工學電路模型和電路定律

1.電路的基本物理量；

重點：第一章電路模型和電路定律2.電路元件的伏安特性；3.基爾霍夫定律。1-1電路和電路模型電路作用(a)

電能的傳輸和轉換；(b)

信號的傳遞和處理。

按所要完成的功能，將一些元器件或電子設備按一定方式連接而成，以備電流流過的通路。導線干電池開關電珠(a)直流電路(b)交流電路放大器話筒揚聲器電路的組成1.電源（或信號源）：將其它形式的能量轉換為電能。2.負載：將電能轉換為其它形式的能量。3.中間環(huán)節(jié)：連接電源（或信號源）和負載的元件。由理想電路元件組成的電路。電路模型導線干電池開關電珠

理想電路元件具有某種確定的伏安特性的假想元件。

電路模型電路模型（電路圖）實際電路例線圈的電路模型直流低頻高頻在不同的工作條件下，同一實際器件可能采用不同的模型1-2電流和電壓的參考方向主要的物理量是電流、電壓、電功率和電能。電流

電流

電流強度帶電粒子有規(guī)則的定向運動。單位時間內通過導體橫截面的電荷量。

方向規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向。

單位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導線)中電流流動的實際方向只有兩種可能:

實際方向實際方向

AABB問題

復雜電路或交流電路中，電流的實際方向往往很難事先判斷。

參考方向i的參考方向大小正負(方向)電流(代數(shù)量)指定電荷運動的正方向。ABi

的參考方向i

的參考方向i>0i<0實際方向實際方向電流的參考方向與實際方向的關系：AABB電壓U

單位：V(伏特)、kV、mV、V電壓和電位單位正電荷從電路中一點A移至另一點B時電場力做的功。

電壓的實際方向電壓為正的方向。問題復雜電路或交變電路中，兩點間電壓的實際方向往往不易判別，給實際電路問題的分析計算帶來困難。

電壓的參考方向U>0參考方向U+–+實際方向+實際方向參考方向U+–

<0U電壓的起點到終點的方向。電壓參考方向的表示方法：(1)用正負極性表示(2)用雙下標表示U+ABUAB(3)用箭頭表示U元件或支路的u，i采用相同的參考方向稱之為關聯(lián)參考方向。反之，稱為非關聯(lián)參考方向。關聯(lián)參考方向非關聯(lián)參考方向關聯(lián)參考方向i+-+-iUU注(1)分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。(2)參考方向一經選定，必須在圖中相應位置標注，在計算過程中不得任意改變。(3)參考方向不同時，其表達式相差一負號，但實際方向不變。ABABi例＋－U電壓電流參考方向如圖中所標，問：對A、B兩部分電路電壓電流參考方向是否關聯(lián)？答：A

電壓、電流參考方向非關聯(lián)；

B

電壓、電流參考方向關聯(lián)。ii例已知：Uab=1V，Ubc=2V(1)若以b點為參考點，求a、b、c點的電位和電壓Uac；(2)若以c點為參考點，再求以上各值。解acb(1)以b點為電位參考點

電位（電勢）V該點與參考點之間的電壓。(2)以c點為電位參考點

電路中電位參考點可任意選擇；參考點一經選定，電路中各點的電位值就是唯一確定的；當選擇不同的電位參考點時，電路中各點電位值將改變，但任意兩點間的電位差保持不變。結論1-3電功率和能量功率的單位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的單位：J(焦)(Joule，焦耳)單位時間內電場力對電荷所做的功。電功率電能=

uBA·iBA元件吸收或發(fā)出功率的判斷

u,i

取關聯(lián)參考方向p吸

=ui表示元件吸收的功率p吸>0

吸收正功率(實際吸收)p吸<0吸收負功率(實際發(fā)出)p發(fā)

=ui

表示元件發(fā)出的功率p發(fā)>0

發(fā)出正功率(實際發(fā)出)p發(fā)<0

發(fā)出負功率(實際吸收)

u,i

取非關聯(lián)參考方向+-iu+-iu例564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1求圖示電路中各方框所代表的元件吸收或發(fā)出的功率。已知：U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A解注對一完整的電路，發(fā)出的功率＝吸收的功率－各元件“吸收”的功率如下：1-4電路元件集總（參數(shù)）元件

