第1章电路模型和电路定律 PPT讲稿.ppt

第1章 电路模型和电路定律 第1页，共85页，编辑于2022年，星期一张张 锐锐n n电气与信息工程学院电气工程系电气与信息工程学院电气工程系n n办公室：办公室：I-409n nQQ:4298836n nEmail:第2页，共85页，编辑于2022年，星期一电路原理电路原理n学科基础课必修课程，共学科基础课必修课程，共80学时，学时，5个学分个学分 n后续课程为：模拟电子技术、数字电子技术后续课程为：模拟电子技术、数字电子技术 n成绩考核与评定成绩考核与评定 总成绩分为期末考试和平时成绩，期末考试总成绩分为期末考试和平时成绩，期末考试为闭卷考试，其比例：为闭卷考试，其比例：q期末考试：期末考试：70%q平时成绩：平时成绩：30%第3页，共85页，编辑于2022年，星期一教材和参考书教材和参考书n n教材教材qq电路电路电路电路第五版，邱关源编，高等教育出版社第五版，邱关源编，高等教育出版社第五版，邱关源编，高等教育出版社第五版，邱关源编，高等教育出版社n n建议参考书建议参考书qq电路原理电路原理电路原理电路原理，徐国凯编著，机械工业出版社，徐国凯编著，机械工业出版社，徐国凯编著，机械工业出版社，徐国凯编著，机械工业出版社qq电工学电工学电工学电工学，唐介编著，高等教育出版社，唐介编著，高等教育出版社，唐介编著，高等教育出版社，唐介编著，高等教育出版社qq电路原理电路原理电路原理电路原理，周守昌编著，高等教育出版社，周守昌编著，高等教育出版社，周守昌编著，高等教育出版社，周守昌编著，高等教育出版社第4页，共85页，编辑于2022年，星期一第5页，共85页，编辑于2022年，星期一第6页，共85页，编辑于2022年，星期一第7页，共85页，编辑于2022年，星期一第一章绪论第一章绪论1.1.课程定位课程定位3.3.电路理论的应用电路理论的应用2.2.电路理论及相关科学技术的发展简史电路理论及相关科学技术的发展简史4.4.电路理论和电路课程电路理论和电路课程第8页，共85页，编辑于2022年，星期一n分析电路中的电磁现象n研究电路的基本规律及电路的分析方法l 课程主要内容课程主要内容：l 所应具备基础知识所应具备基础知识：电磁学、数学电磁学、数学l 课程意义课程意义：n在整个电子与电气信息类专业的人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用。第9页，共85页，编辑于2022年，星期一2.2.电路理论及相关科学技术的发展简史电路理论及相关科学技术的发展简史n吉尔伯特发现带电体与非电体之区别吉尔伯特发现带电体与非电体之区别n盖里克发明磨擦起电机盖里克发明磨擦起电机n17291729年，英国人格雷发现有些物质可以传导电，有些则年，英国人格雷发现有些物质可以传导电，有些则不能。主张带电体不能导电，而非电体却可以。不能。主张带电体不能导电，而非电体却可以。n法国物理学家迪费（法国物理学家迪费（1698169817391739）经过实验表明，带电）经过实验表明，带电体与非电体之间并无本质的区别，所有物体都可以带体与非电体之间并无本质的区别，所有物体都可以带电。电。n17341734年，迪费发现两类不同的电荷，一种称为玻璃电，一年，迪费发现两类不同的电荷，一种称为玻璃电，一类称为树脂电。他实际上发现了正负电荷，但命名不确。类称为树脂电。他实际上发现了正负电荷，但命名不确。第10页，共85页，编辑于2022年，星期一 1746 1746年，美国科学家本杰明年，美国科学家本杰明富兰克林（富兰克林（1706170617901790）开始研究）开始研究电现象，他相继发现：天上的雷电与电现象，他相继发现：天上的雷电与莱顿瓶中的电是一回事；发明避雷针；莱顿瓶中的电是一回事；发明避雷针；并于并于17941794年提出正电负电的概念。年提出正电负电的概念。法国人库仑（法国人库仑（1736173618061806）运用扭秤）运用扭秤测定电荷之间的相互作用，证明了电力测定电荷之间的相互作用，证明了电力与电荷量之积成正比，与距离平方成反与电荷量之积成正比，与距离平方成反比。得出了历史上最早的静电学定律比。得出了历史上最早的静电学定律库仑定律。库仑定律。第11页，共85页，编辑于2022年，星期一 1800 1800年，伏特（年，伏特（1745174518271827）依照）依照伏特序列制成伏特电堆。它能够把伏特序列制成伏特电堆。它能够把化学能不断地转变为电能，维持单化学能不断地转变为电能，维持单一方向的持续电流为动电研究打下一方向的持续电流为动电研究打下基础，推动了电化学的发展。基础，推动了电化学的发展。1820 1820年，丹麦物理学家奥斯特年，丹麦物理学家奥斯特（1777177718511851）发现电流的磁效）发现电流的磁效应。在电与磁之间架起了一座桥应。在电与磁之间架起了一座桥梁，打开了近代电磁学的突破口梁，打开了近代电磁学的突破口，对德国自然哲学的影响。，对德国自然哲学的影响。第12页，共85页，编辑于2022年，星期一（1775-18361775-1836），法国物理学家安培），法国物理学家安培从从18201820到到18251825年相继提出安培定律年相继提出安培定律（载流导线之间的相互作用力定律）（载流导线之间的相互作用力定律）和安培环路定律，为电动机的发明和安培环路定律，为电动机的发明作了理论上的准备。