第1章_电路的基本概念和基本定律

第1章电路的基本概念和基本定律 1 1电路和电路模型1 2电路的主要物理量及方向1 3线性电阻元件的欧姆定律1 4电压源1 5电流源1 6受控源1 7基尔霍夫定律 目录 1 1电路和电路模型 2 电路的作用 进行能量的转换和传输 强电 进行信号的处理和传递 弱电 进行信息的存储 电路 1 1电路和电路模型 电源 产生电能或提供电信号 负载 消耗电能或取用电信号 传输环节 对电能或电信号进行控制 分配 处理等 电路的组成 1 1电路和电路模型 1 1电路和电路模型 电路模型 可以表征或近似表示一个实际器件 或电路 中所有的主要物理现象 电路模型可以通过理想的电路元件相互联接而成 理想电路元件具有精确的数字定义 1 1电路和电路模型 理想电路元件 电阻元件R 电感元件L 电容元件C 无源元件 消耗电能 存储电场能量 存储磁场能量 1 1电路和电路模型 理想电路元件 电压源 电流源 有源元件 独立电源 1 1电路和电路模型 集中假设 及集中电路 例 电感线圈 元件及电路各方向的尺寸远远小于电路周围的电磁波波长 直流 低频 高频 不同的工作条件下 实际器件可以用不同的电路模型来组合表示 1 2电路的主要物理量及方向 电流及其参考方向 直流电流 I 单位 安培 A 1 电流 瞬时值 1kA 103A 1mA 10 3A 1 A 10 6A 1 2电路的主要物理量及方向 电流及其参考方向 标定方式 在连接导线上用箭头表示 约定 是一种任意选定的方向 电流的参考方向 当i 0时参考方向与实际方向一致 当i 0时参考方向与实际方向相反 或在不引起歧义的情况下 iab 1 2电路的主要物理量及方向 电压 端电压 电压降 电位差 直流电压 Uab 单位 伏特 V 1 电压 瞬时值 1kV 103V 1mV 10 3V 1 V 10 6V 1 2电路的主要物理量及方向 电压 标定方式 约定 是一种任意选定的方向 电压的参考方向 当u 0时参考方向与实际方向一致 当u 0时参考方向与实际方向相反 为高电位端 为低电位端 或 uab 1 2电路的主要物理量及方向 电压与电流的关联参考方向 电流与电压的参考方向一致则称为关联参考方向 反之则为非关联参考方向 1 2电路的主要物理量及方向 电压与电流的关联参考方向 强调 关联参考方向一定是针对一段电路而言 1 2电路的主要物理量及方向 电功率和电能 当p 0时 吸收功率 量纲 瓦特 W 1kW 103W 关联参考方向下 当p 0时 发出功率 若u t 与i t 在非关联参考方向下 1 电功率 简称功率 电能转换的速率 瞬时值 1 2电路的主要物理量及方向 直流功率的计算 1 2电路的主要物理量及方向 解 吸收功率 直流功率的计算 1 2电路的主要物理量及方向 电能 电路从0到t时刻所吸收的电能为 单位 焦耳 J 例 直流电路中 U1 3V U2 9V U3 5V I 3A 求各元件吸收或提供的功率P1 P2和P3 并求整个电路的功率P 解 元件1的电压参考方向与电流参考方向相关联 故 吸收9W 元件2和元件3的电压参考方向与电流参考方向非关联 故 吸收27W 提供15W 整个电路的功率为 吸收21W 1 3线性电阻元件的欧姆定律 电阻元件 若一个二端元件的电压与电流之间的关系可以用i u平面上的一条曲线表征时称之为电阻 过原点的直线称为线性电阻 隧道二极管为非线性电阻 1 3线性电阻元件的欧姆定律 金属膜电阻器METALFILMFIXEDRESISTOR MFTYPE 金属氧化物电阻器METALOXIDEFILMRESISTOR MOFTYPE 碳膜电阻器CARBONFILMFIXEDRESISTOR 熔断涂覆电阻器FUSIBLEFILMRESISTOR 线绕涂覆电阻器WIREWOUNDRESISTOR KNPTYPE 绕涂覆电阻器WIREWOUNDRESISTOR KNHTYPE 1 3线性电阻元件的欧姆定律 线性电阻元件与欧姆定律 关联 单位 欧姆 1k 103 1 3线性电阻元件的欧姆定律 线性电阻元件与欧姆定律 欧姆定律 关联 非关联 1 3线性电阻元件的欧姆定律 欧姆定律的另一种形式 G 电导 单位 西门子 S 1 3线性电阻元件的欧姆定律 线性电阻元件吸收 消耗 的功率 电阻元件始终不发出功率 1 4电压源 理想电压源 若一个二端元件输出电压恒定则称为理想电压源 电路符号 1 4电压源 直流稳压电源 1 4电压源 基本性质 理想电压源 输出电压恒定 和外电路无关 其流过的电流由外电路决定 1 4电压源 伏安曲线 理想电压源 1 4电压源 若一个二端元件所输出的电压随流过它的电流变化而变化就称为实际电流源 电路模型 由电压源构成的实际直流电源模型 1 4电压源 伏安曲线 由电压源构成的实际直流电源模型 1 4电压源 三种工作状态 实际电压源 加载 1 5电流源 理想电流源 若一个二端元件输出电流恒定则称为理想电流源 电路符号 1 5电流源 基本性质 理想电流源 输出电流恒定 和外电路无关 其两端电压由外电路决定 1 5电流源 伏安曲线 理想电流源 1 5电流源 若一个二端元件所输出的电流随其端电压变化而变化称为实际电流源 电路模型 由实际电流源构成的实际直流电源模型 1 5电流源 伏安曲线 由实际电流源构成的实际直流电源模型 1 5电流源 三种工作状态 由实际电流源构成的实际直流电源模型 加载 短路 开路 1 5电流源 电压源和电流源 实际应用中 电压源不允许短路 实际应用中 电流源不允许开路 1 6受控源 受控源 若一个电源的输出电压 电流 受到电路中其它支路的电压 电流 控制时 称为受控源 由两条支路构成 1 1 支路 控制支路 2 2 支路 被控支路 1 6受控源 受控源的分类 电压控制电压源 VCVS 无量纲 电压放大倍数 1 6受控源 受控源的分类 电流控制电压源 CCVS 电阻量纲 1 6受控源 受控源的分类 电压控制电流源 VCCS 电导量纲 1 6受控源 受控源的分类 电流控制电流源 CCCS 无量纲 电流放大倍数 1 6受控源 注意 受控源具有电源与电阻的二重性 输出量的性质由电路符号判断 1 6受控源 受控电压源与独立电压源比较 输出电压类似受控电流源与独立电流源比较 输出电流类似 独立源 可作为电路 激励 产生 响应 受控源 只能反映两条支路之间的耦合 变换 放大等关系 受控源与独立源比较 1 7基尔霍夫定律 电路联接的两种约束 元件性质约束 联接方式约束 拓扑约束 1 7基尔霍夫定律 几个常用名词 支路 任意一个二端元件构成一条支路 节点 三条或三条以上支路的联接点 回路 电路中的任一闭合路径 网孔 当回路中不包括其他支路时称为网孔 网络 复杂电路 1 7基尔霍夫定律 基尔霍夫电流定律 定律 任一时刻 流入电路中任一节点的电流代数和恒为零 约定 流入取负 流出取正 1 7基尔霍夫定律 基尔霍夫电流定律 物理实质 电荷的连续性原理 推广 节点 封闭面 广义节点 例 已知i1