第1章电路的基本概念和基本定律PPT讲稿.ppt

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1、第第1章电路的基本概章电路的基本概念和基本定律念和基本定律第1页，共96页，编辑于2022年，星期一本章教学内容本章教学内容1.1 电路组成与功能电路组成与功能1.2 电路模型电路模型1.3 电路中的基本物理量：电压、电流、电路中的基本物理量：电压、电流、电位、功率电位、功率1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型1.5 电路的工作状态与元件额定值电路的工作状态与元件额定值1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第2页，共96页，编辑于2022年，星期一本章要求本章要求u理解电压、电流的参考方向；理解电压、电流的参考方向；u掌握功率的计算掌握功率的计算u熟练掌握电路元件特性熟练掌握电路元件特性(元件约

2、束元件约束)u熟练掌握基尔霍夫定律熟练掌握基尔霍夫定律(拓扑约束拓扑约束)第3页，共96页，编辑于2022年，星期一1.1 电路的组成与功能电路的组成与功能u电路的概念电路的概念电路是由用电设备或元器件（称为负载）与供电设备电路是由用电设备或元器件（称为负载）与供电设备（称为电源）通过导线连接而构成的提供给（称为电源）通过导线连接而构成的提供给电电荷流动荷流动的通的通路路。u电路的组成电路的组成为电路工作提供能量的为电路工作提供能量的电源；电源；在电能作用下完成电路功能在电能作用下完成电路功能 的的用电设备或元器件；用电设备或元器件；连接电源和用电设备的连接电源和用电设备的导线；导线；控制电源

3、接入的控制电源接入的开关开关等。等。例如我们常用的照明电路。例如我们常用的照明电路。导线导线电电源源开关开关灯泡灯泡第4页，共96页，编辑于2022年，星期一1.1 电路的组成与功能电路的组成与功能u电路的功能电路的功能能量传输能量传输 将电源的电能传输给用电设备将电源的电能传输给用电设备(负载负载)。能量转换能量转换 将传输到负载的电能根据需要转换成将传输到负载的电能根据需要转换成 其它形式的能量，如光、声、热、机其它形式的能量，如光、声、热、机 械能等械能等信息传输信息传输信息处理信息处理信息信息-(-(载体载体)-)-信号信号-电路电路-终端终端-(-(去载体去载体)-)-信息信息(电流

4、或电压电流或电压)信号信号(接受接受)-)-电路电路-信号信号(已经放大、已经放大、去噪、合成去噪、合成)第5页，共96页，编辑于2022年，星期一1.2 电路模型电路模型u为什么要引入电路模型？为什么要引入电路模型？构成实际电路的元器件种类繁多，形状各异，构成实际电路的元器件种类繁多，形状各异，给分析和设计带来困难。给分析和设计带来困难。只有对各种元器件的特性建立了数学模型，才可只有对各种元器件的特性建立了数学模型，才可能对电路进行深入分析。能对电路进行深入分析。导线导线电电源源开关开关灯泡灯泡第6页，共96页，编辑于2022年，星期一1.2 电路模型电路模型u什么是电路模型？什么是电路模型

5、？对实际电路的特性进行分析、抽象，将电路的主要对实际电路的特性进行分析、抽象，将电路的主要性能用数学方法表达出来，再利用一些具有特定、性能用数学方法表达出来，再利用一些具有特定、理想化特性的元件（理想元件）重构出来的电路，理想化特性的元件（理想元件）重构出来的电路，称为原电路的模型。称为原电路的模型。p电路模型反映了原电路工作的主要特性，并且这些电路模型反映了原电路工作的主要特性，并且这些特性是已经数学化了的，便于用数学方法进行分析。特性是已经数学化了的，便于用数学方法进行分析。p电路模型中，构成电路的不再是千差万别的各种实电路模型中，构成电路的不再是千差万别的各种实际元器件，而是数量有限的理

6、想元件，具有很好的际元器件，而是数量有限的理想元件，具有很好的规范性，有利于设计、交流。规范性，有利于设计、交流。p构成电路模型的理想元件数量应尽可能少。构成电路模型的理想元件数量应尽可能少。说明第7页，共96页，编辑于2022年，星期一1.2 电路模型电路模型u怎样建立电路模型？怎样建立电路模型？对电路中的每个元器件特性建立数学模型。对电路中的每个元器件特性建立数学模型。用理想元件实现每个元器件的特性，构成元器件用理想元件实现每个元器件的特性，构成元器件的电路模型。的电路模型。把所有元器件的电路模型按照原电路结构连接起把所有元器件的电路模型按照原电路结构连接起来，形成电路的模型。来，形成电路

