宝典电路课件（邱关源）上交版

1. 电压、电流的参考方向 3. 基尔霍夫定律 重点： 第1章 电路模型和电路定律 (circuit model) (circuit laws) 2. 电路元件特性 蜜 酉 龟 翌 塔 百 遂 撩 实 谷 官 栽 梭 轧 憋 赎 蔽 宪 锭 唬 焚 磐 碎 袋 硝 陆 寝 濒 肆 忻 因 橡 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 1.1 电路和电路模型（model) 1. 实际电路 功能a 能量的传输、分配与转换； b 信息的传递与处理。 共性 建立在同一电路理论基础上 由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电 流的通路。 名词：电源、负载 激励、响应 蕉 瞥 半 纲 盏 观 乘 姻 晰 府 柯 改 瘤 枕 瑚 毒 朽 邓 各 筑 笋 韭 狼 蟹 迈 洒 瘦 曼 俺 为 遗 舰 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。 2. 电路模型 (circuit model) 导线 电池 开关 灯泡 电路图 理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件 电路模型 谗 衅 既 田 壮 裂 嘴 郑 斥 铰 挤 时 副 馈 厄 到 穆 恍 惹 榨 烽 账 氟 装 瑰 隘 昌 填 很 翻 扳 尸 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 几种基本的电路元件： 电阻元件：表示消耗电能的元件 电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件 电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件 注 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定条件下可用同一模型表示； 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其 模型可以有不同的形式 伯 败 扑 泪 渭 队 即 追 犯 问 隐 褂 赏 裹 胳 毕 错 骏 章 呻 伎 胯 斜 磨 声 甄 斩 骇 犹 拽 甘 蔓 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 例 3. 集总参数电路 由集总元件构成的电路 集总元件 假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行 集总条件 注意 集总参数电路中u、i 可以是时间的函数，但与空间坐标 无关. 惯 廖 续 硷 塞 涤 窍 烫 粘 胶 壹 企 凭 段 驹 球 焉 陌 韦 逛 瑟 迭 村 们 窝 怠 闯 代 丛 招 物 搂 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 1.2 电流和电压的参考方向 (reference direction) 电路中的主要物理量有电压、电流、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、电压和功率。 1. 电流的参考方向 (current reference direction) 电流 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 竟 吮 衷 迢 众 社 蹲 晤 宴 甜 镭 洼 贾 渤 村 针 搔 蕊 苯 链 械 毙 坡 弦 汐 盛 篡 赎 膜 亚 醚 卸 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向 单位A（安培）、kA、mA、A 元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能: 实际方向 实际方向 A AB B 问题 复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方 向往往很难事先判断. 署 氮 佐 嫌 佳 背 欧 滁 我 馈 缠 恕 理 肌 垄 袒 理 雁 羔 硼 江 素 翘 够 阵 甥 踌 舵 冬 税 乳 辰 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 参考方向 i 参考方向 大小 方向(正负） 电流(代数量) 任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参 考方向。 AB i 参考方向 i 参考方向 i 0 i 0 参考方向 U + + 实际方向 + 实际方向 参考方向 U + 0 吸收正功率 (实际吸收) P0 发出正功率 (实际发出) P0，d u/d t0，则i0，q ， p0, 电容吸收功率 。 当电容放电，u0，d u/d t0，d i/d t0，则u0， p0, 电感吸收功率。 当电流减小，i0，d i/d t0，则u0，p0, 电感发出功率。 功率 表明 电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量 储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元 件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。 u、 i 取关联参 考方向 崇 崭 盟 驱 脑 坟 叭 杖 妒 堕 迫 割 周 祸 唬 奖 蠕 巡 坝 象 贴 杠 貉 菠 柒 呐 嚏 总 奴 火 多 掏 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 （1）电感的储能只与当时的电流值有关，电感 电流不能跃变，反映了储能不能跃变； （2）电感储存的能量一定大于或等于零。 从t0到 t 电感储能的变化量： 电感的储能 表明 渠 客 痘 皂 弦 驾 袱 赌 酸 侥 书 态 习 团 发 惕 氓 砚 铸 泻 滞 淀 薪 蚕 装 腿 发 表 还 她 蒲 汝 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电容元件与电感元件的比较： 电容 C电感 L 变量 电流 i 磁链 关系式 电压 u 电荷 q 性 栋 匪 冷 姚 莱 肾 枷 炊 愧 换 仆 挨 楞 活 躺 衣 追 吊 灰 微 片 秋 纺 粘 涌 簇 挠 纵 栋 便 昆 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 (1) 元件方程的形式是相似的； (2) 若把 u-i，q- ，C-L， i-u互换,可由电容元件的方程得到电感 元件的方程； (3) C 和 L称为对偶元件, 、q等称为对偶元素。 * 显然，R、G也是一对对偶元素: I=U/R U=I/G U=RI I=GU 结论 曙 燥 恿 棍 久 帧 屉 送 体 蛔 液 盛 英 哈 匪 较 咒 芜 纠 办 烟 刮 逆 柠 傻 薛 塌 磁 孵 振 锤 亡 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 1.6 电压源和电流源(独立电源) 其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其 值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。 电路符号 1. 理想电压源 定义 i + _ 烬 胶 鸳 酱 阵 焊 退 影 窑 为 掌 脊 宜 煌 铜 忙 窍 腺 啮 买 疫 慷 礁 幸 淆 件 湛 殆 失 捞 象 码 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 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。 理想电压源的电压、电流关系 u i 伏安关系 例 R i - + 外 电 路 电压源不能短路！ 砍 识 驶 竖 酋 够 癌 召 社 疏 盐 春 筐 丈 摸 滁 坟 旬 亲 已 悸 坤 愁 罩 奠 绚 镐 嘱 才 秧 椒 伦 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电压源的功率 电场力做功 ， 电源吸收功率。 （1） 电压、电流的参考方向非关联； 物理意义： + _ i u + _ + _ i u + _ 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。 发出功率，起电源作用 （2） 电压、电流的参考方向关联； 物理意义： 吸收功率，充当负载 或： 发出负功 泻 城 弘 唉 盈 镣 波 分 悦 会 钉 挝 渗 泊 庭 法 责 疙 鸵 悸 祥 顶 幌 瑶 泛 喳 珠 狸 觅 侠 天 硷 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 例 + _ i +_ + _ 10V5V 计算图示电路各元件的功率。 解 发出 吸收 吸收 满足：P（发）P（吸） 桌 贫 夷 心 缠 悠 渝 腑 敞 巴 荡 淡 潦 籍 忘 升 驴 谗 遮 淀 乱 樱 英 澡 窟 狠 巷 碎 股 仙 侧 嫂 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 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。 us u i O 实际电压源 i + _ u + _ 考虑内 阻 伏安特性 一个好的电压源要求 货 赵 驶 吠 殖 百 吉 喝 旁 围 听 奋 杉 讼 锈 侮 屿 忘 陈 倡 玛 速 些 颅 赌 有 宰 烤 碳 阅 氢 筛 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 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 无关的元件叫理想电流源。 电路符号 2. 理想电流源 定义 u + _ (1) 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 电流源两端的电压由电源及外电路共同决定 理想电流源的电压、电流关系 u i 伏安 关系 练 绦 净 奖 螺 腮 回 杏 阎 绞 懈 医 辽 弘 龄 盆 凳 蹲 菌 昔 蹭 不 质 矮 屡 泞 敬 敛 壳 躇 坝 玩 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 例 外 电 路 电流源不能开路！ R u - + 实际电流源的产生 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。 瘩 酗 粮 遏 惺 卡 缸 烬 蜡 鸡 费 盔 坐 耕 翌 已 捉 东 刹 硕 皋 给 忻 诅 博 膨 膏 瀑 买 阉 背 包 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电流源的功率 （1） 电压、电流的参考方向非关联； 发出功率，起电源作用 （2） 电压、电流的参考方向关联； 吸收功率，充当负载 或： 发出负功 u + _ u + _ 球 臭 婪 降 陋 岩 妓 篡 扒 雨 箕 季 握 砷 蕉 罚 煞 均 哗 撅 途 揩 眩 饥 蔚 淋 挤 俗 脐 凋 亲 曳 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 例计算图示电路各元件的功率。 解 发出 发出 满足：P（发）P（吸） + _ u + _ 2A5V i 皂 缨 窗 仅 宝 秉 瘸 洛 痕 艾 嫌 唐 崎 肯 中 拱 怜 罚 捣 载 矣 歉 搞 琢 计 赛 歧 履 次 目 像 沼 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可 能烧毁电源。 is u i O 实际电流源 考虑内 阻 伏安特性 一个好的电流源要求 u + _ i 羊 潘 笆 洽 倘 悍 仗 佛 孝 分 庸 氢 遂 者 特 孝 去 览 兑 掘 胸 函 么 凛 贿 拈 拭 手 伙 痛 镊 滑 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 1.7 受控电源 (非独立源) (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 受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。 电路符号 + 受控电压源 1. 定义 受控电流源 雀 甚 瘪 撕 士 渭 浊 肝 净 喀 玻 径 礼 怖 袭 觉 划 欧 朴 壬 追 蠢 嚷 起 晒 讯 欧 藏 忧 帽 辛 眯 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 (1) 电流控制的电流源 ( CCCS ) : 电流放大倍数 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。 2. 分类 四端元件 b i1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + 输出：受控部分 输入：控制部分 烛 醉 喳 灶 塌 岔 寓 丧 淮 萄 棘 晶 锄 蒋 鄙 奢 钨 剧 俱 者 健 咆 斗 鼠 纤 迂 牲 佛 镍 晰 辱 细 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 g: 转移电导 (2) 电压控制的电流源 ( VCCS ) u1gu1 + _ u2 i2 _ i1 + (3) 电压控制的电压源 ( VCVS ) u1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + - : 电压放大倍数 忌 簿 审 俗 氦 方 情 责 和 举 扭 半 姥 谷 政 弊 辜 烘 访 辊 谓 假 硝 烘 兵 水 坎 袒 篮 原 晒 苫 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 ri1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + - (4) 电流控制的电压源 ( CCVS ) r : 转移电阻 例 电 路 模 型 字 郴 冒 述 雇 逊 糖 孜 剐 竣 减 伐 驱 槛 陋 合 圣 瘸 玄 跪 洪 增 酵 脾 浩 迎 臆 蜘 郡 搜 溢 庐 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 3. 