奠定了电动力作了理论上的准备。奠定了电动力学的基础。学的基础。1826 1826年，德国科学家欧姆（年，德国科学家欧姆（1787178718541854）在多年实验基础上，提出了著）在多年实验基础上，提出了著名的欧姆定律。名的欧姆定律。第13页，共85页，编辑于2022年，星期一英国物理学家法拉第（英国物理学家法拉第（1791179118671867），），电流有磁效应，磁有没有电流效应呢电流有磁效应，磁有没有电流效应呢？18311831年，法拉第发现运动的磁铁会导年，法拉第发现运动的磁铁会导致电流，而静止的磁铁却没有电流效致电流，而静止的磁铁却没有电流效应。这个电流称为感生电流。应。这个电流称为感生电流。约瑟夫约瑟夫亨利亨利 （Henry Joseph Henry Joseph 1797-18781797-1878）,美国科学家。他是以美国科学家。他是以电感单位电感单位“亨利亨利”留名的大物理学留名的大物理学家。家。18321832年亨利提出了表征线圈中年亨利提出了表征线圈中自感应作用的自感系数自感应作用的自感系数L L。第14页，共85页，编辑于2022年，星期一楞次是俄国物理学家楞次是俄国物理学家,主要从事电学主要从事电学的研究。的研究。18331833年指出感应电流的方向年指出感应电流的方向是这样确定的：它所产生的磁场方向是这样确定的：它所产生的磁场方向与引起感应的原磁场的变化方向相反。与引起感应的原磁场的变化方向相反。后被称为楞次定律。后被称为楞次定律。18381838年年,画家出身的美国人莫尔斯用编画家出身的美国人莫尔斯用编码方式发明了有线电报码方式发明了有线电报,1844,1844年年5 5月月2424日日,莫尔斯在华盛顿国会大厦向莫尔斯在华盛顿国会大厦向4040英里外英里外的巴尔的摩发出了人类历史上第一份电报的巴尔的摩发出了人类历史上第一份电报.这是信息流和物质流传递方式的第一次分这是信息流和物质流传递方式的第一次分离离,有线电报的发明具有划时代的革命有线电报的发明具有划时代的革命意义。意义。第15页，共85页，编辑于2022年，星期一18451845年，德国物理学家基尔霍夫年，德国物理学家基尔霍夫（1824182418871887）在深入研究了欧姆的工）在深入研究了欧姆的工作成果之后。提出了电路的两个基本定作成果之后。提出了电路的两个基本定律基尔霍夫电流定律律基尔霍夫电流定律(KCL)(KCL)和基尔霍夫和基尔霍夫电压定律电压定律(KVL)(KVL)。英国物理学家威廉英国物理学家威廉汤姆森（开尔文勋汤姆森（开尔文勋爵爵1824182419071907）采用电阻、电感和电）采用电阻、电感和电容的电路模型，分析了莱顿瓶的放电容的电路模型，分析了莱顿瓶的放电过程，得出电振荡的频率。过程，得出电振荡的频率。第16页，共85页，编辑于2022年，星期一18531853年年H.H.亥姆霍兹在戴维宁定理的基础上提出电亥姆霍兹在戴维宁定理的基础上提出电路中的等效发电机原理。路中的等效发电机原理。18541854年，开尔文发表了电年，开尔文发表了电缆传输理论。缆传输理论。18571857年基尔霍夫提出了包括自感系数年基尔霍夫提出了包括自感系数在内的完整的传输线上电压及电流方程式，称之为基在内的完整的传输线上电压及电流方程式，称之为基尔霍夫方程。至些，包括传输线在内的电路理论基本尔霍夫方程。至些，包括传输线在内的电路理论基本建立起来了。建立起来了。第17页，共85页，编辑于2022年，星期一18661866年，德国工程师西门子（年，德国工程师西门子（1823182318831883）提出了发电机的工作原理，并由）提出了发电机的工作原理，并由西门子公司的一名工程师完成了人类第西门子公司的一名工程师完成了人类第一台发电机，同年，西门子还发明了第一台发电机，同年，西门子还发明了第一台直流电动机，从此电气化时代开始一台直流电动机，从此电气化时代开始了。了。18691869英国特理学家麦克斯韦英国特理学家麦克斯韦(1831(18311879)1879)总结了当时所发现的种种电磁总结了当时所发现的种种电磁现象的规律，将它表达为麦克斯韦现象的规律，将它表达为麦克斯韦议程组，预言了电磁波的丰硕，为议程组，预言了电磁波的丰硕，为电路理论奠定了坚定的基础。电路理论奠定了坚定的基础。第18页，共85页，编辑于2022年，星期一18761876年，美国科学家贝尔（年，美国科学家贝尔（1847184718791879）发明了电话，实现了通信技术）发明了电话，实现了通信技术的飞越。的飞越。18791879年，美国科学家爱迪生（年，美国科学家爱迪生（1847184719311931）发明了碳丝灯泡。改变了人们的）发明了碳丝灯泡。改变了人们的生活。生活。18801880年，英国人霍普金森提出了形式上年，英国人霍普金森提出了形式上与欧姆定律相似的计算磁路的定律。与欧姆定律相似的计算磁路的定律。1919世纪末交流电技术发展。世纪末交流电技术发展。第19页，共85页，编辑于2022年，星期一18941894年，意大利人马年，意大利人马可尼和俄国的波波夫可尼和俄国的波波夫分别发明了无线电。分别发明了无线电。从此进入了无线电通从此进入了无线电通信时代。信时代。19251925年，英国人贝尔德发明了电视。年，英国人贝尔德发明了电视。