第一章 電路模型和電路定律

1第一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四課件及習(xí)題參考答案網(wǎng)址輸入網(wǎng)址：選擇hotmail(登錄）用戶名：shu-dianlu@密碼：guhuifen61選擇Windowslive----skydrive選擇下載第二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四第一章電路模型和電路定律（1）3$1.1電路和電路模型一、電路（工程實際電路）——

例1.電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電動機(jī)、電爐等輸電線第三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四例2.擴(kuò)音機(jī)系統(tǒng)話筒放大電路揚(yáng)聲器第四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四電路作用：能量傳輸和能量轉(zhuǎn)換；信號處理電路組成：電源、信號源，中間環(huán)節(jié)，負(fù)載（用電設(shè)備）這里給出兩個概念：

激勵：電源和信號源響應(yīng)：電路中產(chǎn)生的電流和電壓第五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四二、電路模型——用理想電路元件或其組合取代實際電路元器件和設(shè)備所得理想電路。常用理想元件：電阻、電感、電容、電壓源、電流源、受控源。三、常用的理想電路元件及其電氣圖形符號

電阻（R）電容（C）電感（L）電壓源（Us)電流源（Is）受控源，開關(guān)第六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四實際電路抽象成電路模型的例子燈泡或第七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四$1-2電流和電壓的參考方向（3）8一、電路分析中的幾個重要的物理量：電量（Q，q）——電荷的數(shù)量。單位：庫侖、庫、C電流（I，i）——單位時間流過的電量。單位：安培、安、A電能量（W）——電荷流過元件，元件吸收的能量。單位：焦、J電壓（U，u）——電位差。單位電荷從一點移到另一點所吸收的能量電功率（P，p）——單位時間吸收的能量。單位：瓦特、瓦、W電路分析中，i,u,p是最常見的三個物理量第八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四二、電流、電壓的參考方向

電流參考方向：人為假定的電流方向。

電壓的參考方向：人為假定的電壓極性方向。1、電流的參考方向：I>02、電壓參考方向：I<09+U-U>0U<0-U+第九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四+40V-20Ω30Ω2A2Ω例：求30Ω流過的電流和兩端的電壓+U-II1結(jié)論：1、電路分析時，根據(jù)需要設(shè)定U、I變量和參考方向2、參考方向人為設(shè)定，不影響求解大小，只是結(jié)果的正負(fù)決定實際方向第十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四11$1-3電功率和能量（5）一、能量—當(dāng)正電荷從元件電壓“+”端經(jīng)元件到“-”端時，這時，元件吸收能量，反之，元件釋放能量第十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四p=U*I(吸收功率)P>0吸收功率p<0釋放功率1）當(dāng)I，U參考方向關(guān)聯(lián)二、電功率P（t）=u（t）*i（t）直流情況下P=UI功率與電壓與電流有關(guān)（大小和方向）功率分為吸收功率和釋放功率12第十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四2）當(dāng)I，U參考方向非關(guān)聯(lián)：p=U*I(發(fā)出功率)P>0發(fā)出功率p<0吸收功率13例1.已知i=-4A，u=6V，求其功率。實際吸收24W功率。ab-u(t)+i(t)第十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四ab+u(t)-i(t)例2.已知i=2A，u=-5V，求其產(chǎn)生的功率和0－2秒產(chǎn)生的電能。解：產(chǎn)生的電功率為0－2秒產(chǎn)生的電能為第十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四練習(xí)題1-3試校核圖中電路所得解答是否滿足功率平衡（電路中總吸收功率=釋放功率）ABCDE5A1A2A2A2A+60V-+60V-+60V-+20V-+40V-P（吸收）=PB+PC+PD+PE=60+120+80+40=300WP（釋放）=PA=300W15第十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四$1-4電路元件（6）

