第1章 电路模型和电路定律

1、电路原理电路原理1.1 电路和电路模型电路和电路模型1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1.3 电功率和能量电功率和能量1.4 电路元件电路元件1.5 电阻元件电阻元件1.6 电压源和电流源电压源和电流源1.7 受控电源受控电源1.8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律(circuit model ) (circuit laws) 1. 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 重点重点：2. 电路元件特性电路元件特性(VCR)1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)一一 实际电路实际电路：电工设备

2、构成的整体，它为电流：电工设备构成的整体，它为电流的流通提供路径。的流通提供路径。 实际电路主要由各种电路器件构成的。实际电路主要由各种电路器件构成的。电源电源(source)：提供能量或信号：提供能量或信号.（如电池等）（如电池等）负载负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，：将电能转化为其它形式的能量， 或对信号进行处理或对信号进行处理.（如电动机等）（如电动机等）传输控制器件：电源和负载的联接部分。（如传输控制器件：电源和负载的联接部分。（如 导线导线(line)、开关（、开关（switch)等）等） 实际实际电路的功能电路的功能(1) 进行能量的传送和转换。进行能量的传送和转换。

3、(2) 进行信号的传递和处理。进行信号的传递和处理。10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关电源电源电压电压电流电流激励源激励源响应响应输入输入输出输出2、电路模型、电路模型 (circuit model) 理想电路元件理想电路元件：根据实际电路元件所具备的电磁根据实际电路元件所具备的电磁性质所设想的具有某种单一电磁性质的元件，其性质所设想的具有某种单一电磁性质的元件，其u，i关系可用简单的数学式子严格表示。关系可用简单的数学式子严格表示。电路模型（电路图）电路模型（电路图）：由理想元件及其组合代：由理想元件及其组合代 表实际电路元件，与实际电路具有基本相同的电磁表实际电

4、路元件，与实际电路具有基本相同的电磁性质，称其为电路模型。性质，称其为电路模型。10BASE-T wall plate电池电池开关开关灯泡灯泡RSRSUS5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：电阻元件：电阻元件：表示消耗电能的元件表示消耗电能的元件电感元件：电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源：电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。5种基本理想电路元件有三个特征：种基本理想电路元件有三个特征： （

5、a a）只有两个端子；只有两个端子； （b b）可以用电压或电流按数学方式描述；可以用电压或电流按数学方式描述； （c c）不能被分解为其他元件。不能被分解为其他元件。注意l 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在在一定条件下可用同一电路模型表示；一定条件下可用同一电路模型表示；l 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。模型可以有不同的形式。例例电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型注意 3、电路理论体系的划分、电路理论体系的划分电路分析电路分析(analysis)：在给定的激励：在给定

6、的激励(excitation)下，求结下，求结构构 已知的电路的响应已知的电路的响应(response)。 电电 路路 已已 知知激励给定激励给定响应待求响应待求re电路综合电路综合(synthesis)：在特定的激励下，为了得到预期：在特定的激励下，为了得到预期的响应而研究如何构成所需的电路。的响应而研究如何构成所需的电路。 电电 路路 未未 知知激励已知激励已知目标给定目标给定re 电路分析、电路综合过程：电路分析、电路综合过程：实际电路实际电路电路模型电路模型分析分析求解方程求解方程（代数、常微分、偏微分）（代数、常微分、偏微分）结果结果电路分析电路分析电路综合电路综合 电路的分类：电路

7、的分类：(1) 线性线性(linear)电路与非线性电路与非线性(nonlinear)电路电路(2) 时变时变(time-varying)与时不变与时不变(定常定常)(time-invariance)电路电路(3) 稳态稳态(steady state)和暂态和暂态(transient state)电路电路(4)集总参数集总参数(lumped parameter)和分布参数和分布参数(distributed parameter)电路电路本课程研究的主要对象：本课程研究的主要对象：线性、时不变、集总参数电路线性、时不变、集总参数电路。1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 (refere

8、nce direction)一、电路中的主要电磁参量一、电路中的主要电磁参量 主要电参量有电压、电流、电荷、电功率、电主要电参量有电压、电流、电荷、电功率、电能；磁参量有磁通、磁场强度、磁感应强度。能；磁参量有磁通、磁场强度、磁感应强度。1. 电流电流 (current)：带电质点的运动形成电流。带电质点的运动形成电流。电流的大小用电流的大小用电流强度电流强度表示：单位时间内通过表示：单位时间内通过导体截面的电量。导体截面的电量。tqtqitddlim) t (0def 单位：单位：A (安安) (Ampere，安培，安培)当数值过大或过小时，常用十进制的倍数表示。当数值过大或过小时，常用十进

