电路理论__电路的基本概念和基本定律精选文档.ppt

电路理论_电路的基本概念和基本定律本讲稿第一页，共五十页2022/9/212基本要求基本要求n电路模型电路模型n电路参数电路参数-电压、电流及其参考方向的概念电压、电流及其参考方向的概念n牢固掌握牢固掌握基尔霍夫定律基尔霍夫定律n理想电路元件理想电路元件-电阻、独立电压源、独立电流源、电阻、独立电压源、独立电流源、受控源受控源n熟练运用基尔霍夫定律熟练运用基尔霍夫定律分析简单电路分析简单电路n正确计算电路元件的正确计算电路元件的功率功率 本讲稿第二页，共五十页2022/9/213提纲提纲n1.1 1.1 电路及电路模型电路及电路模型 n1.2 1.2 电路变量电路变量 n1.3 1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 n1.4 1.4 电阻元件及欧姆定律电阻元件及欧姆定律 n1.5 1.5 独立电源元件独立电源元件 n1.6 1.6 含源支路的欧姆定律含源支路的欧姆定律 n1.7 1.7 受控源受控源 本讲稿第三页，共五十页2022/9/2141.1 1.1 电路及电路模型电路及电路模型n电路电路：在电子工程中，为了把：在电子工程中，为了把能量或信息能量或信息从一点传递到另一点，从一点传递到另一点，必须通过一些相互连接的必须通过一些相互连接的电气设备电气设备才能实现，按照一定方式才能实现，按照一定方式相相互连接互连接起来的若干起来的若干电气设备或器件电气设备或器件构成了构成了电路电路。(电路又称为网电路又称为网络，两个词有时混用。络，两个词有时混用。)收音机收音机计算机主板计算机主板本讲稿第四页，共五十页2022/9/215电路的作用电路的作用n通信系统通信系统：传送信号，如电视、电话、发报：传送信号，如电视、电话、发报机、接收机、雷达系统等；机、接收机、雷达系统等；n计算机系统计算机系统：数学运算、数学运算、文字、图文字、图像信息处像信息处理以及信理以及信号存储；号存储；n电力系统电力系统：该类系统包括：该类系统包括发电、输变电和用电等环发电、输变电和用电等环节；节；本讲稿第五页，共五十页2022/9/216电路模型电路模型n电路模型电路模型：由若干：由若干理想电路元件理想电路元件构成的模型去模拟一个构成的模型去模拟一个实际电路实际电路，使得模型中出现的使得模型中出现的电磁现象电磁现象与实际电路反映出来的现象与实际电路反映出来的现象十分相似十分相似，这个由理想电路元件组成的电路称为这个由理想电路元件组成的电路称为电路模型电路模型，这种电路模型又，这种电路模型又称为称为集总参数电路集总参数电路。简单实际电路简单实际电路RL+-UsK对应的电路图对应的电路图n两个图的差别两个图的差别n根本差别根本差别：电路图用于：电路图用于电路设计电路设计、电路分析计算电路分析计算。n实际元件实际元件：电池、小灯泡、电池、小灯泡、开关和导线；开关和导线；n等效元件等效元件：电源、：电源、开关、开关、电阻；电阻；n特性特性：由：由电路模型电路模型所得的计算结果是对实际电路的所得的计算结果是对实际电路的一种近似一种近似，但必须能够反映实际电路的但必须能够反映实际电路的主要物理性质主要物理性质。电路模型电路模型理理想想电电路路元元件件n为了电路的分析计算：为了电路的分析计算：理想电路元件的理想电路元件的数学表达式数学表达式？本讲稿第六页，共五十页2022/9/217电路元件电路元件n电路元件电路元件：构成电路的：构成电路的电气设备或器件电气设备或器件被称为被称为电路元件电路元件。其中，提供能量的设备称为其中，提供能量的设备称为电源电源；吸收电能的设备称为；吸收电能的设备称为负载负载。n实际元件实际元件：具有：具有多种物理特性多种物理特性的元件，有主、次之分；的元件，有主、次之分；n理想元件理想元件：具有：具有单一电磁特性单一电磁特性的元件；的元件；电阻电阻电容电容三三极极管管电池电池本讲稿第七页，共五十页2022/9/218理想元件理想元件n理想元件理想元件：只具有：只具有某种确定性质某种确定性质的的假想元件假想元件，它是一种具有，它是一种具有严格数严格数学定义学定义的理想化的的理想化的元件模型元件模型。y=f(x)n注注：为了用：为了用数学的方法数学的方法从从理论上理论上判断电路的判断电路的主要性能主要性能，必须将，必须将实际实际电路器件电路器件在一定条件下按其主要性质加以在一定条件下按其主要性质加以理想化理想化，每一种理想电路元，每一种理想电路元件只体现件只体现单一的电磁现象单一的电磁现象，从而得到一系列，从而得到一系列理想化元件理想化元件。