电路模型和电路定律.pptx

重重 点点 电路变量电路变量 电路元件及电路元件及VAR 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向第1页/共96页11 电路和电路模型电路和电路模型1 12 2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1 13 3 电功率和能量电功率和能量1 14 4 电阻元件电阻元件1 15 5 电压源和电流源电压源和电流源1 16 6 受控电源受控电源1 17 7 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第2页/共96页1 11 1 电路和电路模型电路和电路模型一、一、电路电路1.定义定义：电路是由若干个电路是由若干个电工元器件电工元器件按一定的方向相互按一定的方向相互连接构成连接构成的电流的电流通路通路。2.功能功能：（1）提供能量及其传送与分配提供能量及其传送与分配 （2）传递、处理、存储信号传递、处理、存储信号 （3）测量电量测量电量第3页/共96页（1）能量转换：实现电能传送、转换等。例如：（2）信号处理：实现电信号产生、加工、传输、变换等。第4页/共96页电源电源：提供能量或信号。提供能量或信号。负载负载：将电能转化为其它形式的能量，或对信号将电能转化为其它形式的能量，或对信号进行处理进行处理.导线导线、开关开关等：将电源与负载接成通路等：将电源与负载接成通路.电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。3.3.组成组成：导线电池开关灯泡例.第5页/共96页二、电路分类：二、电路分类：线 性非 线 性时 变时 不 变 集中参数分布参数 静 态 动 态 激励与响应满足叠加性和齐次性的电路。电路元件参数不随时间变化。电路几何尺寸远小于最小工作波长的电路。含有动态元件的电路。f(Hz)5025k 500M30G(m)6x10612k 0.60.01C=3x108m/s第6页/共96页三、集总假设与集总电路三、集总假设与集总电路 实际电路的最大尺寸为实际电路的最大尺寸为 d，与作用于电路工与作用于电路工作信号的波长作信号的波长 相比小得多，即相比小得多，即 d 或或表述为：表述为：作用在电路上的信号从一端传到另一端所需作用在电路上的信号从一端传到另一端所需要的时间要的时间 远小于该信号的周期远小于该信号的周期 T T，即即 T这就是著名的集总假设。这就是著名的集总假设。第7页/共96页集总假设，在很多情况下是成立集总假设，在很多情况下是成立的。对工频电路：对工频电路：f=50Hz对音频电路：对音频电路：f=25 kHz例：例：对微波电路：对微波电路：f=105 MHz=6106m=6000kmcf3108m/s50Hz第8页/共96页iiz集总参集总参数电路数电路+-例：例：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：+-分布参分布参数电路数电路第9页/共96页 由集总参数元件组成的电路。简称电路。由集总参数元件组成的电路。简称电路。凡是消耗电能的，都集中在电阻元件里，除此以外凡是消耗电能的，都集中在电阻元件里，除此以外不再考虑电阻的作用；凡是电磁感应现象，都集中用不再考虑电阻的作用；凡是电磁感应现象，都集中用电感元件表达；电荷都集中在电容元件上积储。这种电感元件表达；电荷都集中在电容元件上积储。这种理想元件称为理想元件称为集总参数元件集总参数元件，简称元件。，简称元件。分布参数电路分布参数电路:不满足不满足d d 的电路的电路理想元件：理想元件：在一定的条件下可把实际元件理想化，用其主要的在一定的条件下可把实际元件理想化，用其主要的电磁性质来代替，即电磁性质来代替，即有某种确定的电磁性能的元件有某种确定的电磁性能的元件不用考虑元件以外任何杂散参数的影响。不用考虑元件以外任何杂散参数的影响。集总参数电路集总参数电路第10页/共96页i例如：白炽灯R R L 消耗电能（电阻性）产生磁场储存磁能(电感性)忽略L,L,非线性等因素在一定条件下忽略实际部件次要因素而突出其主要电磁性质在一定条件下忽略实际部件次要因素而突出其主要电磁性质:理想电路元件理想电路元件。理想电阻元件+u -第11页/共96页 理想电路元件理想电路元件R+US电阻元件电阻元件只具耗能只具耗能的电特性的电特性电容元件电容元件只具有储只具有储存电能的存电能的电特性电特性理想电压源理想电压源输出电压恒输出电压恒定，输出电定，输出电流由它和负流由它和负载共同决定载共同决定理想电流源理想电流源 输出电流恒输出电流恒定，两端电压定，两端电压由它和负载共由它和负载共同决定。同决定。L电感元件电感元件只具有储只具有储存磁能的存磁能的电特性电特性IS 理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、精确，可定量分析和计算。单一、精确，可定量分析和计算。C三个特征：（三个特征：（a a）只有两个端子；）只有两个端子；（b b）可以用电压或电流按数学方式描述；）可以用电压或电流按数学方式描述；（c c）不能被分解为其他元件。）不能被分解为其他元件。