第1章 电路模型和电路定律(2)-精品文档资料整理.ppt

电电 路路主讲教师：主讲教师：曹灿云曹灿云课程性质课程性质:专业基础课专业基础课课程特点：课程特点：内容丰富，技术更新快，内容丰富，技术更新快，紧密联系实际，应用极为广泛。紧密联系实际，应用极为广泛。本课是一切电类后续课程（数字电子技术、计算本课是一切电类后续课程（数字电子技术、计算机原理、自动控制、单片机、嵌入式技术等）的基机原理、自动控制、单片机、嵌入式技术等）的基础。学时少、内容多，不能轻视。否则，对以后的础。学时少、内容多，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大影响。学习将会造成很大影响。授课学时授课学时:理论理论6060学时、实验学时、实验1212学时学时主要教学环节主要教学环节习题习题独立完成作业，按时交作业。独立完成作业，按时交作业。紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题方法和技巧。方法和技巧。课堂教学课堂教学实验（另设课程）实验（另设课程）注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的使用方法，验证与探索相结合。使用方法，验证与探索相结合。期末考试期末考试：70%70%；平时平时：30%30%（作业、考勤和实验操作）（作业、考勤和实验操作）教材：教材：主要教材：主要教材：电路电路 邱关源邱关源 高等教育出版社高等教育出版社v1电路分析基础电路分析基础（第三版）李瀚荪主编（第三版）李瀚荪主编v2电路原理电路原理（上、下）（上、下）周守昌主编周守昌主编v3电路理论基础电路理论基础（第二版）（第二版）周长源主编周长源主编 v 天津大学出版社天津大学出版社v4电路理论基础电路理论基础（修正版）（修正版）杨杨 山山v5 Fundamentals of Electric Circuits(Second Edition)Charles K.Alexander Matthew N.O.Sadiku,2002教材：教材：其他参考书其他参考书:第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律电路和电路模型电路和电路模型1.1电阻元件电阻元件1.5电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1.2电压源和电流源电压源和电流源1.6电功率和能量电功率和能量1.3受控电源受控电源1.7电路元件电路元件1.4基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.8电电源源一、一、电路电路电流流通的路径。电流流通的路径。US1-1 1-1 电路和电路模型电路和电路模型二、二、电路电路的组成的组成电源：电源：将非电将非电形态的能量转化为形态的能量转化为电能的供电设备。电能的供电设备。负载：负载：将将电能转化为非电形态的电能转化为非电形态的能量的用电设备。能量的用电设备。中间环节中间环节：传递、分配和控制电能传递、分配和控制电能电路：又称电网络，简称电路：又称电网络，简称网络网络。分二端网络、三端网络、四端网络等，分二端网络、三端网络、四端网络等，或无源网络和有源网络。或无源网络和有源网络。还可称还可称系统系统。内电路内电路外电路外电路电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用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.输电线输电线直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源:提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒三、三、电路电路的作用的作用3四、电路分析四、电路分析1、激励：、激励：电源或信号源的电压或电流。电源或信号源的电压或电流。2、响应：、响应：由于激励在电路各部分产生的电压和电流。由于激励在电路各部分产生的电压和电流。3、电路分析：、电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。路的激励与响应之间的关系。激励信号激励信号（输入信号）（输入信号）电路电路（网络）（网络）响应信号响应信号（输出信号）（输出信号）1、实际元件：、实际元件：组成实际电路的元件。组成实际电路的元件。2、理想元件：、理想元件：将实际元件理想化，即在一定条件下突出将实际元件理想化，即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素。