華南理工大學(xué)電路課件第一章

第1章電路模型和電路定律電路和電路模型1.1電阻元件1.5電流和電壓的參考方向1.2電壓源和電流源1.6電功率和能量1.3受控電源1.7電路元件1.4基爾霍夫定律1.8首頁本章重點(diǎn)1.電壓、電流的參考方向3.基爾霍夫定律

重點(diǎn)：2.電阻元件和電源元件的特性返回1.1電路和電路模型1.實(shí)際電路功能a能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b信息的傳遞、控制與處理。建立在同一電路理論基礎(chǔ)上。由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。下頁上頁共性返回反映實(shí)際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。2.電路模型導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡電路圖理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件。電路模型下頁上頁返回5種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。5種基本理想電路元件有三個(gè)特征：

（a）只有兩個(gè)端子；

（b）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述；（c）不能被分解為其他元件。下頁上頁注意返回具有相同的主要電磁性能的實(shí)際電路部件，在一定條件下可用同一電路模型表示；同一實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其電路模型可以有不同的形式。下頁上頁例電感線圈的電路模型注意返回1.2電流和電壓的參考方向

電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流的參考方向電流電流強(qiáng)度帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量下頁上頁返回方向規(guī)定正電荷的運(yùn)動方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向單位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導(dǎo)線)中電流流動的實(shí)際方向只有兩種可能:

實(shí)際方向AB實(shí)際方向AB對于復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷。下頁上頁問題返回參考方向大小方向(正負(fù)）電流(代數(shù)量)任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動的方向即為電流的參考方向。i>0i<0實(shí)際方向?qū)嶋H方向電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：下頁上頁i

參考方向ABi

參考方向ABi

參考方向AB表明返回電流參考方向的兩種表示：用箭頭表示：箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较?。用雙下標(biāo)表示：如iAB

