第一章电路的基本概念和基本定律

1、教师姓名：罗宇锋教师姓名：罗宇锋工作单位：电气学院工作单位：电气学院手机号：手机号箱：邮箱：电工与电子技术电工与电子技术要求要求 认真听课，重视概念、掌握规律，重视实验，认真听课，重视概念、掌握规律，重视实验，作业作业要认真、规范（要认真、规范（必须画电路图必须画电路图、按解题步骤、按解题步骤一步步求解）。一步步求解）。考试：考试：平时成绩：平时成绩：30%（作业、考勤、实验作业、考勤、实验）期末成绩：期末成绩：70%实际电路实际电路电路模型电路模型计算分析计算分析电气特性电气特性电路分析电路分析电路综合电路综合 具有将电工和电子技术用于本专业和具有将电工和电子技术用

2、于本专业和发展本专业的能力发展本专业的能力电工和电子技术发展概况电工和电子技术发展概况电工技术电工技术:18331833年楞次确定感应电流方向年楞次确定感应电流方向 ( (楞次定则楞次定则) )18311831年法拉第发现电磁感应现象年法拉第发现电磁感应现象18261826年欧姆得出欧姆定律年欧姆得出欧姆定律 安培揭示通有电流线圈的磁现象本质安培揭示通有电流线圈的磁现象本质18201820年奥斯特发现电流对磁针有力的作用年奥斯特发现电流对磁针有力的作用17851785年库仑发现电荷间的相互作用力年库仑发现电荷间的相互作用力电工和电子技术发展概况电工和电子技术发展概况18341834年年 雅可比

3、雅可比 制造出第一台电动机制造出第一台电动机18441844年年 焦耳焦耳, ,楞次楞次 确定电流热效应确定电流热效应 定律定律( (焦耳焦耳- -楞次定律楞次定律) ) 多里沃多里沃- -多勃罗沃尔斯基多勃罗沃尔斯基 发明三相系发明三相系 统、三相异步电动机、三相变压器统、三相异步电动机、三相变压器1864-18731864-1873年年 麦克斯韦提出电磁波理论麦克斯韦提出电磁波理论18881888年年 赫兹通过实验获得电磁波赫兹通过实验获得电磁波18951895年年 马可尼，波波夫进行通信实验马可尼，波波夫进行通信实验电工和电工技术发展概况电工和电工技术发展概况18831883年爱迪生年爱

4、迪生 发现热电子效应发现热电子效应19041904年弗来明年弗来明 制成电子二极管制成电子二极管19061906年德福雷斯年德福雷斯 发明电子三极管发明电子三极管19481948年贝尔实验室发明晶体管年贝尔实验室发明晶体管19581958年基尔比等第一个集成电路样品年基尔比等第一个集成电路样品电子技术电子技术: 第一节第一节 实际电路与电路模型实际电路与电路模型 一、实际电路的组成及作用一、实际电路的组成及作用 实际电路是将电气器件、电气设备用导线相互实际电路是将电气器件、电气设备用导线相互连接而构成的电流通路。连接而构成的电流通路。一、实际电路的组成及作用一、实际电路的组成及作用放放大大器器

5、扬声器扬声器话筒话筒发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线u声音信号声音信号u图象信号图象信号u测量信号或控制信号测量信号或控制信号E电源：电源：EE负载：负载：E中间环节：中间环节：电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: 消耗消耗电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线直流电源直流电源: 提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源:

6、 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒在电路分析中电源或信号源都称为电源。在电路分析中电源或信号源都称为电源。 电路中各处的电压、电流是在电源的作用下产电路中各处的电压、电流是在电源的作用下产生的，因此电源又被称为激励源（激励）。生的，因此电源又被称为激励源（激励）。由激励在电路中所产生的电压和电流称为响应。由激励在电路中所产生的电压和电流称为响应。二、电路模型二、电路模型 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件理想电路元件或或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构

7、成与实际电其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。路相对应的电路模型。u理想电路元件理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。容元件和电源元件等。理想电路元件理想电路元件是组成电路模型的最小单元，是是组成电路模型的最小单元，是具有某种确定的电磁性质的假想元件，它是一种理具有某种确定的电磁性质的假想元件，它是一种理想化的模型并具有精确的数学定义。想化的模型并具有精确的数学定义。基本的理想电路元件：基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电感元件：表

