第01章电路模型和电路定律(丘关源)

1、电路基础电路基础丘关源主编丘关源主编任课教师任课教师:韦东梅韦东梅QQ:349073356昵称昵称:韦老师韦老师（1-2）电能电能机械能、热能、光能机械能、热能、光能2.便于输送便于输送3.便于控制便于控制二二.课程安排课程安排第三学期讲课第三学期讲课:54学时学时(16章章,812章章)第四学期讲课第四学期讲课:54学时学时(7章章,1317章章) 实验：实验：36学时学时(12个实验个实验, 独立设课独立设课, 分两个学期开课分两个学期开课)绪论绪论一一.概述概述电的优点电的优点:1.便于转换便于转换水能、热能、原子能水能、热能、原子能 电能电能（1-3）三三.基本要求基本要求1.掌握所学

2、内容掌握所学内容2.做好习题做好习题:每次课后必有题，每星期交一次作业每次课后必有题，每星期交一次作业;作业要求作业要求：(1)抄题抄图，字迹工整，清晰，字不要太小；抄题抄图，字迹工整，清晰，字不要太小；(2)图表要求用铅笔和尺子画线条；图表要求用铅笔和尺子画线条；(3)对于计算题：未知数对于计算题：未知数=公式公式=代入数值代入数值=得数得数四四. 成绩评定方法成绩评定方法1、原始平时成绩、原始平时成绩原始平时成绩原始平时成绩=(作业总平均成绩作业总平均成绩+3次测验成绩之和次测验成绩之和 2+考勤成绩考勤成绩 2+课程论文或小设计成绩课程论文或小设计成绩+课堂表现成绩课堂表现成绩) 11

3、其中：其中： （1-4）(1)考勤成绩考勤成绩: 满分为满分为100分。从第分。从第1教学教学周起，每旷课一周起，每旷课一大节扣大节扣18分分(即每旷课一小节扣即每旷课一小节扣6分分)。迟到。迟到20分钟以内扣分钟以内扣分折半，迟到达分折半，迟到达20分钟或以上者视为旷课。因事请假扣分钟或以上者视为旷课。因事请假扣分折半。病假扣分分折半。病假扣分1/6(即每大节即每大节3分，每小节分，每小节1分分)。(2)期中测验期中测验: 共实行共实行3次，闭卷。随堂考试。次，闭卷。随堂考试。(3)作业总平均成绩作业总平均成绩: =所有作业成绩的平均值所有作业成绩的平均值(4) 课程论文或小设计课程论文或小

4、设计:利用所学知识撰写论文或做小设利用所学知识撰写论文或做小设计。每人选择一个题目写一篇论文或做一个小设计。论计。每人选择一个题目写一篇论文或做一个小设计。论文题目文题目(或小设计或小设计)与评分标准另附说明。与评分标准另附说明。 (5) 课堂表现课堂表现: 课堂表现成绩满分课堂表现成绩满分100分，由任课教师根据分，由任课教师根据学生的平时表现进行评分。学生在课堂上是否专注于学学生的平时表现进行评分。学生在课堂上是否专注于学业、平时是否勤学好问、作业是否认真和独立完成、是业、平时是否勤学好问、作业是否认真和独立完成、是否积极回答老师的提问、课堂上是否积极与教师互动、否积极回答老师的提问、课堂

5、上是否积极与教师互动、是否是小组讨论的带头人等均纳入课堂表现成绩当中。是否是小组讨论的带头人等均纳入课堂表现成绩当中。（1-5）2、最终平时成绩、最终平时成绩 将原始平时成绩从高到低排序，并从高分到低分按下将原始平时成绩从高到低排序，并从高分到低分按下表比例评定最终平时成绩。表比例评定最终平时成绩。最终平时成绩分数段最终平时成绩分数段 比例比例(人数人数=四舍五入取整四舍五入取整) 备注备注 9095分分10% 每每1分里都要有若分里都要有若干名学生，而且人数干名学生，而且人数要求尽量均匀。要求尽量均匀。 8589分分15%8084分分25%7579分分25%7074分分15%70分以下分以下

6、10%不要求人数均匀。不要求人数均匀。 注意注意:旷课次数达到旷课次数达到1/3或或作业缺交次数达到作业缺交次数达到1/3的必须的必须60分以下。分以下。 3、期评成绩、期评成绩期评成绩期评成绩 =最终平时成绩最终平时成绩 40% + 期末考试成绩期末考试成绩 60%第一章第一章电路模型和电路定律电路模型和电路定律重点重点1. 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向2. 电路元件特性电路元件特性3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（1-7）1.1 电路和电路模型电路和电路模型一一.电路电路干电池干电池(恒压源恒压源)恒流源恒流源Is恒压源恒压源+ US- -+ E- -1.电源电源(供电装置供电装