其主要的电磁性质，忽略其次要因素。理想理想元件元件电阻电阻R电感电感L电容电容C电压源电压源电流源电流源五、五、电路电路模型模型i例如：一个白炽灯在有电流通过时例如：一个白炽灯在有电流通过时R R L 消耗电消耗电能能（电阻性）（电阻性）产生产生磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量（电感性）（电感性）忽略忽略L L为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成把它看成理想电路元件理想电路元件。理想电路元件理想电路元件电源负载连接导线实际电路实际电路电路模型电路模型将实际电路中的元件用将实际电路中的元件用理想电路元件理想电路元件表示、表示、连接，称为实际电路的连接，称为实际电路的电路模型电路模型电路模型电路模型。2、电路模型、电路模型开关SR+R0US220V开关开关S镇流器镇流器L启辉器启辉器Q日光灯管日光灯管R实际电路实际电路电容器电容器CR Ls Cus+-电路模型电路模型线圈的几种电路模型线圈的几种电路模型 (a)(a)线圈的图形符号线圈的图形符号 (b)(b)线圈通过低频交流的模型线圈通过低频交流的模型 (c)(c)线圈通过高频交流的模型线圈通过高频交流的模型l具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一模型表示；可用同一模型表示；l同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可以有不同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可以有不同的形式同的形式 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人人们们主主要要关心的物理量是电流、电压和功率。关心的物理量是电流、电压和功率。l电流电流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电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量1-2 1-2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 一、电流一、电流一、电流一、电流l方向方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向l单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、A元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向实际方向AB实际方向实际方向AB对于复杂电路或电路中的电流随时间变化对于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。时，电流的实际方向往往很难事先判断。问题1、参考方向、参考方向i 参考方向参考方向大小大小方向（正负）方向（正负）电流电流(代数量代数量)任意假定一个方向即为电流的参考方向任意假定一个方向即为电流的参考方向ABi 参考方向参考方向i参考方向参考方向i0i0实际方向实际方向实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：电流的参考方向与实际方向的关系：AABB2、电流参考方向的表示方法、电流参考方向的表示方法ABi 用箭头表示：箭头的指向为用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。电流的参考方向。用双下标表示：如用双下标表示：如 iAB,电流的参考方向由电流的参考方向由A指向指向B。二、电压二、电压1、实际方向：、实际方向：高电位指向低电位的方向。高电位指向低电位的方向。单位正电荷由电路中单位正电荷由电路中a点移动到点移动到b点所获得或点所获得或失去的能量，称为失去的能量，称为ab两点的电压，即两点的电压，即电压的单位为伏电压的单位为伏特特（V）U0参考方向参考方向U+实际方向实际方向+实际方向实际方向参考方向参考方向U+U2、参考方向：、参考方向：任意选定一个方向作为电压的方向。任意选定一个方向作为电压的方向。当电压的参考方向和它的实际方向当电压的参考方向和它的实际方向一致一致时，电压为时，电压为正值正值；反之，当电压的参考方向和它的实际方向相反时，电压为反之，当电压的参考方向和它的实际方向相反时，电压为负值。