电路分析与器件基础.docx

1、电 路 分 析 与 器 件 基 础王 文 吉 编北 京 理 工 大 学 出 版 社图 书 在 版 编 目 ( CIP ) 数 据电 路 分 析 与 器 件 基 础 / 王 文 吉 编 . 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版 社 , 1997 . 9ISBN 7 81045 322 X . 电 . 王 . 电 路 分 析 高 等 学 校 教 材 电 子 器 件高 等 学 校 教 材 . T N711. 1中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 ( 97 ) 第 15707 号北 京 理 工 大 学 出 版 社 出 版 发 行( 北 京 市 海 淀 区 白 石 桥 路 7 号

2、)邮 政 编 码 10 0 08 1 电 话 (0 1 0) 68 9 1 28 2 4各 地 新 华 书 店 经 售 北 京 房 山 先 锋 印 刷 厂 印 刷*85 0 1 1 68 毫 米 3 2 开 本 1 1. 6 2 5 印 张 2 9 8 千 字1 9 97 年 9 月 第 一 版 1 99 7 年 9 月 第 一 次 印 刷印 数 : 1 - 2 0 00 册 定 价 : 1 7. 5 0 元 图 书 印 装 有 误 , 可 随 时 与 我 社 退 换 前 言本 书 系 根 据 我 院 计 算 机 科 学 与 工 程 系 、 信 息 管 理 系 各 专 业 多 年 试 用 的

3、电 路 分 析 与 器 件 基 础 讲 义 基 础 上 编 写 的 。全 书 内 容 分 电 路 分 析 基 础 和 半 导 体 器 件 基 础 两 部 分 。 电 路 分 析 基 础 部 分 是 研 究 电 路 的 基 本 概 念 , 基 本 理 论 和 基 本 分 析 方 法 。 是 为 学 习 后 续 电 类 课 程 打 下 电 路 理 论 基 础 。 其 主 要 内 容 包 括 : 电 路 的 基 本 定 律 、 直 流 电 阻 电 路 的 分 析 方 法 、 动 态 电 路 的 时 域 分 析 、 正 弦 稳 态 分 析 。 通 过 这 部 分 内 容 学 习 , 使 学 生 能 够

4、 运 用 电 路 的 基 本 理 论 对 各 种 电 路 模 型 , 特 别 是 电 子 电 路 进 行 分 析 和 计 算 。 半 导 体 器 件 基 础 部 分 首 先 是 介 绍 半 导 体 的 基 本 知 识 , 然 后 讨 论 P N 结 、 半 导 体 二 极 管 、 稳 压 管 、 双 极 型 三 极 管 、 场 效 应 管 的 工作 原 理 、 特 性 曲 线 和 主 要 参 数 。 通 过 这 部 分 内 容 学 习 , 使 学 生 在 掌 握 常 用 半 导 体 器 件 基 本 工 作 原 理 基 础 上 能 合 理 地 选 择 和 使 用 器 件 , 并 为 学 习 模

5、拟 电 路 和 数 字 电 路 打 下 半 导 体 器 件 基 础 。本 书 可 供 高 等 院 校 非 电 子 类 专 业 电 路 分 析 与 器 件 基 础 课 程 的 教 材 , 也 可 供 大 专 院 校 师 生 和 从 事 电 类 技 术 工 作 的 工 程 技 术 人 员 参 考 。全 课 程 大 约 需 用 50 学 时 左 右 。 在 编 写 中 , 内 容 力 求 少 而 精 , 力 争 做 到 由 浅 入 深 , 循 序 渐 进 。 重 点 放 在 培 养 学 生 分 析 问 题 和 解 决 问 题 的 能 力 上 , 所 以 在 每 章 节 中 配 有 大 量 的 例 题

6、 、 练 习 题 和 习 题 。 并 附 有 练 习 题 和 习 题 答 案 , 便 于 学 生 做 题 时 参 考 和 自 检 。由 于 编 者 水 平 有 限 , 书 中 必 有 缺 点 和 不 妥 之 处 , 恳 请 读 者 批 评 和 指 正 。编 者1997 年 1 月 1 目 录第 一 章 电 路 的 基 本 概 念 和 基 本 定 律 ( 1 )1 1 电 流 、 电 压 和 功 率 ( 1 )1 2 电 阻 元 件 欧 姆 定 律 ( 11 )1 3 电 压 源 ( 15 )1 4 电 流 源 ( 19 )1 5 基 尔 霍 夫 定 律 ( 22 )1 6 受 控 源 ( 28

