mV)u0(V)tu000t图图1.1-2 信号波形放大信号波形放大放大电路放大电路ui 电路的作用电路的作用1.1.2 1.1.2 电路的基本物理量及参考方向电路的基本物理量及参考方向电流电流 直流：I =Q/t 交流：i=dq/dt判断电流方向参考方向选定之后，电流之值才有正负之分+abbi图1.1-3 电流的方向判断电流的实际方向判断电流的实际方向对交
3、流讲，其方向随时间而变，这时可任意选定某一方向作为电流的参考方向或称正方向。在参考方向选定之后，电流之值才有正负之分电流的正方向除用箭头表示外，还可用双下标表示，如Iab表示正方向是由a指向b的电流。如果正方向选定为由b指向a，则为Iba，两者之间相差一个负号，即 Iab=Iba电压与电动势电压与电动势电动势电动势E 电动势的方向规定为在电源内部由低电位电动势的方向规定为在电源内部由低电位端指向高电位端，即为电位升高的方向端指向高电位端，即为电位升高的方向电压电压 电压的方向规定为高电位端指向低电位端，电压的方向规定为高电位端指向低电位端，即为电位降低的方向。即为电位降低的方向。和电流一样，在
4、电路图上所标的电压和电和电流一样，在电路图上所标的电压和电动势的方向都是参考方向动势的方向都是参考方向 。关联参考方向即电压、电流参考方向一致关联参考方向即电压、电流参考方向一致abURI(a)部部分分电电路路UIab(b)图图1.1-5 关联参考方向关联参考方向电电 路路 功功 率率设某一元件（或部分电路）两端的电压为设某一元件（或部分电路）两端的电压为U U，流过的电流为流过的电流为I，且电压和电流的方向相且电压和电流的方向相关联，则该元件消耗的功率关联，则该元件消耗的功率P P为为 P=UI对于有电动势的设备，当对于有电动势的设备，当E E、I I的正方向一的正方向一致时，元件产生的电功
5、率：致时，元件产生的电功率： P=EI1.1.3 1.1.3 电路的三种状态电路的三种状态开路状态开路状态 当开关S打开，电路的电流为零，内阻R0上的电压降也等于零，故电源端电压等于电动势E，即 U0=E E_+abcdRR0SU0(a) 开路S+_有载状态有载状态 开关开关开关开关S S S S合上，电流合上，电流合上，电流合上，电流I I I I通过电阻通过电阻通过电阻通过电阻R R R R，电阻电阻电阻电阻R R R R上消耗电能。上消耗电能。上消耗电能。上消耗电能。 电路的电流电路的电流电路的电流电路的电流I I I I为：为：为：为： I = E /I = E /（R + RR +
6、ROO） 负载两端的端电压负载两端的端电压负载两端的端电压负载两端的端电压U U为：为：为：为： U = E IRU = E IROO = IR = IR 用用用用I I乘以上式两边，则得乘以上式两边，则得乘以上式两边，则得乘以上式两边，则得 ： IU = IE - IIU = IE - I2 2R RO O = I= I2 2R RI(b) 有载有载E+abcdR0SU0S_+_短路状态短路状态 当电路的负载电阻为零时，电路为短路状态。 发生短路时，端电压U=0， 则短路电流Is为: IS = E / RO 它所产生的电功率: PS = IS2 RO =E2 / ROIE(c) 短路短路_+
7、abcdRR01.2.1 1.2.1 电阻元件电阻元件电阻元件简称为电阻电阻。 电阻两端的电压与流过的电流在关联方向下，其关系式为： U = IR; u=iR消耗功率消耗功率 P=i2R 0 为一耗能元件为一耗能元件1.2.2 1.2.2 电感元件电感元件电感元件简称为电感，其单位为亨利（电感元件简称为电感，其单位为亨利（H H）(b) 电感元件符号电感元件符号图图1.2-1 电感元件电感元件iLeLiLeLuLNuLL(a) 空心电感线圈空心电感线圈当接至交流电压uL时，线圈中有电流iL流进，产生交变的磁通，若线圈匝数为N，则有当线圈中无铁磁材料时，磁链与电流当线圈中无铁磁材料时，磁链与电流
8、iL成正成正比关系，即比关系，即iL，可得电感可得电感根据电磁感应定律，当线圈中通入变 化的电流iL后，此线圈中将产生感应电势eL，对于空芯线圈电感是一种储能元件，当时间由电感是一种储能元件，当时间由0到到T，电电流由流由0 0增加到增加到I时，电感的磁场储能为时，电感的磁场储能为1.2.3 1.2.3 电容元件电容元件电容元件简称为电容，电容元件简称为电容，C C表示，单位为法拉（表示，单位为法拉（F F），），简称法。简称法。电容器极板上的电荷量电容器极板上的电荷量q q与极板间的电压与极板间的电压u uC C成正比，成正比，即即icucC图1.2-2 电容元件当电容二端加一变化的电压，这