7、的模型。电路图电路图导线导线电电源源开关开关灯泡灯泡第8页，共96页，编辑于2022年，星期一1.2 电路模型电路模型u常用理想元件种类常用理想元件种类电荷电荷 q磁通磁通 电压电压 u电流电流 i电阻元件电阻元件电容元件电容元件电感元件电感元件忆阻元件忆阻元件R=u/iL=/iC=q/uM=/q第9页，共96页，编辑于2022年，星期一1.2 电路模型电路模型u忆阻元件忆阻元件19711971年，华裔科学家蔡绍棠最早提出忆阻器概念。年，华裔科学家蔡绍棠最早提出忆阻器概念。忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻，通过控忆阻器是一种有记忆功能的非线性电阻，通过控制电流的变化可改变其阻值。制电流的变化

8、可改变其阻值。忆阻器的电阻会随着通过的电流量而改变，而且忆阻器的电阻会随着通过的电流量而改变，而且就算电流停止了，它的电阻仍然会停留在之前的就算电流停止了，它的电阻仍然会停留在之前的值，直到接受到反向的电流它才会被推回去。值，直到接受到反向的电流它才会被推回去。忆阻器最简单的应用就是作为非易失性阻抗存储器忆阻器最简单的应用就是作为非易失性阻抗存储器（RRAMRRAM）。）。第10页，共96页，编辑于2022年，星期一1.2 电路模型电路模型u常用理想元件种类常用理想元件种类电阻元件电阻元件：表示消耗电能的元件：表示消耗电能的元件电感元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件：表示产生磁场，

9、储存磁场能量的元件电容元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成：表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。说明基本理想电路元件有三个特征：基本理想电路元件有三个特征：（a）只有两个端子；）只有两个端子；（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）不能被分解为其他元件。）不能被分解为其他元件。第11页，共96页，编辑于2022年，星期一1.3 电路中的基本物理量电路中的基本物理量 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

10、、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关心心的的物物理理量量是是电电流流、电电压压和和功率。功率。第12页，共96页，编辑于2022年，星期一1.3 电路中的基本物理量电路中的基本物理量电流电流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一、电流一、电流单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、A第13页，共96页，编辑于2022年，星期一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

11、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时，电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。流的实际方向往往很难事先判断。问题问题1.3 电路中的基本物理量电路中的基本物理量第14页，共96页，编辑于2022年，星期一参考方向参考方向 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向即为任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。电流的参考方向。I 0I 0U 0，电容吸收功率。电容吸收功率。当电压减小，当电

12、压减小，p 0，电感吸收功率。电感吸收功率。当电流减小，当电流减小，p 0，电感发出功率。，电感发出功率。功率功率u、i 取关联取关联参考方向参考方向表明1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型 电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。本身不消耗能量。第50页，共96页，编辑于2022年，星期一从从 t0 到到 t 电感储能的变化量：电感储能的变化量：1.4

13、 基本电路元件模型基本电路元件模型能量能量电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃变；跃变，反映了储能不能跃变；电感储存的能量一定大于或等于零。电感储存的能量一定大于或等于零。表明第51页，共96页，编辑于2022年，星期一实际电感线圈的模型实际电感线圈的模型LuR+u iLLuRC1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第52页，共96页，编辑于2022年，星期一贴片型功率电感贴片型功率电感贴片电感贴片电感1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第53页，共96页，编辑于2022年，星期一贴片型空心线圈贴片型空心线圈可调式

14、电感可调式电感环形线圈环形线圈立式功率型电感立式功率型电感1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第54页，共96页，编辑于2022年，星期一电抗器电抗器1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第55页，共96页，编辑于2022年，星期一电路符号电路符号1、理想电压源、理想电压源定义定义i+_其两端电压总能保持定值或一定的其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时间函数，其值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。四、有源电路元件四、有源电路元件1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型 理想电压源的两端不能被短路（电阻值为理想电压源的两端不能被短路