负值。正负号正负号u_+ABUAB（高电位在前，低电位在后）高电位在前，低电位在后）双下标双下标箭头箭头uAB3、电压参考方向的表示方法：、电压参考方向的表示方法：UAB=UA-UB电流的参考方向与电压电流的参考方向与电压的参考方向的参考方向一致一致，则把，则把电流和电压的这种参考方向称为电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向关联参考方向;否则为否则为非关联参考方向非关联参考方向。元件i+_u三、关联参考方向三、关联参考方向电流参考方向是从电压参考正极流入，负极流出。电流参考方向是从电压参考正极流入，负极流出。对于二端元件而言，电压的参考极性和电流参考方向对于二端元件而言，电压的参考极性和电流参考方向的选择有四种可能的方式，如图的选择有四种可能的方式，如图16所示。所示。为了电路分析和计算的方便，为了电路分析和计算的方便，常采用电压电流的关联参考方向，也就是说，当电常采用电压电流的关联参考方向，也就是说，当电压的参考极性已经规定时，电流参考方向从压的参考极性已经规定时，电流参考方向从“+”指向指向“-”，当电流参考方向已经规定时，电，当电流参考方向已经规定时，电压参考极性的压参考极性的“+”号标在电流参考方向的进入号标在电流参考方向的进入端，端，“-”号标在电流参考方向的流出端。号标在电流参考方向的流出端。例例ABABiU电压电流参考方向如图中所标，问：对电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？两部分电路电压电流参考方向关联否？答：答：A电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联；B电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。注意注意(1)(1)分析电路前应分析电路前应选定选定选定选定电压电流的电压电流的参考方向参考方向参考方向参考方向，并标在图中；，并标在图中；(2)(2)参考方向一经选定，在计算过程中不得任意改变。参考参考方向一经选定，在计算过程中不得任意改变。参考方向是列写方程式的需要，是待求值的假定方向而不是方向是列写方程式的需要，是待求值的假定方向而不是真实方向，因此不必追求它们的物理实质是否合理。真实方向，因此不必追求它们的物理实质是否合理。(4)(4)参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向下进行方向下进行，实际方向由计算结果确定。实际方向由计算结果确定。参考方向参考方向不同时，其表达式符号也不同，但实际方向不变不同时，其表达式符号也不同，但实际方向不变(3)(3)电电阻阻（或或阻阻抗抗）一一般般选选取取关关联联参参考考方方向向，独独立立源源上上一一般般选选取非关联参考方向。取非关联参考方向。(5)(5)在分析、计算电路的过程中，出现在分析、计算电路的过程中，出现“正、负正、负”、“加、加、减减”及及“相同、相反相同、相反”这几个名词概念时，切不可把它这几个名词概念时，切不可把它们混为一谈。们混为一谈。五、电五、电 位位在电路中任选一点，在电路中任选一点，设其电位为零（用接地符设其电位为零（用接地符号号“”标记），标记），此点称为参考点。此点称为参考点。其它各点对参考点的电压，便是该点的其它各点对参考点的电压，便是该点的电位电位。记为：记为：“VX”注意：电位为注意：电位为单下标单下标比参考点电位比参考点电位高高为为正正，否则为负。，否则为负。a为参考点：为参考点：Va=0Vb=10VUbc=Vb-Vc+3V-Vc=Vb-Ubc=10-3=7VVd=3Vb为参考点：为参考点：Va=-10VVb=0VVc=Vb-Ubc=0-3=-3VVd=Vc-Ucd=-7Vabcd10V4V66电位：电位：电位值是电位值是相对相对的，参考点选得不同，电路的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；中其它各点的电位也将随之改变；电压：电压：电路中两点间的电压值是电路中两点间的电压值是固定固定的，不会因的，不会因参考点的不同而改变。参考点的不同而改变。电位和电压的区别电位和电压的区别1-3 电功率和能量电功率和能量一、一、电功率：单位时间内电场力所做的功。电功率：单位时间内电场力所做的功。