n理想的电路元件有：理想的电路元件有：n理想的理想的负载元件负载元件：电阻元件、电容元件、电感元件；：电阻元件、电容元件、电感元件；n理想的理想的电源元件电源元件：独立电压源、独立电流源；：独立电压源、独立电流源；n理想的理想的耦合元件耦合元件：包括受控源、耦合电感、变压器和回转器；：包括受控源、耦合电感、变压器和回转器；n元件模型元件模型：y=f(x)；本讲稿第八页，共五十页2022/9/219本课程的任务本课程的任务n掌握掌握基本电路定律和定理基本电路定律和定理，掌握电路的，掌握电路的基本概念基本概念，学会应用各种，学会应用各种电路分析方法电路分析方法分析各种类型的电路，为后续有关专业课程奠定必分析各种类型的电路，为后续有关专业课程奠定必要的要的电路基础知识电路基础知识。n由于电路分析的由于电路分析的理论性强理论性强、思辨性强，因此，在学习本课程时，、思辨性强，因此，在学习本课程时，要始终注意对要始终注意对抽象思维能力抽象思维能力、发散思维能力发散思维能力、分析计算能力分析计算能力、理论联系实际能力理论联系实际能力、多方案的评估与选择能力、归纳总结等能、多方案的评估与选择能力、归纳总结等能力的力的培养与训练培养与训练。本讲稿第九页，共五十页2022/9/21101.2 1.2 电路变量电路变量n四个基本物理量四个基本物理量：电流电流i、电压电压u、电荷电荷q、磁通磁通。n能量传递物理量能量传递物理量：功率功率 p、能量能量 w。AC-DC电源电源ACAC输入输入DCDC输出输出n描述电路的描述电路的电特性电特性？n描述电路的描述电路的电磁现象电磁现象？n在电路分析中最常用到的在电路分析中最常用到的三个基本变量三个基本变量是：是：电流电流 I 、电压电压 U 、功率功率 p本讲稿第十页，共五十页2022/9/2111(1)(1)电路变量电路变量电流电流 n电流来源电流来源：电荷：电荷(charge)是双极性的，有正电荷和负电荷之分。是双极性的，有正电荷和负电荷之分。电荷量是离散量，是电子电荷量电荷量是离散量，是电子电荷量1.602210-19C的整数倍。的整数倍。电荷电荷的定向移动形成电流的定向移动形成电流，所以，所以，电流是既有大小又有方向的物理量电流是既有大小又有方向的物理量。n定义定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量，即：单位时间内通过导体横截面的电荷量，即n其中，电流其中，电流 i(t)的单位为的单位为安培（安培（A）；电荷；电荷q(t)的单位为库仑（的单位为库仑（C）。）。n实际方向实际方向：规定：规定正电荷正电荷运动的方向为电流的实际方向。运动的方向为电流的实际方向。n单位单位：安培，：安培，1A=103mA=106An直流电流直流电流：电流的大小恒定，方向不变。：电流的大小恒定，方向不变。本讲稿第十一页，共五十页12V+4 4 8 8 2022/9/2112电路变量电路变量电流电流n参考方向参考方向：电流的参考方向就是电流的参考方向就是假定的正电荷运动方向假定的正电荷运动方向，用箭头标注，用箭头标注在电路图上。在电路图上。n方法：方法：(1)在在分析电路之前分析电路之前，任意假定电流的方向，即，任意假定电流的方向，即参考方向参考方向；(2)在这些假定方向下在这些假定方向下求电流的大小；求电流的大小；(3)若电流大小为若电流大小为正值正值，实际方向与电流参考方向实际方向与电流参考方向相同相同；若电流大小为若电流大小为负值负值，实际方向与电流参考方向实际方向与电流参考方向相反相反。12V+3A2 2 6 6 3 3 8 8 求求3电阻电阻的电流？的电流？IIn若若 I 0，猜对；，猜对；n若若 I 0，则元件，则元件吸收功率吸收功率；若若p0，则元件，则元件发出功率发出功率。本讲稿第十八页，共五十页2022/9/2119例例1-1 1-1 电路各元件电压和电流的参考方向如图电路各元件电压和电流的参考方向如图1-111-11所所示。已知示。已知U1U410V，U212V，I11A，I2I31.5A。计算各个元件的功率，并验证是否符合能。计算各个元件的功率，并验证是否符合能量守恒定律。量守恒定律。注注：电路消耗的功率：电路消耗的功率1018533W，电路产生的功率，电路产生的功率33W，消耗的功率等于，消耗的功率等于产生的功率，所以，电路中的功率是平衡的，符合产生的功率，所以，电路中的功率是平衡的，符合能量守恒能量守恒定律。