第12页/共96页四、电路模型四、电路模型 (circuit model)1.1.定义：按一定方式，相互连接着的定义：按一定方式，相互连接着的理想元件理想元件所所组成的电路。组成的电路。2.2.理想电路：理想电路：（1 1）电路器件或电路尺寸本身）电路器件或电路尺寸本身0ii 0实际方向实际方向i 参考方向参考方向i 0-电位实际方向实际方向U+-（参考方向）（参考方向）U 0 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)P0 发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收)u,i 取非取非关联参考方向关联参考方向+-iu+-iu第32页/共96页功率的计算功率的计算1.u,i 取取关联参考方向关联参考方向 p吸=u ip吸 0 实际发出实际发出5W+iu2.u,i 取非取非关联参考方向关联参考方向+iu p发=u ip发 0 实际吸收实际吸收5W例 U=5V，I=-1AP吸=UI=5(-1)=-5 W例 U=5V，I=-1AP发=UI=5(-1)=-5 W第33页/共96页例 求图示电路中各求图示电路中各方框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或产生的功率。收或产生的功率。已知：已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1第34页/共96页解解对一完整的电路，满足：对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率发出的功率吸收的功率注意564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1第35页/共96页小结小结 3)3)“实际方向实际方向”是客观存在的物理现象，参考方向也称为假定是客观存在的物理现象，参考方向也称为假定正方向，正方向，以后讨论均在参考方向下进行，不考虑实际方向。以后讨论均在参考方向下进行，不考虑实际方向。参考方向是人为假设的方向。参考方向是人为假设的方向。2)2)参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和包括方向和 符号符号），在计算过程中不得任意改变。为方便列电路方程，），在计算过程中不得任意改变。为方便列电路方程，习惯假设习惯假设 I 与与U 的参考方向的参考方向 是关联（一致）是关联（一致）1)1)在解题前，在解题前，先要在电路图上标出电压、电流的先要在电路图上标出电压、电流的参考方向参考方向，然后再列方程求解然后再列方程求解;缺少参考方向的物理量，其数值含义不清缺少参考方向的物理量，其数值含义不清4)4)电压、电流本身有正值或负值电压、电流本身有正值或负值 一个式子中有两套正负号。一个式子中有两套正负号。第36页/共96页1-4 1-4 电阻元件电阻元件一、元件分类一、元件分类l无源理想元件：电阻、电容、电感无源理想元件：电阻、电容、电感l有源理想元件：电压源、电流源有源理想元件：电压源、电流源 电路元件受自身伏安特性的约束。电路元件受自身伏安特性的约束。一个线性二端电路元件是由其特性定义的。一个线性二端电路元件是由其特性定义的。线性元件：其特性曲线是一条通过原点的直线。否则为线性元件：其特性曲线是一条通过原点的直线。否则为 非线性元件。非线性元件。非时变：特性不随时间变化。否则为时变。非时变：特性不随时间变化。否则为时变。电路元件 电源：独立电压源 独立电流源 受控电源 负载：电阻 电感 电容 耦合电感 运算放大器 理想变压器第37页/共96页R 称为电阻，单位：称为电阻，单位：(Ohm)l 单位单位G 称为电导，单位：称为电导，单位：S(Siemens)u、i 取关联取关联参考方向参考方向Rui+二、电阻元件二、电阻元件(resistor)R 1826年年1.理想电阻元件：在理想电阻元件：在u,i关联参考方向下，在任何时关联参考方向下，在任何时刻它两端的电压和电流关系服从欧姆定律，即刻它两端的电压和电流关系服从欧姆定律，即第38页/共96页线性线性电阻电阻元件的伏元件的伏安特性曲线安特性曲线 ui0特点特点*线性线性电阻的电阻的VARVAR是一条过原点的直线。是一条过原点的直线。*线性电阻的线性电阻的R R是一个与电压和电流无关是一个与电压和电流无关的常数。的常数。R tan *线性线性电阻具有双向性。（互换端子）电阻具有双向性。（互换端子）*线性线性电阻无记忆性。（即时性）电阻无记忆性。（即时性）第39页/共96页如电阻上的电压与电流参考方向非关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；联，公式中应冠以负号；欧姆定律欧姆定律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！注意Rui-+第40页/共96页2.2.功率和能量功率和能量 电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。