,

電流的參考方向由A指向B。下頁上頁i

參考方向ABiABAB返回電壓U

單位2.電壓的參考方向單位正電荷q

從電路中一點(diǎn)移至另一點(diǎn)時(shí)電場力做功（W）的大小。

電位單位正電荷q

從電路中一點(diǎn)移至參考點(diǎn)（＝0）時(shí)電場力做功的大小。

實(shí)際電壓方向

電位真正降低的方向。下頁上頁V(伏)、kV、mV、V返回例已知：4C正電荷由a點(diǎn)均勻移動至b點(diǎn)電場力做功8J，由b點(diǎn)移動到c點(diǎn)電場力做功為12J，若以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，求a、b、c點(diǎn)的電位和電壓Uab、Ubc;若以c點(diǎn)為參考點(diǎn)，再求以上各值。解(1)下頁上頁acb返回acb解(2)下頁上頁結(jié)論電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；參考點(diǎn)一經(jīng)選定，電路中各點(diǎn)的電位值就唯一確定；當(dāng)選擇不同的電位參考點(diǎn)時(shí)，電路中各點(diǎn)電位值將改變，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。返回復(fù)雜電路或交變電路中，兩點(diǎn)間電壓的實(shí)際方向往往不易判別，給實(shí)際電路問題的分析計(jì)算帶來困難。電壓(降)的參考方向U>0參考方向U+–參考方向U+–<0U假設(shè)高電位指向低電位的方向。下頁上頁問題+實(shí)際方向–+實(shí)際方向–返回電壓參考方向的三種表示方式：(1)用箭頭表示：(2)用正負(fù)極性表示(3)用雙下標(biāo)表示UU+ABUAB下頁上頁返回元件荷或支里路的u，i采用旋相同頭的參鞏考方敲向稱餅之為關(guān)聯(lián)參考展方向搜。反之植，稱民為非關(guān)憐聯(lián)參纖考方否向。關(guān)聯(lián)舍參考俱方向非關(guān)恨聯(lián)參奴考方苗向3.關(guān)聯(lián)瓣參考?xì)W方向i+-+-iuu下頁上頁返回分析斧電路暫前必咽須選華定電壓和電流的參侍考方泥向參考仗方向掏一經(jīng)歷選定惰，必紀(jì)須在鴨圖中資相應(yīng)宴位置出標(biāo)注(包括館方向怎和符號)，在計(jì)沫算過撕程中骨不得金任意越改變參考勉方向著不同胳時(shí)，務(wù)其表采達(dá)式甚相差量一負(fù)府號，偏但電狐壓、都電流倒的實(shí)缺際方歌向不薯變。例電壓相電流耽參考成方向酸如圖蓋中所涂標(biāo)，滾問：嬸對A、B兩部紙分電毯路電騎壓電滋流參攀考方陸向關(guān)浪聯(lián)否塑？答：A電壓絮、電駁流參完考方袋向非娃關(guān)聯(lián)對；B電壓釘、電丈流參敬考方典向關(guān)配聯(lián)。下頁上頁注意＋－uBAi返回1.灑3電功日率和換能量1.電功潛率功率胃的單菌位：W(瓦)致(Wa市tt，瓦特)能量瞞的單刺位：J(焦)展(Jo尾ul溪e，焦耳)單位珠時(shí)間象內(nèi)電異場力襪所做娘的功腥。下頁上頁返回2.電路找吸收敘或發(fā)廣出功形率的剃判斷u,i取關(guān)聯(lián)辱參考窯方向P=ui表示元券件吸該收的懲功率P>0吸收真正功宏率(實(shí)際費(fèi)吸收)P<0吸收謙負(fù)功逐率(實(shí)際鞋發(fā)出)P=ui表示窮元件匯發(fā)出畜的功哈率P>0發(fā)出逮正功辟率(實(shí)際階發(fā)出)P<0發(fā)出木負(fù)功湖率(實(shí)際慘吸收)u,i取非關(guān)聯(lián)董參考孫方向下頁上頁+-iu+-iu返回例求圖而示電厘路中祝各方誕框所貪代表紛的元教件吸除收或崇產(chǎn)生既的功子率。下頁上頁已知室：U1=1舍V,U2=-3V，U3=8箱V,U4=-4V清,U5=7鋸V,U6=-3V，I1=2替A,I2=1桌A,，I3=-1A564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－返回解對一射完整電的電牛路，閃滿足惱：發(fā)出掛的功乖率＝估吸收柏的功擾率下頁上頁564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－注意返回下頁上頁1.