电路基础-第1章 电路的基本概念

1、BUCT11.1.电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向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 重点重点：第一章第一章 电路的基本概念电路的基本概念（ basic concepts of circuit )BUCT21.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型1.2 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量1.3 1.3 电功率和电能量电功率和电能量1.4 1.4 无源二端元件无源二端元件1.5 1.5 有源二端元件有源二端元件1.6 1.6 受控源受控源1.7 1.7 运算放大器运算放大器第一章第一章 电路的基本概念电路的基本概念 BUCT33 3 负载负

2、载 电路电路是为了传输、转换电能或传递、处理信号，由一些是为了传输、转换电能或传递、处理信号，由一些电气设备或元件按一定方式联结起来的电流通路。电气设备或元件按一定方式联结起来的电流通路。1 1 电源电源一、电路的作用与组成一、电路的作用与组成 1 1）. .电能的传输与转换（电力系统）电能的传输与转换（电力系统）发电机发电机升压升压变压器变压器输电线输电线降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机2 2 中间环节中间环节1 1、电路的作用：、电路的作用：1.1 1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model) )BUCT4 2 2）. .信号的传递与处理信号的传递与处理放放大大器器话筒话筒

3、扬声器扬声器信号源信号源负载负载2 2、电路的组成：、电路的组成：1 1）电源电源( (source) ) ：提供能量或信号（提供能量或信号（如：电池、发电机、信号源如：电池、发电机、信号源）；）；2 2）连接导线连接导线( (line) ) ：联通电路，输送电能；联通电路，输送电能；3 3）负载负载( (load) )：将电量转换为非电量（将电量转换为非电量（如：电机、电灯、扬声器如：电机、电灯、扬声器）。）。1 1、电路的作用：、电路的作用：BUCT5二、电路的模型二、电路的模型（ circuit model）i当有电流通过时：当有电流通过时：L 实际的电路元件或器件其电实际的电路元件或器

4、件其电磁性质是很复杂的。磁性质是很复杂的。例如：例如：白炽灯白炽灯 ( lamp )电压电压电场电场储存电场能量储存电场能量 CC电流电流磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量LBUCT6二、电路的模型二、电路的模型iiRR LC工程上，为了简化计算，常忽略实际部件的次要因素工程上，为了简化计算，常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，而把它看成而突出其主要电磁性质，而把它看成理想电路元件理想电路元件。BUCT7构造手电筒的电路模型BUCT8电源电源负载负载连接导线连接导线电路实体电路实体SUSR电路模型电路模型用用理想电路元件理想电路元件组成的电路，组成的电路，称为实际电路的称为实际电路的电

5、路模型电路模型。二、电路的模型二、电路的模型BUCT9电压电压 u(t)、 电流电流i(t) 、功率、功率p(t) 等。等。 一、电路分析的基本变量一、电路分析的基本变量1.2 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量currentvoltage电路分析电路分析: :+10V4A6 +4 已知已知电路的结构和元件参数电路的结构和元件参数确定确定各部分电压和电流。各部分电压和电流。激励激励和和响应响应的概念的概念: :激励：激励：电路中的电源。电路中的电源。响应：响应：电源作用下，电路各部分电压电流。电源作用下，电路各部分电压电流。BUCT10、电流、电流（安培安培）: :直流电流（恒定电流）（

6、直流电流（恒定电流）（）用用 表示。表示。交流电流（）交流电流（） 用用 i 表示表示2 2、电压与电位、电压与电位（伏特）（伏特） : :电压：是两点间的电位差电压：是两点间的电位差电位：某点到参考点的电压。电位：某点到参考点的电压。BAABVVU+10V4A6 4 AVBVABUdirect currentalternating currentBUCT11_+_US1US2R1R2R5R3R4IS+10V120 BUCT12元件元件( (导线导线) )中电流流动的实际方向有两种可能。中电流流动的实际方向有两种可能。 参考方向：参考方向：任意假定一个方向即为电流的参考方向。任意假定一个方向即

7、为电流的参考方向。、电流的参考方向、电流的参考方向二、电流和电压的参考方向二、电流和电压的参考方向(reference direction)i 0i 0参考方向参考方向u+实际方向实际方向AB元件元件+ + u 0BUCT14电压参考方向的三种表示方式：(1) 用箭头表示：(2) 用正负极性表示：(3) 用双下标表示：u+uABuABSUSREBUCT15 元件的 u，i 通常采用相一致的参考方向，称之为关联参考方向。3. 关联参考方向+iu关联关联参考方向参考方向+iu非关联非关联参考方向参考方向BUCT16元件元件1 1元件元件2 2元件元件3 3+ ii1i2试判断下图中的三个元件试判断