定律。解：根据两点之间电压与路径无关，有解：根据两点之间电压与路径无关，有U3=U4+-+-4123U1+-U3+-U2I4I1I2I3U1U2=22VI1-I2=1-1.5=-0.5A元件元件1的功率：的功率：P1=I4=U1I1=101=10W(消耗消耗)元件元件2的功率：的功率：P2=-U2 I2=-(-121.5)=18W(消耗消耗)元件元件3的功率：的功率：P3=-U3I3=-221.5=-33W(产生产生)元件元件4的功率：的功率：P4=-U4 I4=-10(-0.5)=5W(消耗消耗)本讲稿第十九页，共五十页2022/9/21201.3 1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律n电路结构电路结构：电路元件相互连接组：电路元件相互连接组成具有成具有一定结构的电路一定结构的电路，电路结构，电路结构用用支路、节点、回路、网孔支路、节点、回路、网孔等术等术语来表述。语来表述。n(1)名词名词n支路支路(branch)：流过：流过同一个电流同一个电流的一段电路；的一段电路；n节点节点(node)：二个或二个以上：二个或二个以上支路的连接点支路的连接点；n平面电路平面电路：电路图可以画在一个平面上、除节点之外无任何支路相交叉的电路。：电路图可以画在一个平面上、除节点之外无任何支路相交叉的电路。否则称为非平面电路；否则称为非平面电路；n回路回路(loop)：由支路组成的任意：由支路组成的任意闭合路径闭合路径；n网孔网孔(mesh)：平面电路中：平面电路中内部不包含支路的回路内部不包含支路的回路；u2+-+-231+-u1+-u4i24567i1i3i5i6u3+-u5+-u7+-u6abcdm本讲稿第二十页，共五十页2022/9/2121基尔霍夫定律基尔霍夫定律n(2)(2)支路特性支路特性n支路支路本身元件本身元件的电压的电压/电流约束；电流约束；n电路元件的电路元件的连接连接对各元件端电对各元件端电压和电流之间必然产生约束。压和电流之间必然产生约束。u2+-+-231+-u1+-u4i24567i1i3i5i6u3+-u5+-u7+-u6abcdm本讲稿第二十一页，共五十页2022/9/2122基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)n定义定义：在集总参数电路中，在任一时刻，：在集总参数电路中，在任一时刻，流出或流入流出或流入任一任一节点节点或或封闭面的封闭面的各支各支路路电流的代数和为零电流的代数和为零（习惯上流出的电流为正，流入的电流为负），即（习惯上流出的电流为正，流入的电流为负），即n另一种表述另一种表述：在集总参数电路中，在任一时刻，按参考方向：在集总参数电路中，在任一时刻，按参考方向“流出流出”该节点的该节点的所有支路电流之和恒等于所有支路电流之和恒等于“流入流入”该节点的各支路电流之和。该节点的各支路电流之和。n对图对图1-12中部分节点和封闭面列写中部分节点和封闭面列写KCL方程如下：方程如下：i1i3i5i60n对封闭面对封闭面S2（包围节点（包围节点b和和c）：）：i3i4i50n对封闭面对封闭面S1（仅包围节点（仅包围节点d）：i2i5+i60n对节点对节点c：i1i4i60n对节点对节点a：u2+-+-231+-u1+-u4i24567i1i3i5i6u3+-u5+-u7+-u6abcdm本讲稿第二十二页，共五十页2022/9/2123基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)n特点特点：KCL仅是对支路电流的约束关系仅是对支路电流的约束关系，它与，它与电路元件性质电路元件性质无关无关，因此不管是线性电路还是非线性电路、时变电路还是非时变电路、，因此不管是线性电路还是非线性电路、时变电路还是非时变电路、含源电路还是无源电路，含源电路还是无源电路，KCL皆适用。对于封闭面应用皆适用。对于封闭面应用KCL称为广义称为广义KCL。n特性特性：基尔霍夫电流定律是电荷守恒原理的体现基尔霍夫电流定律是电荷守恒原理的体现。具体说，到。具体说，到达电路任一节点的电荷既不可能增生，也不可能消灭，流入的电达电路任一节点的电荷既不可能增生，也不可能消灭，流入的电荷必须等于流出的电荷，电流是连续流动的。荷必须等于流出的电荷，电流是连续流动的。