第一章电路基本概念与定律

1、1关于本课程学习的几点说明关于本课程学习的几点说明 本课程的性质和作用：本课程的性质和作用：具有较强理论性和实践性的专业（技术）基础课具有较强理论性和实践性的专业（技术）基础课大大学学课课程程基础课基础课专业专业(技术技术)基础课基础课专业课专业课 承前启后承前启后性性 质质 要求要求:实验单独开课实验单独开课一学期：共一学期：共64学时学时 听课、听课、 作作 用用提问、提问、笔记、笔记、作业作业(两周交一次两周交一次)考核：考核： 作业、作业、考勤、课堂提问考勤、课堂提问：20分分 期中测验：期中测验：1010分分 期末考试：期末考试：70分分 2第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和

2、电路定律 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 受控源受控源 1-8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律31-1 1-1 电路和电路模型电路和电路模型 电与人类生活密切相关，如：照明、家用电器、电与人类生活密切相关，如：照明、家用电器、工厂企业机器设备的工作都离不开电。而电的这些工厂企业机器设备的工作都离不开电。而电的这些应用都是通过电路来实现的。因此，应用都是通过电路来实现的。因此，。主要内容主要内容l实际电路实际电路l电

3、路模型电路模型l电路分类电路分类l本课程的研究任务和研究对象本课程的研究任务和研究对象4一、实际电路一、实际电路手电筒、家电（电话、电视机手电筒、家电（电话、电视机）、各种机器设）、各种机器设备的控制电路等。备的控制电路等。1.1. 组成组成 电源：产生电能和电信号的部件，分为电压源和电电源：产生电能和电信号的部件，分为电压源和电 流源；流源； 负载：消耗电能或者把电能转换为其它形式能量负载：消耗电能或者把电能转换为其它形式能量 的部件；的部件； 传输环节：提供电流通路的部件（开关、导线）。传输环节：提供电流通路的部件（开关、导线）。2. 2. 激励：激励：电源（电压和电流是在电源的作用下产生

4、电源（电压和电流是在电源的作用下产生 的，因此，电源又称为激励）。的，因此，电源又称为激励）。3. 3. 响应：响应：电路中产生的电流和电压。电路中产生的电流和电压。5二、电路模型二、电路模型 电路模型：用理想元件的组合取代实际电路元器件电路模型：用理想元件的组合取代实际电路元器件 和设备所得的理想电路，简称电路；和设备所得的理想电路，简称电路； 理想元件：具有严格的数学定义并用来模拟某一电理想元件：具有严格的数学定义并用来模拟某一电 磁现象的元件；磁现象的元件； 常用理想元件：电阻、电感、电容、电压源、电流常用理想元件：电阻、电感、电容、电压源、电流 源、受控源；源、受控源； 实际电路与电路

5、模型的关系：实际电路与电路模型的关系： 实际电路实际电路建模建模电路模型电路模型灯泡灯泡uSRuSRRS6集总参数电路：集总参数电路：电路尺寸远小于电路工作时电磁电路尺寸远小于电路工作时电磁 波的波长；波的波长；非集总参数电路：非集总参数电路：电路尺寸与电路工作时电磁波电路尺寸与电路工作时电磁波 的波长可以比拟。的波长可以比拟。线性电路：线性电路：电路中所有元件都是线性元件（元件参电路中所有元件都是线性元件（元件参 数与其电流和电压无关为线性元件）；数与其电流和电压无关为线性元件）；非线性电路：非线性电路：电路中含有非线性元件。电路中含有非线性元件。时变电路：时变电路：元件参数随时间变化；元件