第20页，共85页，编辑于2022年，星期一19321932年发现负反馈放大器的稳定年发现负反馈放大器的稳定性条件，即著名的奈奎斯特稳定性条件，即著名的奈奎斯特稳定判据，可用于各种线性反馈系统判据，可用于各种线性反馈系统的设计。的设计。第二次世界大战中雷达和近代控制技术的出现，对电路第二次世界大战中雷达和近代控制技术的出现，对电路理论的发展起了推进作用。理论的发展起了推进作用。19581958发明了集成电路，它将构成发明了集成电路，它将构成电子电路的电阻电容二极管等都放在了一块半导体芯片上，电子电路的电阻电容二极管等都放在了一块半导体芯片上，电子技术进入了集成电路时代。电子技术进入了集成电路时代。第21页，共85页，编辑于2022年，星期一 20 20世纪世纪3030年代开始，电路理论已形成为一门年代开始，电路理论已形成为一门独立学科，建立了各种元器件的电路模型。独立学科，建立了各种元器件的电路模型。5050年年代末，电路理论在学术体系上基本完善。代末，电路理论在学术体系上基本完善。6060年代以年代以后的电路理论为近代电路理论。后的电路理论为近代电路理论。近代电路理论的主要特点：近代电路理论的主要特点：图论引入电路理论图论引入电路理论出现大量新的电路元件、有源器件出现大量新的电路元件、有源器件电路分析和设计在计算机上的应用电路分析和设计在计算机上的应用第22页，共85页，编辑于2022年，星期一n电路理论是高等学校电子与电气信息类专业的技术电路理论是高等学校电子与电气信息类专业的技术基础课，为该类专业的后续许多课程理论支持，如基础课，为该类专业的后续许多课程理论支持，如模拟电子技术、数学电子技术、信号与系统、电机模拟电子技术、数学电子技术、信号与系统、电机学、电力系统分析、集成电路设计、自动控制、电学、电力系统分析、集成电路设计、自动控制、电力电子技术待都用到电路理论。力电子技术待都用到电路理论。n在工程技术实际和生活实际中应用广泛，与我们的生在工程技术实际和生活实际中应用广泛，与我们的生活密不可分活密不可分。3.3.电路理论的应用电路理论的应用第23页，共85页，编辑于2022年，星期一4 4、电路理论和电路课程、电路理论和电路课程n电路理论是电气工程和电子科学技术的主要理电路理论是电气工程和电子科学技术的主要理论基础，是一门研究电路分析和网络综合与设论基础，是一门研究电路分析和网络综合与设计基本规律的基础工程学科。计基本规律的基础工程学科。n所谓电路分析是在电路给定参数已知的条件下，所谓电路分析是在电路给定参数已知的条件下，通过求解电路中的电压、电流而了解电网络具通过求解电路中的电压、电流而了解电网络具有的特性；而网络综合是在给定电路技术指标有的特性；而网络综合是在给定电路技术指标的情况下，设计出电路并确定元件参数，使电的情况下，设计出电路并确定元件参数，使电路的性能符合设计要求。路的性能符合设计要求。第24页，共85页，编辑于2022年，星期一第一章电路模型和电路定律第一章电路模型和电路定律(circuit model)(circuit laws)1.1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律l 重点重点：2.2.电路元件特性电路元件特性第25页，共85页，编辑于2022年，星期一本章要求本章要求充分理解和掌握电流的参考方向和充分理解和掌握电流的参考方向和电压的参考极性两个概念；电压的参考极性两个概念；明确电阻、电感、电容等电路元件明确电阻、电感、电容等电路元件的电压与电流间的关系；的电压与电流间的关系；熟练掌握基本定律，并做到灵活运用。熟练掌握基本定律，并做到灵活运用。第26页，共85页，编辑于2022年，星期一主要内容主要内容电路和电路电路和电路模型模型电流电流 、电压和功率、电压和功率电路元件电路元件基尔霍夫定律基尔霍夫定律第27页，共85页，编辑于2022年，星期一1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型电路电路(circuit)(circuit)的组成的组成发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线电源电源(source):提供电能或提供电能或发出电信号的设备发出电信号的设备负载负载(load):消耗电能或消耗电能或接收电信号的装置接收电信号的装置传输控制器件：传输控制器件：电源和电源和负载中间的连接部分负载中间的连接部分第28页，共85页，编辑于2022年，星期一电路的作用电路的作用n n 实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 n n 实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放大放大器器扬声器扬声器话筒话筒发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线第29页，共85页，编辑于2022年，星期一电路模型电路模型(circuit model)导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡电路图电路图反映实际电路部件的主要电磁性质的理反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。想电路元件及其组合。