8、下图中的三个元件, ,哪个是关联参考方向哪个是关联参考方向? ?BUCT171.3 1.3 电功率和电能量电功率和电能量 ( (power) )一、一、电功率：电功率：单位时间内电场力所做的功。单位时间内电场力所做的功。功率的单位：功率的单位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)能量的单位：能量的单位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳)BUCT18二、二、功率的计算和判断功率的计算和判断u、 i 关联参考方向关联参考方向P0 吸收吸收正正功率功率 (实际吸收实际吸收)P0 吸收吸收负负功率功率 (实际发出实际发出)p = ui 表示元件吸收的功率表示元件吸收的功率吸吸+iu元元件件B

9、UCT19功率计算实例功率计算实例P=87=56W消耗功率的电路器件：消耗功率的电路器件： 电阻（灯泡等）：电能电阻（灯泡等）：电能热能热能 电动机：电能电动机：电能动能动能P= -87= -56W释放功率的电路器件：释放功率的电路器件： 电电 池：化学能池：化学能电能电能 发电机：机械能发电机：机械能电能电能 上述功率计算不仅适用于元件，也适用于任意二端网络。上述功率计算不仅适用于元件，也适用于任意二端网络。 电阻元件在电路中总是消耗电阻元件在电路中总是消耗( (吸收吸收) )功率，而电源在电路中可功率，而电源在电路中可能吸收，也可能发出功率。能吸收，也可能发出功率。AB7A+8VAB7A+

10、8VBUCT20理想电路元件理想电路元件( ideal circuit elements） 理想理想电路元件电路元件理想理想电源元件电源元件理想理想无源元件无源元件理理想想电电压压源源理理想想电电流流源源电电阻阻R电电感感L电电容容CBUCT211) 电阻的外形图电阻的外形图potentiometersSurface mounted一、一、电阻元件电阻元件 ( resistor )1.4 1.4 无源二端元件无源二端元件BUCT222). 符号符号电压与电流的参考方向设定为电压与电流的参考方向设定为 关联关联参考方向时：参考方向时：RRiu+3). 欧姆定律欧姆定律 (Ohms Law)u R

11、 i若为若为非非关联参考方向关联参考方向, , 则则u R i 公式必须和参考方向配套使用！公式必须和参考方向配套使用！BUCT23令令 G 1/RG 称为称为电导电导电导的单位：电导的单位： S (西西) (Siemens，西门子，西门子) 线性电阻的伏安特性曲线线性电阻的伏安特性曲线: : R tg 线性电阻线性电阻R 是一个与电压和电流无关的常数。是一个与电压和电流无关的常数。 ui0线性电阻元件的伏安特性为线性电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线一条过原点的直线则则 欧姆定律可表示为欧姆定律可表示为i G u .BUCT24电阻的额定功率与电阻值无关电阻的额定功率与电阻值无关，主要取决

12、于其组成材料、尺，主要取决于其组成材料、尺寸及形状。寸及形状。4). 电阻的功率电阻的功率Riu+p吸吸 ui i2R u2 / R电阻的用途电阻的用途 ?1 1、限制电流；、限制电流；2 2、分压；、分压；3 3、电位器、电位器收音机中调节音量；收音机中调节音量；4 4、与其它元件构成滤波电路、移相电路、与其它元件构成滤波电路、移相电路BUCT25一、一、 理想电压源理想电压源：特点：特点：(a) 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, ,与外电路无关与外电路无关；(b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定通过它的电流是任意的，由外电路决定。直流：直流：US为常数为常数交流：

13、交流： uS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 uS=Umsin t电路符号电路符号: :uS+_i 电源两端电压为电源两端电压为uS，其值与流过它的，其值与流过它的 电流电流 i 无关。无关。USui0ui 关系关系1.5 有源二端元件有源二端元件 ( source )BUCT26例：例：US+RIu若若直流电源电压直流电源电压US=10V， # 对于对于R=1 的负载，则电流的负载，则电流 I=U/R=10/1=10A; # 对于对于R=10 的负载，则电流的负载，则电流 I=U/R=10/10=1A;若交流电源电压为若交流电源电压为220V， #对于对于25W的灯泡，则电流的灯泡，