8、示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示储存电场能量的元件电容元件：表示储存电场能量的元件电压源电压源和和电流源电流源：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。 1 1、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。注意：注意：电阻元件电阻元件2、同一实际电路部件在不同的应用条件下、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。，其电路模型可以有不同的形式。电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型注意：注意：直流直流 较低频率较低频率较

9、高频率较高频率 实际电路：实际电路： 电路模型：电路模型：导线开关电池灯泡+R0R开关E干电池电珠S导线导线开关开关电池电池+R0R开关开关E干电池干电池电珠电珠SI电路模型电路模型 反映实际电路部件的主要电磁反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。性质的理想电路元件及其组合。例例1：i例例2：一个白炽灯在有电流通过时一个白炽灯在有电流通过时R R L 消耗电消耗电能能（电阻性）（电阻性） 产生产生磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量（电感性）（电感性） 忽略忽略L L 为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其

10、主要电磁性质，常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成把它看成理想电路元件理想电路元件。理想电路元件理想电路元件220V开关开关S镇流器镇流器L启辉器启辉器Q日光灯管日光灯管R实际电路实际电路电容器电容器CR Ls Cus +-电路模型电路模型例例3： 电路中的主要物理量有电压电路中的主要物理量有电压u u、电流、电流i i、电荷、电荷量量q q、磁通链、磁通链（或磁通（或磁通）、电能量）、电能量W W、电功率、电功率P P等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是l电流电流l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运

11、动单位时间内通过导体横截面的单位时间内通过导体横截面的电荷量电荷量第二节第二节 电路的基本物理量及其参考方向电路的基本物理量及其参考方向 1. 电流的参考方向电流的参考方向abSIabl方向方向规定正电荷的运动方向为电流的实际规定正电荷的运动方向为电流的实际方向方向l单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、 A元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能: 实际方向实际方向AB 实际方向实际方向AB 电流的实际方向：电流的实际方向：REI问题问题的提出：的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的在复杂

12、电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？实际方向，电路如何求解？E1ABRE2IR电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？l参考方向参考方向大小大小方向方向(正负）正负）电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方向任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。即为电流的参考方向。i 0i 0参考方向参考方向U+ 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际方的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，向一致，此部分电路消耗电功率，为为负载负载。 所以，从所以，从 P 的的 + + 或或 - - 可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是电源，或是负载。或是电源，或是负载。

13、结结 论论在进行功率计算时，在进行功率计算时，如果假设如果假设 U U、I I 正方向一致正方向一致。 当计算的当计算的 P 0 时时, , 则说明则说明 U、I 的实际方的实际方向相反，此部分电路发出电功率，向相反，此部分电路发出电功率，为电源为电源。 试试 判断判断(a)、(b) 中元件是吸收功率还是发出功中元件是吸收功率还是发出功率。率。I= -1AU=2V+(a)U= -3V+(b)I= 2A (a)(b)是吸收功率。是吸收功率。元件电流和电压的参考方向为关联元件电流和电压的参考方向为关联W2)1(2 UIP是发出功率。是发出功率。元件电流和电压的参考方向为非关联元件电流和电压的参考方

14、向为非关联W62)3( UIP例例4解解例例5564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1求图示电路中各方框求图示电路中各方框所代表的元件消耗或所代表的元件消耗或产生的功率。已知：产生的功率。已知： U1=1V, U2= -3V,U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3VI1=2A, I2=1A, I3= -1A 解解11 11 22PUIW 22 1( 3) 26P UIW 33 18 2 16P UIW 66 3( 3) ( 1 ) 3P UIW 55 37 ( 1)7P UIW 44 2( 4) 14P UIW 注注对一完整的电路，发出的功率消耗的功率对一完整的电路

15、，发出的功率消耗的功率发出发出发出发出吸收吸收发出发出发出发出吸收吸收U、I 参考方向不同，参考方向不同，P = UI 0，电源电源； P = UI 0，负载负载。U、I 参考方向相同，参考方向相同，P =UI 0，负载负载； P = UI 0，电源电源。 电源：电源： U、I 实际方向相反，即电流从实际方向相反，即电流从“+”+”端流出，端流出， （发出功率）（发出功率）； 负载：负载： U、I 实际方向相同，即电流从实际方向相同，即电流从“- -”端流出。端流出。 （吸收功率）（吸收功率）。 tttpW0d1kWh（1千瓦小时称为千瓦小时称为1度）度）=3.6 MJ2. 电能电能电能量的单

