电路lecture_04_受控源及基尔霍夫定律.ppt

Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保1受控电源受控电源2引言引言3基尔霍夫定律基尔霍夫定律 lecture_04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律内容提纲重点难点含受控电源的电阻电路分析基尔霍夫定律的含义及灵活运用该定律进行电路分析 作业：1-10(a),1-12,1-19（cha.1-7,cha.1-8）Next:cha.2-1cha.2-4Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保GPS全球卫全球卫星导航系统星导航系统Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保 1 1 受控电源受控电源(非独立源非独立源)(controlledsourceordependentsource)在在电电子子电电路路中中广广泛泛使使用用各各种种晶晶体体管管、运运算算放放大大器器等等多多端端器器件件。这这些些多多端端器器件件的的某某些些端端钮钮的的电电压压或或电电流流受受到到另另一一些些端端钮钮电电压压或或电电流流的的控控制制。为为了了模模拟拟多多端端器器件件各各电电压压、电电流流间间的的这这种种耦耦合关系，需要定义一些多端电路元件合关系，需要定义一些多端电路元件(模型模型)。本节介绍的本节介绍的受控源是一种非常有用的电路元件，常用来模受控源是一种非常有用的电路元件，常用来模拟含晶体管、运算放大器等多端器件的电子电路拟含晶体管、运算放大器等多端器件的电子电路。从事电子、。从事电子、通信类专业的工作人员，应掌握含受控源的电路分析。通信类专业的工作人员，应掌握含受控源的电路分析。Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保 电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压受电路中某个地方的电压(或电流或电流)控制的电源，称受控源控制的电源，称受控源l电路符号电路符号+受控电压源受控电压源1.定义定义受控电流源受控电流源受控源受控源由两条支路组成，其第一条支路是控制支路，呈开由两条支路组成，其第一条支路是控制支路，呈开路或短路状态；第二条支路是受控支路，它是一个电压源或路或短路状态；第二条支路是受控支路，它是一个电压源或电流源，其电压或电流的量值受第一条支路电压或电流的控电流源，其电压或电流的量值受第一条支路电压或电流的控制。制。Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保(1)(1)电流控制的电流源电流控制的电流源 (CCCS):电流放大倍数电流放大倍数 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 u 或电流或电流i i ，受控源可分受控源可分四种类型：分别称为电流控制的电流源四种类型：分别称为电流控制的电流源(CCCS)(CCCS)，电压控制，电压控制的电流源的电流源(VCCS)(VCCS)，电压控制的电压源，电压控制的电压源(VCVS)(VCVS)和电和电流控制的电压源流控制的电压源(CCVS)(CCVS)。2.分类分类四端元件四端元件b b i1+_u2i2_u1i1+输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保g:转移电导转移电导(2)(2)电压控制的电流源电压控制的电流源 (VCCS)u1gu u1 1+_u2i2_i1+(3)(3)电压控制的电压源电压控制的电压源 (VCVS)u1+_u2i2_u1i1+-:电压放大倍数电压放大倍数Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保ri1+_u2i2_u1i1+-(4)(4)电流控制的电压源电流控制的电压源 (CCVS)r:转移电阻转移电阻当当受受控控源源的的控控制制系系数数r、g、和和 为为常常量量时时，它它们们是是时时不不变变双双口口电电阻阻元元件件。本本书书只只研研究究线线性性时时不不变变受受控控源源，并并采采用用菱菱形形符符号来表示受控源号来表示受控源(不画出控制支路不画出控制支路)，以便与独立电源相区别。，以便与独立电源相区别。Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保例例电电路路模模型型图图(a)所示的晶体管在一定条件下可以用图所示的晶体管在一定条件下可以用图(b)所示的模型来表所示的模型来表示。这个模型由一个受控源和一个电阻构成，这个受控源受与电示。这个模型由一个受控源和一个电阻构成，这个受控源受与电阻并联的开路的控制，控制电压是阻并联的开路的控制，控制电压是ube，受控源的控制系数是转受控源的控制系数是转移电导移电导gm。Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保图图(d)表示用图表示用图(b)的晶体管模型代替图的晶体管模型代替图(c)电路中的晶电路中的晶体管所得到的一个电路模型。体管所得到的一个电路模型。图图1-6-2Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保3.受控源功率受控源功率四种受控电压功率均为：四种受控电压功率均为：即由受控源支路来计算受控源的功率即由受控源支路来计算受控源的功率 受控源与独立电源的特性完全不同，它们在电路中所受控源与独立电源的特性完全不同，它们在电路中所起的作用也完全不同。起的作用也完全不同。受控源则描述电路中两条支路电压和电流间的一种约束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，使电路特关系，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。需要注意的是受控源模型等效规律等同于独性发生变化。需要注意的是受控源模型等效规律等同于独立源立源.独立电源是电路输入或激励，它为电路提供按给定时间独立电源是电路输入或激励，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流。函数变化的电压和电流，从而在电路中产生电压和电流。4.区别区别Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保独立电压源和电阻串联单口可以等效变换为独立电流独立电压源和电阻串联单口可以等效变换为独立电流源和电阻并联单口网络。源和电阻并联单口网络。与此相似，一个受控电压源与此相似，一个受控电压源(仅指其受控支路，以下同仅指其受控支路，以下同)和电阻串联单口，也可等效变换为一个受控电流源和电阻和电阻串联单口，也可等效变换为一个受控电流源和电阻并联单口，如图并联单口，如图1-6-3所示。所示。图图16-35含受控源电路的等效变换含受控源电路的等效变换Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保例例1.6.2.1.6.2.含含CCCSCCCS电路如图电路如图,求求UsUs并计算受控源功率并计算受控源功率解解:5欧电阻上的电流为欧电阻上的电流为I2=4.9/5=0.98A，0.98I1=-0.98，I1=-1A过过0.1欧电阻电流欧电阻电流I3=0.98I1-I1=0.02AUs=-I16+0.10.02=6.002VP=（4.9-0.10.02）（-0.98）=-4.8w(产生产生)Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保例例注注:受控源和独立源一样可以进行电受控源和独立源一样可以进行电源转换；转换过程中注意不要丢源转换；转换过程中注意不要丢失控制量。失控制量。+_US+_R3R2R1i1ri1求电流求电流i i1 1R1US+_R2/R3i1ri1/R3R+_US+_i1(R2/R3)ri1/R3Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保2引言引言电路或网络电路或网络(复杂电路称网络复杂电路称网络)由许多电路元件互相联接组成，由许多电路元件互相联接组成，在网络中至少包含一个独立电源在网络中至少包含一个独立电源电路或网络一般受两因素约束：电路或网络一般受两因素约束：元件的特性造成的约束；元件的特性造成的约束；元件的相互连接给支路电流之间和支路电压之间造成的约元件的相互连接给支路电流之间和支路电压之间造成的约束；束；对于第一类约束是元件性质约束，如对于第一类约束是元件性质约束，如VAR；第二类约束为拓扑约束，只与网络结构有关，如第二类约束为拓扑约束，只与网络结构有关，如KCL,KVLLecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保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。