电路第一章教案

1、第一章第一章 基尔霍夫定律和电阻元件基尔霍夫定律和电阻元件基基 本本 要要 求求(1)掌握理想元件、电路模型、参考方向及关联参考掌握理想元件、电路模型、参考方向及关联参考方向等概念；方向等概念；(2)深刻理解电压、电流、功率等物理量的意义和各深刻理解电压、电流、功率等物理量的意义和各量之间的关系；量之间的关系；(3)牢固掌握和熟练应用元件牢固掌握和熟练应用元件(电阻、电压源、电流源电阻、电压源、电流源和受控源和受控源)的伏安关系和基尔霍夫电压定律及电流的伏安关系和基尔霍夫电压定律及电流定律；定律；学习难点学习难点: :1）电压电流的实际方向和参考方向的）电压电流的实际方向和参考方向的联系和区别

2、联系和区别;2）电路功率的计算）电路功率的计算;3) 独立电源与受控电源的联系和区别，独立电源与受控电源的联系和区别，识别受控源的类型。识别受控源的类型。本章内容是所有章节的基础，学习时要本章内容是所有章节的基础，学习时要1 1 1 1 电路和电路模型电路和电路模型 一. 什么是电路？若干个电气设备或器件按照一定方式组合起来，构成电流的通路，叫做电路(circuit)。 电路也称为电网络或网络(network)二. 实际电路举例1. 照明电路 电源电源负载负载中间控制环节中间控制环节2. 电力系统3. 收音机信号源信号源负载负载三. 电路模型(circuit model)电路模型电路模型：由由

3、理想元件构成的电路。便于用数学的方法分析电路和设计电路。 理想元件理想元件(element)：在一定条件下能足够准确地反映实际部件（component）主要电磁性能的抽象模型。实际通电螺线管实际通电螺线管具体物理过程具体物理过程 1. 1. 发热（能量损耗）发热（能量损耗） 2. 2. 磁场储能磁场储能 3. 3. 电场储能电场储能 理想元件及参数理想元件及参数电阻元件电阻元件(resistor)：电容元件电容元件(capacitor)：电容电容C (capacitance):反映反映电场储能电场储能性质的电路参数性质的电路参数电感元件电感元件(inductor)：电感电感L (inducta

4、nce): :反映反映磁场储能磁场储能性质的电路参数性质的电路参数电阻电阻R (resistance):反映反映能量损耗能量损耗的电路参数的电路参数四. 集中参数电路 (lumped circuit)判断：判断：电路的部件及电路的各向几何尺寸 电路工作频率对应的波长处理：处理：认为能量损耗、电场储能、磁场储能 分别集中在电阻元件、电容元件、电 感元件中进行1010cf集中的电阻、电容和电感等二端元件中的电流集中的电阻、电容和电感等二端元件中的电流及其端电压，在任一瞬时，具有完全确定的数及其端电压，在任一瞬时，具有完全确定的数值（即为时间的单值函数）。集中参数电路中值（即为时间的单值函数）。集中

5、参数电路中任意两点间的电压数值，在任一瞬时，也是任意两点间的电压数值，在任一瞬时，也是完全确定的。完全确定的。 同一个实际电路的器件，在不同工作条件下可以抽象成不同形式的集中参数电路模型一个实际线圈的理想化模型 R L R 线圈的低频模型线圈的直流模型C L R 线圈的高频模型对实际工程问题的解决通常需要对实际工程问题的解决通常需要4个步骤：个步骤：1. 对实际器件电磁特性和实际电路功能的分析2. 问题建模3. 模型分析4. 将分析结果用于解决实际问题1 1 2 2 电流与电压的参考方向电流与电压的参考方向 l电流的定义及其参考方向电流的定义及其参考方向 dtdqi 单位：单位：A（安）（安）

6、方向：正电荷运动的方向方向：正电荷运动的方向实际方向实际方向大小：单位时间通过导体截面的电荷数大小：单位时间通过导体截面的电荷数参考方向参考方向假设的电流方向，可以假设的电流方向，可以随意随意规定；但是一经规定，规定；但是一经规定，在计算过程中便不得随意改变。在计算过程中便不得随意改变。 在规定的参考方向下，计算后若在规定的参考方向下，计算后若 I0 参考方向与实际方向一致参考方向与实际方向一致 I0 参考方向与实际方向一致参考方向与实际方向一致 u Y 7135 . 125 . 121RAI1471326 例例2. 求解等效电阻求解等效电阻R解：解：Y 1 1 5 5 独独 立立 源源l激励

7、激励（excitation）：l响应响应（response）：）： 由信号源由信号源输入输入电路的信号或由电源电路的信号或由电源输入输入电路电路的电压或电流。的电压或电流。经过电路传输或处理后经过电路传输或处理后输出输出的信号。的信号。一一. .基本概念基本概念l激励源又称为激励源又称为 独立源独立源(independent source)l独立源独立源独立电压源（电压激励）独立电压源（电压激励）独立电流源（电流激励）独立电流源（电流激励）二二. . 电压源电压源是一个二端元件，其端电压总能保持定值或一是一个二端元件，其端电压总能保持定值或一定的时间函数，在任意瞬时与其端电流无关。定的时间函数