本讲稿第二十三页，共五十页2022/9/2124基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）n列写列写KVL方程的具体方法是：方程的具体方法是：n标出各回路的标出各回路的参考方向参考方向，可以，可以顺时针方向顺时针方向，也可以，也可以逆时针方向逆时针方向；与参考方向一致的；与参考方向一致的支路电压为正；反之为负。若遇元件只标出了电流参考方向，当巡行方向与电流方向一支路电压为正；反之为负。若遇元件只标出了电流参考方向，当巡行方向与电流方向一致时，支路电压取正号，反之取负号。致时，支路电压取正号，反之取负号。n另一种表述另一种表述：在集总参数电路中，在任一时刻，沿任一回路指定的回路参考方向巡行：在集总参数电路中，在任一时刻，沿任一回路指定的回路参考方向巡行一周，一部分元件上电压降的代数和等于另一部分元件上电位升的一周，一部分元件上电压降的代数和等于另一部分元件上电位升的代数和代数和。n定义定义：在集总参数电路中，在任一时刻，沿任一回路指定的回路参考方向巡：在集总参数电路中，在任一时刻，沿任一回路指定的回路参考方向巡行一周，各元件上电压降的代数和为零。即行一周，各元件上电压降的代数和为零。即u5+u7+umd0n对广义回路对广义回路dcmd：u4u5+u6+u70n对回路对回路(adcma)：u1u3u40n对回路对回路I(abda)：u2+-+-231+-u1+-u4i24567i1i3i5i6u3+-u5+-u7+-u6abcdmIIIIII+-umd本讲稿第二十四页，共五十页2022/9/2125基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）n特性特性：基尔霍夫电压定律实质上是能量守恒定律在集总参基尔霍夫电压定律实质上是能量守恒定律在集总参数电路中的体现数电路中的体现，反映了库仑电场力做功与路径无关的物理性，反映了库仑电场力做功与路径无关的物理性质质，即单位正电荷在任一回路中移动一周，电场力做功的代数和，即单位正电荷在任一回路中移动一周，电场力做功的代数和等于零。等于零。n特点特点：KVL仅是对支路电压的约束仅是对支路电压的约束，与，与KCL一样，它与一样，它与电路元电路元件性质也无关件性质也无关，因此适合于任何集总参数电路。，因此适合于任何集总参数电路。本讲稿第二十五页，共五十页2022/9/2126结论结论nKCL：节点处：节点处电流的约束电流的约束；nKVL：回路内：回路内电压的约束电压的约束；n与构成支路的与构成支路的元件性质无关元件性质无关，所以这种约束关系称为，所以这种约束关系称为拓扑关系拓扑关系。本讲稿第二十六页，共五十页2022/9/2127例例1-2 某电路的一部分如图某电路的一部分如图1-13所示，求电流所示，求电流 i1和和 i2。图图1-13 考察考察KCL应用的电路应用的电路n知识点知识点 i1为理想导线中的电流，只能应用为理想导线中的电流，只能应用KCL求解。求解。i2所在支路的电路元件未知，也只能所在支路的电路元件未知，也只能应用应用KCL求解。求解。7A2t A4A10sint Ai1i2abS1S2S3解：解：(1)对节点对节点a或封闭面或封闭面S1列写列写KCL方程，即方程，即 (2)对节点对节点b或封闭面或封闭面S2列写列写KCL方程，即方程，即 (3)对封闭面对封闭面S3列写列写KCL方程，即方程，即 结论：由本例可以看出，结论：由本例可以看出，KCL与电路元件无关与电路元件无关，仅已知，仅已知电路结构电路结构就可以求解；就可以求解；得：得：i13 A 74i10得：得：i210sint+2t+3 Ai1i210sint2t0得：得：i210sint+2t+3 A-7+4i210sint2t0本讲稿第二十七页，共五十页2022/9/2128解：对回路解：对回路1列写列写KVL方程，即方程，即 例例1-3 求图求图1-14中的电压中的电压U1、U2和和U3。图图1-14 考察考察KVL应用的电路应用的电路n分析分析本例电路元件未知，只能直接利用本例电路元件未知，只能直接利用KVL求求各电压。求解关键是正确各电压。求解关键是正确选择回路选择回路，一般选支，一般选支路电压容易计算、甚至不用计算的回路。路电压容易计算、甚至不用计算的回路。