在任何時刻，流入二端元件的一個端子的電流等于從另一個端子流出的電流，且兩個端子之間的電壓為單值量。集總（參數(shù)）電路由集總（參數(shù)）元件構成的電路。

當實際電路的尺寸遠小于工作頻率下相應的電磁波波長時，可近似看成集總電路。線性電阻元件

電路符號R1-5電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。任何時刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。1.電阻的電壓與電流的關系R稱為電阻（值），單位：

(歐)(Ohm，歐姆)ui

單位G稱為電導，單位：S(Siemens，西門子)u、i取關聯(lián)參考方向Rui+－伏安特性(1)如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯(lián)，則公式中應冠以負號；注(2)線性電阻是雙向性、無記憶的元件。則歐姆定律寫為u–Rii–Gu公式和參考方向必須配套使用！Rui+-Riu+–開路與短路

短路

開路ui2.電阻的功率和能量上述結果說明電阻元件在任何時刻總是實際消耗功率。p發(fā)

ui(–Ri)i

–i2R

u(–u/R)

–u2/Rp吸

ui

i2R

u2/RRui+-Rui+->0<01-6電壓源和電流源

電路符號理想電壓源

定義i+_

兩端電壓保持定值或某個時間的函數(shù)，其值與流過它的電流i

無關的元件。如：uS=1.5V，uS=311sin(314t)V

理想電壓源的電壓、電流關系ui伏安特性例Ri-+理想電壓源不能短路?。?）電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路及流經它的電流無關；（2）通過電壓源的電流由電壓源及外電路共同決定。

電路符號理想電流源

定義u+_(1)電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路及它兩端電壓無關；

電流源兩端的電壓由電流源及外電路共同決定。

理想電流源的電壓、電流關系ui伏安特性

輸出電流保持定值或某個時間的函數(shù)，其值與它兩端的電壓無關的元件。如：iS=2A，iS=5sin(100t)A例理想電流源不能開路！Ru-+1-7受控電源(非獨立源)

電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。

電路符號+–受控電壓源1.定義受控電流源(1)電壓控制的電壓源（VCVS）

u1+_u2i2_u1i1++-

:電壓放大倍數(shù)

ri1+_u2i2_u1i1++-(2)電流控制的電壓源（CCVS）r:轉移電阻

2.分類(3)電流控制的電流源（CCCS）

:電流放大倍數(shù)b

i1+_u2i2_u1i1+g:轉移電導

(4)電壓控制的電流源（VCCS）u1gu1+_u2i2_i1+3.受控源與獨立源的比較(1)獨立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。(2)獨立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產生電壓、電流，而受控源只是反映受控端與控制端的電壓（或電流）關系，在電路中不能作為“激勵”。例教材P.20：例1-11-8基爾霍夫定律基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律(KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)。它反映了電路中所有支路電流和電壓所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律。基爾霍夫定律與元件特性（VCR）構成了電路分析的基礎。1.幾個名詞電路中通過同一電流的分支。(b)三條或三條以上支路的連接點。(n)b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路i3i2i1（2）結點由支路組成的閉合路徑。(l)兩結點間的一條通路，由支路構成。內部不含任何支路的回路。(m)l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123（3）路徑（4）回路（5）網(wǎng)孔網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔m=22.基爾霍夫電流定律(KCL)令流出為“+”，有：例

在集總參數(shù)電路中，任何時刻，對任一結點，所有流出該結點的支路電流的代數(shù)和等于零。流進的電流等于流出的電流1

32例三式相加得：表明KCL可推廣應用于電路中包圍多個結點的任一閉合面明確（1）KCL是電荷守恒定律在電路中任意結點處的反映；（2）KCL是對支路電流加的約束，與支路上接的元件無關；（3）KCL方程是按電流參考方向列寫，與電流實際方向無關。（2）選定回路繞行方向，順時針或逆時針。–U1–US1+U2+U3+U4+US4=

03.基爾霍夫電壓定律(KVL)

在集總參數(shù)電路中，任何時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1）標定各元件電壓參考方向；或：US1+U1=U2+U3+U4+US4電壓與選擇的路徑無關ABCD明確（2）KVL是對回路電壓加的約束，與回路各支路上接的元件無關；（3）KVL方程是按電壓參考