P发 u i(R i)i i2 R -u2/RP吸 u i i2R u2/Rl 功率功率Rui+-表明表明Rui-+第41页/共96页ui从从 t0 到到 t 电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：3.3.电阻的开路与短路电阻的开路与短路l 能量能量l 短路短路l 开路开路uiRiu+u+i00第42页/共96页压敏电阻 热敏电阻 第43页/共96页15 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：(Voltage Source)us (1791 (1791年年)定义：电源两端电压总保持为定值或一定的时间函数，其值定义：电源两端电压总保持为定值或一定的时间函数，其值 与流过它的电流与流过它的电流 i 无关。无关。电路符号电路符号+_iuS第44页/共96页图图（a）为为直流电源直流电源，t =任何值，任何值，us =10v。图图（b）为为负指数电源负指数电源，t=1S,us=10v。t=0s,us=10/0.368v。图（c）为正弦交流电源正弦交流电源，t=/2,us=0v。t=/4,us=10v。ooUS=10Vus=10e/0.368v-tttuuuT/2Tous=10sin2tvt(a)(b)(c)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；直流直流：uS为常数为常数交流交流：uS是确定的时间函数是确定的时间函数，如 uS=Umsin t第45页/共96页（b）电压源端电压由电源本身决定，与外电路无关；电压源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、大小无关与流经它的电流方向、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。电压源电流是任意的，取决于外电路。电压源电流是任意的，取决于外电路。外电路外电路Ri-+电压源不能短路！电压源不能短路！第46页/共96页2.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流轴的直线，电流轴的直线，反映电压与电源中的电流无关反映电压与电源中的电流无关。(2)若若uS为为变变化化的的电电源源，则则某某一一时时刻刻的的伏伏安安关关系系也也是是 这这样样。电电压压为为零零的的电电压压源源，伏伏安安曲曲线线与与 i 轴轴重重合合,相当于相当于短路短路元件元件。uS+_iu+_uiO第47页/共96页3.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开路：R，i=0，u=uS。*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*一个实际电压源向外电路提供电流时，它的端电压 u 总是小于 uS，电流越大，端电压 u 越小。第48页/共96页实际电压源的外特性实际电压源的外特性(VAR)u=us iRO 输出电流输出电流 i 一定一定时，时，RO 越大，输出电压越大，输出电压 u 越小。越小。RO 一定一定时，时，输出电流输出电流 i 越大，越大，输出电压输出电压 u 越小。越小。Ro:电源内阻电源内阻,一般很小。一般很小。uiouS Roi第49页/共96页4.理想电压源的功率理想电压源的功率+_iu+_发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用+_iu+_电场力作电场力作(正正)功，电源功，电源吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载 电流（正电荷电流（正电荷 ）由低电位向高电位）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出移动，外力克服电场力作功，电源发出功率功率 p发发 uS i (i,us非关联非关联）或或p吸=uS i(i,uS关联关联 )物理意义：物理意义：第50页/共96页二二、理理想想电电流流源源：输输出出电电流流总总能能保保持持定定值值或或一一定定的的时时间间函函数，其值与此电源的端电压数，其值与此电源的端电压 u 无关无关电路符号电路符号iS+_u第51页/共96页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；与它两端与它两端电压方向、大小无关。电压方向、大小无关。直流：直流：iS为常数为常数交流：交流：iS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 iS=Imsin t (b)电流源两端的电压由电源及外电路共同决定电流源两端的电压由电源及外电路共同决定 电源两端电压电源两端电压是任意的，由外电路决定。是任意的，由外电路决定。Ru-+外电路外电路电流源不能开路！电流源不能开路！第52页/共96页2.2.伏安特性伏安特性IS(1)若若iS=IS，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压轴的直线，反映电流压轴的直线，反映电流与端电压无关与端电压无关。