7、置) 变压器、开变压器、开关、电线等关、电线等电灯电灯二二.电路的组成电路的组成岩滩、岩滩、大化等大化等（1-8）2.负载负载(用电设备用电设备) R3.中间环节中间环节 sTr二二. .电路模型（最简单的）电路模型（最简单的）E R+_IS线性电阻符号：线性电阻符号：（1-9）1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 电路分析与计算中常见的物理量：电路分析与计算中常见的物理量：有方向有方向:电流、电压、电流、电压、电动势电动势无方向无方向:功率、电能功率、电能一、电流一、电流 定义：电荷有规律运动形成的电子流定义：电荷有规律运动形成的电子流 I、i大小大小:若若: dq/ /dt常数

8、常数, 则用大写字母则用大写字母 I 来表示来表示 称为恒定电流称为恒定电流 、直流、直流单位：单位：A 、 mA 、 uA、 nA、 kA1A=103mA=106uA=109nA 1kA=103Adqdt dqi dt电流强度电流强度（1-10）用参考方向计算得到的结果，若：用参考方向计算得到的结果，若：I 0，则参考方向与实际方向相同；，则参考方向与实际方向相同；I 0，则参考方向与实际方向相反；，则参考方向与实际方向相反；今后讲课、作业中的电流方向均为参考方向今后讲课、作业中的电流方向均为参考方向。电流电流方向的表示方法：方向的表示方法：用箭头表示。用箭头表示。方向方向:实际方向实际方向

9、:正电荷的运动方向正电荷的运动方向参考方向参考方向:任选方向任选方向用双下标表示。如用双下标表示。如 iAB ：电流的参考方向由电流的参考方向由A A指向指向B B iABABABi（1-11）二、电压二、电压 、电位：、电位：u 、U (恒定恒定) (1)电位电位 (2)电压电压 若将若将 d q 从从A点移至点移至B点时所做的功为点时所做的功为d wAB，则，则:单位：单位：V 、mV 、 V、kV oAdq.B参考点参考点则则O点电位：点电位： uo0 若将电荷若将电荷 d q自自A点沿任意路径移到参考点点沿任意路径移到参考点O 所做所做的功为的功为d w，则则A点电位：点电位： dwu

10、A dq dwABuABuA- - uB dq两点之间的电位差两点之间的电位差（1-12）方向方向:实际方向实际方向:实际高电位点实际高电位点“+”实际低电位点实际低电位点“- -”参考方向参考方向:任意假定的方向任意假定的方向用参考方向计算得到的结果，若：用参考方向计算得到的结果，若：u0,则参考方向与实际方向相同；则参考方向与实际方向相同；u0,则参考方向与实际方向相反；则参考方向与实际方向相反；今后讲课、作业均为参考方向今后讲课、作业均为参考方向电压、电位参考方向的表示方法电压、电位参考方向的表示方法: 双下标双下标Uab- -+正负号正负号ab参考方向为参考方向为+高高- -低低参考方

11、向为参考方向为a高高b低低A点电位点电位uA 表示参考方向为表示参考方向为A高高参考点参考点低低。（1-13）关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向三、三、 关联参考方向关联参考方向 元件或支路的元件或支路的 u、i 采用相同的参考方向称之为采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。i+ u i u +注意：注意：(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2)参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包包括方向和括方向和符号符号)，在

12、计算过程中不得任意改变。，在计算过程中不得任意改变。（1-14）电压电流参考方向如图中所标，问：电压电流参考方向如图中所标，问：对对A A、B B两部分电路电压电流参考方向两部分电路电压电流参考方向关联否？关联否？答：答：A A 电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联； B B 电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。ABiUAB例例1（1-15）dtdwp 1.3 电功率和能量电功率和能量一一 、电功率、电功率 p(1)定义定义: 在在 dt 时间内电场力做功为时间内电场力做功为dw ，则功率，则功率uidtdwp dtdqu (2)单位单位: W、mW 、kW二二 、所

13、消耗、所消耗(或释放或释放)电能电能 t 时刻某元件所消耗时刻某元件所消耗(或释放或释放)电能电能 ：(J焦耳焦耳) dqdw =udq , i = dt ttuipWttdd（1-16）1、当、当u i 参考方向关联时参考方向关联时2、当、当u i 参考方向不关联时参考方向不关联时三三 、电路吸收或发出功率的判断、电路吸收或发出功率的判断四、功率平衡方程式四、功率平衡方程式 在任一个电路中在任一个电路中 ：| P吸收吸收| P产生产生|i+ u i u +用公式用公式:P =ui计算元件计算元件吸收功率吸收功率 若若P 0, 该元件该元件“吸收吸收正正功率功率”(负载负载)若若P 0, 该元