8、，在任意瞬时与其端电流无关。u(t)us (t)与端电流与端电流i(t)无关无关 i(t)由外部电路决定由外部电路决定u 直流电压源：输出电压为一恒定数值。直流电压源：输出电压为一恒定数值。u 交流电压源：输出电压为确定的时间函数表达式交流电压源：输出电压为确定的时间函数表达式 （幅值、频率、初相角都不变）。（幅值、频率、初相角都不变）。u如果电压源的电压为零，它相当于如果电压源的电压为零，它相当于短路短路导线。导线。各种稳压电源设备等可以近似认为是电压源。各种稳压电源设备等可以近似认为是电压源。 三三. .电流源电流源是一个二端元件，其端电流总能保持定值或一是一个二端元件，其端电流总能保持定

9、值或一定的时间函数，在任意瞬时与其端电压无关。定的时间函数，在任意瞬时与其端电压无关。i(t) is(t) 与端电压与端电压u(t)无关无关 u(t)由外部电路决定由外部电路决定u 直流电流源：输出电流为一恒定数值。直流电流源：输出电流为一恒定数值。u 交流电流源：输出电流为确定的时间函数表达式交流电流源：输出电流为确定的时间函数表达式 （幅值、频率、初相角都不变）。（幅值、频率、初相角都不变）。u如果电流源的电流为零，它相当于如果电流源的电流为零，它相当于开路开路导线。导线。 光电池、太阳能发电厂、电子电路中的恒流源光电池、太阳能发电厂、电子电路中的恒流源电路、各种恒流源设备等可以近似认为是

10、电流源电路、各种恒流源设备等可以近似认为是电流源 例例1. 求解下图电路中的电流、电压，并验证功率求解下图电路中的电流、电压，并验证功率 平衡平衡1）10VU 105A2I 电压源电压源发出发出的功率：的功率：10 (52)30WsUP电流源电流源发出发出的功率：的功率：10 220WsIP 电阻电阻吸收吸收的功率：的功率：10 550WRP 2AI 2 24VU 电压源电压源发出发出的功率：的功率：10220WsUP 电流源电流源发出发出的功率：的功率：(410) 212WsIP 电阻电阻吸收吸收的功率：的功率：4 28WRP 2）+-例例2. 求解下图电路中的电流、电压求解下图电路中的电流

11、、电压1）242V22U 21A63I 1112AI 344A363I 468V3U 2）16 4832VU 1 6 受受 控控 源源 受控源的电压受控源的电压(或电流或电流)依赖于依赖于电路中电路中另一支路另一支路的电压或电流。的电压或电流。 只要电路中有一个支路的电压只要电路中有一个支路的电压(或电流或电流)受另一受另一个支路的电压或电流控制，这个支路的电压或电流控制，这两个支路两个支路就构成一个就构成一个受控源。受控源。 电压控电压源电压控电压源 （voltage-controlled voltage source ） 电压控电流源电压控电流源 （voltage-controlled c

12、urrent source ） 电流控电流源电流控电流源 （current-controlled current source ） 电流控电压源电流控电压源 （current-controlled voltage source ）根据控制变量和受控变量的不同组合，受控源可分为根据控制变量和受控变量的不同组合，受控源可分为 ：1.电压控电压源电压控电压源 VCVSu2 = u1电压放大倍数电压放大倍数 无量纲无量纲2.电压控电流源电压控电流源 VCCSi2 = gm u1gm 转移电导转移电导 具有电导的量纲具有电导的量纲 3.电流控电流源电流控电流源 CCCS i2 = i1 电流放大倍数电流

13、放大倍数 无量纲无量纲4.电流控电压源电流控电压源 CCVSu2 = rm i1rm 转移电阻转移电阻 具有电阻的量纲具有电阻的量纲 系数系数 、 、 gm、 rm 为为常数常数时，为线性受控源；时，为线性受控源；否则，称为非线性受控源否则，称为非线性受控源特例：特例：控制变量为零时，受控变量一定为零，此时，控制变量为零时，受控变量一定为零，此时，若是若是受控电压源受控电压源则相当于一个则相当于一个短路短路元件元件；若是若是受控电流源受控电流源则相当于一个则相当于一个开路开路元件元件。 注意：注意：1. 受控源并不是真正的电源，受控源并不是真正的电源，受控电压源的电压和受控电压源的电压和受控电

14、流源的电流均受另一支路的电压或电流受控电流源的电流均受另一支路的电压或电流（即控制变量）的控制（即控制变量）的控制;2. 受控源不能起激励的作用，受控源不能起激励的作用，没有独立源受控源无没有独立源受控源无法工作。法工作。3. 对含有受控源的线性电路，仍遵循对含有受控源的线性电路，仍遵循KCL，KVL定定律。律。受控源是电子线路中一些具有控制特性的受控源是电子线路中一些具有控制特性的元器件的理想化模型元器件的理想化模型bcii 例例1 求图示电路中各支路电流和各电源发出的功率。求图示电路中各支路电流和各电源发出的功率。解：解：1) 由由KVL可得可得050101011 iiA5 . 4212 iiA5 . 21 i3) 2A电流源电流源发出发出的功率的功率12 (5 210 )70W1 1Pi 4) 50V电压源电压源发出发出的功率的功率2150125WPi 2) 由由KCL可得可得6) 受控源受控源发出发出的功率的功率31 21025 4.5112.5WPi