电功率可写成电功率可写成功率的单位：功率的单位：W(瓦瓦)(Watt，瓦特，瓦特)能量的单位：能量的单位：J(焦焦)(Joule，焦耳，焦耳)电能的单位还常用度，电能的单位还常用度，1度度=1千瓦时千瓦时二端元件或二端网络从二端元件或二端网络从t0到到t时间内吸收的电能为时间内吸收的电能为在实际应用中感到这些在实际应用中感到这些SI单位太大或太小时，可以加上如单位太大或太小时，可以加上如下表的国际单位制的词头，构成下表的国际单位制的词头，构成SI的十进倍数或分数单位。的十进倍数或分数单位。二、二、电能电能功率与电流、电压的关系：功率与电流、电压的关系：（1）关联参考方向）关联参考方向（u、i 参考方向一致参考方向一致）时：）时：（2 2）非关联参考方向）非关联参考方向（u、i 参考方向不一致参考方向不一致）时：）时：p p0 0时元件时元件吸收吸收能量，为负载；能量，为负载；p p0 0时元件时元件释放释放能量，能量，为电源。为电源。EIRU+_p=uip=ui例题例题：求图中各元件的功率并判断元件性质。求图中各元件的功率并判断元件性质。解：解：（a）关联方向，关联方向，P=UI=52=10W，P0，吸收吸收10W功率，元件为负载。功率，元件为负载。(a)+U=5V I=2A(b)+U=5V I=-2A(c)+U=5V I=-2A例题的电路例题的电路（b）关联方向，关联方向，P=UI=5(2)=10W，P0，吸收吸收10W功率，元件为负载。功率，元件为负载。所以用功率的正负可以判断元件的性质（是负载或电源）。所以用功率的正负可以判断元件的性质（是负载或电源）。(b)+U=5V I=-2A(c)+U=5V I=-2A例例在下图电路中，已知在下图电路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,I5=-3A。试求：试求：(1)各二端元件吸收的功率；各二端元件吸收的功率；(2)整个电路吸收的功率。整个电路吸收的功率。在电路中，已知在电路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,I5=-3A。整个电路吸整个电路吸收的功率为收的功率为解：各二端元件吸收的功率为解：各二端元件吸收的功率为U、I 参考方向相同时，参考方向相同时，U U、I I 参考方向相反时，参考方向相反时，参考方向相反时，参考方向相反时，RU+IRU+I表达式中有两套正负号：表达式中有两套正负号：式前的正负号由式前的正负号由U、I是否是关联参考方向来是否是关联参考方向来确定；确定；U、I值本身的正负则说明实际方向与参考值本身的正负则说明实际方向与参考方向之间的关系。方向之间的关系。U=I R U U=IRIRP=UI P=UI 上上述述功功率率计计算算不不仅仅适适用用于于元元件件，也也使使用用于于任任意二端网络。意二端网络。电电阻阻元元件件在在电电路路中中总总是是消消耗耗(吸吸收收)功功率率，而而电源在电路中可能吸收，也可能发出功率。电源在电路中可能吸收，也可能发出功率。仔细读懂下面例题仔细读懂下面例题例：例：右下图电路，若已知元件吸收功率为右下图电路，若已知元件吸收功率为右下图电路，若已知元件吸收功率为右下图电路，若已知元件吸收功率为20W20W，电压电压电压电压U U=5V=5V，求电流，求电流，求电流，求电流I I。+UI元元 件件解：解：由图可知由图可知UI为关联参考方向，因此为关联参考方向，因此:I=PU=205=4A例：例：右下图电路，若已知元件中电流为右下图电路，若已知元件中电流为右下图电路，若已知元件中电流为右下图电路，若已知元件中电流为I I=100A100A，电压电压电压电压U U=10V=10V，求电功率，求电功率，求电功率，求电功率P P，并说明元件是电源，并说明元件是电源，并说明元件是电源，并说明元件是电源还是负载。还是负载。还是负载。还是负载。+UI元元 件件解：解：由图可知由图可知UI为非关联参考方向，因此为非关联参考方向，因此:P=UI=10(-100)=1000W元件吸收正功率，说明元件是负载。元件吸收正功率，说明元件是负载。1.4 1.4 电路元件电路元件一、集总电路一、集总电路 在任何时刻，流入二端元件的一个端子的电流一定在任何时刻，流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另一端子流出的电流，两个端子之间的电压为等于从另一端子流出的电流，两个端子之间的电压为单值量。单值量。当构成电路的器件以及电路本身的尺寸远小于电当构成电路的器件以及电路本身的尺寸远小于电路工作时的电磁波的波长，或者说电磁波通过电路的路工作时的电磁波的波长，或者说电磁波通过电路的时间可认为是瞬时的，这种理想电路元件称为时间可认为是瞬时的，这种理想电路元件称为集总元集总元件件或或集总参数元件集总参数元件。由集总元件构成的电路称为由集总元件构成的电路称为集总电路。集总电路。