(2)若若iS为为变变化化的的电电源源，则则某某一一时时刻刻的的伏伏安安关关系系也也是是 这这样样。电电流流为为零零的的电电流流源源，伏伏安安曲曲线线与与 u 轴轴重重合合,相当于相当于开路开路元件元件。uiOiSiu+_第53页/共96页R3.理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路(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+_4.4.实际电流源的产生：实际电流源的产生：可由可由稳流电子设备稳流电子设备产生，有些电子产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；无关；光电池光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。的电流等。在实际工作中，电流源较少，如：光电二极管、在实际工作中，电流源较少，如：光电二极管、太阳能电池，稳流源等。太阳能电池，稳流源等。第54页/共96页实际电流源外特性实际电流源外特性(VAR)i=is uGO 输出电压输出电压 u一定时，一定时，GO 越大，越大，输出电流输出电流 i 越小。越小。GO 一定时，一定时，输出电压输出电压 u 越大，越大，输出电流输出电流 i 越小。越小。G0：电流源内电导，一般很小。电流源内电导，一般很小。uioisGoU实际电流源也不允许开路。实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压因其内阻大，若开路，电压很大，可能烧毁电源。实际电流源向外提供电流时，总很大，可能烧毁电源。实际电流源向外提供电流时，总小于电流源电流。小于电流源电流。第55页/共96页4、理想电流源的功率理想电流源的功率u+_电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；发出功率，起电源作用发出功率，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；u+_吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载p发=uisP吸=uis第56页/共96页例例: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:发出发出吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）u2Ai+_5V-+第57页/共96页例：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-+第58页/共96页三、实际电源的电路模型三、实际电源的电路模型 实际电源的电压实际电源的电压(或电流或电流)往往会随着电源电流往往会随着电源电流(或电压或电压)的增加而下降。图的增加而下降。图(a)(a)和和(c)(c)表示用电压表、电流表和可变表示用电压表、电流表和可变电阻器测量直流电源电阻器测量直流电源VCRVCR特性曲线的实验电路。所测得的两特性曲线的实验电路。所测得的两种典型种典型VCRVCR曲线如图（曲线如图（b b）和）和(d)(d)所示所示 第59页/共96页 根据根据 得到的电路模型如图得到的电路模型如图(a)所示，它所示，它由电压源由电压源Uoc和电阻和电阻Ro的串联组成。电阻的串联组成。电阻Ro的电压降模拟实的电压降模拟实际电源电压随电流增加而下降的特性。电阻际电源电压随电流增加而下降的特性。电阻Ro越小的电源，越小的电源，其电压越稳定。其电压越稳定。第60页/共96页 按照按照 作出的电路模型如图作出的电路模型如图(b)所示，它由所示，它由电流源电流源ISC和电导为和电导为Go的电阻并联组成。电阻中的电流模拟的电阻并联组成。电阻中的电流模拟实际电源电流随电压增加而减小的特性。并联电阻的电导实际电源电流随电压增加而减小的特性。并联电阻的电导Go越小的电源，其电流越稳定。越小的电源，其电流越稳定。第61页/共96页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，其大小仅取决于（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。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。第62页/共96页 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1.23V1.23V。以氢、氧作为燃料。约以氢、氧作为燃料。约40-45%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。第63页/共96页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0.6V0.6V。太阳光照射到。太阳光照射到P-NP-N结上，结上，形成一个从形成一个从N N区流向区流向P P区的电流。约区的电流。