16、位：电能量的单位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳)等于电场力所作的功。等于电场力所作的功。额定值额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值： I IN ，P IN ，P PN 额定工作状态：额定工作状态： I = IN ，P = PN 1. 额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性；2. 额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。第四节第四节 理想电路元件理想电路元件 二端元件二端元件 三端元件三端元件 四端元件四端元件 5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：表示消耗

17、电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成 电能的元件电能的元件 一、理想电阻元件一、理想电阻元件2. 线性定常电阻元件线性定常电阻元件n 电路符号电路符号电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件。其伏安关系对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用用ui平面的一条曲线来描述：平面的一条曲线来描述：0 ),(iufiu任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与其电流成正比的电

18、阻元件。1. 定义定义伏安伏安特性特性R n ui 关系关系R 称为电阻，单位：称为电阻，单位： (欧欧) (Ohm，欧姆欧姆)满足欧姆定律满足欧姆定律 (Ohms Law)GuRui iuR uin 单位单位G 称为电导，单位：称为电导，单位： S(西门子西门子) (Siemens，西，西门子门子) u、i 取关联取关联参考方向参考方向伏安特性为一条伏安特性为一条过原点的直线过原点的直线Riu Rui+电阻元件的分类：电阻元件的分类：1. 线性电阻元件与非线性电阻元件线性电阻元件与非线性电阻元件 若其特性曲线（若其特性曲线（VCR）为通过坐标原点的直线，）为通过坐标原点的直线，称为线性电阻元

19、件；否则称为非线性电阻元件。称为线性电阻元件；否则称为非线性电阻元件。2. 时变电阻元件与时不变电阻元件时变电阻元件与时不变电阻元件 若其特性曲线随时间若其特性曲线随时间t变化，称为时变电阻元件；变化，称为时变电阻元件；否则称为时不变电阻元件。否则称为时不变电阻元件。注：注：VCR-电压电流关系（电压电流关系（Voltage Current Relation ）0ui非线性时不变电阻非线性时不变电阻0uit1t2电阻的分类电阻的分类非线性时变电阻非线性时变电阻0ui线性时不变电阻线性时不变电阻0uit1t2线性时变电阻线性时变电阻(2) 如电阻上的电压与电流参考方向如电阻上的电压与电流参考方向

20、非关联，公式中应冠以负号非关联，公式中应冠以负号(3) 说明线性电阻是无记忆、双向性的说明线性电阻是无记忆、双向性的元件元件欧姆定律欧姆定律(1) 只适用于线性电阻，只适用于线性电阻，( R 为常数）为常数）则欧姆定律写为则欧姆定律写为u R i i G u公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！通常电阻元件的电压电流取关联参考方向！通常电阻元件的电压电流取关联参考方向！Rui-+注意注意3. 功率和能量功率和能量p u i (R i) i i2 R u(u/ R) u2/ Rp u i i2R u2 / R功率：功率：Rui- -+ +Rui+ +- -表明表明 电阻元件在任

21、何时刻总是消耗功率的，电阻元件在任何时刻总是消耗功率的，因此电阻又称为因此电阻又称为“无源元件无源元件”和和“耗能元件耗能元件”。从从 t0 到到 t 电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：ttttRuipW00dd能量：能量：l 开路开路 当一个线性电阻元件当一个线性电阻元件的端电压不论为何值时，的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为零值，流过它的电流恒为零值，就把它称为就把它称为“开路开路”。 0 0ui0 Gor RuiRiu+u+04. 电阻的开路与短路电阻的开路与短路uil 短路短路 当流过一个线性电阻元件的当流过一个线性电阻元件的电流不论为何值时，它端电压恒电流不论为何值时，它端电压恒为