161、概念：電路中最基本的組成單元2、分類：無源元件和有源元件線性元件和非線性元件時不變元件和時變元件第十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四$1-5電阻元件（6）1、定義：電阻器、燈泡、電爐等理想模型2、表示：17R3、線性電阻VAR特性（伏安特性、UI約束方程）1）當(dāng)R上i與u參考方向關(guān)聯(lián)（如圖）符合歐姆定律：U=IR令G=1/R——電導(dǎo)，則I=GUG單位：S（西門子）I+U-單位：歐姆Ω***R和G都是電阻元件參數(shù)***第十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四i-u+2）當(dāng)R上i與u參考方向非關(guān)聯(lián)時，18電阻元件的VAR特性為：U=-I*RI=-GU4、討論兩種特殊情況：R＝∞稱為開路，其電流恒為零；11‘第十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四19R＝0稱為短路，其電壓恒為零。11‘5、電阻元件的功率：當(dāng)UI參考方向關(guān)聯(lián)時，吸收功率P=UI根據(jù)歐姆定理可知：P=U2/R=GU2=I2RP恒為正，故電阻是無源、耗能元件。第十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四例1-5-1R=100Ω，P=1W的碳膜電阻用于直流電路，求最大允許電壓和電流20第二十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四習(xí)題：第24頁1-11-2

1-3

1-4(a)（d）（e）

21練習(xí)題1-2Sin2α=2Sinαcosα答案：1-1（1）（a）關(guān)聯(lián)（b）非關(guān)聯(lián)（2）（a）吸收功率（b）發(fā)出功率（3）（a）實際發(fā)出功率（b）實際發(fā)出功率

1-3總吸收功率=300W總發(fā)出功率=300W滿足功率平衡第二十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四$1-8電壓源和電流源（15）**定義：電壓源（電流源）是實際電源的電路模型

實際電源：電池、發(fā)電機(jī)、信號源22Us+Us-一、電壓源：

端電壓為某一恒定的值或函數(shù)，與電流無關(guān)。

1、直流理想電壓源：第二十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四UsUiU=US注意：電源支路：P=UI（發(fā)出功率）外電路：P=UI（吸收功率）i+Us-+u-2、直流理想電壓源伏安特性：2311’外電路第二十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四3、實際直流電壓源：伏安特性：U=Us-R0*IIUUSUs/Ro24+Us-R0I+U-外電路4、時變理想電壓源+Us(t)-U(t)=Us(t)若外電路等效為RL，則第二十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四25電壓源的一個重要特性（如圖所示）對外電路而言，兩電路等效N1的等效網(wǎng)絡(luò)不是理想電壓源。第二十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四電壓源的功率：+-USI1.P=UsI為吸收電功率，若P>0,則Us作為負(fù)載,吸收能量+-USI2.P=UsI為產(chǎn)生電功率，若P>0,則Us作為電源工作,釋放能量。第二十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四二、電流源

支路電流為某一恒定值或函數(shù)，與端電壓無關(guān)IsIsUiI=Is27I+u-Is外電路1、直流理想電流源2、理想電流源伏安特性第二十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四3、實際直流電流源伏安特性：I=Is-U/R0R0IsIIUIsIsR028+U-外電路若外電路等效為負(fù)載RL，則端電流I：第二十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四電流源兩個重要特性：29對外電路而言，以上兩組電路等效N1的等效網(wǎng)絡(luò)不是理想電流源。第二十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四電流源的功率:1.P=IsU為吸收電功率，若P>0則Is作為負(fù)載工作。2.P=IsU為產(chǎn)生電功率，若P>0則Is作為電源工作。-U+ISIS+U-第三十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四$1-9受控電源（17）31實際電路中的受控現(xiàn)象：三極管IbIcIf+-U他勵直流發(fā)電機(jī)第三十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四一、受控源——非獨立電源，其大小受電路中其它支路電壓或電流控制二、分類(根據(jù)控制量不同分為四類）(見18)

