第一章电路模型和电路定律

1、 1.1.电路模型电路模型3. 3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律l 重点重点：第第1 1章电路基本概念和电路定律章电路基本概念和电路定律(circuit elements) (circuit laws) 2.2.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向 1.1 1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)model)1. 1. 实际电路实际电路由电气器件按预期目的连接构成的电由电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。流的通路。此通路称为电路或此通路称为电路或网络。网络。电路理论中，电路理论中，“电路电路”与与“网络网络”这两个术语可通用。这两个术语可通用。“网络网络”的含义较为广泛，可引

2、申至非电情况。的含义较为广泛，可引申至非电情况。 例：手电筒电路例：手电筒电路 组成电路三要素：组成电路三要素： 1 1. . 电源电源：提供电能的设备。提供电能的设备。 电池、发电机、稳压源、信号发生器 2. 2. 中间环节中间环节： 联接导线、 控制和保护电器3. 3. 负载负载：吸收电能的设备。：吸收电能的设备。 10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡 激励和响应激励和响应激励激励 (excitation) ： 在电路中作为输入部分（电源or信号源）的电压、电流统称为激励。响应响应（response ) ： 由激励而产生输出部分（负载or终端装置）的电压、

3、电流、功率统称为响应。 Network(Circuit)excitationresponse(input)(output)us ，isu ，i ，p 2 电路的功能电路的功能 实现实现电能的传输、分配和转换电能的传输、分配和转换 电能的应用（电力类）电能的应用（电力类） 注重：节能、注重：节能、 安全（减少损耗）安全（减少损耗） 体现在电力系统中。如输电线路：发电机升压变压器电灯电炉电动机 降压变压器 进行信号的传递、处理和转换进行信号的传递、处理和转换信号处理（电子类）信号处理（电子类）注重：如何准确地传递和处理信号注重：如何准确地传递和处理信号体现在电子电路中。放大器话筒扬声器语言、音乐语

4、言、音乐 u、iu、i 语言、音乐语言、音乐 二电路元件二电路元件 1. 1. 实际电路元件实际电路元件（电路部件（电路部件 componentcomponent） ：构成实际电路的电气器件or部件。是实物！是实物！有有 棒装线圈棒装线圈工字形电感工字形电感固定电感器固定电感器“尖波杀手尖波杀手”电电感感稳压电源稳压电源 电电 池池水泥电阻水泥电阻金属膜电阻金属膜电阻绕线式电阻绕线式电阻半导体二极管半导体二极管三极管三极管 下 页上 页2.2.理想电路元件理想电路元件（电路元件（电路元件 elementelement）: : 只显示单一电磁现象的电路元件。只显示单一电磁现象的电路元件。是模型！

5、是模型！每一理想电路元件都有其精确的数学模型。每一理想电路元件都有其精确的数学模型。+ + - - - 理想负载元件：理想负载元件： 电阻元件（热效应）电阻元件（热效应） u=Ri 伏安特性伏安特性 电感元件（磁场效应）电感元件（磁场效应）=Li 韦安特性韦安特性 电容元件（电场效应）电容元件（电场效应） q=Cu 库伏特性库伏特性理想电源元件：独立电压源、独立电流源理想电源元件：独立电压源、独立电流源理想耦合元件：受控电源、耦合电感器、理想耦合元件：受控电源、耦合电感器、 理想变压器、回转器等。理想变压器、回转器等。 在一定条件下，忽略实际部件的的次要物理过程，在一定条件下，忽略实际部件的的

6、次要物理过程，用一个完全能够表征其主要的电磁性能的模型来用一个完全能够表征其主要的电磁性能的模型来抽象表征实际部件。抽象表征实际部件。 例例直流时低频时高频时 。2. 2. 电路模型电路模型 (circuit model)(circuit model)下 页上 页 电路理论中研究的是电路理论中研究的是理想电路元件构成的电路（模型）。理想电路元件构成的电路（模型）。电路模型，不仅能够反映电路模型，不仅能够反映实际电路及实际电路及其器件的基本物理规律其器件的基本物理规律，而且能够对，而且能够对其进行其进行数学描述数学描述。这就是电路理论把。这就是电路理论把电路模型作为分析研究对象的电路模型作为分析

7、研究对象的实质实质所所在。在。本课程分析的电路都是电路模型，模型中的元件都本课程分析的电路都是电路模型，模型中的元件都是理想电路元件是理想电路元件. . 3. 元件的分类元件的分类 1. 集总参数集总参数 & 分布参数元件分布参数元件 元件参数与其几何尺寸无关者为元件参数与其几何尺寸无关者为集总集总(集中集中)参数元件，否则参数元件，否则为分布参数元件。为分布参数元件。 d-实际电路的最大尺寸；实际电路的最大尺寸； -电磁信号（电磁信号（i, u）波长，即）波长，即电磁波电磁波在一周期时间在一周期时间T内所走的距离。内所走的距离。电磁信号的波速接近于光速电磁信号的波速接近于光速c，=d

8、/c ,得到得到 即电磁信号从实际电路的一端传播到另一端所需时间即电磁信号从实际电路的一端传播到另一端所需时间远远小于远远小于电磁信号的周期电磁信号的周期T 。说明电磁信号大小来不及变化时，电磁信。说明电磁信号大小来不及变化时，电磁信号瞬间就传至电路各处或各个元件。号瞬间就传至电路各处或各个元件。集中化（集总化）判据（条件）：集中化（集总化）判据（条件）： d 集总化条件集总化条件： T 集总集总( (中中) )参数元件视为不具备实际的参数元件视为不具备实际的 尺寸。尺寸。可视其为集总在空间的一点，可视其为集总在空间的一点， 从二端元件的一端流入的电流在任从二端元件的一端流入的电流在任 何时刻

9、都等于从另一端流出的电流；何时刻都等于从另一端流出的电流； 而且两端的电压具有确定的量值。而且两端的电压具有确定的量值。d “远小于远小于” 的标准是的标准是十分之一十分之一。 由集总参数元件构成的电路称为集总由集总参数元件构成的电路称为集总参数电路。参数电路。此抽象有很大的实际意义。此抽象有很大的实际意义。将实际电路将实际电路 作为作为“一点一点”而不考虑空间因素，我们能作出而不考虑空间因素，我们能作出 其内的电磁信号其内的电磁信号 (u,i等等)仅是时间的函数，仅是时间的函数， 而与空间坐标无关而与空间坐标无关的结论。的结论。在集总参数在集总参数 电路内，电流、电压都记为电路内，电流、电压

10、都记为 i(t)、u(t)。 分布参数电路是不满足分布参数电路是不满足 d 的电路，的电路， 分析时需考虑尺寸，其分析时需考虑尺寸，其i(t,x)、u(t,x)是是 时空函数。时空函数。 客观世界是不存在没有尺寸的实际电路，但有客观世界是不存在没有尺寸的实际电路，但有一定尺寸又符合一定尺寸又符合 d d 的实际电路确实存在。的实际电路确实存在。eg1. 若一高保真音响系统所允许的信号的最高频率为若一高保真音响系统所允许的信号的最高频率为 25kHz, 最低频率为最低频率为20Hz，则最高频率信号和最低，则最高频率信号和最低 频率信号的波长分别为频率信号的波长分别为 显见，一个可摆在房内的音响系统的尺寸满足显见，一个可摆在房内的音响系统的尺寸满足 d d 0i 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+ 0, N吸收