l理想电路元件理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件有某种确定的电磁性能的理想元件l电路模型电路模型第30页，共85页，编辑于2022年，星期一 电电路路中中的的主主要要物物理理量量有有电电压压、电电流流、电电荷荷、磁磁链链、能能量量、电电功功率率等等。在在线线性性电电路路分分析析中中主主要要关关心的物理量是电流、电压和功率。心的物理量是电流、电压和功率。1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 current and voltage reference direction第31页，共85页，编辑于2022年，星期一1.电流的参考方向电流的参考方向(current reference direction)l产生原因产生原因l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的单位时间内通过导体横截面的电荷量电荷量第32页，共85页，编辑于2022年，星期一单位：单位：A（安培）、（安培）、kA、mA、A 方向：规定正电荷的运动方向为电流的实际方向，方向：规定正电荷的运动方向为电流的实际方向，元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可中电流流动的实际方向只有两种可能能:实际方向实际方向实际方向实际方向 AABB问问题题复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断的实际方向往往很难事先判断第33页，共85页，编辑于2022年，星期一参考方向参考方向i 参考方向参考方向大小大小方向方向(正负）正负）电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。向即为电流的参考方向。AB第34页，共85页，编辑于2022年，星期一i 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0+实际方向实际方向参考方向参考方向U+U0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)l u,i 取非关联参考方向取非关联参考方向+-iu+-iuP0 发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收)第43页，共85页，编辑于2022年，星期一例例564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1求图示电路中各方框所代求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功表的元件消耗或产生的功率。已知：率。已知：U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A 解解注注对一完整的电路，发出的功率消耗的功率对一完整的电路，发出的功率消耗的功率第44页，共85页，编辑于2022年，星期一n定义：电路元件是电路中最基本的组成单元。定义：电路元件是电路中最基本的组成单元。n电路物理量有电压电路物理量有电压u,电流电流I,电荷电荷q及磁通及磁通n分类：按与外部连接的端子数目分为一端，二端元件，分类：按与外部连接的端子数目分为一端，二端元件，还可分为线性和非线性元件，时不变元件，时变元件，还可分为线性和非线性元件，时不变元件，时变元件，无源和有源元件等。无源和有源元件等。1.4 1.4 电路元件电路元件第45页，共85页，编辑于2022年，星期一一、几种基本的电路元件：一、几种基本的电路元件：电阻电阻(resistance)：表示消耗电能的元件：表示消耗电能的元件电感电感(inductance)：表示产生磁场，储存磁场能量的元：表示产生磁场，储存磁场能量的元件件电容电容(capacitance)：表示产生电场，储存电场：表示产生电场，储存电场能量的元件能量的元件电源元件电源元件(source)：表示各种将其它形式的能量转：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件变成电能的元件 如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关系，如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。第46页，共85页，编辑于2022年，星期一例iiz集总参数电路+-两线传输线的等效电路两线传输线的等效电路当两线传输线的长度当两线传输线的长度 l 与电磁波的波长满足：与电磁波的波长满足：第47页，共85页，编辑于2022年，星期一iiz+-分布参数电路当两线传输线的长度当两线传输线的长度 l 与电磁波的波长满足：与电磁波的波长满足：第48页，共85页，编辑于2022年，星期一1.5 1.5 电阻元件电阻元件 (resistor)Ri+-U对电流呈现阻力的元件对电流呈现阻力的元件定义定义电路符号电路符号电导电导：电阻电阻：Rconductance resistance 单位单位R：(Ohm，欧姆欧姆)G：S(Siemens，西门子西门子)第49页，共85页，编辑于2022年，星期一 ui 关系关系满足欧姆定律满足欧姆定律(Ohms Law)uiu、i 取关联参取关联参考方向考方向Rui+伏伏安安特特性性为为一一条条过过原原点点的的直直线线第50页，共85页，编辑于2022年，星期一(2)如电阻上的电压与电流参考方向非关联公如电阻上的电压与电流参考方向非关联公式中应冠以负号式中应冠以负号注注(3)说明线性电阻是无记忆、双向性的元说明线性电阻是无记忆、双向性的元 件件欧姆定律欧姆定律(1)只适用于线性电阻，只适用于线性电阻，(R 为常数）为常数）则欧姆定律写为则欧姆定律写为u R i i G u公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！