电路-第01章电路模型和电路定律2012

1、电电 路路circuit蒋锦萍：蒋锦萍mail: l课程的意义课程的意义工程意义；工程意义；理论电工理论电工路路场场电路电路磁路磁路集中参数电路集中参数电路分布参数电路分布参数电路分析分析综合综合l课程的性质和地位课程的性质和地位电类专业的技术基础课电类专业的技术基础课l学习内容学习内容l学习方法学习方法l参考书参考书理论意义理论意义引 言 作业每周交一次，逾期可补交。期末前30%没交者取消考试资格。 课前预习，课后复习电的特点1、是一种优良的能量形式 便于 转换 化学能 电能 机械能 电能 热能 电能 输送 控制 2、是一种良好的信息载体电的应用技术电力技术（强电）

2、 -电能的产生、输送、分配、拖动电子技术 （弱电） -电信号的获取、传输、变换、处理电路电的应用靠电路来实现电路：电器件构成的电流通路电器件： 电源- 电池、发电机、 信号源、传感器、发射机 用电器-电炉、电灯、电动机 接收机 电传输设备和测量、控制装置 第第1章章 电路元件和电路定律电路元件和电路定律(circuit elements) (circuit laws) l 重点：重点：1. 1. 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向2. 2. 电路元件特性电路元件特性3. 3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 PCI插插槽槽I IS SA A插插槽槽ROM BIOSA AG GP P插插槽槽北北

3、桥桥芯芯片片组组CPUCPU插槽插槽内存插槽内存插槽软驱接口软驱接口IDE接口接口并口连接器并口连接器串口连接器串口连接器U US SB B接接口口鼠鼠标标键键盘盘主主板板电电源源插插座座实际电气器件实际电气器件:电炉 电池 开关 由电工设备和电气器件由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。按预期目的连接构成的电流的通路。实际电路实际电路:1 1、实际电路、实际电路功能功能a a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；b b 信息的传递、控制与处理。信息的传递、控制与处理。建立在同一电路理论基础上。建立在同一电路理论基础上。由电工设备和电气器件按预期由电工设备和电气器件按

4、预期目的连接构成的电流的通路。目的连接构成的电流的通路。共性共性1.1 电路和电路模型电路和电路模型2、电路模型、电路模型 (circuit model) 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。10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡sRLRsU电路图电路图l理想电路元件理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件有某种确定的电磁性能的理想元件l电路模型电路模型实际电路实际电路几种基本的电路元件：几种基本的电路元件：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，

5、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源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件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， 在一定条件下可用同一模型表示；在一定条件下可用同一模型表示；l 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其同一实际电路部件在不同的应用条件下，其 模型可以有不同的形式模型可以有不同的形式注意: 集总参数电路集总参数电路由集总元件构成的电路由集总元件构成的电路集总元件集总元件假定

6、发生的电磁过程都集中在元件内部进行假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行集总条件集总条件l集总参数电路中集总参数电路中u、i可以是时间的函数，可以是时间的函数，但与空间坐标无关但与空间坐标无关例：例：注意: 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 (reference direction) 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。主要关心的物理量是电流、电压和功率。1. 电流的参考方向电流的参考方向 (current refere

7、nce direction)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动单位时间内通过导体横截面的电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量l 方向方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向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: 实际方向实际方向实际方向实际方向 AABB问题问题复杂电路或电路中的电流随时间变化时，复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断电流的

8、实际方向往往很难事先判断RLE1R01E2R02i?l参考方向参考方向i 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即为电任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。流的参考方向。ABi 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 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 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 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0R0 P0 负载，负载， R0 P

9、0 电源电源5）能量）能量： ttttRiupW00dd一度电一度电=1KW小时小时正电阻是无源元件，永远消耗电能。正电阻是无源元件，永远消耗电能。6）电阻的）电阻的开路与短路开路与短路Riu+ 短路短路00 ui G or R0开路开路00 ui 0 G or Ruiui令令 G 1/R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 .单位：单位：西西(门子门子) S (Siemens)7）电阻也可以用另一种元件电导表示电阻也可以用另一种元件电导表示8）实际电阻器件实际电阻器件灯泡灯泡电阻电阻电饭锅电饭锅标称值标称值为： 额定电压、额定功率额定电压、额定功率 或 额定功率、电

10、阻值额定功率、电阻值一一、电压源电压源(Voltage Source )us (1791年年) 电压源以电压形式提供电能电压源以电压形式提供电能。1、定义定义：电压源端电压电压源端电压u总保持为某给定的时间函数。总保持为某给定的时间函数。2. 伏安特性伏安特性uS+_iu+_USuiO电路符号电路符号uS+-uu = us1.6 电源元件电源元件 (independent source)3、特点特点(1)如果时间给定，如果时间给定，us的电压为常数。的电压为常数。图（a）为直流电源直流电源，t =任何值， us =10v。图（b）为负指数电源负指数电源，t=1S, us=10v。t=0s, u