9、制的倍数表示。SI制中，一些常用的十进制倍数的表示法：制中，一些常用的十进制倍数的表示法：符号符号 T G M k c m n p中文中文 太太 吉吉 兆兆 千千 厘厘 毫毫 微微 纳纳 皮皮数量数量 1012 109 106 103 102 103 106 109 1012 2. 电压电压 (voltage)：电场中某两点电场中某两点A、B间的电压间的电压(降降)UAB 等于等于单位正电荷单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时电场从电路中一点移至另一点时电场力做功（力做功（W）的大小。）的大小。单位：单位：V (伏伏) (Volt，伏特，伏特) 当把点电荷当把点电荷q由由B移至移至A时，需外

10、力克服电场力做时，需外力克服电场力做同样的功同样的功WAB=WBA，此时可等效视为电场力做了负，此时可等效视为电场力做了负功功WAB，则，则B到到A的电压为的电压为ABABBAUdqdWUdq dWUABAB 电位电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。参考点的电位一般选为参考点的电位一般选为零零，所以参考点也称为，所以参考点也称为零电位点。零电位点。 电位用电位用 表示，单位与电压相同，也是表示，单位与电压相同，也是V(伏伏)。abcd设设c点为电位参考点

11、，则点为电位参考点，则 c=0 a=Uac， b=Ubc， d=Udc*两点间电压与电位的关系：两点间电压与电位的关系：abcd仍设仍设c点为电位参考点，点为电位参考点， c=0Uac = a ， Udc = dUad= Uac Udc= a d前例前例结论结论：电路中任意两点间的电压等于该两：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。点间的电位之差。例例 . abc1.5 V1.5 V已知已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V，求，求Uac(1) 以以a点为参考点点为参考点， a=0Uab= a b b = a Uab= 1.5 VUbc= b c c = b Ubc= 1.51.

12、5= 3 VUac= a c = 0 (3)=3 V(2) 以以b点为参考点点为参考点， b=0Uab= a b a = a +Uab= 1.5 VUbc= b c c = b Ubc= 1.5 VUac= a c = 1.5 (1.5) = 3 V 结论结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位参考时，电路中各点电位均不同，但任意电位参考时，电路中各点电位均不同，但任意两点间电压保持不变。两点间电压保持不变。一、一、 引入参考方向的原因：引入参考方向的原因： R1 i R2 + u - + R3 + 10V + 20V _ 30V _ _ 具

13、体难定具体难定有方向有方向实向难判断实向难判断!问题？问题？时变时变us=u(t)习惯上将正电荷运动习惯上将正电荷运动方向规定为电流方向方向规定为电流方向为什么要引入参考方向为什么要引入参考方向 ？(b) 实际电路中有些电流是交变的，实际电路中有些电流是交变的，无法标出无法标出实际方向实际方向。标出参考方向，再加上与之配。标出参考方向，再加上与之配合的表达式，才能表示出电流的大小和实合的表达式，才能表示出电流的大小和实际方向。际方向。(a) 有些复杂电路的某些支路事先无法确定实有些复杂电路的某些支路事先无法确定实际方向。际方向。为分析方便为分析方便，只能先任意标一方，只能先任意标一方向（参考方

14、向），根据计算结果，才能确向（参考方向），根据计算结果，才能确定电流的实际方向。定电流的实际方向。二、二、 电流的参考方向：电流的参考方向：1、 定义：定义：任意选定一个方向即为电流的参考方向。任意选定一个方向即为电流的参考方向。任选任选参考方向参考方向元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向有两种可能中电流流动的实际方向有两种可能: 实际方向实际方向实际方向实际方向i 参考方向参考方向i 参考方向参考方向 i 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0实际方向实际方向实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系电流的参考方向与实际方向的关系：大小大小方向方向电流电流(代数量代数量)电