14、件该元件“发出正功率发出正功率”(实际发出实际发出)若若P 00 i 2 Ri+ u Ri u + RR吸收功率：吸收功率：R产生功率：产生功率：（1-22）七、七、电阻电阻开路与短路开路与短路2、能量能量t 时刻时刻电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：短路短路: R0 , G此时此时: i0 , u0伏安特性图示。伏安特性图示。 ui电阻电阻短路短路伏安特性伏安特性电阻电阻开路开路伏安特性伏安特性Ru+i开路开路: R , G0此时此时: i0 , u0 伏安特性图示。伏安特性图示。 ttuipWttdd（1-23）1.6 电压源和电流源电压源和电流源一、一、 电压源电压源1、理想电压源、理想电

15、压源(恒压源恒压源)定义：定义：其两端电压总能保持定值或一定的时间函数其两端电压总能保持定值或一定的时间函数, 与与流过它的电流流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。理想电压源理想电压源符号：符号：_+US理想电压源理想电压源的伏安特性的伏安特性(VCR):uiuS(t)+ uS i（1-24） 理想电压源的特点理想电压源的特点：(1)恒压源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；恒压源两端电压由电源本身决定，与外电路无关； (2)通过恒压源的电流由恒压源及外电路共同决定。通过恒压源的电流由恒压源及外电路共同决定。RuiS 理想电压源不能短路！理想电压源不能短路！例例

16、1i0 (R)i (R0)Ri- -+uS外电路外电路(线性电阻线性电阻)（1-25）一个好的电压源要求一个好的电压源要求:RS0 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。流很大，可能烧毁电源。内阻内阻伏安特性伏安特性2、实际电压源、实际电压源实际电压源模型：实际电压源模型：iuuSuiRS+ uSRS越小越小特性越平特性越平VCR：uuSRS i（1-26）二、二、 电流源电流源1、理想电流源、理想电流源(恒流源恒流源)定义：定义：输出电流总能保持定值或一定的时间函数输出电流总能保持定值或一定的时间函数, 与它与它的两

17、端电压的两端电压u 无关的元件叫理想电流源无关的元件叫理想电流源 。ui理想电流源理想电流源符号：符号：理想电流源理想电流源的伏安特性的伏安特性(VCR):+ u iSiS(t)（1-27） 理想电流源的特点：理想电流源的特点：(1)恒流源的输出电流由电源本身决定恒流源的输出电流由电源本身决定,与外电路无关；与外电路无关；(2)恒流源两端的电压由恒流源及外电路共同决定。恒流源两端的电压由恒流源及外电路共同决定。理想电流源不能开路！理想电流源不能开路！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，如晶体管的可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流；光电池在一定光线照射下光电池被激发

18、产生集电极电流；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。一定值的电流等。例例2Ru- -+iSu0 (R0)u (R)uR iS外电路外电路(线性电阻线性电阻)（1-28）一个好的电流源要求一个好的电流源要求:RS实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。压很高，可能烧毁电源。伏安特性伏安特性2、实际电流源、实际电流源实际电流源模型：实际电流源模型：RS越大越大特性越平特性越平内阻内阻SSRuii +u_iiSRSVCR：uiiS（1-29）电压源中的电流电压源中的电流如何决定如何决定？电流电流源两端的电压等

19、源两端的电压等于多少于多少？Uab=?原则原则：Is不能变，不能变，US 不能变。不能变。电压源中的电流：电压源中的电流：恒流源两端的电压恒流源两端的电压:US R+abIsI=? I= ISUab IRUS例例3（1-30）1.7 受控电源受控电源 (非独立源非独立源)(controlled source or dependent source)一、一、 定义定义电压或电流的大小和方向受电路中某个地方的电压电压或电流的大小和方向受电路中某个地方的电压(或电流或电流)控制的电源，称受控源。控制的电源，称受控源。二、电路符号二、电路符号+ 受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源三、三、 分类分

20、类 根据根据控制量控制量和和被控制量被控制量是电压是电压 u 或电流或电流 i ，受控，受控源可分四种类型：源可分四种类型：（1-31）i2 i1 : 电流放大倍数电流放大倍数1.电流控制的电流源电流控制的电流源 ( CCCS )四端元件四端元件受控部分受控部分控制部分控制部分+u1_ i1i2i1+u2_i2gu1g: 转移电导转移电导 2.电压控制的电流源电压控制的电流源 ( VCCS )+u1_gu1+u2_i2i1（1-32）3.电压控制的电压源电压控制的电压源(VCVS)+ u1_ +u2_i2+u1_i1u2 u1 : 电压放大倍数电压放大倍数 4.电流控制的电压源电流控制的电压源