22、零值，就把它称为为零值，就把它称为“短路短路”。0 0uiGor R 0Riu+i04. 电阻的开路与短路电阻的开路与短路二、理想电容元件二、理想电容元件电容器电容器_q+q 在外电源作用下，在外电源作用下，两极板上分别带上等量异号电荷，两极板上分别带上等量异号电荷，撤去电源，板上电荷仍可长久地集撤去电源，板上电荷仍可长久地集聚下去，是一种储存电能的部件。聚下去，是一种储存电能的部件。1. 定义定义电容元件电容元件储存电能的元件储存电能的元件。其特性可用。其特性可用uq 平面上的一条曲平面上的一条曲线来描述线来描述0 ),(qufqu库伏库伏特性特性 任何时刻，电容元件极板上的电荷任何时刻，电

23、容元件极板上的电荷q与电压与电压 u 成成正比。正比。q u 特性是过原点的直线。特性是过原点的直线。l 电路符号电路符号2. 线性定常电容元件线性定常电容元件Cu+q-q tan uqCorCuq C 称为电容器的电容称为电容器的电容, 单单位：位：F (法法) (Farad，法拉，法拉), 常用常用 F，p F等表示。等表示。quO l 单位单位1F=106 F1 F =106pFl 线性电容的电压、电流关系线性电容的电压、电流关系Cuiu、i 取关取关联参考方向联参考方向电容元件电容元件VCR的的微分关系微分关系 （1）i 的大小取决于的大小取决于 u 的变化率的变化率, 与与 u 的大

24、小无的大小无关，电容是动态元件；关，电容是动态元件；（2）当）当 u 为常数为常数(直流直流)时，时，i =0。电容相当于开。电容相当于开路，电容有隔断直流作用；路，电容有隔断直流作用；（3）实际电路中通过电容的电流）实际电路中通过电容的电流 i为有限值，则为有限值，则电容电压电容电压u 必定是时间的连续函数。必定是时间的连续函数。tuCtCutqidddddd表明表明 某一时刻的电容电压值与某一时刻的电容电压值与-到该时刻的所到该时刻的所有电流值有关，即电容元件有记忆电流的作有电流值有关，即电容元件有记忆电流的作用，故称电容元件为记忆元件。用，故称电容元件为记忆元件。 )(ddd )( tt

25、ttttiCuidCiCiCtut00001111电容元件电容元件VCR的积分的积分关系关系表明表明当电容的当电容的 u，i 为非关联方向时，上述微为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号分和积分表达式前要冠以负号 ; ;注意注意上式中上式中u(t0)称为电容电压的初始值，它反称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能状况，也称为初始映电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。状态。 tuCidd )()(00d1 ttiCuutt3. 电容的功率和储能电容的功率和储能tuCuuipdd （1）当电容充电，）当电容充电， u0，d u/d t0，则，则i0，q ， p0, 电容吸收功

26、率。电容吸收功率。（2）当电容放电，）当电容放电，u0，d u/d t0，则，则i0，q ，p0，d i/d t0，则，则u0， ， p0, 电感吸收功率。电感吸收功率。（2）当电流减小，）当电流减小，i0，d i/d t0，则，则u0， ，p0, 电感发出功率。电感发出功率。u功率功率u、 i 取关联取关联参考方向参考方向 电感能在一段时间内吸收外部供给电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件储能间内又把能量释放回电路，因此电感元件储能元件，其本身不消耗能量。元件，其本身不消耗能量。表明

27、表明（1）电感的储能只与当时的电流值有关，电感）电感的储能只与当时的电流值有关，电感 电流不能跃变，反映了储能不能跃变；电流不能跃变，反映了储能不能跃变；（2）电感储存的能量一定大于或等于零。）电感储存的能量一定大于或等于零。从从t0到到 t 电感储能的变化量：电感储能的变化量：)()()()(02202221212121tLtLtLitLiWL 02121212121220222 )()()()()(ddd)(tLtLiLitLiLiiLiWittL 若若u 电感的储能电感的储能表明表明u 实际电感线圈的模型实际电感线圈的模型LuR+u (t)iL 电感电流电感电流 i = 100e-0.0

28、2t mA , L = 0.5H , 求其电压求其电压表达式、表达式、t = 0 时的电感电压和时的电感电压和 t = 0 时的磁场能量。时的磁场能量。 u 、i 参考方向一致时参考方向一致时L+ui)e100(dd5 . 0dd0.02-tttiLu mV e-0.02t mV 1)0( uJ 105 . 2)10100(5 . 021)0(323 LW例例7解解电容元件与电感元件的比较：电容元件与电感元件的比较：电容电容 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u 电荷电荷 q (1) 元件方程的形式是相似的；元件方程的形式是相似的；(2) 若把若把 u-i，q-