15、流参考方向的两种表示：电流参考方向的两种表示： 用箭头表示用箭头表示：箭头的指向为：箭头的指向为电流的参考方向。电流的参考方向。i 参考方向参考方向ABiABAB 用双下标表示用双下标表示：如：如 iAB , 电流的参考方向由电流的参考方向由A指向指向B。2. 电压电压(降降)的参考方向的参考方向+U 0参考方向参考方向U+实际方向实际方向+实际方向实际方向参考方向参考方向U+U电压参考方向的三种表示方式：电压参考方向的三种表示方式：(1) 用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向(2) 用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压用正负极性表示：由正

16、极指向负极的方向为电压 (降低降低)的参考方向的参考方向(3) 用双下标表示：如用双下标表示：如 UAB , 由由A指向指向B的方向为电压的方向为电压 (降降)的参考方向的参考方向UU+ABUAB3 关联参考方向：关联参考方向： 元件的电流的参考方向是从标以电压正极元件的电流的参考方向是从标以电压正极性的一端指向负极性一端，即性的一端指向负极性一端，即u，i参考方向相参考方向相同，则把同，则把u， i 的这种参考方向称之为的这种参考方向称之为关联参关联参考方向考方向。反之，称为。反之，称为非关联参考方向非关联参考方向。+iu+iu小结：小结：(1) 电压和电流的参考方向是任意假定的。分析电电压

17、和电流的参考方向是任意假定的。分析电路前必须标明。路前必须标明。(2) 参考方向一经假定，必须在图中相应位置标注参考方向一经假定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号），在计算过程中不得任意改包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。参考方向不同时，其表达式符号也不同，变。参考方向不同时，其表达式符号也不同，但实际方向不变。如下图所示：但实际方向不变。如下图所示：+Riuu = Riu = Ri+Riu(3) 参考方向也称为假定方向、正方向，以后讨论参考方向也称为假定方向、正方向，以后讨论均在参考方向下进行，不考虑实际方向均在参考方向下进行，不考虑实际方向。1.3 电功率和能量电功率和能

18、量一、一、 电功率：单位时间内电场力所做的功。电功率：单位时间内电场力所做的功。tqiqwu,twpdd ,dd dd uitqqwtwp dddddd功率的单位：功率的单位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)当当 u,i 为为关联参考方向关联参考方向时，时，p表示元件表示元件吸收吸收的功率；的功率；能量的单位：能量的单位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳) 当当 u,i 为为非关联参考方向非关联参考方向时，时，p表示元件表示元件发出发出的功率。的功率。二、功率的计算和判断二、功率的计算和判断1. u, i 为关联参考方向为关联参考方向p = ui 表示元件吸收的功率表示元件吸收的

19、功率P0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P0 发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收)+iu2. u, i 为非关联参考方向为非关联参考方向例：如图所示电路为某一复杂电路中的一部分，各节点的例：如图所示电路为某一复杂电路中的一部分，各节点的电位分别为电位分别为uA=15V， uB=5V， uC=-5V ，uD=15V。已。已知支路知支路1发出发出10W功率，支路功率，支路2吸收吸收40W功率，支路功率，支路3发出发出30W功率，支路功率，支路4吸收吸收10W功率，求各支路电流功率，求各支路电流。1.4 电路元件电路元件 集总元件假定

20、：在任何时刻，流入二集总元件假定：在任何时刻，流入二端元件的一个端子的电流等于从另一个端端元件的一个端子的电流等于从另一个端子流出的电流子流出的电流, 两个端子间的电压为单值两个端子间的电压为单值量。量。电路元件：电路元件： 二端二端、 多端多端 有源有源、无源、无源 线性、非线性线性、非线性 时变、时不变时变、时不变三三. 集总参数元件与集总参数电路集总参数元件与集总参数电路 集总参数元件集总参数元件：每一个具有两个端钮的元：每一个具有两个端钮的元件中有确定的电流，端钮间有确定的电压。件中有确定的电流，端钮间有确定的电压。 集总参数电路集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。：由集总参数元件

21、构成的电路。一个实际电路要能用集总参数电路近似，一个实际电路要能用集总参数电路近似，要满足如下条件：即要满足如下条件：即实际电路的尺寸必须远小实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波的波长于电路工作频率下的电磁波的波长。例：例：已知电磁波的传播速度与光速相同，即已知电磁波的传播速度与光速相同，即 v=3105 km/s (千米千米/秒秒)若若 电路的工作频率为电路的工作频率为f=50 Hz，则则 周期周期 T = 1/f = 1/50 = 0.02 s 波长波长 = 3105 0.02=6000 km2） 若若 电路的工作频率为电路的工作频率为 f=50 MHz， 则则 周期周期 T =