15、（电阻值为0 0），否则，），否则，将流过无穷大电流。常用的电池在正常工作范围内近似为理想将流过无穷大电流。常用的电池在正常工作范围内近似为理想电压源（恒压源）。使用中不能将其两个电极短路，否则将损电压源（恒压源）。使用中不能将其两个电极短路，否则将损坏。坏。注意第56页，共96页，编辑于2022年，星期一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；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通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。外电路共同决定。理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui直流电压源直

16、流电压源的伏安关系的伏安关系例例Ri-+外电路外电路电压源不能短路！电压源不能短路！01.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第57页，共96页，编辑于2022年，星期一电压源的功率电压源的功率电压、电流参考方向电压、电流参考方向非关联非关联；+_iu+_发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用+_iu+_电压、电流参考方向电压、电流参考方向关联关联；吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第58页，共96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）i+_+

17、_10V5V-+1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第59页，共96页，编辑于2022年，星期一其输出电流总能保持定值或一定的时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间函数，其值与它的两端电压u无关无关的元件叫理想电流源。的元件叫理想电流源。电路符号电路符号2、理想电流源、理想电流源定义定义u+_1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第60页，共96页，编辑于2022年，星期一电流源两端的电压由电源及外电路共电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。同决定。ui直流电流直流电流源的伏安源的伏安关系关系0例例Ru-+外电路外电路电流源不能开路！电流源不能开路！1.4 基本

18、电路元件模型基本电路元件模型理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系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。第61页，共96页，编辑于2022年，星期一3、实际电源的模型、实际电源的模型实际电压源实际电压源 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，电流很大，可能烧毁电源。电流很大，可能烧毁电源。考考虑虑内内阻阻伏安特性：伏安特性：一个好的电压源要求一个好的电压源要求i+_u+_注意1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型ui0uS理想

19、电压源特性理想电压源特性实际电压源特性实际电压源特性第62页，共96页，编辑于2022年，星期一实际电流源实际电流源 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，电压很高，可能烧毁电源。电压很高，可能烧毁电源。考考虑虑内内阻阻伏安特性：伏安特性：一个好的电流源要求一个好的电流源要求注意ui+_1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型iu0iS理想电流源特性理想电流源特性实际电流源特性实际电流源特性第63页，共96页，编辑于2022年，星期一两种电源的转换两种电源的转换 实际电压源、实际电流源两种模型可以进行等效变换，实际电压源、实际电流源两种模型可以进行等

20、效变换，所谓的等效是指端口的电压、电流在转换过程中保持不所谓的等效是指端口的电压、电流在转换过程中保持不变。变。u=uS R0ii=iS u/R0i=uS/R0 u/R0 iS=uS/R0实际实际电压电压源源实际实际电流电流源源端口特性端口特性i+_uSR0+u_iR0+u_iS比较可得等效条件比较可得等效条件1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第64页，共96页，编辑于2022年，星期一i+_uSR0+u_iR0+u_iS等效是对外部电路等效，对内部电路是不等效的。等效是对外部电路等效，对内部电路是不等效的。电流源开路，电流源开路，R0上有电流流过。上有电流流过。电流源短路电流源短路,R

21、0上无电流。上无电流。电压源短路，电压源短路，R0上有电流；上有电流；电压源开路，电压源开路，R0上无电流流过上无电流流过iS理想电压源与理想电流源不能相互转换。理想电压源与理想电流源不能相互转换。iS 变换关系变换关系i表表现现在在注意方向：电流源电流方向与电压源电压方向相反。方向：电流源电流方向与电压源电压方向相反。数值关系数值关系1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第65页，共96页，编辑于2022年，星期一实际电源实际电源干电池干电池钮扣电池钮扣电池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1.5V1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，仅

22、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。钮扣电池其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。钮扣电池电动势电动势1.35V1.35V，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。1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第66页，共96页，编辑于2022年，星期一 氢氧燃料电池示意图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%的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。1.4 基本电路元件模型基本电路元件

23、模型第67页，共96页，编辑于2022年，星期一3 3）太阳能电池（光能电源）太阳能电池（光能电源）太阳光照射到太阳光照射到P-N结上，形成一个从结上，形成一个从N区流向区流向P区区的电流。约的电流。约11%的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。的光能转变为电能，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示意图太阳能电池板太阳能电池板1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第68页，共96页，编辑于2022年，星期一蓄电池示意图蓄电池示意图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。