Rui+-第51页，共85页，编辑于2022年，星期一上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p u i (R i)i i2 R u(u/R)u2/Rp u i i2R u2/R功率：功率：Rui+-Rui+-第52页，共85页，编辑于2022年，星期一ui从 t0 到 t 电阻消耗的能量：4.4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路l 能量l 短路l 开路uiRiu+u+i00第53页，共85页，编辑于2022年，星期一下 页上 页实际电阻器返 回第54页，共85页，编辑于2022年，星期一1.6 1.6 电源元件电源元件(source)(source)分类：分类：独立电源独立电源 (independent source)受控电源受控电源 (dependent source)电压源电压源 电流源电流源 第55页，共85页，编辑于2022年，星期一电压源电压源(voltage source)定义：定义：两端电压总能保持定值或一定的时间函数，两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流其值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压无关的元件叫理想电压源。源。电路符号：电路符号：伏安伏安特性：特性：说说明明：电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。经它的电流方向、大小无关。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。i+_ui第56页，共85页，编辑于2022年，星期一功率：功率：电场力做功电场力做功 ，电源吸收功率电源吸收功率，充当负载。充当负载。电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；物理意义：物理意义：+_iu+_电流（正电荷电流（正电荷 ）由低电位）由低电位向高电位移动，外力克服向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功电场力作功，电源发出功率。率。电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；物理意义：物理意义：+_iu+_第57页，共85页，编辑于2022年，星期一例例计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）+_5V+_i10V第58页，共85页，编辑于2022年，星期一 实实际际电电压压源源也也不不允允许许短短路路。因因其其内内阻阻小小，若若短短路，电流很大，可能烧毁电源。路，电流很大，可能烧毁电源。usuiO 实际电压源实际电压源i+_u+_考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性一个好的电压源要求一个好的电压源要求第59页，共85页，编辑于2022年，星期一电流源电流源(current source)定义：定义：其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电无关的元件叫理想电流源。流源。电路符号：电路符号：伏安伏安特性：特性：说说明明：电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关它两端电压方向、大小无关 通过电流源的电压由电源及外电路共同决定。通过电流源的电压由电源及外电路共同决定。u+_ui第60页，共85页，编辑于2022年，星期一ui下 页上 页0例Ru-+外电路电流源不能开路！返 回 可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电子被激发产生一定值的电流等。实际电流源的产生：第61页，共85页，编辑于2022年，星期一功率：功率：电场力做功电场力做功 ，电源吸收功率，电源吸收功率，充当负载。充当负载。电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；物理意义：物理意义：外力克服电场力作功电源外力克服电场力作功电源发出功发出功率，起电源作用。率，起电源作用。