U2+-+-2V+-U3+-U16V-+12V+-1 13 32 2评注：求解评注：求解 U2 和和 U3 还可以选择其它回路，还可以选择其它回路，如：如：得得 U318V612+U30对回路对回路3列写列写KVL方程，即方程，即得得 U210VU212+20对回路对回路2列写列写KVL方程，即方程，即得得 U18V6U120U1U3+1220U2+126U10 本讲稿第二十八页，共五十页2022/9/21291.4 1.4 电阻元件及欧姆定律电阻元件及欧姆定律 i i+u (a)二端电阻元件二端电阻元件 (b)线性定常电阻线性定常电阻u-i曲线曲线 (c)非线性电阻非线性电阻u-i曲线曲线 u 0 a=常数 i u 0 n电阻器电阻器（Resistor）是用电阻率较高的材料）是用电阻率较高的材料制成的一种实际电路装置，流过电流时对电制成的一种实际电路装置，流过电流时对电流呈现阻力，会同时显示出热效应、磁效应流呈现阻力，会同时显示出热效应、磁效应与电场效应，其中最主要的是与电场效应，其中最主要的是热效应热效应。n电阻元件电阻元件是电路的是电路的基本元件之一基本元件之一，是用来表，是用来表征征电磁能量电磁能量转化为转化为其他形式能量其他形式能量而抽象出来的而抽象出来的理想模型理想模型。n电阻分类电阻分类：线性定常电阻线性定常电阻、线性时变电阻线性时变电阻、非线性定常电阻非线性定常电阻和和非线性时变电阻非线性时变电阻。电阻电阻n电阻定义电阻定义：在任意时刻：在任意时刻 t，其特性可由，其特性可由 ui 平面中的平面中的一条曲线一条曲线所表征的二端元件所表征的二端元件称为电阻元件，如图所示。称为电阻元件，如图所示。本讲稿第二十九页，共五十页2022/9/2130(1)(1)线性电阻元件及欧姆定律线性电阻元件及欧姆定律 n定义定义：线性的：线性的理想电阻元件理想电阻元件，它的伏安特性曲线是，它的伏安特性曲线是一条过原点、一条过原点、斜率为常数的直线斜率为常数的直线；n符号符号：u+_RiRn表达式表达式：用：用R表示电阻的表示电阻的阻值阻值（Resistance）。电压、电流的基本）。电压、电流的基本关系式是一个关系式是一个线性方程线性方程，这就是，这就是欧姆定律。欧姆定律。n若若u与与i为为关联方向关联方向，则：，则：u=Rin若若u与与i非关联方向非关联方向，则：，则：u=Ri其中，其中，u：元件的电压：元件的电压(V)；i：元件的电流：元件的电流(A)；R：元件的电阻值，为实常数，单位为欧姆：元件的电阻值，为实常数，单位为欧姆()；u+_in电阻的倒数称为电阻的倒数称为电导电导(conductance)，电路符号为，电路符号为G，即，即电导电导G的单位为的单位为西门子西门子(S)，如如 R=10 ，G=0.1S。i 线性定常电阻线性定常电阻u-i曲线曲线u 0 a=常数 本讲稿第三十页，共五十页2022/9/2131(1)(1)线性电阻元件及欧姆定律线性电阻元件及欧姆定律n线性电阻元件的特性线性电阻元件的特性n无记忆元件无记忆元件，只与瞬时的电压电流相关；，只与瞬时的电压电流相关；n伏安特性伏安特性：u=Ri，是一条，是一条过原点过原点、斜率为、斜率为常数常数的直线；的直线；n负电阻负电阻：线性负电阻的：线性负电阻的 ui 特性是一条过原点、特性是一条过原点、斜率为负值斜率为负值的直的直线，位于第线，位于第2，4象限。负电阻将象限。负电阻将发出功率发出功率，可以理解为某些对外，可以理解为某些对外提供能量的电子装置提供能量的电子装置的一种理想模型。的一种理想模型。n吸收功率吸收功率：电阻：电阻R的端电压的端电压 u 与电流与电流 i 为为关联方向关联方向 则：则：n由上式可见，若由上式可见，若R0，则电阻，则电阻消耗功率消耗功率；若若R0，则电阻，则电阻产生功率产生功率。n实际上，实际上，正电阻正电阻总是消耗功率的，总是消耗功率的，负电阻负电阻上总是产生功率的。上总是产生功率的。本讲稿第三十一页，共五十页2022/9/2132(1)(1)线性电阻元件及欧姆定律线性电阻元件及欧姆定律n两种特例：两种特例：n短路短路：u=0，R=0，这种电阻称为短路；，这种电阻称为短路；“短路短路”的电压、电流关系的电压、电流关系为：为：u0，i=任意值；任意值；n开路开路：i=0，R=，这种电阻称为开路；，这种电阻称为开路；“开路开路”的电压、电流的电压、电流关系为：关系为：i0，u=任意值；任意值；Riu+_nR=nR=0 Riu+_Riu+_本讲稿第三十二页，共五十页2022/9/21331.5 1.5 独立电源元件独立电源元件n(1)(1)电源电源：能将：能将其它形式的能其它形式的能转化成转化成电能电能的设备称为电源；的设备称为电源；如：发电机、干电池、光电池如：发电机、干电池、光电池.n特点特点：电源的参数都由电源：电源的参数都由电源本身的因素所确定本身的因素所确定，不因电路的，不因电路的其它其它因素因素而变化，所以叫而变化，所以叫独立电源独立电源。