第一章电路元件与电路定律(乙).

1、电路原理Electric Circuit Theory电路岳理（乙）数彼（盔学欽付）浙江大学电工电子教学中心2010.6电路原理课程介绍1）电路原理是研究电路中发生的电磁现象，利用电路基本 理论和基本定律进行分析计算，是理工类本科生的一门重要 基础课程；2）电路课程研究对象及应用方向：电能输送分配、电网、电功率计算.效率、电气安 全等；电路原理课程介绍b.电信号传输、处理、调制解调、滤波、崎变分析、 模拟和数字信号、电路特性等；应用研究领域包括电气驱动、自动化工程、电力电子、 电气信息工程、通信工程、电子仪器及测量、计算机、光 电工程等.电路原理课程介绍3）课程特点：本课程定位为理工类本科生的

2、基础课，课程知识是对实 际问题的抽象研究。课程不涉及具体电器元件，主要讲述电 路的一般分析计算方法，具有较强的理论性。本课程研究内容是电子线路、信号处理、高频电子线路、 自动控制理论、微机控制、计算机、电气驱动、电力电子、 电力系统等后续课程的基础。本课程学习所需的准备知识包括物理学、微积分、微分 方程、复数计算等.电路原理课程介绍主要教材：电路分析机械工业出版社 孙盾等主要参考书；电路原理机械工业出版社 范承志等电路原理浙江大学出版社周庭阳等电路高教出版社邱关源第一章电路元件和电路定律9主要内容：1电路元件；2电压电流的参考方向;3基尔霰夫定律；4无源网络的等效变换.第一节电路和电路元件1）

3、由电气设备以各种方式连接组成的总体称为电路。简单电路如手电筒，包括电池、灯泡、开关及连线复杂的电路如超大规模集成电路、通信网络、自动控制系 统、高压电网等。集成运放模拟电路Y1rvMaiKn KCiWKrvvlKKIRACXANORC l/THJSKCRlR AI/ANIIt A2/A、11 It IDAKA4f1VKlirTKHIRBSRD2典 USGCCH SUMKH 7430RI44W IOH47.1ClKvnnKNICStrrrVTwroeLBVBWV5WBCINOONISM2O0IVCCp【c系列单片机小系统2）为了对实际电路进行分析研究，把各种各样的实际电路 元件根据其主要物理性质

4、，抽象成理想化的电路模型元件， 这些元件包括电阻元件、电感元件、电容元件、独立电源元 件、受控源元件、二端口和多端元件等3）电路计算基本物理童及单位：电流（安培）I安培=1库仑/秒lA=103mA= lO6电压（伏特）1伏特=1焦尔XI库仑 lV=10mV= 106pV 电功率（瓦特）1瓦特=1安培XI伏特 1KW=1（PW电能（焦尔）1焦尔=1瓦特X秒电能（度）I度=1千瓦小时（KWh） =3.6X106J1.1电阻元件电阻：端电压与电流有确定函数关系，体现电能转化为其它 形式能量的二端器件，用字母R来表示，单位为欧姆实 际器件如灯泡，电热丝，电阻器等均可表示为电阻元件.U = f(I)I

5、RXzz+ U -表示符号伏安特性是用图形曲线来表示电阻端部电压和电流的 关系，当电压电流成比例时（特性为直线），称为线性电 阻，否则称为非线性电阻金属牍电阻排阻电阻水泥电阻大功率电阻线性电阻的电压电流特性符合欧姆定律U=RXI电阻：R =十 电导：G = +_ + U -电阻元件消耗的功率：P=UXI=PXR=电阻元件消耗的能量：VV= pdt =PXt= PR t半导体二极管的伏安特性及其模型点接触型(b).面结合型(6 平面型二极管(d)半导体二极管的伏安特性7线性电阻丄丄一* U线性电阻伏安特性二极管特性“=/(/)/=/()I符号稳压二极管伏安特性ic C cHI + Uc -+1.