燃4電路卷元件是電筆路中搞最基糧本的歇組成姑單元叉。1.電路語元件返回5種基本本的添理想多電路陵元件暮：電阻口元件繡：表示址消耗袋電能第的元?jiǎng)蛹姼袐屧儯罕硎旧弋a(chǎn)生么磁場水，儲技存磁腥場能談量的念元件電容儉元件瞧：表示嫩產(chǎn)生犁電場堪，儲觸存電燃場能霧量的襖元件電壓伸源和耽電流渾源：表示報(bào)將其降它形爪式的富能量處轉(zhuǎn)變菌成電能棍的元欄件。注意如果桃表征漿元件埋端子省特性酬的數(shù)顫學(xué)關(guān)嚴(yán)系式避是線抓性關(guān)盒系，豈該元逮件稱色為線兇性元確件，旅否則念稱為防非線部性元鄰件。2.集總舉參數(shù)曲電路由集吹總元榮件構(gòu)粱成的及電路集總皺元件假定樹發(fā)生平的電撐磁過做程都煎集中粉在元井件內(nèi)因部進(jìn)憲行。集總想條件下頁上頁集總閑參數(shù)拘電路羅中u、i可以辟是時(shí)磚間的虜函數(shù)嗽，但哲與空澇間坐點(diǎn)標(biāo)無約關(guān)。門因此憑，任鎖何時(shí)猜刻，勿流入搶兩端寨元件尊一個(gè)群端子屑的電健流等市于從尋另一棕端子光流出篇的電猜流；鮮端子茫間的馳電壓乓為單懸值量給。注意返回下頁上頁例iiz集總脆參數(shù)踐電路+-兩線差傳輸討線的能等效恭電路當(dāng)兩巡壽線傳宴輸線恥的長庭度l與電擾磁波貼的波螺長滿虎足：返回下頁上頁iiz++--分布品參數(shù)擺電路當(dāng)兩廟線傳盒輸線饒的長扛度l與電鄙磁波騎的波唯長滿藍(lán)足：返回1.奧5電阻喉元件2.線性瓶時(shí)不拋?zhàn)冸姁雷柙惣娐穲?jiān)符號R電阻癢元件對電靈流呈薄現(xiàn)阻善力的潮元件翼。其塊特性辭可用u～i平面隨上的紐奉一條鄰曲線率來描促述：iu任何薦時(shí)刻棟端電伏壓與哥電流吼成正絕比的沒電阻脹元件樓。1.定義伏安特性下頁上頁0返回u～i關(guān)系R稱為番電阻努，單嫁位：(Oh闖m)滿足課歐姆齊定律單位G稱為糖電導(dǎo)赤，單料位：S(Si億em顯en窩s)u、i取關(guān)鴉聯(lián)參簡考方凱向下頁上頁伏安淚特性忠為一概條過鑼原點(diǎn)芝的直分線ui0Rui+－返回如電剝阻上求的電袍壓與擇電流剛參考眾方向另非關(guān)扒聯(lián)，傍公式竭中應(yīng)惠冠以岡負(fù)號濃；說明耳線性防電阻姻是無贊記憶路、雙泛向性蒙的元?jiǎng)澕?。歐姆絕定律只適鮮用于頸線性金電阻(R為常牽數(shù)）；則歐樣姆定良律寫戚為u新–R怨i哄i功–G賺u公式孕和參淋考方松向必礙須配對套使桃用！下頁上頁注意Rui-+返回3.功率隔和能應(yīng)量電阻妥元件紙?jiān)谌嗡幒螘r(shí)療刻總庭是消水耗功辰率的蜓。pu結(jié)i步(–R舊i)緣瑞i–i2R-u2/屈Rpu度ii2Ru2/粗R功率Rui+-下頁上頁表明Rui-+返回ui從t0到t電阻閣消耗仿的能家量：4.電阻此的開榜路與聰短路能量短路開路ui下頁上頁Riu+–u+–i00返回下頁上頁實(shí)際湖電阻碑器返回1.乎6電壓盆源和抬電流設(shè)源電路哀符號1.理想積電壓鏈源定義i+_下頁上頁其兩舊端電燦壓總騾能保膊持定充值或棒一定浪的時(shí)末間函夢數(shù)，刑其值厭與流肥過它終的電汗流i無關(guān)蘋的元捆件叫枕理想慘電壓嘩源。返回電源拍兩端物電壓域由電舅源本幕身決懂定，督與外柄電路挺無關(guān)逢；與互流經(jīng)贈它的顯電流惠方向稿、大翁小無懸關(guān)。通過裂電壓艘源的斷電流異由電近源及丑外電看路共尾同決務(wù)定。理想凝電壓井源的言電壓銜、電川流關(guān)山系ui直流繳電壓紋源的護(hù)伏安充關(guān)系下頁上頁例Ri-+外電得路電壓穿源不臉能短愧路！0返回電壓物源的陣功率電壓股、電突流參講考方孫向非床關(guān)聯(lián)腳；+_iu+_電流告（正盯電荷炮）冊由低腸電位素向高污電位蕉移動師，外坡力克柏服電妄場力急作功印，電霉源發(fā)角出功枝率。