6、参数随时间变化；时不变电路：时不变电路：元件参数与时间无关。元件参数与时间无关。三、电路分类三、电路分类集总线性时不变电路集总线性时不变电路7四、本课程的研究对象和研究任务四、本课程的研究对象和研究任务 研究对象：电路模型；研究对象：电路模型； 研究任务：分析电路模型的电气特性。研究任务：分析电路模型的电气特性。 1-2 1-2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向主要内容主要内容l电流的参考方向电流的参考方向l电压的参考方向电压的参考方向l关联参考方向关联参考方向8一、电流的参考方向一、电流的参考方向1.1. 电流的定义：电荷的定向移动形成电流。电流的定义：电荷的定向移动形成电流。2.2

7、. 电流的大小电流的大小电流强度电流强度 0( )limtqdqi ttdt表示单位时间内通过导体横截面的电量表示单位时间内通过导体横截面的电量直流：直流：I=Q/ti的单位：安培的单位：安培(A)q库仑库仑(C) t秒秒(S)3.3. 电流的实际方向：正电荷定向移动的方向。电流的实际方向：正电荷定向移动的方向。4.4. 电流的参考方向：人为假定的电流正方向电流的参考方向：人为假定的电流正方向abi表示方法：表示方法：i, “”表示电流的参考方向；表示电流的参考方向；iab，ab， 双下标表示。双下标表示。9二、电压的参考方向二、电压的参考方向1. 电压电压dwudq 表示单位正电荷在电场力的

8、作用下，由表示单位正电荷在电场力的作用下，由a点移动到点移动到b点电场力所做的功。点电场力所做的功。u伏特伏特(V)；w焦耳焦耳(J)q库仑库仑(C)abi 若若i 0，参考方向与实际方向一致；若，参考方向与实际方向一致；若i 0，a点电位高，点电位高，b点电位低，电压的实际方向点电位低，电压的实际方向与电压的参考方向一致；与电压的参考方向一致； 若若u0 (吸收功率吸收功率)0 (发出功率发出功率)3. 当当u, i 取非关联参考方向取非关联参考方向p=ui0 (发出功率发出功率)二、电能二、电能 电能是指电做功的能力电能是指电做功的能力 在在t时间内元件吸收的能量时间内元件吸收的能量 W=

9、pt 在在t0t吸收的能量吸收的能量00( )( )( )ttttWpduid 15例例12 已知已知 u1=4V, u2=- -8V, u3=3V, i =2A, 求各元件求各元件及整个电路的功率及整个电路的功率, 并说明其性质。并说明其性质。解：解：Wiup82411吸收吸收Wiup162822Wiuiup6)2(3)(333发出发出发出发出iupVuuuu7)(321W14吸收吸收ip吸吸p放放=22W功率守恒功率守恒161-4 1-4 电路元件电路元件电路中最基本的组成单元电路中最基本的组成单元电路元件的分类：电路元件的分类：1. 集总参数元件：元件尺寸远小于电磁波的波长。集总参数元件

10、：元件尺寸远小于电磁波的波长。2. 与外部连接的端子数目可分为：二端、三端、四端与外部连接的端子数目可分为：二端、三端、四端 元件。元件。3. 有源元件和无源元件：有源元件和无源元件：R,L,C无源元件；电压源无源元件；电压源, 电流源电流源,受控电源受控电源有源元件。有源元件。4. 线性元件和非线性元件线性元件和非线性元件 线性元件：输出量和输入量具有正比关系的元件。线性元件：输出量和输入量具有正比关系的元件。5. 时不变元件和时变元件时不变元件和时变元件 时变元件：元件参数随时间变化的元件。时变元件：元件参数随时间变化的元件。说明：以后各章主要讨论说明：以后各章主要讨论二端线性时不变元件二

11、端线性时不变元件171. 符号：符号：2. 定义：定义：其电压和电流满足欧姆定律的二端元件。其电压和电流满足欧姆定律的二端元件。3. 伏安特性：伏安特性： 关联参考方向：关联参考方向： u=Ri约束方程约束方程 非关联参考方向：非关联参考方向： u= -Ri R电阻，正常数，单位：欧姆（电阻，正常数，单位：欧姆（ ）。）。 G1/ R 称为电导，单位：西门子（称为电导，单位：西门子（S）。）。1-5 1-5 电阻元件电阻元件线性时不变正电阻线性时不变正电阻R（简称电阻）（简称电阻）R+-ui-+ui+-uiRR184. 4. 电阻的两种特殊情况：电阻的两种特殊情况： R 称为开路，其电流恒为零