C=3x108m/s已知电磁波的传播速度与光速相同，即已知电磁波的传播速度与光速相同，即v=3105km/s(千米千米/秒秒)(1)若电路的工作频率为若电路的工作频率为f=50Hz，则则周期周期T=1/f=1/50=0.02s波长波长 =3105 0.02=6000km一般电路尺寸远小于一般电路尺寸远小于 。(2)若电路的工作频率为若电路的工作频率为f=50MHz，则则周期周期T=1/f=0.02 106s=0.02ns波长波长 =3105 0.02 106=6m此此时时一一般般电电路路尺尺寸寸均均与与 可可比比，所所以以电电路不能视为集总参数电路。路不能视为集总参数电路。二、电路元件的分类二、电路元件的分类1、按与外部连接的端子数目、按与外部连接的端子数目二端元件、三端元件、四端元件二端元件、三端元件、四端元件2、从电源分、从电源分有源元件、无源元件有源元件、无源元件3、从性质关系、从性质关系线性元件、非线性元件线性元件、非线性元件4、和时间关系、和时间关系时变元件、时变元件、时不变元件时不变元件1-5 1-5 电阻元件电阻元件按电路元件与外电路连接端点的数目，电路按电路元件与外电路连接端点的数目，电路元件可分为二端元件、三端元件、四端元件等。元件可分为二端元件、三端元件、四端元件等。本节先介绍一种常用的二端电阻元件。本节先介绍一种常用的二端电阻元件。(a)二端元件二端元件(b)三端元件三端元件(c)四端元四端元件件 常用的各种二端电阻器件 电阻器晶体二极管如果一个二端元件在任一时刻的电压如果一个二端元件在任一时刻的电压u与其电流与其电流i 的关的关系，由系，由u-i平面上一条曲线确定，则此二端元件称为二端电平面上一条曲线确定，则此二端元件称为二端电阻元件，其数学表达式为阻元件，其数学表达式为这条曲线称为电阻的特性曲线。它表明了电阻电压与这条曲线称为电阻的特性曲线。它表明了电阻电压与电流间的约束关系电流间的约束关系(VoltageCurrentRelationship，简称为简称为VCR)。一、二端电阻一、二端电阻 电阻的分类：电阻的分类：1.1.线性电阻与非线性电阻线性电阻与非线性电阻 其其特特性性曲曲线线为为通通过过坐坐标标原原点点直直线线的的电电阻阻，称称为线性电阻；否则称为非线性电阻。为线性电阻；否则称为非线性电阻。2.2.时变电阻与时不变电阻时变电阻与时不变电阻 其其特特性性曲曲线线随随时时间间变变化化的的电电阻阻，称称为为时时变变电电阻；否则称为时不变电阻或定常电阻。阻；否则称为时不变电阻或定常电阻。a)a)线性时不变电阻线性时不变电阻 b)b)线性时变电阻线性时变电阻 c)c)非线性时不变电阻非线性时不变电阻 d)d)非线性时变电阻非线性时变电阻实验表明：实验表明：在低频工作条件下，在低频工作条件下，晶体二极管的电压电流关晶体二极管的电压电流关系是系是ui平面上通过坐标原平面上通过坐标原点的一条曲线。说明它是点的一条曲线。说明它是非线性电阻元件。非线性电阻元件。用用晶体管特性图示器测晶体管特性图示器测量晶体二极管的电压电量晶体二极管的电压电流关系。流关系。二、线性电阻二、线性电阻线性时不变电阻的特性曲线是通过线性时不变电阻的特性曲线是通过u-i平面平面(或或i-u平面平面)原点的一条不随时间变化的直线。如图所示。原点的一条不随时间变化的直线。如图所示。三、欧姆定律三、欧姆定律流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。根据欧姆定律，电阻两端的电压和电流之间的关系可写成：根据欧姆定律，电阻两端的电压和电流之间的关系可写成：u=iR 在电压和电流的在电压和电流的关联关联方向下方向下u=iR在电压和电流在电压和电流非关联非关联方向下方向下u=-iRRi+_uRi+_u 公式必须和参考方向配套使用！公式必须和参考方向配套使用！(2)如电阻上的电压与电流参考方向非关联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公式中应冠以负号注注(3)说明线性电阻是无记忆、双向性的元件说明线性电阻是无记忆、双向性的元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）1、定义、定义G=1/R2、单位单位电导的单位为电导的单位为S（西门子）西门子）电阻的单位为电阻的单位为(欧姆欧姆)，计量高电阻时，则以计量高电阻时，则以k和和M为单位。为单位。四、电导四、电导五、电阻元件的伏安特性五、电阻元件的伏安特性以电压和电流为坐标，画出电压和电流的关系以电压和电流为坐标，画出电压和电流的关系曲线。由于电压和电流的单位是伏和安，因此曲线。由于电压和电流的单位是伏和安，因此电阻元件的特性称为伏安特性。