29、 ，C-L互换互换,可由电容元件的方可由电容元件的方程得到电感元件的方程；程得到电感元件的方程；(3) C 和和 L称为对偶元件称为对偶元件, 和和q也也称为对偶元素。称为对偶元素。* 显然，显然，R、G也是一对对偶元件也是一对对偶元件I=U/R U=I/GU=RI I=GU222121 LLiWtiLuLiL dd结结论论222121ddqCCuWtuCiCuqC 其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。l 电路符号电路符号1. 理想电压源（恒压源）理想电压源（恒

30、压源）l 定义定义i+_Su四、理想电源（独立电源）四、理想电源（独立电源）（1）电源两端电压由电源本身决定，）电源两端电压由电源本身决定， 与外电路无关；与流经它的电流方与外电路无关；与流经它的电流方 向、大小无关向、大小无关。（2）通过电压源的电流由电源及外）通过电压源的电流由电源及外 电路共同决定。电路共同决定。l 理想电理想电压源的电压、电流关系压源的电压、电流关系ui)(tuS伏安关系伏安关系例例Ri-+Su外外电电路路RuiS )( Ri0)( 0 Ri电压源不能短路！电压源不能短路！l电压源的功率电压源的功率电场力做功电场力做功 ， 电源吸收功率。电源吸收功率。（1） 电压、电流

31、的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；物理意义：物理意义：+_iu+_Su+_iu+_SuiuPS 电流（正电荷电流（正电荷 ）由低电位向）由低电位向 高电位移动，外力克服电场高电位移动，外力克服电场力作功电源发出功率。力作功电源发出功率。 iuPS 发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2） 电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；物理意义：物理意义： iuPS 吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载 iuPS 或：或：发出负功发出负功例例8 5R+_i+_Ru+_10V5V计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(105)5RuVARuiR155 WR

32、iPR5152 WiuPSV1011010 55 15VSPu iW 发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）RS越大越大斜率越大斜率越大伏安特性伏安特性IUUSU = US IRS当当RS = 0 时，时，电压源电压源模型就变成模型就变成恒压源恒压源模型模型由理想电压源串联一个电阻组成由理想电压源串联一个电阻组成RS称为电源的内阻或输出电阻称为电源的内阻或输出电阻UIRS+-USRL+-l 实际电压源实际电压源 其输出电流总能保持定值或一定其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压的时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想

33、电流源。u电路符号电路符号2. 2. 理想电流源（恒流源）理想电流源（恒流源）u定义定义（1）电流源的输出电流由电源本身决）电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。向、大小无关。（2）电流源两端的电压由电源及外电路共同）电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。决定。u理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系ui)(tiS伏安伏安关系关系u+_Si例例外外电电路路)( 00 Ru)( Ru电流源不能开路！电流源不能开路！Ru-+Si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，如晶体管的集电极可由稳流电子设备

34、产生，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生一定值的电流等。池被激发产生一定值的电流等。SRiu 例例10A42A+ U2 U3+R下面答案哪个正确：下面答案哪个正确： 1) 当当 R时时，U1 2) 当当 R时时，U2 3) 当 R时时，U3不变不变+U1答案：答案：2）u电流源的功率电流源的功率（1） 电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；SuiP 发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2） 电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载u+_SiSui

35、P SuiP u+_Si例例9计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AiiS2 Vu5 WuiPSA10522 WiuPSV10255 )(发出发出吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）+_u+_2A5ViIsUabI外特性外特性 RSRS越大越大特性越陡特性越陡I = IS Uab / RS由理想电流源并联一个电阻组成由理想电流源并联一个电阻组成当当 内阻内阻RS = 时，时，电流源电流源模型就变成模型就变成恒流源恒流源模型模型ISRSabUabI u实际电实际电流流源源干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳压电源等。压电源等。交流发电

36、机、电力系统提供的正弦交流交流发电机、电力系统提供的正弦交流电源、交流稳压电源等。电源、交流稳压电源等。直流电源：直流电源：交流电源交流电源: : 一个实际电源可以用一个实际电源可以用来表示。用电压来表示。用电压的形式表示称为的形式表示称为，用电流的形式表示称为，用电流的形式表示称为。实际电源实例：实际电源实例：干电池干电池钮扣电池钮扣电池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

