电路模型和电路定律

1、第1章 电路模型和电路定律,1.1 电路和电路模型 1.2 电流和电压的参考方向 1.3 功率和能量 1.4 电阻元件 1.5 电压源和电流源 1.6 受控源 1.7 基尔霍夫定律,目 录,重点与难点：,重点： 1、电压、电流的参考方向及关联参考方向； 2、元件的功率计算； 3、元件的伏安关系； 4、基尔霍夫定律。 难点： 1、功率的分析； 2、受控源的含义，受控源与独立源的区别； 3、基尔霍夫定律应用。,1.1 电路与电路模型,电路的组成,电源：产生电能或提供电信号,负载：消耗电能或取用电信号,中间环节：对电能或电信号进行控制、分配、处理等,1.1 电路与电路模型,电路的作用：,进行能量的转

2、换和传输（强电）,进行信号的处理和传递（弱电）,进行信息的存储,1.1 电路与电路模型,1.1 电路与电路模型,电 路 模 型,可以表征或近似表示一个实际器件 （或电路）中所有的主要物理现象,电路模型可以通过理想的电路元件相互 联接而成,理想电路元件具有精确的数字定义,1.1 电路与电路模型,理想电路元件,电阻元件R,电感元件L,电容元件C,无源元件,消耗电能,存储电场能量,存储磁场能量,1.1 电路与电路模型,理想电路元件,电压源,电流源,有源元件,独立电源,1.1 电路与电路模型,“集中假设”及集中电路,例: 电感线圈,元件及电路各方向的尺寸远远小于电路周围的电磁波波长,直流,低频,高频,

3、不同的工作条件下，实际器件可以用不同的电路模型来组 合表示：,1.2 电流和电压的参考方向,电 流,直流电流：I,量纲：安培（A）,电流 - 瞬时值,1kA=103A ；1mA=10-3A；1A=10-6A,1.2 电流和电压的参考方向,电 流,标定方式：在连接导线上用箭头表示,约定：,是一种任意选定的方向,电流的参考方向,当i0时参考方向与实际方向一致,当i0时参考方向与实际方向相反,或在不引起歧义的情况下：iAB,1.2 电流和电压的参考方向,电压 (端电压、电压降、电位差),直流电压：UAB,量纲：伏特（V）,电压 - 瞬时值,1kV=103V ；1mV=10-3V；1V=10-6V,1

4、.2 电流和电压的参考方向,电 压,标定方式：,约定：,是一种任意选定的方向,电压的参考方向,当u0时参考方向与实际方向一致,当u0时参考方向与实际方向相反,“+”为高电位端、“”为低电位端,或：uAB,1.2 电流和电压的参考方向,电 压与电流的关联参考方向,电流与电压的参考方向一致则称为关联参考方向， 反之则为非关联参考方向,1.2 电流和电压的参考方向,电 压与电流的关联参考方向,强调：关联参考方向一定是针对一段电路而言,1.3 功率和能量,功 率,当p0时，吸收功率,量纲：瓦特（W）, 1kW=103W,在关联参考方向下瞬时功率：,当p0时，发出功率,若u(t)与i(t)在非关联参考方

5、向下：,1.3 功率和能量,直流功率的计算,1.3 功率和能量,直流功率的计算,解：,（吸收功率）,1.3 功率和能量,能 量,电路从0到t时刻所吸收的电能为：,单位：焦耳 (J),1.4 电阻元件,电 阻 元 件,若一个二端元件的电压与电流之间的关系可以 用i-u平面上的一条曲线表征时称之为电阻,过原点的直线称为线性电阻,隧道二极管为非线性电阻,1.4 电阻元件,金属膜电阻器 METAL FILM FIXED RESISTOR（MF TYPE）,金属氧化物电阻器 METAL OXIDE FILM RESISTOR(MOF TYPE),碳膜电阻器 CARBON FILM FIXED RESIS