12、；称为开路，其电流恒为零； R0 称为短路，其电压恒为零。称为短路，其电压恒为零。5. 5. 功率功率 故电阻是无源元件、耗能元件故电阻是无源元件、耗能元件6. 6. 实际电阻器实际电阻器 模型：模型： 重要参数：阻值重要参数：阻值R R，额定功率，额定功率P P（各种电气设备，额（各种电气设备，额定值都标在产品的铭牌上，实际使用过程中，电阻元定值都标在产品的铭牌上，实际使用过程中，电阻元件的功率不能超过它的额定功率，否则会被烧坏）件的功率不能超过它的额定功率，否则会被烧坏）0)()()(22RtutiRtpR19例：有例：有100，1/4W的碳馍电阻，使用时电流不得超过的碳馍电阻，使用时电流

13、不得超过多大？能否接在多大？能否接在50V的电源上使用？的电源上使用？解：解：p=Ri2150()400pim AR2upR0.25 1005( )upRVP25 作业：作业：1-1 1-3所以不能接在所以不能接在50V的电源上使用的电源上使用20一、电压源一、电压源1. 定义：定义：端电压与电流无关且保持为某一给定函数的端电压与电流无关且保持为某一给定函数的 二端元件，即二端元件，即u(t)=us(t)。2. 符号符号3. 伏安特性伏安特性 u(t)=us(t) (i为任意值为任意值) 当当us(t)为恒定值时，表示直流电压源，也用图为恒定值时，表示直流电压源，也用图b所示所示的符号表示。的

14、符号表示。4. 电压源的两种工作状态电压源的两种工作状态 吸收功率吸收功率 作为负载工作作为负载工作1.6 电压源和电流源电压源和电流源+-usi+-uS图图aus图图b+ -21 产生电功率产生电功率 作为电源工作作为电源工作5. 零值电压源零值电压源+-usi+-uSia bia bus(t)=0二、电流源二、电流源1. 定义：定义：端电流与电压无关且保持为某一给定函数的端电流与电压无关且保持为某一给定函数的 二端元件。二端元件。2. 符号符号3. 伏安特性伏安特性 i(t)=is(t) (u为任意值为任意值)iS224. 电流源的两种工作状态电流源的两种工作状态5. 零值电流源：零值电流

15、源：相当于开路相当于开路 吸收电功率，吸收电功率，作为负载工作。作为负载工作。 产生电功率，产生电功率，作为电源工作。作为电源工作。uisuis+ u -isa ba b+ u -is(t)=023例例1：已知已知 iS =3A， us =5V，R5 ， 求求Pus、Pis、PR。 021uuus+-uSiSRu1u2Vuuus2053521)(1553WuiPssus)(60)20(31WuiPsis)(455322WRiPsR解：解：（吸收）（吸收）（产生）（产生）（吸收）（吸收）24复习复习1. 电流和电压的参考方向、关联参考方向；电流和电压的参考方向、关联参考方向；2. 电功率，吸收、

16、发出电功率的判断；电功率，吸收、发出电功率的判断；3. 电阻元件：耗能元件，约束方程电阻元件：耗能元件，约束方程u=Ri；4. 电压源、电流源。电压源、电流源。25 例例2：已知已知 iS =2A， us =5V，R10 ， 求求Pus、Pis、PR。 siii21)(5 . 1105221Aiiis)(5 . 755 . 11WuiPsus)(1052WuiPssis)(5 . 210522WRuPsR解：解：（吸收）（吸收）（产生）（产生）（吸收）（吸收）iS+-uSRi1i2261-7 受控电源受控电源1. 实际电路中的受控现象实际电路中的受控现象IbIcIc=Ib 三极管集电极电流受基