24、使用时，电池放电，当电解液浓。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于度小于一定值时，电动势低于2V，常要充电，化学反应，常要充电，化学反应可逆。可逆。1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第69页，共96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1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第70页，共96页，编辑于2022年，星期一发电机组发电机组1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第71页，共96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1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第72页，共96页，编辑于20

25、22年，星期一 可可由由稳稳流流电电子子设设备备产产生生，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线照照射射下下光光电电子被激发产生一定值的电流等。子被激发产生一定值的电流等。实际电流源的产生：实际电流源的产生：1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型第73页，共96页，编辑于2022年，星期一1.5电路的工作状态与元件额定值电路的工作状态与元件额定值一、电路工作状态一、电路工作状态 工作时，根据所接负载不同，电路的工作状工作时，根据所接负载不同，电路的工作状态分为三种：开路、短路、负载状态。态分为三种：开路、短路、负载状态。u 开路工作状态

26、开路工作状态电电路路外外接接端端未未接接任任何何负负载载，端端电电流流 i=0（开路）。（开路）。此时，端口电压由电路内部电源此时，端口电压由电路内部电源与结构决定，称为开路电压，记与结构决定，称为开路电压，记作作 uOC 或或 UOC=uOC含源含源电路电路+_iu第74页，共96页，编辑于2022年，星期一u 短路工作状态短路工作状态电电路路外外接接端端直直接接用用导导线线连连接接，端口电压端口电压u=0（短路）。（短路）。此时，端电流由电路内部电此时，端电流由电路内部电源与结构决定，称为短路电源与结构决定，称为短路电流，记作流，记作 iSC 或或 ISC iSC含源含源电路电路+_iu1

27、.5电路的工作状态与元件额定值电路的工作状态与元件额定值第75页，共96页，编辑于2022年，星期一u 负载工作状态负载工作状态电电路路外外接接端端接接有有负负载载时时，其其工工作作状状态态称称为为负负载载状状态态。此此时时，端端电电流流 由负载电阻由负载电阻RL决定。决定。RL愈愈小小，电电路路中中的的电电流流 i 愈愈大大，一一般般叫叫负负载载增增大大。实实际际工工作作中中所所谓谓负负载载的的大大小小是是指指负负载载电电流流或或功功率率的的大小，而不是负载电阻值的大小。大小，而不是负载电阻值的大小。含源含源电路电路+_iu1.5电路的工作状态与元件额定值电路的工作状态与元件额定值 RL第7

28、6页，共96页，编辑于2022年，星期一u电气设备的额定值：电气设备的安全使用值电气设备的额定值：电气设备的安全使用值额定电流额定电流IN：电气设备在长期连续运行或规定工作制电气设备在长期连续运行或规定工作制下允许通过的最大电流。下允许通过的最大电流。额定电压额定电压UN ：根据电气设备所用绝缘材料的耐压程根据电气设备所用绝缘材料的耐压程度和容许温升等情况规定的正常工作电压。度和容许温升等情况规定的正常工作电压。额定功率额定功率PN：电气设备在额定电压、额定电流下工电气设备在额定电压、额定电流下工作时的功率。作时的功率。u额定值表明了电气设备的正常工作条件、状态和容量，额定值表明了电气设备的正

29、常工作条件、状态和容量，使用电气设备时，要注意不要超出其额定值，避免出使用电气设备时，要注意不要超出其额定值，避免出现不正常的情况和发生事故。现不正常的情况和发生事故。1.5电路的工作状态与元件额定值电路的工作状态与元件额定值使用中，电气设备的实际电压、电流、功率不使用中，电气设备的实际电压、电流、功率不一定等于其额定值。一定等于其额定值。注意第77页，共96页，编辑于2022年，星期一 基尔霍夫定律是基尔霍夫定律是1845年德国物理学家年德国物理学家G.R.Kirchhoff提提出的，定律阐述了集总参数电路各结点电压之间和各支路电出的，定律阐述了集总参数电路各结点电压之间和各支路电流之间的约