37、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，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

38、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函数发生器函数发生器发电机组发电机组恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒压源恒流源恒流源不不 变变 量量变变 化化

39、量量U+_abIUabUab = U （常数）（常数）Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI = Is （常数）（常数）I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决定由外电路决定端电压端电压Uab 可变可变 -Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决定均由外电路决定 受控源又称为非独立源，它表示源电受控源又称为非独立源，它表示源电压或源电流受电路中另一处电压或电流的压或源电流受电路中另

40、一处电压或电流的控制。控制。 电路符号电路符号+受控电压源受控电压源1. 定义定义受控电流源受控电流源五、五、受控电源受控电源 ( (非独立源非独立源) )受控源的特点：受控源的特点：当控制电压或电流消失或等于零时，当控制电压或电流消失或等于零时， 受控源的电压或电流也将为零。受控源的电压或电流也将为零。(1) (1) 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( ( CCCS ) ) : :电流放大倍数电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u u 或电流或电流i i ，受控，受控源可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源

41、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。2. 分类分类四端元件四端元件 i1+_u2i2_u1i1+12ii 输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分g: 转移电导转移电导 (2) (2) 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( ( VCCS )u1gu u1 1+_u2i2_i1+12gui (3) (3) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( ( VCVS ) ) u1+_u2i2_u1i1+-12uu : 电压放大倍数电压放大倍数 ri1+_u2i2_u1i1+-(4) (4) 电流控制的电压源电流控制的电压源 ( ( CC

42、VS ) )12riu r : 转移电阻转移电阻 例例bicibcii bi bi ci电电路路模模型型3. 3. 受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较(1) (1) 独立源电压独立源电压( (或电流或电流) )由电源本身决定，与电路由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压中其它电压、电流无关，而受控源电压( (或电流或电流) )由控制量决定。由控制量决定。(2) (2) 独立源在电路中起独立源在电路中起“激励激励”作用，在电路中产生作用，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为受控关系，

43、在电路中不能作为“激励激励”。例例求：电压求：电压u2。解解5i1+_u2_u1=6Vi1+-3 Ai2361 Viu46106512 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 ( ( KCL ) )和基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电压定律( ( KVL ) )。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。电路分析的基础。第五节第五节 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1. 1. 几个名词几个名词电

44、路中通过同一电流的分支。电路中通过同一电流的分支。(b)三条或三条以上支路的连接三条或三条以上支路的连接点称为节点。点称为节点。( ( n n ) )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路）支路 (branch)电路中每一个两端元件就叫一条支路电路中每一个两端元件就叫一条支路i3i2i1(2) (2) 节点节点 (node)(node)由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。( ( l ) )两节点间的一条通路。由支路构成。两节点间的一条通路。由支路构成。对对平面电路平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。，其内部不含任何支路的回路称网孔。l=3+_R1uS1+_uS

45、2R2R3123(3) (3) 路径路径(path)(path)(4) (4) 回路回路(loop)(loop)(5) (5) 网孔网孔(mesh)(mesh)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2. 2. 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“+”+”，有：，有：例例 在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出在集总参数电路中，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。或流入该结点电流的代数和等于零。 mkti10)(出入iior 流进的流进的电流等电流等于流出于流出的电流的电流1i5i4i3i2i054321 iiiii

46、54321iiiii 电流定律的电流定律的依据依据：电流的连续性：电流的连续性1 3 25i6i4i1i3i2i0641 iii例例0542 iii0653 iii三式相加得：三式相加得：0321 iii表明表明KCL可推广应用于电路中可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面包围多个结点的任一闭合面明确明确（1） KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任 意结点处的反映；意结点处的反映；（2） KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是是对支路电流加的约束，与支路上接的是 什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关

47、；（3）KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际方程是按电流参考方向列写，与电流实际 方向无关。方向无关。I =?例例:广义结点广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V（2 2）选定回路绕行方向，）选定回路绕行方向， 顺时针或逆时针。顺时针或逆时针。U1US1+U2+U3+U4+US4= 03. 3. 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 ( (KVL) ) 在在集总参数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕沿任一闭合路径绕行，各支路电压的代数和等于零行，各支路电压的代数和等于零。 mktu10)(升降 u