电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；物理意义：物理意义：+_iu+_i+_u+_第62页，共85页，编辑于2022年，星期一 实实际际电电流流源源也也不不允允许许开开路路。因因其其内内阻阻大大，若若开开路路，电电压很高，可能烧毁电源。压很高，可能烧毁电源。isuiO实际电流源实际电流源考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性一个好的电流源要求一个好的电流源要求:u+_i第63页，共85页，编辑于2022年，星期一实际电源干电池钮扣电池1.干电池和钮扣电池（化学电源）干电池电动势1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。钮扣电池电动势1.35V，用固体化学材料，化学反应不可逆。下 页上 页返 回第64页，共85页，编辑于2022年，星期一 氢氧燃料电池示意图2.燃料电池（化学电源）电池电动势1.23V。以氢、氧作为燃料。约40-45%的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。下 页上 页返 回第65页，共85页，编辑于2022年，星期一3.太阳能电池（光能电源）一块太阳能电池电动势0.6V。太阳光照射到P-N结上，形成一个从N区流向P区的电流。约 11%的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。一个50cm2太阳能电池的电动势0.6V,电流0.1A 太阳能电池示意图太阳能电池板下 页上 页返 回第66页，共85页，编辑于2022年，星期一蓄电池示意图4.蓄电池（化学电源）电池电动势2V。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于2V，常要充电，化学反应可逆。下 页上 页返 回第67页，共85页，编辑于2022年，星期一直流稳压源直流稳压源变频器变频器频率计频率计函数发生器函数发生器下 页上 页返 回第68页，共85页，编辑于2022年，星期一发电机组发电机组下 页上 页返 回第69页，共85页，编辑于2022年，星期一草原上的风力发电草原上的风力发电下 页上 页返 回第70页，共85页，编辑于2022年，星期一1.71.7受控源受控源(controlled source or dependent source)定义：定义：电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个电压而是受电路中某个电压(或电流或电流)控制的电源，称控制的电源，称受控源。受控源。电路符号：电路符号：+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源分类：分类：根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u 或电流或电流i，受控，受控源可分四种类型源可分四种类型第71页，共85页，编辑于2022年，星期一 U1+_U1U2I2I1=0(a)VCVS+-+-I1(b)CCVS+_U1=0U2I2I1+-+-(c)VCCSgU1U1U2I2I1=0+-+-(d)CCCS I1U1=0U2I2I1+-+-电电电电压压压压控控控控制制制制电电电电压压压压源源源源电电电电流流流流控控控控制制制制电电电电压压压压源源源源电电电电压压压压控控控控制制制制电电电电流流流流源源源源电电电电流流流流控控控控制制制制电电电电流流流流源源源源第72页，共85页，编辑于2022年，星期一受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较独独立立源源电电压压(或或电电流流)由由电电源源本本身身决决定定，与与电电路路中中其其它它电电压、电流无关，而受控源电压压、电流无关，而受控源电压(或电流或电流)由控制量决定。由控制量决定。独独立立源源在在电电路路中中起起“激激励励”作作用用，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流，而而受受控控源源只只是是反反映映输输出出端端与与输输入入端端的的受受控控关关系系，在电路中不能作为在电路中不能作为“激励激励”。例例求：电压求：电压u u2 2。解解5i1+_u2_u1=6Vi1+-3 第73页，共85页，编辑于2022年，星期一1.81.8基尔霍夫定律基尔霍夫定律(Kirchhoffs Laws)基基尔尔霍霍夫夫定定律律包包括括基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律 (KCL)和和基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律(KVL)。它它反反映映了了电电路路中中所所有有支支路路电电压压和和电电流流所所遵遵循循的的基基本本规规律律，是是分分析析集集总总参参数数电电路路的的基基本本定定律律。基基尔尔霍霍夫夫定定律律与与元元件件特特性性构构成成了了电电路路分分析析的的基基础。础。第74页，共85页，编辑于2022年，星期一几个名词几个名词电路中通过同一电流的分支电路中通过同一电流的分支三条或三条以上支路的连接点称为节点。三条或三条以上支路的连接点称为节点。