發(fā)出根功率殿，起夫電源允作用物理哭意義廚：下頁上頁+_iu+_電壓掀、電拔流參按考方電向關(guān)信聯(lián)；物理騙意義辭：電場婚力做倡功，雕電源門吸收寧功率吸收前功率聚，充頓當(dāng)負(fù)陽載返回例計(jì)算家圖示具電路克各元幫件的淚功率解發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）下頁上頁i+_+_10V5V-+返回其輸掘出電釘流總坑能保興持定曬值或繡一定芹的時(shí)間竿函數(shù)缺，其濁值與伍它的艘兩端沸電壓u無關(guān)蝦的元候件叫甲理想書電流鴿源。電路史符號2.理想滑電流雜源定義u+_下頁上頁理想貿(mào)電流戴源的咐電壓墻、電叉流關(guān)肚系電流逃源的攏輸出杠電流瓣由電守源本王身決苗定，胳與外嗚電路冬無關(guān)魄；與蛋它兩安端電泄壓方粥向、撿大小剃無關(guān)填。返回電流耍源兩察端的隱電壓疑由電割源及末外電這路共擋同決敵定。ui直流專電流你源的誘伏安那關(guān)系下頁上頁0例Ru-+外電充路電流若源不侮能開倘路！返回可由控穩(wěn)流羊電子傲設(shè)備寧產(chǎn)生班，如貴晶體螞管的炎集電宿極電逐流與袋負(fù)載木無關(guān)雷；光另電池招在一堵定光考線照省射下去光電亂子被畏激發(fā)屯產(chǎn)生劣一定王值的誕電流摧等。下頁上頁實(shí)際閃電流邪源的斧產(chǎn)生竄：電流權(quán)源的鬼功率u+_電壓商、電突流的襖參考咽方向滲非關(guān)踢聯(lián)；發(fā)出豎功率關(guān)，起桶電源腐作用電壓丹、電啄流的告參考蹤蝶方向齊關(guān)聯(lián)雁；u+_吸收竹功率敢，充掙當(dāng)負(fù)謝載返回例計(jì)算的圖示燭電路韻各元仇件的腰功率解發(fā)出發(fā)出滿足：P（發(fā)犬）＝P（吸傲）下頁上頁u2Ai+_5V-+返回實(shí)際骨電源干電池鈕扣電池1.干電栽池和民鈕扣閣電池喉（化爸學(xué)電較源）干電蘭池電孫動勢1.卻5V，僅封取決旅于（遙糊狀乖）化風(fēng)學(xué)材胞料，清其大惠小決織定儲掘存的嚼能量吃，化諒學(xué)反籃應(yīng)不度可逆掃。鈕扣繭電池咽電動圣勢1.假35V，用倡固體趁化學(xué)基材料聰，化翁學(xué)反炮應(yīng)不污可逆聰。下頁上頁返回氫氧燃料電池示意圖2.燃料設(shè)電池叢（化統(tǒng)學(xué)電牙源）電池哭電動刺勢1.傭23眾V。以稈氫、角氧作舍為燃糊料。偷約40扇-4拖5%的化春學(xué)能湯轉(zhuǎn)變佛為電呆能。狐實(shí)驗(yàn)?zāi)箅A段堂加燃聰料可顯繼續(xù)企工作讓。下頁上頁返回3.太陽帥能電鑰池（海光能穩(wěn)電源他）一塊怒太陽橋能電此池電攀動勢0.蘭6V。太樣陽光旬照射召到P-豬N結(jié)上承，形涼成一戶個(gè)從N區(qū)流之向P區(qū)的禽電流胞。約11喚%的光傅能轉(zhuǎn)布變?yōu)樽陔娔軆r(jià)，故隱常用障太陽銳能電轎池板蝦。一個(gè)50東cm2太陽駕能電室池的葉電動扎勢0.放6V舒,電流0.貌1A太陽能電池示意圖太陽笛能電雀池板下頁上頁返回蓄電池示意圖4.蓄電祖池（輛化學(xué)紐奉電源萄）電池掛電動燈勢2V。使苗用時(shí)障，電蹲池放教電，首當(dāng)電報(bào)解液藝濃度嘗小于蝦一定枯值時(shí)境，電福動勢窮低于2V，常隸要充障電，怕化學(xué)家反應(yīng)盯可逆熟。下頁上頁返回直流志穩(wěn)壓后源變頻砌器頻率趟計(jì)函數(shù)剪發(fā)生聽器下頁上頁返回發(fā)電濫機(jī)組下頁上頁返回草原嗓上的柜風(fēng)力搜發(fā)電下頁上頁返回1.慨7受控帳電源(非獨(dú)該立源)電路掀符號+–受控槽電壓魚源1.定義受控宵電流土源電壓思或電劑流的貝大小攜和方率向不漢是給派定的于時(shí)間賞函數(shù)墻，而宋是受性電路猾中某袍個(gè)地尋方的脫電壓(或電碑流)控制底的電縫源，枝稱受護(hù)控源物。下頁上頁返回電流輕控制緩的電葵流源(庫CC謊CS柴):電流秘放大形倍數(shù)根據(jù)孤控制毀量和膝被控捐制量妙是電喇壓u或電困流i，受頌控源可分四種血類型午：當(dāng)被眾控制切量是廳電壓時(shí)，用受紙控電拘壓源表壤示；賴當(dāng)被蠶控制景量是臭電流時(shí)，用受聰控電涉流源城表示贏。2.分類四端永元件輸出孩：受漏控部程分輸入奇：控津制部積分下頁上頁b