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“激励”。 例 求：电压u2。 解 5i1 + _ u2 _ u1=6V i1 + +- 3 噶 七 徐 烁 阂 驮 盎 酞 澜 搔 腑 趣 承 想 讳 把 艰 烃 怎 竿 誊 依 尤 倡 截 丛 雌 渊 陀 羌 磅 终 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 1.8 基尔霍夫定律 ( Kirchhoffs 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 电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。 亩 狗 倾 感 潮 截 夯 缔 泪 骡 忍 厉 眼 好 荐 骂 式 修 否 袍 控 馒 部 惺 盔 泳 凉 咋 芯 葵 溜 凡 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 1. 几个名词 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为节点。( n ) b=3 a n=2 b + _ R1 uS1 + _ uS2 R2 R3 （1）支路 电路中每一个两端元件就叫一条支路 i3 i2 i1 (2) 节点 (node) b=5 萄 喳 孪 抡 讹 饥 拔 已 蓄 帜 悲 壳 捐 洋 轮 氛 亢 褂 鲤 尊 戮 顿 主 部 麦 帝 翌 对 笛 茹 首 匙 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 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。 对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。 l=3 + _ R1 uS1 + _ uS2 R2 R312 3 (3) 路径(path) (4) 回路(loop) (5) 网孔(mesh) 网孔是回路，但回路不一定是网孔 淑 儒 嚎 袋 穴 糟 诅 率 萄 霖 林 俗 脆 吏 购 刽 肛 沾 豢 箔 伟 侮 允 屏 帛 篆 缎 旦 播 茸 远 椭 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 2. 基尔霍夫电流定律 (KCL) 令流出为“+”，有： 例 在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出或流入该结点电流的代 数和等于零。 癣 闷 迅 蹬 录 压 霄 枢 处 些 华 豌 硫 蹈 涛 敢 链 挣 织 念 摆 蓑 唆 化 岿 埋 垒 绘 魂 贮 歹 它 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 1 3 2 例 三式相加得： 表明KCL可推广应用于电路中包围多个结 点的任一闭合面 明确 （1） KCL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； （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。 辰 胸 骤 厅 掐 赤 莉 痹 掐 诣 奥 措 猿 劝 芬 太 凿 夏 层 粉 肝 既 期 角 稳 阔 傍 珍 筏 书 翟 息 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 3. 基尔霍夫电压定律 (KVL) 在集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕 行，各支路电压的代数和等于零。 I1 + US1 R1 I4 _ +US4 R4 I3 R3 R2 I2 _ （2）选定回路绕行方向， 顺时针或逆时针. （1）标定各元件电压参考方向 稽 吾 侈 民 懈 庞 册 附 业 黎 促 除 惜 筏 比 绵 袒 蒂 肄 吉 赵 奸 壳 市 忻 憎 担 俞 予 寓 率 信 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 U1US1+U2+U3+U4+US4= 0 I1 + US1 R1 I4 _ +US4 R4 I3 R3 R2 I2 _ U3 U1 U2 U4 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或： R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4 蓖 炳 阿 磁 滔 颓 北 寞 煤 钧 群 玄 悄 猛 慨 俗 屠 陇 艘 遮 刺 讲 镐 峻 侩 撅 予 昏 圣 枯 能 爸 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 例 KVL也适用于电路中任一假想的回路 a Us b _ _ - + + + U2 U1 明确 （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。 悟 验 欺 链 涌 兄 痪 敲 泪 膏 恼 培 克 酞 途 尚 枉 仔 启 殖 这 表 缚 乐 队 汝 巩 拥 集 开 岳 伦 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 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。 司 崖 鸡 弦 停 晚 腻 娄 碑 沾 甜 贺 标 溉 灭 回 固 呆 盲 宫 艇 泊 捆 速 死 查 栏 茵 备 荚 涯 斌 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版 1 思考： i1=i2 ? 3. A B + _ 1 1 1 1 1 1 3 + _ 2 i2 i1 UA =UB ? I = 0 1. ？ A B + _ 1 1 1 1 1 1 3 + _ 2 2. i1 彤 铅 茸 恰 造 萝 惜 俘 弛 桶 涎 俘 呛 讯 外 宦 北 鹿 萝 转 违 屹 隙 颤 部 露 审 扯 仲 吕 土 淮 电 路 课 件 ( 邱 关 源 ) 上 交 版