17、极电流的三极管集电极电流受基极电流的 控制控制 Ic呈现电流特性呈现电流特性2. 定义：定义：受控电源也称为非独立电源，即电源的电压或受控电源也称为非独立电源，即电源的电压或 者电流是非给定量，而是受电路中其它电压或者电流是非给定量，而是受电路中其它电压或 电流电流 的控制。的控制。3. 受控源的分类受控源的分类电压控制电压源电压控制电压源(VCVS)电流控制电压源电流控制电压源(CCVS)电压控制电流源电压控制电流源(VCCS)电流控制电流源电流控制电流源(CCCS)受控源受控源受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源274. 受控源的表示方法受控源的表示方法 电压控制电压源电压控制电压源1

18、2uu特性方程特性方程 转移电压比转移电压比12iru 特性方程特性方程 电流控制电压源电流控制电压源（CCVS）：）：r转移电阻转移电阻i1+-u2ri1+-u1+-u2u12812ugi 特性方程特性方程 电压控制电流源电压控制电流源（VCCS）：）：g转移电导转移电导12ii特性方程特性方程 电流控制电流源电流控制电流源（CCCS）：）： 转移电流比转移电流比+-u1gu1i2i1i2i1其中其中u1，i1称为控制量，称为控制量，、r、g、称为控制系数。称为控制系数。29说明：受控源是有源元件，在电路中可以吸收电能，说明：受控源是有源元件，在电路中可以吸收电能， 也可能释放电能。也可能释

19、放电能。)(6321Vu12 (2 )pu iu 求受控源的功率求受控源的功率v例例：2A3+-2u1+-u1解解：)(24)62(2Wp（吸收）（吸收）301-8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律一、名词介绍一、名词介绍1. 支路：支路：通常一个元件称为一条支路通常一个元件称为一条支路, 但为了方便计算但为了方便计算, 又把流过同一电流又把流过同一电流(或串联或串联)的几个元件叫做一条支路的几个元件叫做一条支路, 其电流和电压分别称为支路电流和支路电压。其电流和电压分别称为支路电流和支路电压。(6条条)2. 结点：结点：三条或三条以上支路的连接点成为结点。三条或三条以上支路的连接点成为结点。(4个个

20、)3. 回路：回路：由若干条支路组成的闭合路径称为回路。由若干条支路组成的闭合路径称为回路。4. 网孔：网孔：平面电路中内部不含有支路的回路。平面电路中内部不含有支路的回路。+ u1-+ u2-+ u4- +u6 - u3 + - u5 + -+ - u5 31二、基尔霍夫电流定律二、基尔霍夫电流定律 1. 定义：定义： 对集总电路的任一结点，在任一时刻，流出该结点对集总电路的任一结点，在任一时刻，流出该结点全部支路电流的代数和等于零，其数学表达式为：全部支路电流的代数和等于零，其数学表达式为： 流出该结点的支路电流取正号，流出该结点的支路电流取正号，流入该结点的支路电流取负号流入该结点的支路

21、电流取负号。 0i出进ii或：或：0321iii0543iiia:b:543iii或：或：以图以图1-20电路为例：电路为例： 图图1 12020322. 广义广义KCL 对于任一闭合面对于任一闭合面, 所所有流出的支路电流有流出的支路电流 的的 代数和等于零代数和等于零, 即：即：0i或：或：出进iiS例如：在图例如：在图120 的作一闭合面的作一闭合面S , 可得：可得：05421iiii三、基尔霍夫电压定律三、基尔霍夫电压定律 （KVL）1. 定义：定义：对集总电路的任一回路，在任一时刻，沿该对集总电路的任一回路，在任一时刻，沿该回路所有支路电压的代数和等于零，其数学表达式回路所有支路电压的代数和等于零，其数学表达式为为: 0u3312340uuuu 例：