14、则电流 I=P/U=25/220=0.114A; #对于对于1000W的电炉子，则电流的电炉子，则电流 I=P/U=1000/220=4.55A; (b) (b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。通过它的电流是任意的，由外电路决定。 电压源的两端开路时，电压源的两端开路时， I=0，是允许的；，是允许的；但注意：但注意：电压源不许短路电压源不许短路！BUCT27(a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(b) 电源两端电压是任意的，由外电路决定。直流：iS 为常数交流： iS 是确定的时间函数，如 iS=ImsintiS+_uISui0Vi关系二、二、 理想电流源理想电流源： 电源输出

15、电流为iS，其值与此电源的端电压u 无关。特点：特点：电路符号电路符号: : 电流源的两端短路时，电流源的两端短路时，U=0，是允许的；，是允许的；注意：注意：电流源不许开路电流源不许开路！ 不要把电流源和电流表混淆。不要把电流源和电流表混淆。光电池、光电管光电池、光电管BUCT281、等效电压源和等效电流源、等效电压源和等效电流源三、三、 电压源与电流源的电压源与电流源的等效变换等效变换目的是简化电路目的是简化电路 电压源电压源的串并联的串并联n个电压源的串联，可以用一个电压源等效替代。个电压源的串联，可以用一个电压源等效替代。+_9V3V+_+_12V例：例：串联串联:BUCT29 电流源

16、电流源的串并联的串并联n个电流源的并联可以用一个电流源等效替代个电流源的并联可以用一个电流源等效替代。并联：并联：skssssksiiiiii 21 ,iS1iS2iSkiSBUCT30+_us+_usiSiSBUCT31一个实际电压源，可用一个理想电压源一个实际电压源，可用一个理想电压源uS与一个电阻与一个电阻Rs串联的支路模型来表征其特性。串联的支路模型来表征其特性。 实际电压源模型实际电压源模型uiUSUu=uS Rs iRs: 电源内阻电源内阻,一般很小。一般很小。工作点工作点Ii+_uSRs+u_uS=US时，其时，其外特性曲线如下：外特性曲线如下：RUI RsI当它向外电路提供电流

17、时，它的端电压当它向外电路提供电流时，它的端电压U总是小于总是小于US ，电流越大端电压电流越大端电压U 越小。越小。、实际电源的电路模型及其等效变换、实际电源的电路模型及其等效变换BUCT32工作点工作点 实际电流源模型实际电流源模型一个实际电流源，可用一个电流为一个实际电流源，可用一个电流为 iS 的理想电流源和一个的理想电流源和一个内电导内电导 Gs 并联的模型来表征其特性。并联的模型来表征其特性。uiISUIi=iS Gs uiGs+u_iSiS=IS时，其时，其外特性曲线如下：外特性曲线如下：Gs: 电源内电导电源内电导,一般很小。一般很小。GsUUI0当它向外电路供给电流时，并不是

18、全部流出，其中一部分将在内当它向外电路供给电流时，并不是全部流出，其中一部分将在内部流动，随着端电压的增加，输出电流减小。部流动，随着端电压的增加，输出电流减小。BUCT33电源的等效变换电源的等效变换所谓的等效是指两种电源模型端口的电压、电流在所谓的等效是指两种电源模型端口的电压、电流在转换过程中保持不变。转换过程中保持不变。u = uS Rs ii = iS Gs ui = uS/Rs u/Rs 比较，得等效的条件：比较，得等效的条件： iS=uS/Rs , Gi=1/RsiGs+u_iSi+_uSRs+u_BUCT34(2) 所谓的等效是对外部电路等效，对内部电路是不等效的。所谓的等效是

19、对外部电路等效，对内部电路是不等效的。注意：注意：(3) 理想电压源与理想电流源不能相互转换。理想电压源与理想电流源不能相互转换。方向方向。(1) 变换关系变换关系数值关系数值关系:iGs+u_iSi+_uSRs+u_BUCT35I=0.5AU=20V+_15_+87 7 I6A+_U5 5 10V+_+_U55 2A6A对于串联支路，将电流源变换为电压源后，合并化简；对于串联支路，将电流源变换为电压源后，合并化简；对于并联支路，将电压源变换为电流源后，合并化简；对于并联支路，将电压源变换为电流源后，合并化简；5A3 4 7 2AIBUCT362 6V+_6A2Ai7 2 2 对于对于并联并联支路，支路，将电压源变换为将电压源变换为电流源后，合并电流源后，合并化简。化简。9A2Ai7 1 2 对于对于串联串联支路