i1+_u2i2_u1i1+返回g:轉(zhuǎn)移蘇電導(dǎo)電壓錄控制懼的電食流源(VC并CS)電壓消控制完的電港壓源(VC餃VS):電壓去放大凝倍數(shù)gu1+_u2i2_u1i1+下頁上頁i1u1+_u2i2_u1++_返回電流概控制倦的電張壓源(CC捎VS)r:轉(zhuǎn)移米電阻例電路光模型ibicib下頁上頁ri1+_u2i2_u1i1++_返回3.受控拍源與窗獨(dú)立公源的返比較獨(dú)立耗源電鐘壓(或電訪流)由電鳳源本甘身決等定，贊與電分路中原其它樸電壓浮、電堅(jiān)流無枯關(guān)，雷而受看控源感電壓(或電悟流)由控診制量伴決定栗。獨(dú)立據(jù)源在脫電路嬌中起井“激昂勵(lì)”閥作用講，在列電路舟中產(chǎn)衫生電戰(zhàn)壓、悲電流岔，而族受控扶源是仗反映晃電路碰中某枯處的且電壓演或電箭流對奔另一唉處的電壓娛或電貿(mào)流的控聽制關(guān)版系，白在電蓮路中灑不能釣作為濾“激好勵(lì)”著。下頁上頁返回例求：歇電壓u2解5i1+_u2_i1++-3u1=6V下頁上頁返回1.哥8基爾挪霍夫則定律基爾鉆霍夫妻定律柜包括我基爾圈霍夫呢電流死定律（KC書L）和基購爾霍維夫電廊壓定殖律(KV上L)。它反且映了摸電路竭中所京有支制路電竹壓和耀電流到所遵曉循的尚基本脂規(guī)律屬，是泥分析箏集總沈參數(shù)側(cè)電路建的基樂本定慢律。楚基爾毯霍夫起定律妙與元完件特濕性構(gòu)用成了汗電路攏分析駝的基守礎(chǔ)。下頁上頁返回1.幾個(gè)素名詞電路輔中通冠過同療一電癢流的灑分支。元件的連列接點(diǎn)社稱為筒結(jié)點(diǎn)訊。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3支路電路菊中每般一個(gè)堤兩端黑元件委就叫繭一條技支路仙。i3i2i1結(jié)點(diǎn)b=5下頁上頁或三條霸以上紙支路犯的連鋒接點(diǎn)臭稱為喂結(jié)點(diǎn)馳。n=2注意兩種酒定義軋分別收用在刷不同戚的場立合。返回由支均路組愚成的擺閉合筑路徑。兩結(jié)劫點(diǎn)間藥的一椒條通養(yǎng)路。瓣由支贈路構(gòu)刷成對平面羨電路，其券內(nèi)部車不含憐任何凝支路盒的回離路稱抹網(wǎng)孔屈。l=3123路徑回路網(wǎng)孔網(wǎng)孔將是回伐路，孤但回隙路不李一定線是網(wǎng)略孔。下頁上頁+_R1uS1+_uS2R2R3注意返回2.基爾作霍夫趕電流腰定律(K塔CL快)令流瓣出為“+”，有幻玉：例在集兇總參愈數(shù)電揉路中翻，任陳意時(shí)便刻，美對任震意結(jié)柿點(diǎn)流化出（睜或流字入）授該結(jié)黨點(diǎn)電凡流的勞代數(shù)膚和等調(diào)于零封。流進(jìn)撐的電炮流等致于流滑出的集電流下頁上頁返回例三式游相加濁得：KC恐L可推吸廣應(yīng)錦用于識電路榜中包旨圍多丈個(gè)結(jié)脈點(diǎn)的爽任一黃閉合升面。下頁上頁1

32表明返回KC智L是電辰荷守抗恒和陜電流籍連續(xù)哪性原逃理在朵電路片中任氏意結(jié)躁點(diǎn)處兆的反饞映；KC老L是對半結(jié)點(diǎn)價(jià)處支戰(zhàn)路電全流加厲的約列束，母與支研路上棕接的沖是什喪么元到件無留關(guān)，申與電狂路是柏線性殘還是香非線踢性無逐關(guān)；KC顆L方程該是按賽電流訪參考醋方向裙列寫竟的，每與電說流實(shí)擋際方鬧向無拍關(guān)。下頁上頁明確返回3.基爾?；舴蜓陔妷褐捕?K眠VL解)U3U1U2U4下頁上頁標(biāo)定欺各元咱件電盤壓參臂考方椅向選定壟回路局繞行揭方向侵，順漲時(shí)針為或逆就時(shí)針.I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_在集總夕參數(shù)士電路轟中，口任一辨時(shí)刻扒，沿任彎一回略路，惑所有灣支路剛電壓舍的代貫數(shù)和獵恒等險(xiǎn)于零。返回–U1–US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1或：–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4下頁上頁U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_KV她