22、 1/f = 0.02 106 s = 0.02 ns 波长波长 = 3105 0.02 106 = 6 m 此时一般电路尺寸均与此时一般电路尺寸均与 可比，所以电路不能视可比，所以电路不能视为集总参数电路为集总参数电路。 1.5 电阻元件电阻元件 (resistor) 线性定常电阻元件：线性定常电阻元件：任何时刻端电压与其电流成任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。正比的电阻元件。1. 符号符号R(1) 电压与电流的参考方向设定为一致的方向电压与电流的参考方向设定为一致的方向Riu+2. 欧姆定律欧姆定律 (Ohms Law) 伏安特性曲线伏安特性曲线: u R i R tg 线性电阻线性

23、电阻R是一个与电压和电流无关的常数。是一个与电压和电流无关的常数。令令 G 1/RR 称为电阻称为电阻G称为电导称为电导则则 欧姆定律表示为欧姆定律表示为 i G u .电阻的单位：电阻的单位： (欧欧) (Ohm，欧姆，欧姆)电导的单位：电导的单位： S (西西) (Siemens，西门子，西门子)uiO实际电阻器实际电阻器(2) 电阻的电压和电流的参考方向相反电阻的电压和电流的参考方向相反Riu+则欧姆定律写为则欧姆定律写为u Ri 或或 i Gu 公式必须和参考方向配套使用！公式必须和参考方向配套使用！ 3. 功率和能量功率和能量Riu+Riu+上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率

24、的。上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p吸吸 ui (Ri)i i2 R u(u/ R) u2/ Rp吸吸 ui i2R u2 / R1）功率：）功率：2）能量：）能量：可用功率表示。从可用功率表示。从 t 到到t0电阻消耗的能量：电阻消耗的能量： ttttRuipW00ddRiu+4. 开路与短路开路与短路对于一电阻对于一电阻R，当当R=0，视其为短路。，视其为短路。 i为有限值时，为有限值时，u=0。当当R= ，视其为开路。，视其为开路。 u为有限值时，为有限值时，i=0。* 理想导线的电阻值为零。理想导线的电阻值为零。 1.6 电压源和电流源电压源和电流源 (source)一

25、、一、理想电压源理想电压源：电源两端电压为：电源两端电压为uS，其值与流过，其值与流过它的电流它的电流 i 无关。无关。1. 特点：特点：(a) 电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；(b) 通过电压源的电流是任意的，由外电路决定。通过电压源的电流是任意的，由外电路决定。直流：直流：uS为常数为常数交流：交流： uS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 uS=Umsin tuS电路符号电路符号+_i2. 伏安特性伏安特性US(1) 若若uS = US ，即直流电源，则其伏安特性为平行于，即直流电源，则其伏安特性为平行于电流轴的直线，反映电压与电

26、流轴的直线，反映电压与 电源中的电流无关。电源中的电流无关。 (2) 若若uS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 唯一确定的唯一确定的。电压为零的电压源，伏安曲线与电压为零的电压源，伏安曲线与 i 轴重合轴重合,相当于短路元件相当于短路元件。uS+_iu+_uiO3. 理想电压源的开路与短路理想电压源的开路与短路uS+_iu+_R(1) 开路：开路：R，i=0，u=uS。(2) 短路：短路：R=0，i ，理想电源，理想电源出现病态，因此出现病态，因此理想电压源不理想电压源不允许短路允许短路。* 实际电压源也不允许短路。因其实际电压源也不允许短路。因其内

27、阻小，若短路，电流很大，可内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源能烧毁电源。US+_iu+_rUsuiOu=USri实际电压源实际电压源4 电压源的功率电压源的功率 电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联；+_iu+_SuiuPS 电流（正电荷电流（正电荷 ）由低电位向高）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。功率。 iuPS发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用物理意义物理意义：+_iu+_Su 电压、电流参考方向关联；电压、电流参考方向关联；物理意义：物理意义：电场力做功，电源吸收功率电场力做功，电源吸收功率 iuPS吸