电池电池n本质本质：在一定负载的变化范围内，：在一定负载的变化范围内，实际电源实际电源转变成转变成理想电源理想电源。n分类分类：根据独立电源的性质不同：根据独立电源的性质不同：独立独立电压源电压源 独立独立电流源电流源本讲稿第三十三页，共五十页2022/9/2134理想电压源理想电压源uS(t)+_n定义定义：如果一个二端元件接到：如果一个二端元件接到任意电路任意电路后，该元件两端的后，该元件两端的电压始终电压始终保持规定值保持规定值，与流过它的与流过它的电流无关电流无关，则此二端元件称为，则此二端元件称为理想电压源理想电压源。n符号符号：n电压源波形电压源波形：直流电压源、脉冲电压源、正弦电压源；：直流电压源、脉冲电压源、正弦电压源；n可以提供无穷大可以提供无穷大的电流。的电流。本讲稿第三十四页，共五十页2022/9/2135理想电压源理想电压源n特点特点：电压源接负载：电压源接负载a a：us(t)函数固定不变函数固定不变，不随外电路参数变化；，不随外电路参数变化；b b：us(t)的的电流电流则随外电路的不同而则随外电路的不同而变化变化；c：电压源的电流可正可负，依外电路而变化；：电压源的电流可正可负，依外电路而变化；一般取其为非关联参考方向；一般取其为非关联参考方向；d：特例：特例：负载负载开路开路：R=，u(t)=us(t)；负载负载短路短路：R=0，严格禁止严格禁止；Ri(t)+-u(t)+-uS(t)n保持不变；保持不变；n负载可变；负载可变；n跟随变化；跟随变化；n电池充电；电池充电；i(t)+-u(t)+-uS(t)n违反违反KVL；本讲稿第三十五页，共五十页2022/9/2136理想电流源理想电流源n定义定义：如果一个二端元件接到任意电路后，该元件提供的：如果一个二端元件接到任意电路后，该元件提供的电电流始终保持规定值流始终保持规定值，与它两端的，与它两端的电压无关电压无关，则此二端元件称为，则此二端元件称为理想电流源理想电流源。n符号符号：iS(t)d：特例：特例：n电流源波形电流源波形：a：is(t)函数固定不变函数固定不变，不随外电路参数变化；，不随外电路参数变化；b b：is(t)的的电压电压则随外电路的不同而则随外电路的不同而变化变化；c：电流源的电压可正可负，依外电路而变化；：电流源的电压可正可负，依外电路而变化；n特点特点：电流源接负载：电流源接负载负载负载开路开路：R=，严格禁止严格禁止；负载负载短路短路：R=0，i(t)=is(t)；Ri(t)+-u(t)iS(t)n可以提供无穷大可以提供无穷大的电压。的电压。n违反违反KCL；本讲稿第三十六页，共五十页2022/9/2137电压源与电流源置零电压源与电流源置零n用途用途：在后面的：在后面的电路分析电路分析中，有时需要电压源和电流源中，有时需要电压源和电流源不起激不起激励作用励作用，这时就要把它们，这时就要把它们置零置零。n电压源置零电压源置零：如图所示，可以看：如图所示，可以看出：出：us=0 的电压源与的电压源与短路短路（R=0）是等效的。）是等效的。n电流源置零电流源置零：如图所示，可以看出：如图所示，可以看出：is=0的电流源与的电流源与开路开路（R=）是等效）是等效的。的。uS(t)+_uS(t)=0+_iS(t)iS(t)=0电压源电压源电压源置零电压源置零电流源电流源电流源置零电流源置零本讲稿第三十七页，共五十页2022/9/2138实际电压源实际电压源n实验实验：实际电源联接：实际电源联接负载负载RL。所以用一块。所以用一块电压表电压表和一块和一块电流表电流表分分别测量端口别测量端口电压电压u和端口和端口电流电流i。n问题问题：理想电压源：理想电压源两端的电压、两端的电压、理想电流源理想电流源提供的电流不随负载提供的电流不随负载（load）变化而变化，但是）变化而变化，但是实际电压源实际电压源是这样么？是这样么？RLi+-u实实际际电电源源AVn结果结果：电压电压u随着输出随着输出电流电流i的增大（的增大（RL由大到小）会缓慢下降。由大到小）会缓慢下降。曲线的伏安关系为；曲线的伏安关系为；u=usRs in结论结论：实际电压源实际电压源的等效电路可以表示为的等效电路可以表示为理想电压源理想电压源us和和电源内电电源内电阻阻Rs的串联，如图所示。的串联，如图所示。