30、束关系，是电路理论的最基本定律。流之间的约束关系，是电路理论的最基本定律。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）和和基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)。电电路路工工作作过过程程中中信信号号在在同同一一个个元元件件上上的的各各个个位位置置都都相相同同，即即工工作作信信号号波波长长远远远远大大于于电电路路元元件件尺尺寸寸，则则信信号号能能量量将将被被严严格格约约束束在在电电路路内内部部，不不会会产产生生电电磁磁能能量量向向外外辐射，这类电路称为辐射，这类电路称为集中（总）参数电路集中（总）参数电路。1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第78页，共96页，编辑

31、于2022年，星期一一、几个名词一、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。元件的连接点称为结点。元件的连接点称为结点。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3支路支路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结点结点b=5或三条以上支路的连接点称为结点。或三条以上支路的连接点称为结点。n=2注意 两种定义两种定义分别用在不同的分别用在不同的场合。场合。1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第79页，共96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。两结点间的一条通路。由支路构成。两结点间的一条通路。由支路

32、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。123路径路径回路回路网孔网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。+_R1uS1+_uS2R2R3注意1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律l=3第80页，共96页，编辑于2022年，星期一二、基尔霍夫电流定律二、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（或流入）该结点电流的代数和等于零。出（或流入）该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1

33、.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律或或第81页，共96页，编辑于2022年，星期一例例三式相加得：三式相加得：KCL可推广应用于电路可推广应用于电路中包围多个结点的任一中包围多个结点的任一闭合面。闭合面。1 3 2表明表明1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律电电子技子技术术中的基中的基本器件双极型半本器件双极型半导导体三极管有三体三极管有三个管脚个管脚 B,E,C。三个极三个极电电流的关系流的关系为为BECiBiEiC第82页，共96页，编辑于2022年，星期一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；KCL是对结点处支路电流加的约束

34、，与支路上接是对结点处支路电流加的约束，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的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；关；KCL方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。方向无关。说明说明1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第83页，共96页，编辑于2022年，星期一三、基尔霍夫电压定律三、基尔霍夫电压定律(KVL)U3U1U2U4标标定定各各元元件件电电压压参参考考方向；方向；选选定定回回路路绕绕行行方方向向，顺时针或逆时针。顺时针或逆时针。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_在集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，

35、所在集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。有支路电压的代数和恒等于零。1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律或或第84页，共96页，编辑于2022年，星期一U1US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1 或或R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4KVL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。注意1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_第85页，共96页，编辑于2022年，星期一例例KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律的实质反映了电路遵从能量守恒定

36、律;KVL是对回路中的支路电压加的约束，与回是对回路中的支路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线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；性还是非线性无关；KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。无关。明确aUsb_-+U2U11.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第86页，共96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是是对对回回路路电压的线性约束。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

37、。KCL表表明明在在每每一一结结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。1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第87页，共96页，编辑于2022年，星期一i1=i2?UA=UB?思考I=01.？AB+_1 3V+_2V2.i11 1 1 1 1 i21.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第88页，共96页，编辑于2022年，星期一例例1：求电流求电流 i解：解：例例2：解：解：求电压求电压 u1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第89页，共96页，编辑于2022年，星期一 本

38、本 章章 小小 结结 电电路路理理论论主主要要研研究究电电路路中中发发生生的的电电磁磁现现象象，用用电电流流 i、电压电压 u 和功率和功率 p 等物理量来描述其中的过程。等物理量来描述其中的过程。电电路路是是由由电电路路元元件件构构成成的的，整整个个电电路路的的表表现现如如何何既既要要看看元元件件的的联联接接方方式式，还还要要看看每每个个元元件件的的特特性性，这这就就决决定定了了电电路路中中各支路电流、电压要受到两种基本规律的约束，即：各支路电流、电压要受到两种基本规律的约束，即：1)电电路路元元件件性性质质的的约约束束(元元件件约约束束)，也也称称电电路路元元件件的的伏伏安安关关系系(VC

39、R)，它它仅仅与与元元件件性性质质有有关关，与与元元件件在在电电路路中的联接方式无关。中的联接方式无关。2)电电路路联联接接方方式式的的约约束束(拓拓扑扑约约束束)，这这种种约约束束关关系系则则与与构构成成电电路路的的元元件件性性质质无无关关。KCL和和KVL是是概概括括这这种种约束关系的基本定律。约束关系的基本定律。第90页，共96页，编辑于2022年，星期一一一.电压电流参考方向设定电压电流参考方向设定在对一个电路进行具体分析前，首先应选定电流与电压的参考在对一个电路进行具体分析前，首先应选定电流与电压的参考方向，然后才能根据题意列出具体的电路方程式。方向，然后才能根据题意列出具体的电路方