28、收功率，充当负载吸收功率，充当负载二、二、理想电流源理想电流源：电源输出电流为：电源输出电流为iS，其值与，其值与此电源的端电压此电源的端电压 u 无关。无关。1. 特点：特点：(a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(b) 电流源两端电压电流源两端电压是任意的，由外电路决定。是任意的，由外电路决定。直流：直流：iS为常数为常数交流：交流： iS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 iS=Imsin t电路符号电路符号iS+_u2. 伏安特性伏安特性IS(1) 若若iS= IS ，即直流电源，则其伏安特性为平行于，即直流电源，则其伏安特性为平行于

29、电压轴的直线，反映电流与端电压无关。电压轴的直线，反映电流与端电压无关。 (2) 若若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 唯一确定的唯一确定的。 电流为零的电流源，伏安曲线与电流为零的电流源，伏安曲线与 u 轴重合轴重合,相当于开路元件相当于开路元件。uiOiSiu+_3. 理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路(2) 开路：开路：R，i= iS ，u 。若强。若强迫断开电流源回路，电路模型为迫断开电流源回路，电路模型为病态，病态，理想电流源不允许开路理想电流源不允许开路。(1) 短路：短路：R=0， i= iS ，u=0 ，电流，电流源被短

30、路。源被短路。RiSiu+_4. 实际电流源的产生：实际电流源的产生： 可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载具备电流源特性，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。生一定值的电流等。一个高电压、高内阻的电压源，在外部负载电阻较一个高电压、高内阻的电压源，在外部负载电阻较小，且负载变化范围不大时，可将其等效为电流源。小，且负载变化范围不大时，可将其等效为电流源。RUS+_iu+_rr =1000 ，US =1000 V， R =

31、12 时时 当当 R =1 时，时，u=0.999 V，i1A 当当 R =2 时，时，u=1.999 V，i1AR1Aiu+_将其等效为将其等效为1A的电流源的电流源： 当当 R =1 时，时，u=1 V 当当 R =2 时，时，u=2 V与上述结果误差均很小。与上述结果误差均很小。5. 功率功率iSiu+_iSiu+_p发发=uisp吸吸=uis 例例1计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率V5)510(RuA155RuiRW5152 RiPRW1011010iuPSVW5155iuPSV发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发发）P（吸吸）5Ri+_Ru+_10V5V-+例例计

32、算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率解解A2SiiV5uW10522 uiPSAW10)2(55iuPSV发出发出发出发出满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）u2Ai+_5V-+12VU+2I-+-12VU+2I-+-12VU+2I-+-12VU+2I-+-例：例：I=2A（1）支路电压；（）支路电压；（2）电源、电阻及支路功率）电源、电阻及支路功率讨论功率平衡关系。讨论功率平衡关系。（a） （b） （c） （d）解答解答(1) ( )2 2 1216aUV ( )2 2 128bUV ( )2 2 128cUV ( )2 2 1216dUV (2) 2( )12 22422816

33、 232VRUUVRapW pWpUIWppp（吸收）2( )12 224()2288 216VRUUVRbpWpWpUIWppp 发出（发出）（发出）2( )12 224()228( 8)216VRUUVRcpWpWpUIWppp 发出（发出）（发出）2( )12 224()228( 16) 232VRUUVRdpWpWpUIWppp 吸收（吸收）（吸收）例例 求图示电路中各求图示电路中各方框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或产生的功率。收或产生的功率。已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1

34、A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1解解）（发发出出W221111IUP（吸收）W62) 3(122IUP（吸收）W1628133IUP（吸收）W3) 1()3(366IUP（吸收）W7) 1(7355IUP（吸收）W41)4(244IUP对一完整的电路，满足：对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率发出的功率吸收的功率564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1注意三、实际电源三、实际电源干电池钮扣电池1. 1. 干电池和钮扣电池（化学电源）干电池和钮扣电池（化学电源） 干电池电动势干电池电动势1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，其大，仅取决于（糊状）化学材料，其大

35、小决定储存的能量，化学反应不可逆。小决定储存的能量，化学反应不可逆。钮扣电池电动势钮扣电池电动势1.35V V，用固体化学材料，化学反应不可逆。，用固体化学材料，化学反应不可逆。 氢氧燃料电池示意图氢氧燃料电池示意图2. 2. 燃料电池（化学电源）燃料电池（化学电源） 电池电动势电池电动势1.23V。以氢、氧作为燃料。约。以氢、氧作为燃料。约40-45%的化学能的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。 3. 3. 太阳能电池（光能电源）太阳能电池（光能电源） 一块太阳能电池电动势一块太阳能电池电动势0.6V。太阳光照射到。太阳光照射到P-N结上，结上