RLi+-u+-uSRSui0uSn实际电压源由于存在实际电压源由于存在内阻内阻，电压源的电压与负载有关，可电压源的电压与负载有关，可以用以用理想电压源和内阻的串联理想电压源和内阻的串联来来等效等效。n实际电压源实际电压源本讲稿第三十八页，共五十页2022/9/2139实际电流源实际电流源n实际直流电流源实际直流电流源的输出的输出电流电流i随随端端电压电压u的增大的增大（RL由小到大）略有下降，由小到大）略有下降，端端电压电压u也不能超过额也不能超过额定值，如图所示。图中直线部分的伏安关系为：定值，如图所示。图中直线部分的伏安关系为：RLi+-u实实际际电电源源AVn其中其中 iS 为负载短路（为负载短路（RL0，u0）时的）时的端口电流端口电流；GS为为 iu 直线的直线的斜率斜率。n结论结论：等效电路为：等效电路为理想电流源理想电流源 is 与与电导电导 GS(电阻电阻Rs)并联，并联，如图所示。如图所示。Gs 即为即为电源的内电导电源的内电导，或者说电源的内电阻为，或者说电源的内电阻为 Rs。ui0iSRLi+-uiSRSn结论结论：实际：实际电压源的电路模型电压源的电路模型是理想电压源和内电阻串联，是理想电压源和内电阻串联，实际电流源的电路模型实际电流源的电路模型是理想电流源和内电阻并联。实际电压是理想电流源和内电阻并联。实际电压源的内阻一般较小，越小越接近理想电压源；实际电流源的内源的内阻一般较小，越小越接近理想电压源；实际电流源的内阻一般较大，越大越接近理想电流源。阻一般较大，越大越接近理想电流源。n实际电流源实际电流源本讲稿第三十九页，共五十页2022/9/2140例例1-4 1-4 图所示电路中，求电压源的电流图所示电路中，求电压源的电流 I3 和电流源的电压和电流源的电压 U3。如果。如果 4 4 电阻和电阻和 8 8 电阻对换位置，再重新求电阻对换位置，再重新求 I3 和和 U3。解：由电流源和电压源的特点可知，解：由电流源和电压源的特点可知，n结论结论：由于电路的变化，电压源的：由于电路的变化，电压源的电流电流I3和电流源的和电流源的电压电压U3发生了变化。发生了变化。nU1不变不变，可以从两方面来理解。第一，独立电压源无论接什么电路，端电压的大小和，可以从两方面来理解。第一，独立电压源无论接什么电路，端电压的大小和方向都不变；第二，根据方向都不变；第二，根据KVL，两个并联元件的端电压必须相等。，两个并联元件的端电压必须相等。nI2不变不变是由独立电流源的特性和是由独立电流源的特性和KCL共同决定的。共同决定的。U3=I3=4 电阻和电阻和8 电阻对换位置电阻对换位置，电路参数发生变化，但是，电路参数发生变化，但是U1不变、不变、I2不变。不变。对回路对回路I应用应用KVL，对节点对节点a应用应用KCL，I1=由欧姆定律：由欧姆定律：I2=1.5A，U1=10VU2=U1/4=2.5A8I2=12VI3=I11.5=1AU3=U1U2101222VU1/81.5=10/81.50.25AU14I2=104 1.5=16VIU2I3+-10V1.5AU1+-+-U3I2-+I14 8 a本讲稿第四十页，共五十页2022/9/21411.6 1.6 含源支路的欧姆定律含源支路的欧姆定律n含源支路含源支路：至少含有一个：至少含有一个独立电源独立电源的支路；的支路；电路组成：电路组成：电路元件电路元件：电阻、独立电压源、独立电流源；：电阻、独立电压源、独立电流源；电路结构电路结构：支路、节点、回路、网孔；：支路、节点、回路、网孔；I+-uSRS+-UIiSRS+-Un(1)(1)电压源支路：电压源支路：理想电压源与电阻理想电压源与电阻相串联；相串联；n支路支路：流过流过同一个电流同一个电流的一段电路；可以由的一段电路；可以由多个元件多个元件组成。组成。n(2)(2)电流源支路：电流源支路：理想电流源与电理想电流源与电阻相并联；阻相并联；n实际电压源实际电压源n实际电流源实际电流源本讲稿第四十一页，共五十页2022/9/2142含源支路的欧姆定律含源支路的欧姆定律UUs-RSIURS(IS-I)I+-uSRS+-UIiSRS+-Un含源支路的欧姆定律含源支路的欧姆定律：U=f(I)；n(1)(1)电压源支路电压源支路：n(2)(2)电流源支路电流源支路：n总结：电路分析的根据总结：电路分析的根据 支路支路(元件元件)伏安关系伏安关系 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)n支路的伏安关系支路的伏安关系本讲稿第四十二页，共五十页2022/9/2143例例1-5 图示电路，已知图示电路，已知I15mA，Ubc5V，求，求Uad。