约 11%11%的光能转变为电能，的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。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第64页/共96页蓄电池示意图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2V2V。使用时，电池放电，当电解液浓度小于。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于一定值时，电动势低于2V2V，常要充电，化学反应可逆。，常要充电，化学反应可逆。第65页/共96页发电机组发电机组第66页/共96页草原上的风力发电草原上的风力发电第67页/共96页16 受控电源受控电源(非独立源非独立源)(controlled source or dependent source)1.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(或或电电流流)的控制。的控制。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受控支路控制支路第68页/共96页例例:ic=ib用以前讲过的元件无法表示此用以前讲过的元件无法表示此电流关系电流关系,为此引出新的电路模为此引出新的电路模型型电流控制的电流源电流控制的电流源.一个三极管可以用一个三极管可以用CCCS模型来表示模型来表示CCCS可以用一个三极管来实现可以用一个三极管来实现.ib ib控制部分受控部分RcibRbic受控源是一个四端元件受控源是一个四端元件:输入端口是控制支路输入端口是控制支路，输出端口是受控支路输出端口是受控支路.第69页/共96页(a)电流控制的电流源电流控制的电流源(Current Controlled Current Source):电流放大倍数电流放大倍数r :转移电阻转移电阻 u1=0i2=i1 u1=0u2=ri1CCCSi2=b b i1+_u2i2+_u1i12.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示；当当被被控控制制量量是是电电流流时时，用用受受控控电电流源表示。流源表示。+_u1i1u2=ri1+_u2i2CCVS+_(b)电流控制的电压源电流控制的电压源(Current Controlled Voltage Source)晶体管放大电路晶体管放大电路励磁发电机励磁发电机第70页/共96页g:转移电导转移电导 :电压放大倍数电压放大倍数 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(Voltage Controlled Current Source)+_u1i1u2=u1 +_u2i2VCVS+_(d)电压控制的电压源电压控制的电压源(Voltage Controlled Voltage Source)场效应管场效应管 运算放大器运算放大器 第71页/共96页3 3.线性时不变受控源特点：线性时不变受控源特点：（1 1）非独立的电源：非独立的电源：不能独立向外电路提供能量。不能独立向外电路提供能量。（2 2）具有两重性：具有两重性：电源性、电阻性。电源性、电阻性。注意注意：独立电源在电路中可以独立地起：独立电源在电路中可以独立地起“激励激励”作作 用，是实际电路电能或电信号的用，是实际电路电能或电信号的“源泉源泉”。受控源是描述电子器件中某一支路对另一支路控受控源是描述电子器件中某一支路对另一支路控制作用的理想模型，本身不直接起制作用的理想模型，本身不直接起“激励激励”作用。作用。第72页/共96页4.4.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较(1)(1)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压、电电流流无无关关，而而受受控控源源电电压压(或或电电流流)直直接接由由控控制量决定。制量决定。(2)(2)独独立立电电源源是是电电路路的的输输入入或或激激励励，它它为为电电路路提提供供按按给给定定时时间间函函数数变变化化的的电电压压和和电电流流，从从而而在在电电路路中中产产生生电电压压和和电电流流。受受控控源源只只是是反反映映控控制制端端与与被被控控制制端端的的关关系系，在在电电路路中中不不能能作作为为“激激励励”。受受控控源源则则描描述述电电路路中中两两条条支支路路电电压压和和电电流流间间的的一一种种约约束束关关系系，它它的的存存在在可可以以改变电路中的电压和电流，使电路特性发生变化。改变电路中的电压和电流，使电路特性发生变化。(3)，g，r，为控制系数为控制系数，为无量纲为无量纲，g，r，分别分别具有电导和电阻量纲。当具有电导和电阻量纲。当，g，r，为常数时，受控为常数时，受控源为线性控制源。源为线性控制源。第73页/共96页17基尔霍夫定律基尔霍夫定律(Kirchhoffs Laws)基尔霍夫定律包括基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs Current LawKCL)和和基尔霍夫电基尔霍夫电压定律压定律(Kirchhoffs Voltage LawKVL)。