(n)b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3支路支路 (branch)(branch)：电路中每一个两端元件就叫一条支路电路中每一个两端元件就叫一条支路i3i2i1节点节点 (node)(node)：b=5第75页，共85页，编辑于2022年，星期一由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。(l)两节点间的一条通路。由支路构成。两节点间的一条通路。由支路构成。对平面电路，其内部不含任何支路的对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。回路称网孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123路径路径(path)(path)：回路回路(loop)(loop)：网孔网孔(mesh)(mesh)：网孔是回路，但回路不一定是网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔第76页，共85页，编辑于2022年，星期一基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)令流出为令流出为“+”+”，有：，有：例例 在在集集总总参参数数电电路路中中，任任意意时时刻刻，对对任任意意结结点点流流出出或或流流入该结点电流的代数和等于零。入该结点电流的代数和等于零。流进的电流流进的电流等于流出的等于流出的电流电流第77页，共85页，编辑于2022年，星期一1 3 2例例三式相加得：三式相加得：表明表明KCLKCL可推广应用于电路中包围可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面多个结点的任一闭合面明确明确 KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，是对支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；与电路是线性还是非线性无关；KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际方向无关。方程是按电流参考方向列写，与电流实际方向无关。第78页，共85页，编辑于2022年，星期一（2 2）选定回路绕行方向，顺时）选定回路绕行方向，顺时针或逆时针针或逆时针.U1US1+U2+U3+U4+US4=0基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)在集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕在集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕行，各支路电压的代数和等于零。行，各支路电压的代数和等于零。（1 1）标定各元件电压参考方向）标定各元件电压参考方向 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4US1_+US4R4R2I2I1+R1I4I3R3_U3U1U2U4第79页，共85页，编辑于2022年，星期一例例KVL也适用于电路中任一假想的回路也适用于电路中任一假想的回路aUsb_-+U2U1明确明确 KVL的实质反映了电路遵从能量守的实质反映了电路遵从能量守恒定律恒定律;KVL是对回路电压加的约束，与回是对回路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关电路是线性还是非线性无关；KVL方程是按电压参考方向列写，方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。与电压实际方向无关。第80页，共85页，编辑于2022年，星期一KCL、KVL小结：小结：KCL是是对对支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVL是是对对回回路电压的线性约束。路电压的线性约束。KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关与组成支路的元件性质及参数无关KCL表表明明在在每每一一节节点点上上电电荷荷是是守守恒恒的的；KVL是是能量守恒的具体体现能量守恒的具体体现(电压与路径无关电压与路径无关)。KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。第81页，共85页，编辑于2022年，星期一1.2.3.5V+-4Vi=?3+-4V5V1A+-u=?4.3 第82页，共85页，编辑于2022年，星期一解解10V+-1A-10VI=?10 5.4V+-10AU=?2 6.+-3AI解解I1第83页，共85页，编辑于2022年，星期一10V+-3I2U=?I=05 7.5-+2I2 I25+-解解第84页，共85页，编辑于2022年，星期一+-I1U=?8.R2 I1R1US解解选择参数可以得到电压和选择参数可以得到电压和功率放大功率放大第85页，共85页，编辑于2022年，星期一