9、时电路中就产当电容二端加一变化的电压，这时电路中就产生电流生电流Ic当时间由当时间由0到到T，电压由电压由0增加到增加到U时，电容的电时，电容的电场储能为场储能为 1.3.1 1.3.1 理想电压源和理想电流源理想电压源和理想电流源理想电压源简称电压源，端电压是恒定值US或为随时间变化的uS(t)(如正弦交流电压)，而流过的电流取决于与它相连的外电路。 IUSU0I理想电压源理想电压源RLUS+_ _图图1.3-1 理想电压源的符号、外特性曲线理想电压源的符号、外特性曲线 (c) 电压源电路电压源电路US+_ _(a) 符号符号(b) 外外特特性性曲曲线线U理想电流源简称电流源，输出电流是恒定
10、值IS或为随时间变化的iS(t)(如正弦交流电流)它的端电压取决于与它相连的外电路。 RL(c) 电流源电路电流源电路IU0I图图1.3-2 理想电流源的符号、外特性曲线理想电流源的符号、外特性曲线 (a) 符符号号(b) 外特性曲线外特性曲线UIS理理想想电电流流源源ISIS1.3.2 1.3.2 实际电源模型及其等效变换实际电源模型及其等效变换一个实际的电源可以用理想电压源与内阻相串联的形式来表示。 IURLIURLIsUS+R0(a)(b)_R0图图1.3-3 两种电源模型及等效互换两种电源模型及等效互换一个实际电源除用电压源表示外，还可用另一种电源模型表示。将上式两端同除R0，得 如果
11、一个电压源模型与一个电流源模型对同一个负载能够提供等值的电压、电流和功率，则这二个电源对此负载是等效的；具备这个条件的电源互为等效电源。而等效互换的条件可由上式得出，即 例例1.3-1 1.3-1 用一电源用一电源S S给负载给负载RL供电，电源电供电，电源电动势动势E=4V，内阻内阻R=1 , ,负载电阻负载电阻RL=3 。（1 1）用电压源模型表示；并求负载的电流、用电压源模型表示；并求负载的电流、电压和消耗的功率，以及电压源产生的电电压和消耗的功率，以及电压源产生的电功率与内部损耗功率。功率与内部损耗功率。（2 2）用电流源模型表示；并求电流源的参数）用电流源模型表示；并求电流源的参数I
12、S、和电流源产生的电功率、内部损耗功率，和电流源产生的电功率、内部损耗功率，以及负载以及负载R RL L的的电流、电压和消耗的功率。的的电流、电压和消耗的功率。R+_ERL3I S解 (1)用电压源模型表示电路： 理想电压源的电压 US=4V； 电压源的内阻 R0 =R =1电压源电路模型和电压、电流正方向如下RLUSRo3I+_U(b)负载的电压负载的电压负载的电流负载的电流电压源产生的电功电压源产生的电功率率电源内部损耗功电源内部损耗功（2 2）用等效电流源表示：电流源模型和电）用等效电流源表示：电流源模型和电压、电流的参考方向如图压、电流的参考方向如图理想电流源的电流和内阻理想电流源的电
13、流和内阻3RLR0IIIS(c)负载的端电压 负载电流电流源产生的功率电流源内阻损耗的功率 负载RL消耗的功率 1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律基本术语：基本术语：节点：三个或三个以上电路元件的连接点节点：三个或三个以上电路元件的连接点支路：连接两个节点之间的通路支路：连接两个节点之间的通路回路：电路中的任一闭合路径，称为回路回路：电路中的任一闭合路径，称为回路支路电压支路电压: :每两个节点之间的电压每两个节点之间的电压支路电流支路电流: :每一条支路所流过的电流每一条支路所流过的电流1.4.1 基尔霍夫电流定律（KCL）基尔霍夫电流定律：在任一瞬时，流向某一基尔霍夫电流定律：在任一瞬时，流
14、向某一 节点的电流之和等于由该节点流出的电流之和节点的电流之和等于由该节点流出的电流之和对节点对节点a,a,有有+_E1cE2I2R1I3 图图1.4-1 电路举例电路举例abdI1R2R3+_E1+ _cKCL电流定律可推广至广义节点广义节点，把它应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。如图有三个节点。应用KCL可列出KCL应用广义节点应用广义节点ABCIAICAIBIBCIABIC或或 I=0 在任一瞬时，通过任一闭合面在任一瞬时，通过任一闭合面电流的代数和也恒等于零电流的代数和也恒等于零。1.4.2 1.4.2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVLKVL）基尔霍夫电压定律：在任一瞬时，沿任一回路绕行一周（顺时针方向或逆时针方向），回路中各段电压的代数和恒等于零。图中各段电压的参考方向已标出。按照虚线所示方向绕行一周，可列出E1I2U4U3R2+_R1E2+_acdbU1I1U2图图1.4-3 回路回路+_+_