它反映它反映了电路中所有支路电压和电流的约束关系，是分析了电路中所有支路电压和电流的约束关系，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律约束电路集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律约束电路的整体结构，元件的的整体结构，元件的VAR 约束元件自身的性能约束元件自身的性能,它它们构成了电路分析的基础。它们只与电路的拓扑结们构成了电路分析的基础。它们只与电路的拓扑结构有关而与支路特性无关，即不管是电阻、电容、构有关而与支路特性无关，即不管是电阻、电容、电感还是电源；不管是线性电路还是非线性电路都电感还是电源；不管是线性电路还是非线性电路都适用。适用。第74页/共96页一一.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。(b)(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 1）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(2)(2)节点节点 (node)(node)b=5第75页/共96页由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。(l )两节点间的一条两节点间的一条通路通路。由支路构成。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。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第76页/共96页上图所示电路共有上图所示电路共有6条支路条支路。a、b、c点是节点，点是节点，d点和点和e点点间由理想导线相连，应视为一个节点。该电路共有间由理想导线相连，应视为一个节点。该电路共有4个节点个节点。1,2、1,3,4、1,3,5,6、2,3,4、2,3,5,6和和4,5,6都是都是回路回路。1,2、2,3,4和和4,5,6回路都是回路都是网孔网孔。第77页/共96页二二.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)(KCL)令流出为令流出为“+”+”，有：，有：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，对对任任意意节节点点流流出出或或流入该节点电流的代数和等于零。流入该节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第78页/共96页1 3 2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可推广应用于电路中包围多个节点的任一闭合面围多个节点的任一闭合面 KCLKCL不仅适用于节点，也适用于任何假想的封闭面，不仅适用于节点，也适用于任何假想的封闭面，即流出任一封闭面的全部支路电流的代数和等于零即流出任一封闭面的全部支路电流的代数和等于零。在。在任一时刻，流入任一节点任一时刻，流入任一节点(或封闭面或封闭面)全部支路电流的代全部支路电流的代数和等于零，意味着由全部支路电流带入节点数和等于零，意味着由全部支路电流带入节点(或封闭面或封闭面)内的总电荷量为零，这说明内的总电荷量为零，这说明KCLKCL是是电荷守恒定律电荷守恒定律的体现的体现闭合面也称为广义节点。闭合面也称为广义节点。第79页/共96页 节节点点的的 KCLKCL方方程程可可以以视视为为封封闭闭面面只只包包围围一一个个节节点点的的特特殊殊情情况况。根根据据封封闭闭面面 KCLKCL对对支支路路电电流流的的约约束束关关系系可可以以得得到到：流流出出(或或流流入入)封封闭闭面面的的某某支支路路电电流流，等等于于流流入入(或或流流出出)该该封封闭闭面面的的其其余余支支路路电电流流的的代代数数和和。由由此此可可以以断断言言：当当两两个个单单独独的的电电路路只只用用一一条条导导线线相相连连接接时时此此导导线线中中的的电电流流必必定定为为零。零。i=0第80页/共96页明确明确（1）KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意节点处的反映；中任意节点处的反映；（2）KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是什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；么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；（3）KCL方程是方程是按电流参考方向列写，与电流实际方按电流参考方向列写，与电流实际方向无关。向无关。第81页/共96页？