36、，形成一个从形成一个从N区流向区流向P区的电流。约区的电流。约 11%的光能转变为电的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。能，故常用太阳能电池板。 一个一个50cm2太阳能电池的电动势太阳能电池的电动势0.6V,电流电流0.1A 太阳能电池示意图太阳能电池示意图太阳能电池板太阳能电池板蓄电池示意图蓄电池示意图4. 4. 蓄电池（化学电源）蓄电池（化学电源） 电池电动势电池电动势2V。使用时，电池放电，当电解液浓度小。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于于一定值时，电动势低于2V，常要充电，化学反应可逆。，常要充电，化学反应可逆。直流稳压源直流稳压源发电机组发电机组风力发电风力

37、发电1.7 受控电源受控电源 (非独立源非独立源)(controlled source or dependent source)1. 定义定义：电压源电压或电流源电流不是给定的：电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路的时间函数，而是受电路中某个支路的电压电压(或电流或电流)的控制。的控制。电路符号电路符号+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源例例:ic=b b ib用以前讲过的元件无法表示此用以前讲过的元件无法表示此电流关系电流关系,为此引入新的电路模为此引入新的电路模型型电流控制的电流源电流控制的电流源.一个三极管可以用一个三极管可以用CCCS模型来表示模型来表示

38、CCCS可以用一个三极管来实现可以用一个三极管来实现.ibb b ib控制部分控制部分受控部分受控部分RcibRbic受控源是一个四端元件受控源是一个四端元件:输入端口是控制支路，输入端口是控制支路，输出端口是受控支路输出端口是受控支路.(a) 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source )b b : : 电流放大倍数电流放大倍数r : 转移电阻转移电阻 u1=0i2=b b i1 u1=0u2=ri1CCCSi2=b b i1+_u2i2+_u1i12. 2. 分类分类：根据控制量和被控制量是：根据控制量和被控制量是电压电压u或或

39、电流电流i ，受控源可，受控源可分为四种基本类型：当被控制量是电压时，用受控电压分为四种基本类型：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。源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。+_u1i1u2=ri1+_u2i2CCVS+_(b) 电流控制的电压源电流控制的电压源 ( Current Controlled Voltage Source )例例: :晶体三极管晶体三极管例例: :直流发电机直流发电机g: 转移电导转移电导 :电压放大倍数电压放大倍数 i1=0i2=gu1 i1=0u2= u1VCCSi2=gu1+_u2i2+_u1i1(c) 电压控制的

40、电流源电压控制的电流源 ( Voltage Controlled Current Source )+_u1i1u2= u1+_u2i2VCVS+_(d) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source )例例: :场效应管场效应管例例: :电子三极管电子三极管3. 受控源与独立源的受控源与独立源的比较比较(1) 独立源电压独立源电压(或电流或电流)由电源本身决定，与电由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或或电流电流)直接由控制量决定直接由控制量决定。(2) 独立源作为电路中独立源

41、作为电路中“激励激励”，在电路中产生，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的关系，在电路中不能作为入端的关系，在电路中不能作为“激励激励”。不能独立不能独立向外电路提供能量。向外电路提供能量。1.8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 ( Kirchhoffs Laws )基 尔 霍 夫 定 律 包 括 基 尔 霍 夫 电 流 定 律基 尔 霍 夫 定 律 包 括 基 尔 霍 夫 电 流 定 律( (Kirchhoffs Current LawKCL ) )和基尔霍夫电和基尔霍夫电压定律压定律( (Kirchhoffs Voltage LawKVL

42、 ) )。它反。它反映了电路中所有支路电压和电流的约束关系，是映了电路中所有支路电压和电流的约束关系，是分析集总参数电路的基本定律。分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础元件特性构成了电路分析的基础。两种约束两种约束: :元件的元件的VCRVCR、基尔霍夫定律、基尔霍夫定律一一 、 几个名词几个名词(定义定义) ：1. 支路支路 (branch)：电路中通过同一电流的每个分支。：电路中通过同一电流的每个分支。 (b)2. 结点结点 (node): 三条或三条以上支路的连接点称为结点。三条或三条以上支路的连接点称为结点。( n )4. 回路回路(lo