6、2电容元件1）电容元件是体现电场能童的二端元件，用字母C来表示,其单位为法拉（F） 2）电容上储存的电荷9与端电压U 之间关系q = cuc3）当电压和电流如图方向时，有. dq duelc = =C dt dtCD 0 表示该器件吸收功率;P=UXI 0 表示该器件发出功率；P=UXI 0 表示该器件吸收功率；关联参考方向非关联参考方向注意：式中U、I均为对应参考方向下的电 压电流代数值。功率计算例1电路及方向如图，已知 Us=l（）V, Is=2A, R=10R,求电压源、 电流源和电阻的功率解：1=Is=2AUr =1 XR=-2X 10=-20VUi=-Ur+ Us=20+10=30V

7、（消耗功率）（消耗功率）（发出功率）电阻功率：Pr= UrXI=-20X(-2)=40 W电压源功率： Pi二 UsXI=10X(-2)=-2O VV电流源功率： Pi= UiXIs=30X2=60 W并令斜）最大功率传输如图电路，Ro和U0已知，负载R可变, 问当R为多大时它吸收的功率最大？解：电阻R吸收的功率为P = I2R= 7/?（R+R“2当R变化时，为求P的最大值，对P求导,解得R=Ro,此时电阻R获得最大功率，化审D最大功率为：际沽讨论：最大功率传输时.负载能获得最大功率但系统效率为50%对于能量传输系统（电力系统），考虔的是系统效率最大功率 传输方式要根据具体情况而定.第三节基

8、尔霍夫定律KIRCHHOFF S LAW支路、节点、回路的概念支路：单个或若干个二端 元件所串联成的电路。节点：两条以上支路的交 汇点.回路：若干条支路组成的 闭合路径。6条支路4个节点3条回路注意：该电路除上述3条回路外，还可选择多条不同的回路.1)基尔霍夫电流定律Kirchhoffs Current Law (KCL)节点 4:I-l5 【6=02）基尔霍夫电压定律Kirchhoffs Voltage Law （KVL） 电路任一闭合回路中各支路电 压（元件电压）的代数和为零Sw=0支路（元件）电压方向与回路绕 行方向i致时取正号，相反时取 负号.16回路1：回路2：回路3-5+5+114

9、=0-U1-U5- 113=0U4+ U6+U5=0注意：支路电压方向取为与支路电流方向一致.把支路电压用支路元件 电压来表示，得：回路 1:13 XR3 + 14 XR4+US2=0回路2：Usi Is XR5 13 XRj =0回路3： I4XR4+ I6 XR6- 15 XR5=0上式可写为13 XR3+ 14 XR4= -US2回路2；Is X Rs Is XRs= Usi回路3： h X R4+16 X R6-15 X Rs = 0US2 i- 得KVL的另一个形式为：爲电压降工屁/=工乞电压升任一支路电阻压降代数和等于 电压源代数和，电阻电流方向与回 路方向一致时，RI前取正号，反

10、 之为负；电压源压降方向与回路方 向一致时，Us为负，反之为正。讨论：电路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）U = iRduc-CL dt第二类是元件连接关系（拓扑约束）基尔霍夫定律刃=0工=0 利用两类约束条件解复杂电路右图电路，若电阻和电压源的 数值均已知，则由KCL和KVL得 方程：节点 1: -Ii+I2+h=0节点2： -b+L+IU）节点 3：】2l4+h=0回路 1： h XRj + 14 X R4= -Usz回路2： -Is XRs- h XR3=-Usi回路3：14 XR4+ I6 XR6- Is XRs=0由上面6个方程可解出6个支

11、路电流变就.第四节电压源和电流源的等效替换等效替换是指：左图的Rs和Us替换为右图的R、和Is,其 端口电压U和电流I的关系不变.对于任意变化的负载电阻R,若Rs和Us电路时的电 压电流与Rs和Is电路时完全一样，则在电路计算时，Rs 和I电路（电压源电路）与Rs和Is电路（电流源电路） 可等效替换。等效替换条件左图：U=US-IXRS 右图：U=ISXRS-IXRS 等效的条件：Us= Is X Rs 或Is= Us/ Rs在电路计算时，与电阻串联的电压源Ik可等效为与 电阻并联的电流源卜等效替换同时适用于独立源和受控源.RiR5例:求啲值.依此类推. 可简化左 侧电路。Ri R2 1也皿+ 器）（）R()gY变换式，已知电阻, 可由上式求Y电阻。100等效变换记忆法Ry=Ra相邻电阻乘积R31R12R2r, R两两相乘之和R23特别当Y和三个电阻相等时，有Ra = 3 Ry例 1 已知Ri=20Q, R2=10Q, R.=50 Q, R4=30 Q, Rs=5 Q, R6=4Q, Us=10V, 求支路电流U=?解：把A连接R】、&转换为、连接, 如下图所示，由YA转换式，转换后电 阻为：20x5010()= IOQ20x30100=6Q=3