40、程式。参考方向可以任意选定，但是一旦选定，在以后的分析参考方向可以任意选定，但是一旦选定，在以后的分析计算中不再变动。计算中不再变动。选定的参考方向不同，编写的电路方程式中相关项前面的正选定的参考方向不同，编写的电路方程式中相关项前面的正负号将不同，但并不影响分析结论的正确性。负号将不同，但并不影响分析结论的正确性。一般情况下，负载上的电压、电流参考方向设置为一般情况下，负载上的电压、电流参考方向设置为“关联关联”(即电流从高电位流向低电位即电流从高电位流向低电位)；电源上的电压、电流参；电源上的电压、电流参考方向设置为考方向设置为“非关联非关联”(电流从低电位流向高电位电流从低电位流向高电位

41、)。本本 章章 小小 结结第91页，共96页，编辑于2022年，星期一二二.电功率电功率一个电路元件、一部分电路或一个端口网络的电功率均一个电路元件、一部分电路或一个端口网络的电功率均为为 p=ui。本本 章章 小小 结结第92页，共96页，编辑于2022年，星期一三三.元件特性（元件的约束关系）元件特性（元件的约束关系）元件名称元件名称电路符号电路符号伏安特性伏安特性电阻元件电阻元件电容元件电容元件电感元件电感元件电压源电压源u=us 与与i无关无关电流源电流源i=is 与与u无关无关Ri+_uuSiu+iSiu+本本 章章 小小 结结CuiuiL第93页，共96页，编辑于2022年，星期一

42、四四.结构约束结构约束(又称拓扑约束又称拓扑约束)。元件约束规定了元件电压和电流必须遵循的规律，结元件约束规定了元件电压和电流必须遵循的规律，结构约束规定了电路中各个电流之间、电压之间应遵循构约束规定了电路中各个电流之间、电压之间应遵循的规律，由基尔霍夫定律惟一地确定了这类约束关系。的规律，由基尔霍夫定律惟一地确定了这类约束关系。基尔霍夫定律是重要的电路定律，是分析计算各种集基尔霍夫定律是重要的电路定律，是分析计算各种集总电路始终贯穿的理论依据。总电路始终贯穿的理论依据。本本 章章 小小 结结第94页，共96页，编辑于2022年，星期一1、基尔霍夫电流定律：（、基尔霍夫电流定律：（KCL）在集

43、总电路中，任意一结点上，所有支路电流的代数和在集总电路中，任意一结点上，所有支路电流的代数和恒等于零：恒等于零：集总电路：这类电路所涉及电路元件的电磁过程都集中集总电路：这类电路所涉及电路元件的电磁过程都集中在元件内部进行。用集总电路近似实际电路是有条件的，在元件内部进行。用集总电路近似实际电路是有条件的，这个条件就是实际电路的尺寸要远小于电路工作时的电这个条件就是实际电路的尺寸要远小于电路工作时的电磁波长。磁波长。任一结点：广义上可以延伸为任一孤立部分，如可以任一结点：广义上可以延伸为任一孤立部分，如可以是一个二端元件，任一高斯面等。是一个二端元件，任一高斯面等。基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电

44、流定律（KCL）的实质是体现电流的连续性。的实质是体现电流的连续性。本本 章章 小小 结结第95页，共96页，编辑于2022年，星期一2、基尔霍夫电压定律：（、基尔霍夫电压定律：（KVL）任一回路：任一闭合途径，如平面图上的任一网孔，立任一回路：任一闭合途径，如平面图上的任一网孔，立体图中的任一回路等。体图中的任一回路等。应用基尔霍夫电压定律（应用基尔霍夫电压定律（KVL）前最好先画出回路绕向，）前最好先画出回路绕向，以便确定元件或支路电压的正负。以便确定元件或支路电压的正负。基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）的实质是电压与路径无的实质是电压与路径无关这一性质的体现。关这一性质的体现。在集总电路中，沿任一回路各段支路电压的代数和恒在集总电路中，沿任一回路各段支路电压的代数和恒等于零：等于零：本本 章章 小小 结结第96页，共96页，编辑于2022年，星期一