48、uor I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1 1）标定各元件电压参考方向）标定各元件电压参考方向 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4例例KVL也适用于电路中任一假想的回路也适用于电路中任一假想的回路aUsb_-+U2U1SabUUUU 21明确明确（1） KVL的实质反映了电路遵的实质反映了电路遵 从能量守恒定律从能量守恒定律;（2） KVL是对回路电压加的约是对回路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非元件无关，与电路是线性还是非线性无关

49、；线性无关；（3）KVL方程是按电压参考方向列写，与方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。电压实际方向无关。对网孔对网孔abda：对网孔对网孔acba：对网孔对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路对回路 adbca，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用应用 U = 0列方程列方程对回路对回路 cadc，沿逆时针方向循行，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2

50、I4I6I1I3I关于独立方程式的讨论关于独立方程式的讨论 问题的提出：在用电流定律或电压定律列方程时问题的提出：在用电流定律或电压定律列方程时，究竟可以列出多少个独立的方程？，究竟可以列出多少个独立的方程？aI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1 分析以下电路中应列几个电流方程？几个分析以下电路中应列几个电流方程？几个电压方程？电压方程？电流方程电流方程：节点节点a：321III节点节点b：213III独立方程只有独立方程只有 1 个个电压方程电压方程：#1#2#32211213322233111RIRIUURIRIURIRIU独立方程只有独立方程只有 2 个个aI1I2U2

51、+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1设：电路中有设：电路中有N个节点，个节点，B个支路个支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小小 结结独立的独立的节点电流方程节点电流方程有有 (N -1) 个个独立的独立的回路电压方程回路电压方程有有 (B -N+1)个个则：则：（一般为网孔个数）（一般为网孔个数）独立电流方程：独立电流方程：个个独立电压方程：独立电压方程：个个4. 4. KCL、KVL小结：小结：(1) (1) KCL是对支路电流的线性约束，是对支路电流的线性约束，KVL是对是对回回路电压的线性约束。路电压的线性约束。(2) (2) KCL、KVL与组成支路的元件性质及参

52、数与组成支路的元件性质及参数无关。无关。(3)(3) KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是是能量守恒能量守恒的具体体现的具体体现( (电压与路径无电压与路径无关关) )。(4) (4) KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。Ai523 )(A3A2 ? i 3 3 5 1 4例例1Vu1552010 V5 ? u V10 V20例例2+-4V5Vi =?例例3 3+-4V5V1A+-u =?例例4 4Aii3543 Vu1275 3 3 0)10(10101 I解解AI21 AII31211 10V+-1A-10VI =?10 例例

53、54V+-10AU =?2 例例6+-3AI解解AI7310 024 IUVIU1041442 I110V+-3I2U=?I =05 例例75 -+2I2 I25 +-解解AI155102 VIIIIU2225532222 +- I1U=?例例8R2 I1R1US解解12 IRU 111 RUIIS )1(11 RUIS)1( 12 RURUS)1(121 RUIUPSSS221222)1( RURPSo)1(12 RRUUS)1(2120 RRPPS选择参数可以得到选择参数可以得到电压和功率放大。电压和功率放大。人物传记人物传记 亚历山德罗亚历山德罗. .伏特伏特 意大利物理学家，发明了一种

54、用以产意大利物理学家，发明了一种用以产生静电的设备，并且发现了甲烷气体。于生静电的设备，并且发现了甲烷气体。于18001800年发明了第一节电池。电势（电压）年发明了第一节电池。电势（电压）的单位以他的名字命名。的单位以他的名字命名。人物传记人物传记 安德烈安德烈. .玛丽玛丽. .安培安培 法国物理学家，法国物理学家，18201820年提出了电磁理年提出了电磁理论，奠定了论，奠定了1919世纪该领域的发展基础。他世纪该领域的发展基础。他是第一个构建仪器来测量电荷流动的人。是第一个构建仪器来测量电荷流动的人。电流的单位以他的名字命名。电流的单位以他的名字命名。人物传记人物传记 乔治乔治. .西蒙西蒙. .欧姆欧姆 德国人，提出了欧姆定律。电阻的单德国人，提出了欧姆定律。电阻的单位以他的名字命名。位以他的名字命名。人物传记人物传记 恩思特恩思