特性方程電壓控制電壓源（VCVS）：特性方程電流控制電壓源（CCVS）：第三十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四特性方程電壓控制電流源（VCCS）：特性方程電流控制電流源（CCCS）：第三十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四is5Ω+u1-2Ωi+u2-例1-1已知u2=0.5u1,iS=2A,求iu1=10Vu2=5Vi=2.5A第三十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四$1-10基爾霍夫定律（19）12354123支路b=5節(jié)點n=3回路L=635一、支路、節(jié)點、回路支路——組成電路的每一個兩端元件節(jié)點——支路的連接點回路——由支路構(gòu)成的閉合路徑第三十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四二、基爾霍夫電流定律（KCL）根據(jù)KCL：i1-i2+i3=0即i1+i3=i2i1i2i3例1-10-136任一節(jié)點上總的流入電流的“代數(shù)和”為零節(jié)點上總的流入的電流恒等于流出的電流第三十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四例1-10-2三式相加：i1+i2+i3=0結(jié)論：對于包圍n個節(jié)點的閉合面，KCL定律一樣成立(如圖)練習(xí)1-1637i1i2i3i4i6i5②①③根據(jù)KCL：節(jié)點1：i1-i4-i5=0節(jié)點2：i2+i4-i6=0節(jié)點3:i3+i6+i5=0第三十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四例1-10-4求I、I’、I”10A5AI’I”2AI①②③④根據(jù)KCL：節(jié)點1I’=10-5=5A節(jié)點2I”=10-2=8A節(jié)點3I=5-I”=5-8=-3A節(jié)點438第三十八頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四三、基爾霍夫電壓定律（KVL）例1-10-5+u1-+u2-+u3-ab根據(jù)KVL：U1+U2-U3=0即U1+U2=U3=Uab39沿任一回路，所有支路電壓“代數(shù)和”恒為零回路中元件電壓降總和等于元件“電壓升”總和任意二個節(jié)點間的電壓有唯一值，與路徑無關(guān)第三十九頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四例1-10-6求：U解一：根據(jù)KVL：設(shè)閉合回路40+8V-+5V-+U-+20V-ab5+U+8-20=0U=7V解二：根據(jù)兩節(jié)點電壓有唯一值，設(shè)a、bUab

=

5+U+8=20第四十頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四例1-2已知：U1=U3=1V，U2=4V，U4=U5=2V，求：Ux（22頁）+u2-+u4-+u3-+ux-+u1-+U6

-+u5-123根據(jù)KVL：411：-U1+U2+U6-U3=02：-U6+U4+U5-Ux=0解出Ux=6V若取外圍大回路一個方程可求出Ux第四十一頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四幾個KCL、KVL綜合應(yīng)用實例：例1：已知iS

=3A，us=5V，R＝5，求Pus、Pis、PR。

+-uSiSR-U1++U2-第四十二頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四例2：已知iS=2A，us=5V，R＝10，

求Pus、Pis、PRiS+-uSRi1i2（吸收）（吸收）（產(chǎn)生）第四十三頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四44例1：已知R1=1Ω，R2=2Ω，R3=3Ω，Us1=3V，Us2=1V，求R1兩端的電壓U1+uS1

-+u1-+us2-R1

R2

R3

根據(jù)KVL：12①I2I3I1U1=0.82V設(shè)I、U參考方向-U1+U2+Us2=0U3+U1-Us1=0+U3-+U2-KCL：I1+I2-I3=0第四十四頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四例2：已知R1=0.5kΩ，R2=1kΩ，R3=2kΩ，Us=10V，ic=50I1，求R3兩端的電壓U3+u3-R2

R3

R1

1①I1I2+uS-Ic根據(jù)KCL:I2=I1+IC（1）KVL：（回路如圖）u3=-IcR3

=-50i1*2000=-19.4V45設(shè)I2如圖-uS+

I1R1+I2R2=0(2)IC=50I1(3)得：I1=1.94*10-4A第四十五頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四例3求Us和受控源功率46I+U-+Us-5Ω+4.9v-0.98I0.1Ω6Ω第四十六頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四i1+Us-+U1-+3U1-47練習(xí)1-15已知Us=10V，i1=2A，R1=4.5Ω,R2=1Ω,求i2R1i2R2根據(jù)KVL：第四十七頁，共五十三頁，編輯于2023年，星期四結(jié)論：求解電阻電路中的I，U，其實就是根據(jù)KCL，KVL、VCR列方程組，然后求解方程組。

對復(fù)雜電路直接列方程組求解可能很困難，要用后面介紹的由KVL、KCL推出的各種具體的分析方法

48第四十八頁，共五十三