A=B?i3=i4?A=B?AB+_1111113+_22.i4i3AB+_1111113+_21.i2i1i1=i2?i1=i2 A=B A=Bi3=i4第82页/共96页（2 2）选选定定回回路路绕绕行行方方向向，顺顺时时针针或或逆时针逆时针.U1US1+U2+U3+U4+US4=0三三.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)(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=US1US4第83页/共96页 KVLKVL方程是以支路电压为变量的常系数线性齐次代方程是以支路电压为变量的常系数线性齐次代数方程，它对支路电压施加了线性约束。数方程，它对支路电压施加了线性约束。由支路组成的回路可以视为闭合节点序列的特殊情由支路组成的回路可以视为闭合节点序列的特殊情况。况。沿电路任一闭合路径沿电路任一闭合路径(回路或闭合结点序列回路或闭合结点序列)各段各段电压代数和等于零，意味着单位正电荷沿任一闭合路电压代数和等于零，意味着单位正电荷沿任一闭合路径移动时能量不能改变径移动时能量不能改变，这表明，这表明KVLKVL是是能量守恒定律能量守恒定律的的体现。体现。第84页/共96页例KVLKVL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（1 1）KVLKVL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 2）KVLKVL是对回路电压加的约束，与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；电路是线性还是非线性无关；（3 3）KVLKVL方程是按电压参考方向列方程是按电压参考方向列 写，与电压实际方向无关。写，与电压实际方向无关。第85页/共96页AB l1l2UAB(沿沿l1)=UAB (沿沿l2）电位的单值性电位的单值性推推论论：电电路路中中任任意意两两点点间间的的电电压压等等于于两两点点间间任任一一条条路路径径经经过过的的各各元元件件电电压压的的代代数数和和。元元件件电电压压方方向向与路径绕行方向一致时取正号，相反取负号。与路径绕行方向一致时取正号，相反取负号。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4AB第86页/共96页KCL、KVL小结：小结：(1)(1)KCL是是对对支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVLKVL是是对对支支路电压的线性约束。路电压的线性约束。(2)(2)KCL、KVL与与组组成成支支路路的的元元件件性性质质及及参参数数无关无关。(3)(3)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；KVLKVL是是电电位位单单值值性性的的具具体体体体现现(电电压压与与路路径径无关无关)。(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。第87页/共96页例例1:1:求电流求电流 i例例2:2:求电压求电压 u第88页/共96页+-4V5Vi=?3+-4V5V1A+-u=?3例例3:3:求电流求电流 i例例4:求电压求电压 u要求能熟练求解含源支路能熟练求解含源支路的电压和电流。的电压和电流。第89页/共96页解解I1-10V10V+-1AI=?10例例5:求电流求电流 I例例6:6:求电压求电压 U解解4V+-10AU=?2+-3AI第90页/共96页解解10V+-3I2U=?I=055-+2I2 I25+-例例7:求开路电压求开路电压U第91页/共96页例例8 8：图示电路：求图示电路：求U和和I。1A3A2A3V2V3 UIU1解：列闭合面解：列闭合面KCL3+1-2+I=0，I=-2（A）U1=3I=-6（V）U+U1+3-2=0，U=5（V）10V5 5 i1i2ii2S例例9 9：求下图电路开关求下图电路开关S S打开和闭合时的打开和闭合时的i1和和i2。S打开：i1=0i2=i+2i5i+5i2=10i2=1.5(A)S闭合：i2=0i1=i+2ii=10/5=2i1=6(A)第92页/共96页1电路及电路模型：电路及电路模型：电路作用、分类、理想元件、理想电路模型电路作用、分类、理想元件、理想电路模型本章要点：本章要点：3基尔霍夫定律基尔霍夫定律 KCL、KVL内容、推广形式、物理意义内容、推广形式、物理意义4电路常用元件电路常用元件 无源元件（电阻）；无源元件（电阻）；有源元件（理想电压源、理想电流源）；有源元件（理想电压源、理想电流源）；受控源受控源（VCCS、CCCS、VCVS、VCVS)2 2电路分析基本变量电路分析基本变量 定义、大小、单位；方向：关联参考方向定义、大小、单位；方向：关联参考方向 第93页/共96页 由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路设备连接而成的电路，称为实际电路。电阻器电阻器电容器电容器线圈线圈运算放大器运算放大器晶体管晶体管第94页/共96页 低频信号发生器的内部结构低频信号发生器的内部结构第95页/共96页感谢您的观看！第96页/共96页