11、s=10/0.368v。图（c）为正弦交流电源正弦交流电源，t=/2, us=0v。 t=/4, us=10v。ooUS=10Vus=10e /0.368v-tttuuuT/2Tous=10sin2tvt(a)(b)(c)oui10v（2）电压源端电压由电源本身决定，与外电路无关；电压源端电压由电源本身决定，与外电路无关； 电压源电流取决于外电路。电压源电流取决于外电路。US=10V R=0 I = P= 短路 R=10 I=1A P=10W R=100 I=0.1A P=1W R= I=0A P=0W 开路电压源不允许短路电压源不允许短路注意I+-USR+U？(3) 电压为零的电压源，伏安曲

12、线与电压为零的电压源，伏安曲线与 i 轴重合，相当于轴重合，相当于 短路状态短路状态。us=0.+-短路3、功率、功率a)电压源是无穷功率源。电压源是无穷功率源。b)电压源在电路中有时也起负载作用。电压源在电路中有时也起负载作用。p=-ui o 负载负载物理意义：电场力做功物理意义：电场力做功 ， 吸收功率。吸收功率。* 实际电压源也不允许短路，因其内阻小，实际电压源也不允许短路，因其内阻小， 若短路，电流若短路，电流 很大，可能烧毁电源。很大，可能烧毁电源。* 一个实际电压源向外电路提供电流时，一个实际电压源向外电路提供电流时， 它的端电压它的端电压 u 总是小于总是小于 uS ，电流越大，

13、电流越大 端电压端电压 u 越小。越小。4、实际电压源实际电压源1）实际电压源模型：由电压源和内阻实际电压源模型：由电压源和内阻RO串联组成。串联组成。i+_uSR0+u_R2）外特性外特性(VAR)u = us iRO 输出电流 i 一定时，RO 越大，输出电压 u 越小。RO 一定时，输出电流 i 越大， 输出电压 u 越小。 Ro: 电源内阻,一般很小。uiouS Roi例例10V计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出10W发出发出-5W吸收吸收5W满足满足: 5R+_i+_+_5VRuVuR5)510(ARuiR155WiuPSV1011010WiuPSV51

14、55WRiPR5152吸收）（发出）(PP2. 伏安特性伏安特性二、二、电流源电流源（ Current Source ）is电路符号电路符号iSii = i siSiu+_iSuio 电流源以电流形式提供电能。电流源以电流形式提供电能。1、定义定义：电流源端电流电流源端电流 i 总保持为某给定的时间函数。总保持为某给定的时间函数。1) 如果时间给定，如果时间给定，is的电流为常数。的电流为常数。3、特点特点 2)电流源端电流由电源本身决定，与外电路无关；电流源端电流由电源本身决定，与外电路无关； 电流源电压取决于外电路。电流源电压取决于外电路。电流源不允许开路电流源不允许开路注意？IiS=1A

15、 R=0 U=0 P= 0 短路 R=10 U=10V P=10W R=100 U=100V P=100W R= U= P= 开路ISR+U3) 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，相当于轴重合，相当于 开路状态开路状态。3、功率、功率（1）电流源是无穷功率源。（2）电流源在电路中有时也起负载作用。.is=0开路. 实际电流源也不允许开路。实际电流源也不允许开路。 因其内阻大，若开路，因其内阻大，若开路，电压电压 很大，可能烧毁电源。很大，可能烧毁电源。 实际电流源向外提供电流时，总小于电流源电流。实际电流源向外提供电流时，总小于电流源电流。4、实际电流源模型：

16、由电流源和内阻实际电流源模型：由电流源和内阻GO并联组成。并联组成。iu+_isGOR电流源的外特性电流源的外特性(VAR) 在实际工作中，电流源较少，如：光电二极管、太阳能电池，稳流源等。i = is uGO 输出电压 u一定时，GO 越大， 输出电流 i 越小。GO 一定时，输出电压 u 越大， 输出电流 i 越小。电流源内电导，一般很小。电流源内电导，一般很小。G0：uioisGoU例例计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出10W发出发出-10W满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）2Ai+_u+_5VAi2Vu5WuiPSA10522WiuPSV10)2(55

17、 电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压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l 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1.7 1.7 受控电源受控电源 ( (非独立源非独立源) )(controlled source or dependent source)(controlled source or dependent source)(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

18、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 ，受控源可分，受控源可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被四种类型：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。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

19、 ( ( 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 ( ( CCVS ) )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，与电路中其它电压、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

20、中起独立源在电路中起“激励激励”作用，在电路中产生电压、电作用，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受控关系，在电路流，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 1.8 1.8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 ( Kirchhoff( Kirchhoffs Laws )s 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 ( ( KCL ) )和基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电压定律( ( KVL ) )。它反。

21、它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本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本定律。基尔规律，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电路分析的基础。霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。1. 1. 几个名词几个名词电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点称三条或三条以上支路的连接点称为节点。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

22、点节点 (node)(node)b=5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+_uS2R2R3123(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

23、：例例 在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出或流入该在集总参数电路中，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。结点电流的代数和等于零。 mkti10)( 出出入入 iior 流进的电流进的电流等于流流等于流出的电流出的电流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 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包可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面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

24、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；（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。（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。 升升降降 uuor I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U