21、(CCVS)+ ri1_+u2_i2+u1_i1u2ri1r : 转移电阻转移电阻 四、受控源与独立源的比较四、受控源与独立源的比较(1) 独立源的大小、方向由电源本身决定，与电路中其它电压独立源的大小、方向由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关。而、电流无关。而受控源的大小、方向由控制量决定受控源的大小、方向由控制量决定。(2)独立源在电路中起独立源在电路中起“激励激励”作用作用,即产生电压、电流的作用即产生电压、电流的作用。而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为不能作为“激励激励”。（1-33）求下图中电压求下图中电

22、压u2 。解：解： i1 6/3 2A u2- -5i16 - -526 - -4V 5i1+_u2_u1= 6Vi1+-3 例例1（1-34）1.8 克希荷夫定律克希荷夫定律(基尔霍夫定律基尔霍夫定律) (Kirchhoffs Laws ) 基尔霍夫定律反映了电路中电压和电流所遵循的基基尔霍夫定律反映了电路中电压和电流所遵循的基本规律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基本规律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。基尔霍夫定律包括：础。基尔霍夫定律包括：基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL) 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)一、名词注释一、名词注释支路支路(bran

23、ch) : 电路中电路中通过同一电流通过同一电流的分支。的分支。在网络图论中在网络图论中,支路为电路中支路为电路中的每一个二端元件。的每一个二端元件。节点节点(node) ：三：三条条或三或三条条以上支路的联结点以上支路的联结点路径路径(path)：任意两节点间的一条通路。由支路构成。：任意两节点间的一条通路。由支路构成。回路回路(loop) ：无重复节点的任一闭合路径：无重复节点的任一闭合路径网孔网孔(mesh) ：没有支路穿过的回路：没有支路穿过的回路(平面电路中平面电路中)（1-35）支路支路b ：ab、ad、 . b =6节点节点n ：a、 b、 . n =4回路回路l ：abda、

24、bcdb、 . l =7网孔网孔m ：abda、 m =3i3u4u3_+R3R6+R4R5R1R2abcdi1i2i5i6i4-例例1（1-36）二、二、 克氏电流定律克氏电流定律KCL1、定义、定义对任何节点，在任一瞬间，流入该节点的电流之对任何节点，在任一瞬间，流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。和等于流出该节点的电流之和。或在任一瞬间或在任一瞬间, 任一节点上电流的代数和为任一节点上电流的代数和为 0。i1i2i3i4i1i3i2i4i1i3i2i40 i入入= i出出 i =0例例（1-37）2、KCL的扩展应用的扩展应用 KCL还可应用于电路还可应用于电路中包围多个结点中

25、包围多个结点的任意封闭面。的任意封闭面。i1+i2=i3i=0i=?u2u3u1+_R1R4R2+_+_R3广义节点广义节点例例1例例23、注意、注意(1) KCL适用于任何电路，与支路上接的是什么元件无适用于任何电路，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；关，与电路是线性还是非线性无关；(2)KCL方程是按电流参考方向列写方程是按电流参考方向列写, 与实际方向无关。与实际方向无关。i1i2i3（1-38）三、三、 克氏电压定律克氏电压定律KVL1、定义、定义: 对电路中的任一回路对电路中的任一回路, 在任一瞬间在任一瞬间, 沿任意循沿任意循行方向转一周行方向转一周, 回路中

26、各段电压的代数和恒等于回路中各段电压的代数和恒等于0。即：即：注意：注意：(1)标定各元件电压或电流名标定各元件电压或电流名称及参考方向；称及参考方向；(2)选定回路绕行方向，顺时选定回路绕行方向，顺时针或逆时针；针或逆时针；当当 u 的参考方向与绕行方向的参考方向与绕行方向 一致时，一致时， u 取取“” ；当当 i 的参考方向与绕的参考方向与绕行方向一行方向一致时致时, i R 取取“” 。例如：例如： 回路回路 a-d-c-ai3u4u3+ - -R3R6+R4R5R1R2abcdi1i2i5i6i4- - +u4i5 R5i3R3i4R4u3=0 u iR0（1-39）I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_R1I1 US12、注意：、注意：(1) KVL适用于任何电路，与回路各支路上接的是什么适用于任何电路，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线性无关；元件无关，与电路是线性还是非线性无关；(2)KVL方程是按电压参考方向列写，与实际方向无关。方程是按电压参考方向列写，与实际方向无关。+R2I2R3I3+R4I4+US4=0（1-40）U+_RabUabI 3、K