电阻元件的特性称为伏安特性。Oiu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+-六、线性电阻元件功率六、线性电阻元件功率和和是正实常数，故功率是正实常数，故功率恒为非负值。所以线性电阻恒为非负值。所以线性电阻元件是一种元件是一种无源元件无源元件，也是，也是耗能元件耗能元件。能量：从能量：从到到t 电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：Riu+电阻的开路与短路电阻的开路与短路l短路短路l开路开路ui七、线性电阻元件的两种特殊情况：七、线性电阻元件的两种特殊情况：常用的干电池和可充电电池常用的干电池和可充电电池 实验室使用的直流稳压电源实验室使用的直流稳压电源用示波器观测直流稳压电源的电压随时间变化的波形。示波器稳压电源1.6 1.6 电压源和电流源电压源和电流源一一、理想电压源理想电压源1.特点：特点：(a)电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；(b)通过它的电流可能为任意值，由电源本身和外电路共同决定通过它的电流可能为任意值，由电源本身和外电路共同决定.直流：电压保持常量的电压源，即直流：电压保持常量的电压源，即uS为常数为常数交流：交流：电压随时间周期性变化且平均值为零的时变电压源，电压随时间周期性变化且平均值为零的时变电压源，u uS S是是确定的时间函数，如确定的时间函数，如 u uS S=U Um msinsin t tuS电路符号电路符号_+只用来表示直流只用来表示直流既可以表示直流既可以表示直流也可以表示交流也可以表示交流R/121020100i/A10510.50.10P/WP/W1005010510 例如图示电路中电阻值变化时，电压源的电流例如图示电路中电阻值变化时，电压源的电流 i和发和发出功率出功率 p 会发生变化。会发生变化。+-+-i=0+-i+-外外电电路路2、电压源的不同状态、电压源的不同状态空载空载有载有载3、特殊情况、特殊情况电压为零的电压源相当于短路。电压为零的电压源相当于短路。4.伏安特性伏安特性US(1)若若uS=US，即即直直流流电电源源，则则其其伏伏安安特特性性为为平平行行于于电电流流轴轴的的直直线线，反反映映输输出出电电压压与与电电源源中中的的电电流流大大小和方向无关。小和方向无关。(2)若若uS为为随随时时间间t变变化化的的电电源源，即即us=us(t)，则则其其变变化化规规律律由由其其本本身身决决定定，与与外外电电路路无无关关。电电压压为为零零的电压源，伏安曲线与的电压源，伏安曲线与i 轴重合轴重合,相当于短路线相当于短路线。uS+_iu+_uiO5.理想电压源的开路与短路理想电压源的开路与短路uS+_iu+_R(1)开路：开路：R，i=0，u=uS。(2)短路：短路：R=0，i ，理想电源出现理想电源出现病态，因此理想电压源不允许短路。病态，因此理想电压源不允许短路。*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，若若短短路路，电电流流很很大大，可可能能烧烧毁电源。毁电源。US+_iu+_rUsuiOu=USri实际电压源实际电压源当当p0，即电压源工作在即电压源工作在i-u平平面的一、三象限时，电压源实际吸面的一、三象限时，电压源实际吸收功率。收功率。当当p0P0在电压和电流关联参考方向下：在电压和电流关联参考方向下：也就是说，也就是说，随着电压源工作状态随着电压源工作状态的不同，它既可发出功率，也可的不同，它既可发出功率，也可吸收功率。吸收功率。6.功率：功率：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）i+_+_10V5V-+例：例：电路如图所示。已知电路如图所示。已知uab=6V,uS1(t)=4V,uS2(t)=10V,R1=2 和和R2=8。求电流求电流i和各电压源发出的功率。和各电压源发出的功率。两个电压源的吸收功率分别为两个电压源的吸收功率分别为解：解：例例电电路路如如图图所所示示。试试求求开开关关S断断开开后后，电电流流i和和b点点的的电位。电位。解解:图图(a)是是电电子子电电路路的的习习惯惯画画法法，不不画画出出电电压压源源的的符符号号，只只标出极性和对参考点的电压值，即电位值。标出极性和对参考点的电压值，即电位值。再求得再求得b点的电位点的电位我们可以用相应电压源来代替电位，画出图我们可以用相应电压源来代替电位，画出图(b)电路，电路，由此可求得开关由此可求得开关S断开时的电流断开时的电流I二二、理想电流源理想电流源1.