(b)三条或三条以上支路的连接点称三条或三条以上支路的连接点称为节点。为节点。(n n )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路）支路(branch)一个或若干个二端元件的串联组合一个或若干个二端元件的串联组合称为支路称为支路i3i2i1(2)(2)节点节点 (node)(node)Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保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。对对平面电路平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。，其内部不含任何支路的回路称网孔。(m)l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3)(3)路径路径(path)(path)(4)(4)回路回路(loop)(loop)(5)(5)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m=2Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保对于任意一个电路，其支路数对于任意一个电路，其支路数b、节点数、节点数n以及网孔数以及网孔数m将满足将满足m=b(n1)例：如图电路例：如图电路,求解电路中的支路数，节点数，网孔数和回路数求解电路中的支路数，节点数，网孔数和回路数支路：b=6。节点：n=4。网孔：m=3。回路：l=7。21638754Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保(6)(6)网络网络(network)(network)较复杂电路。有源网络无源网络(7)(7)平面电路平面电路能在同一平面表示而不使任意两条支路交叉的电路称为平面电路，否则称非平面电路(8)(8)集中元件集中元件由集中元件构成的电路由集中元件构成的电路假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行(9)(9)集中参数电路集中参数电路Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保3 3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 (Kirchhoffs Laws)(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。基基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。Gustav Robert Kirchhoff(1824-1887)，基尔霍夫（德国物理学家）Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保1.1.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (Kirchhoffs Current Law 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入该该结点电流的代数和等于零。结点电流的代数和等于零。流进的电流进的电流等于流流等于流出的电流出的电流Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保132例例三式相加得：三式相加得：表明表明KCL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即流出（或流入）封闭面电流的代即流出（或流入）封闭面电流的代数和为零数和为零Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保注注（1）KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任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；意结点处的反映；（2）KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是是对支路电流加的约束，与支路上接的是什么什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；元件无关，与电路是线性还是非线性无关；（3）KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际方程是按电流参考方向列写，与电流实际方向无关。方向无关。（4）列写）列写KCL方程要注意两套符号。方程要注意两套符号。Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保（2 2）选定回路绕行方向，）选定回路绕行方向，顺时针或逆时针顺时针或逆时针.U1US1+U2+U3+U4+US4=02.2.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (Kirchhoffs Voltage Law KVL)在在集总参数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕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。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（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=US1US4Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保例例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注注（1）KVL的实质反映了电路遵的实质反映了电路遵从能量守恒定律从能量守恒定律;（2）KVL是对回路电压加的约束，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，与回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；与电路是线性还是非线性无关；（3）KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。方向无关。Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保3.3.KCL、KVL小结：小结：(1)(1)KCL是对支路电流的线性约束，是对支路电流的线性约束，KVL是对是对回回路电路电压的线性约束。压的线性约束。(2)(2)KCL、KVL与组成支路的元件性质与组成支路的元件性质、参数参数以及参以及参考方向考方向无关。无关。(3)(3)KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；表明在每一节点上电荷是守恒的；KVLKVL是是能量能量守恒守恒的具体体现的具体体现(电压与路径无关电压与路径无关)。(4)(4)KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。(5)(5)注意编写注意编写KCLKCL、KVLKVL方程中的两套符号方程中的两套符号。Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保 Example1:Find the current I.Example1:Find the current I.Solution:R3I+E1+R1I+R2IE2=0例例2 如图所示电路，求V2与Vx。V2+36 4=0 Vx 14 12+V2=0解得Vx=6 V 解得V2=32 V Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保1。2。+-4V5V1A+-u=?4.4.3 例例3Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保 电路中任意两点的电压，与绕行路径无关；应学会根据KVL，求任意两点间的电压。例4，如下图电路，求a点的电位 =?例5，如下图电路，求 =?243Lecture04受控源及基尔霍夫定律受控源及基尔霍夫定律广东海洋大学信息学院 徐国保Thnakyouverymuch!Seeyounexttime!