解：解：ab之间、之间、bc之间都是含源支路，求出之间都是含源支路，求出I3后即可求后即可求I2和和Uad，要应用，要应用含源支路欧姆定律。含源支路欧姆定律。对节点对节点b应用应用KCL：则：则：Uad+-7Vabc+-10VI12K 5K dI3I2e1K I2I1+I35+3 8 mA Uab+Ubd2000I1+71000I225+71811 V本讲稿第四十三页，共五十页2022/9/21441.7 1.7 受控源受控源 n实例实例1：理想变压器理想变压器的副边电压的副边电压u2受原边电压受原边电压u1控制；控制；n实例实例2：晶体管晶体管的集电极电流的集电极电流ic受基极电流受基极电流ib控制，并且控制，并且ic在数值上在数值上要比要比ib大许多倍。大许多倍。理想变压器理想变压器三极管三极管响应响应激励激励控制支路控制支路：参数由自身决定：参数由自身决定受控支路受控支路：参数由控制支路决定：参数由控制支路决定n背景背景：受控源受控源是从存在是从存在控制控制与与被控制被控制关系关系的的实际电路元件实际电路元件抽象出来的抽象出来的理想电路模理想电路模型型。本讲稿第四十四页，共五十页2022/9/2145受控源受控源n定义定义：受控源的：受控源的电压电压(电流电流)都都不是不是给定给定时间的函数时间的函数，而是受，而是受电路中某部分的电电路中某部分的电压压(电流电流)控制控制的，又称为非独立源。的，又称为非独立源。n分类分类：理想受控源为：理想受控源为四端元件四端元件，包含，包含控制支路控制支路和和被控制支路被控制支路，其中，其中，被控制被控制支路支路不是不是电压电压源就是源就是电流电流源，并且源，并且被控制支路被控制支路中的电源的大小与方向均受到控中的电源的大小与方向均受到控制支路中的电流或电压的控制。依据控制量和被控制量的不同，受控源分为四类。制支路中的电流或电压的控制。依据控制量和被控制量的不同，受控源分为四类。n电压电压控制控制电压电压源（源（VCVS），），为电压比，无量纲；为电压比，无量纲；n电压电压控制控制电流电流源（源（VCCS），），g 为转移电导，单位为西门子；为转移电导，单位为西门子；n电流电流控制控制电压电压源（源（CCVS），），为转移电阻，单位为欧姆；为转移电阻，单位为欧姆；n电流电流控制控制电流电流源（源（CCCS），），为电流比，无量纲。为电流比，无量纲。本讲稿第四十五页，共五十页2022/9/2146，g，统称为控制系数，其值为常数。理想的受控源是线性统称为控制系数，其值为常数。理想的受控源是线性定常元件。本书中将理想线性定常受控源简称为受控源。定常元件。本书中将理想线性定常受控源简称为受控源。u1+-u1+-u2+-(a)VCVS,u2=u1u1+-g u1i2(b)VCCS,i2=g u1 i1+-u2+-(c)CCVS,u2=i1i1 i1i2(d)CCCS,i2=i1i1n控制电压用控制电压用开路电压开路电压表示、表示、控制电流用控制电流用短路电流短路电流表示，表示，略去了控制支路的具体元件，略去了控制支路的具体元件，这是因为真正影响受控电压这是因为真正影响受控电压源电压和受控电流源电流的源电压和受控电流源电流的是控制支路的电压或电流，是控制支路的电压或电流，控制支路到底是什么元件并控制支路到底是什么元件并不重要。不重要。n受控源的大小和方向均受控受控源的大小和方向均受控，即受到控制支路电压或电流的大小和方向的控，即受到控制支路电压或电流的大小和方向的控制；制；n为了区别于独立源，受控源采用为了区别于独立源，受控源采用菱形符号菱形符号表示，表示，参考方向参考方向的表示方法与独立源的表示方法与独立源相同；相同；三极管共发射极小信号电路模型三极管共发射极小信号电路模型 理想变压器的电路模型理想变压器的电路模型 本讲稿第四十六页，共五十页2022/9/21471.8 1.8 简单电路分析简单电路分析 n电路物理量电路物理量：电压、电流、功率；：电压、电流、功率；n电路结构电路结构：支路、节点、回路、网孔；：支路、节点、回路、网孔；n基尔霍夫定律基尔霍夫定律：KVL、KCL；n电阻元件电阻元件：欧姆定律；：欧姆定律；n独立源独立源：独立电压源、独立电流源；：独立电压源、独立电流源；n含源支路含源支路：独立电压源支路、独立电流源支路；：独立电压源支路、独立电流源支路；n受控源