特点：特点：(a)电源电流由电源本身决定，与外电路无关；电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(b)电源两端电压电源两端电压可能为任意值，由电流源和外电路共可能为任意值，由电流源和外电路共 同决定。同决定。直流电流源：直流电流源：电流保持常量的电流源，电流保持常量的电流源，即即i iS S为常数为常数交流电流源：交流电流源：电流随时间周期变化且平均值为零的时电流随时间周期变化且平均值为零的时变电流源变电流源i iS S是是确定的时间函数，如确定的时间函数，如 i iS S=I Im msinsin t t电路符号电路符号iS+_uR/1210201000u/V2420402000P/W4840804000例如图示电路中电阻值变化时，电流源的电压例如图示电路中电阻值变化时，电流源的电压u和发和发出功率出功率p 会发生变化。会发生变化。+-u=0i外外电电路路i短路短路有载有载3、特殊情况、特殊情况电流为零的电流源相当于开路。电流为零的电流源相当于开路。+-u2、电流源的不同状态、电流源的不同状态4.伏安特性伏安特性IS(1)若若iS=IS，即即直直流流电电流流源源，则则其其伏伏安安特特性性为为平平行行于于电压轴的直线，反映输出电流与电压轴的直线，反映输出电流与端电压无关。端电压无关。(2)若若iS为为随随时时间间变变化化的的电电流流源源，则则is(t)的的变变化化规规律律由由其其本本身身决决定定，与与外外电电路路无无关关 电电流流为为零零的的电电流流源源，伏安曲线与伏安曲线与u 轴重合轴重合,相当于开路元件相当于开路元件.uiOiSiu+_5.理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路R(2)开开路路：R，i=iS，u。若若强强迫迫断断开开电电流流源源回回路路，电电路路模模型型为为病病态，理想电流源不允许开路。态，理想电流源不允许开路。(1)短短路路：R=0，i=iS，u=0，电电流流源被短路。源被短路。iSiu+_6.实际电流源的产生：实际电流源的产生：可可由由稳稳流流电电子子设设备备产产生生，有有些些电电子子器器件件输输出出具具备备电电流流源源特特性性，如如晶晶体体管管的的集集电电极极电电流流与与负负载载无无关关；光光电电池池在在一一定定光光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。7.功率功率iSiu+_iSiu+_（is与与us非关联）非关联）P产生产生=uis p吸收吸收=uis（is与与us关联）关联）p吸收吸收=uis p产生产生=uis也就是说也就是说随着电流源工作状态的不同，它既可发出功率，随着电流源工作状态的不同，它既可发出功率，也可吸收功率也可吸收功率。与电压源类似，电流源并非一定发出功率，理想电压源与理想电流源常称为独立电源独立电源。电压源的电压和电流源的电流不受外电路的影响。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。解解发出发出发出发出满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）+_u+_2A5Vi实际电源实际电源干电池钮扣电池1.1.干电池和钮扣电池（化学电源）干电池和钮扣电池（化学电源）干电池电动势干电池电动势1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，其大，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。小决定储存的能量，化学反应不可逆。钮扣电池电动势钮扣电池电动势1.35V V，用固体化学材料，化学反应不可逆。，用固体化学材料，化学反应不可逆。氢氧燃料电池示意图2.2.燃料电池（化学电源）燃料电池（化学电源）电池电动势电池电动势1.23V。以氢、氧作为燃料。约。以氢、氧作为燃料。约40-45%的化学能的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。3.3.太阳能电池（光能电源）太阳能电池（光能电源）一块太阳能电池电动势一块太阳能电池电动势0.6V。太阳光照射到。太阳光照射到P-N结上，结上，形成一个从形成一个从N区流向区流向P区的电流。约区的电流。约 11%的光能转变为电的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。能，故常用太阳能电池板。一个一个50cm2太阳能电池的电动势太阳能电池的电动势0.6V,电流电流0.1A 太阳能电池示意图太阳能电池板太阳能电池板蓄电池示意图4.4.