6、TOR,熔断涂覆电阻器 FUSIBLE FILM RESISTOR,线绕涂覆电阻器 WIRE WOUND RESISTOR(KNP TYPE),绕涂覆电阻器 WIRE WOUND RESISTOR(KNH TYPE),1.4 电阻元件,线 性 电 阻,（关联）,量纲：欧姆（）,1k =103 ,1.4 电阻元件,欧 姆 定 律,1.4 电阻元件,欧 姆 定 律的另一种形式,; G: 电导,量纲：西门子（S）,1.4 电阻元件,电阻功率的计算, 电阻元件始终不发出功率,1.5 电压源和电流源,独 立 电 源,指电源输出的电压（电流）仅由独立电源本身性质决定, 与电路中其余部分的电压（电流）无关,

7、电压源,电流源,1.5 电压源和电流源,独 立 电 源,1.5 电压源和电流源,电 压 源,若一个二端元件输出电压恒定则称为理想电压源,电路符号,理 想 电 压 源,1.5 电压源和电流源,直流稳压电源,1.5 电压源和电流源,基本性质,理 想 电 压 源,输出电压恒定，和外电路无关,其流过的电流由外电路决定,1.5 电压源和电流源,伏安曲线,理 想 电 压 源,1.5 电压源和电流源,若一个二端元件所输出的电压随流过它的电流 变化而变化就称为实际电流源,电路模型,实 际 电 压 源,1.5 电压源和电流源,伏安曲线,实 际 电 压 源,1.5 电压源和电流源,三种工作状态,实 际 电 压 源

8、,加载:,？能否短路,1.5 电压源和电流源,电 流 源,若一个二端元件输出电流恒定则称为理想电流源,电路符号,理 想 电 流 源,1.5 电压源和电流源,基本性质,理 想 电 流 源,输出电流恒定，和外电路无关,其两端电压由外电路决定,1.5 电压源和电流源,伏安曲线,理 想 电 流 源,1.5 电压源和电流源,若一个二端元件所输出的电流随其端电压变化 而变化称为实际电流源,电路模型,实 际 电 流 源,1.5 电压源和电流源,伏安曲线,实 际 电 流 源,1.5 电压源和电流源,三种工作状态,实 际 电 流 源,加载:,短路:,开路:,？能否开路,1.5 电压源和电流源,电压源和电流源,实

9、际应用中，电压源不允许短路,实际应用中，电流源不允许开路,1.6 受控源,受 控 源,若一个电源的输出电压（电流）受到电路中其 它支路的电压（电流）控制时，称为受控源,由两条支路构成,1-1支路控制支路,2-2支路被控支路,1.6 受控源,受 控 源的分类,电压控制电压源（VCVS）,(无量纲) 电压放大倍数,1.6 受控源,受 控 源的分类,电流控制电压源（CCVS）, 电阻量纲,1.6 受控源,受 控 源的分类,电压控制电流源（VCCS）, 电导量纲,1.6 受控源,受 控 源的分类,电流控制电流源（CCCS）,(无量纲) 电流放大倍数,1.6 受控源,注意！,受控源具有电源与电阻的二重性

10、,输出量的性质由电路符号判断,1.6 受控源,受控电压源与独立电压源比较：输出电压类似 受控电流源与独立电流源比较：输出电流类似,独立源：可作为电路“激励”，产生“响应” 受控源：只能反映两条支路之间的耦合、变换、 放大等关系,受控源与独立源比较,1.7 基尔霍夫定律,电路联接的两种约束,元件性质约束,联接方式约束（拓扑约束）,1.7 基尔霍夫定律,几 个 常 用 名 词,支路：任意一个二端元件构成一条支路,节点：三条或三条以上支路的联接点,回路：电路中的任一闭合路径 （表示）,网孔：当回路中不包括其他支路时称为网孔,网络：复杂电路,1.7 基尔霍夫定律,基 尔 霍 夫 电 流 定 律,定律：任一时刻，流入电路中任一节点的电流 代数和恒为零:,约定：流入取负，流出取正,1.7 基尔霍夫定律,基 尔 霍 夫 电 流 定 律,物理实质：电荷的连续性原理,推广：节点封闭面（广义节点）,例：已知i1、i2求i3,1.7 基尔霍夫定律,基