43、op)：由支路组成的闭合路径。：由支路组成的闭合路径。( l )b=33. 路径路径(path)：两结点间的一条通路。路径由支路构成。：两结点间的一条通路。路径由支路构成。5. 网孔网孔(mesh)：对：对平面电路平面电路，每个网眼即为网孔。，每个网眼即为网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。+_R1uS1+_uS2R2R3123abl=3n=2电路中每一个两端元件就电路中每一个两端元件就叫一条支路叫一条支路。b=5元件的连接点称为结点元件的连接点称为结点。n=4平面电路平面电路 可以画在一个平面上而不使任何两条支路交叉的电路可以画在一个平面上而不使任何两条支路

44、交叉的电路KCL：基尔霍夫电流定律：基尔霍夫电流定律： Kirchhoffs Current LawKVL：基尔霍夫电压定律：基尔霍夫电压定律： Kirchhoffs Voltage Law它反映了电路中所有支路电压和电流的约束关系，它反映了电路中所有支路电压和电流的约束关系， 是分析集总参数电路的基本定律。是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律基尔霍夫定律与与元件特性元件特性构成了电路分析的基础构成了电路分析的基础。2.2.基尔霍夫定律基尔霍夫定律A,A,基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)令流出为令流出为“+”，( (支路电支路电流背离节点流背离节点)，有：有：例例 在集总参数

45、电路中，任意时刻，对任意结点流在集总参数电路中，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出（或流入）该结点电流的代数和等于零。mti1b0)(出入ii or流进流进的电的电流等流等于流于流出的出的电流电流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 或或物理基础物理基础:电荷恒定，电流连续性。电荷恒定，电流连续性。0641iii例例2450iii0653iii三式相加得：三式相加得：1230iiiKCL可推广应用于电路中包围多个结点可推广应用于电路中包围多个结点的的任一闭合面任一闭合面。1 3 25i6i4i1i3i2i表明表明包围几个结点的闭合面也遵守包

46、围几个结点的闭合面也遵守KCL1324i4i5i6i1i2i3对结点对结点1：-i3+i1+i4=0对结点对结点2：-i1-i5+i2=0对结点对结点3：-i2+i6+i3=0对闭合面：对闭合面：-i5+i4+i6=07A4Ai110A-12Ai24+i210-7(12)=0 i2=1A KCL是电荷守恒的体现，也称为电流连续是电荷守恒的体现，也称为电流连续性原理；性原理； KCL是对结点处支路电流和的约束，与支是对结点处支路电流和的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；是非线性无关； KCL方程是按电流参考方向列写的，与电方程是按

47、电流参考方向列写的，与电流实际方向无关流实际方向无关。明确明确R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US40U例：顺时针方向绕行例：顺时针方向绕行:三、三、基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)：在任何集总参数电路：在任何集总参数电路中，在任一时刻，沿任一闭合路径中，在任一时刻，沿任一闭合路径( 按固定绕向按固定绕向 )， 各支路各支路电压的电压的代数和代数和为零。为零。 即即电阻压降电阻压降电源压升电源压升 S UUR即即u3u1u2u4I1+uS1R1I4_+uS4R4I3R3R2I2_ 标定各元件电压参考方向标定各元件电压

48、参考方向 选定回路绕行方向，顺选定回路绕行方向，顺时针或逆时针时针或逆时针. .mtu1b0)(升降uuor U1US1+U2+U3+U4+US4= 0Uab (沿沿l1)=Uab (沿沿l2）结论：电位的单值性结论：电位的单值性推论推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的各元件电压的代数和。元件电压方向与径经过的各元件电压的代数和。元件电压方向与路径绕行方向一致时取正号，相反取负号。路径绕行方向一致时取正号，相反取负号。+_R1uS1+_uS2R2R3123ab KVL的实质反映了电压与路径无关的实质反映了电压与路径无关; ; KVL是对回路中的支路电压的约束，与回路各是对回路中的支路电压的约束，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；是非线性无关； KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。方向无关。明确明确定律名称KCLKVL性质与特点给电路中支路电流施加了一个线性约束给电路中支路电压施加了一个线性约束与元件性质无关与元件性质无关断言了电流的连续性两点间电压与路径无关可从一个节点推广到一个封闭面可从一个回路推广到一段电路KCL