蓄电池（化学电源）蓄电池（化学电源）电池电动势电池电动势2V。使用时，电池放电，当电解液浓度小。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于于一定值时，电动势低于2V，常要充电，化学反应可逆。，常要充电，化学反应可逆。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发电机组发电机组草原上的风力发电草原上的风力发电1.7 1.7 受控电源受控电源一一、定定义义：电电压压源源电电压压或或电电流流源源电电流流不不是是给给定定的的时时间间函函数数，而而是是受受电电路路中中某某个个支支路路的的电电压压(或电流或电流)的控制。的控制。电路符号电路符号受控电流源受控电流源+受控电压源受控电压源电路结构特征：电路结构特征：具有两条支路：具有两条支路：电流源或电压源所在支路电流源或电压源所在支路 受控支路受控支路 控制电流或电压所在支路控制电流或电压所在支路 控制支路控制支路(a)电流控制的电流源电流控制的电流源(CurrentControlledCurrentSource):转移转移电流比，无量纲电流比，无量纲r :转移电阻转移电阻，电阻量纲，电阻量纲 u1=0i2=i1 u1=0u2=ri1CCCSi2=b b i1+_u2i2+_u1i1二二、分分类类：根根据据控控制制量量和和被被控控制制量量是是电电压压u或或电电流流i，受受控控源源可可分分为为四四种种类类型型：当当被被控控制制量量是是电电压压时时，用用受受控控电电压压源源表表示；当被控制量是电流示；当被控制量是电流时，时，用受控电流源表示。用受控电流源表示。+_u1i1u2=ri1+_u2i2CCVS+_(b)电流控制的电压源电流控制的电压源(CurrentControlledVoltageSource)例例:直流发电机直流发电机例例:晶体三极管晶体三极管g:转移电导转移电导，电导量纲，电导量纲:转移电压比，无量纲转移电压比，无量纲 i1=0i2=gu1 i1=0u2=u1VCCSi2=gu1+_u2i2+_u1i1(c)电压控制的电流源电压控制的电流源(VoltageControlledCurrentSource)+_u1i1u2=u1+_u2i2VCVS+_(d)电压控制的电压源电压控制的电压源(VoltageControlledVoltageSource)例例:电子三极管电子三极管例例:场效应管场效应管图中图中和和分别表示控制电压和控制电流分别表示控制电压和控制电流，分别是有关的控制系数，其中分别是有关的控制系数，其中是量纲为一的量（或称无量纲）；是量纲为一的量（或称无量纲）；分别具分别具有电阻和电导的量纲。有电阻和电导的量纲。这些系数为常数时，被控制量和控制量成正比，这些系数为常数时，被控制量和控制量成正比，这种受控源为线性受控源。这种受控源为线性受控源。受控源则描述电路中两条支路电压和电流间的一种约受控源则描述电路中两条支路电压和电流间的一种约束关系，它的存在可以改变电路中的电压和电流，使电路束关系，它的存在可以改变电路中的电压和电流，使电路特性发生变化。特性发生变化。独立电源是电路的输入或激励，它为电路提供按给定独立电源是电路的输入或激励，它为电路提供按给定时间函数变化的电压和电流，从而在电路中产生电压和电时间函数变化的电压和电流，从而在电路中产生电压和电流。流。三、受控源的功率三、受控源的功率受控源是四端元件，有两个端口受控源是四端元件，有两个端口(Port)其吸收功率其吸收功率p=p1+p2=u1i1+u2i2=0+u2i2(因因u1或或i1=0）=u2i2+_u1i1u2=u1+_u2i2VCVS+_输入：控制部分输入：控制部分输出：受控部分输出：受控部分四、受控源的特点：四、受控源的特点：1.1.在控制量发生变化时，电源输出（受控电在控制量发生变化时，电源输出（受控电压源的电压或受控电流源的电流）的大小和压源的电压或受控电流源的电流）的大小和方向均受到影响而改变，即输出不定；方向均受到影响而改变，即输出不定；2.2.在控制量不变时，受控源如同独立源，此在控制量不变时，受控源如同独立源，此时分析电路时可按独立源处理。时分析电路时可按独立源处理。练习：练习：+U13A+-u4-+-2u解：解：u=43=12Vu1=2u-u=u=12V电流源吸收功率电流源吸收功率P1=U13=123=36W(关联）关联）受控源吸收功率受控源吸收功率P2=-2u3(非关联）非关联）=-2123=-72W0（实为产生）实为产生）电阻吸收功率电阻吸收功率PR=u3=36(关联关联)如图电路，求各元件的功率。如图电路，求各元件的功率。注注：功率平