7、 )1 7 电 阻 的 串 联 、 并 联 和 混 联 ( 31 )1 8 分 压 、 分 流 公 式 及 其 应 用 ( 37 )1 9 电 源 模 型 的 等 效 变 换 ( 45 )习 题 一 ( 52 )第 二 章 直 流 电 阻 电 路 的 分 析 方 法 ( 60 )2 1 网 孔 分 析 法 ( 60 )2 2 节 点 分 析 法 ( 70 )2 3 叠 加 定 理 ( 79 )2 4 戴 维 南 定 理 ( 86 )2 5 诺 顿 定 理 ( 96 )2 6 最 大 功 率 传 输 定 理 (100)习 题 二 (103)第 三 章 动 态 电 路 的 时 域 分 析 (111

8、)3 1 电 容 元 件 (111)3 2 电 感 元 件 (115)3 3 一 阶 电 路 的 零 输 入 响 应 (119)3 4 一 阶 电 路 的 零 状 态 响 应 (130)3 5 一 阶 电 路 的 完 全 响 应 (138)3 6 一 阶 电 路 分 析 的 三 要 素 法 (146) 2 3 7 二 阶 ( RLC 串联 ) 电 路 的 零 输 入 响 应 (155)3 8 二 阶 ( RLC 串联 ) 电 路 的 零 状 态 响 应 和 完 全 响 应 (170)习 题 三 (175)第 四 章 正 弦 稳 态 分 析 (185)4 1 交 流 电 的 基 本 概 念 (1

9、86)4 2 正 弦 的 电 压 和 电 流 及 其 有 效 值 (187)4 3 复 数 的 复 习 (194)4 4 正 弦 量 的 相 量 表 示 法 与 相 量 图 (199)4 5 基 尔 霍 夫 定 律 的 相 量 形 式 (203)4 6 电 阻 、 电 感 、 电 容 元 件 上 的 伏 安 关 系 相 量 形 式 (206)4 7 阻 抗 和 导 纳 (214)4 8 正 弦 稳 态 电 路 的 分 析 (222)4 9 电 阻 、 电 感 和 电 容 元 件 中 的 功 率 (229)4 10 正 弦 交 流 电 路 中 的 功 率 (236)4 11 正 弦 稳 态 最

10、大 功 率 传 输 定 理 (244)4 12 耦 合 电 感 的 伏 安 关 系 (249)4 13 耦 合 电 感 的 串 联 和 并 联 (258)4 14 空 芯 变 压 器 (264)4 15 理 想 变 压 器 (271)习 题 四 (279)第 五 章 半 导 体 器 件 基 础 (290)5 1 半 导 体 的 基 本 知 识 (290)5 2 P N 结 (297)5 3 半 导 体 二 极 管 (303)5 4 稳 压 管 (315)5 5 双 极 型 晶 体 管 (317)5 6 场 效 应 管 ( FE T ) (334)习 题 五 (354)习 题 答 案 (360)

11、参 考 文 献 (366) 1 第 一 章 电 路 的 基 本 概 念和 基 本 定 律本 章 主 要 讨 论 电 路 分 析 的 基 本 变 量 和 电 路 的 基 本 定 律 。 其 中 有 些 内 容 , 虽 然 已 在 物 理 学 中 讲 过 , 但 这 些 内 容 是 电 路 分 析 的 基 础 内 容 , 也 是 学 好 其 它 章 节 的 基 础 , 所 以 , 希 望 读 者 不 要 轻 视 它 , 而 应 当 在 原 有 的 基 础 上 进 一 步 巩 固 和 加 深 这 些 内 容 , 并 能 充 分 应 用 这 些 内 容 来 提 高 解 决 问 题 的 能 力 。1 1

12、 电 流 、 电 压 和 功 率一 、 电 流带 电 粒 子 有 秩 序 的 移 动 称 为 电 流 。 因 此 , 电 流 是 一 种 客 观 的 物 理 现 象 , 通 过 它 的 各 种 效 应 , 例 如 : 热 效 应 、 磁 效 应 等 , 能 够 使 我 们 观 察 到 它 的 存 在 。目 前 所 研 究 的 电 流 是 指 导 体 中 的 大 量 的 自 由 电 子 , 在 电 场 作 用 下 所 作 有 秩 序 的 运 动 , 这 种 电 流 称 为 传 导 电 流 。 实 际 上 导 体 中 自 由 电 子 的 实 际 运 动 除 作 有 秩 序 的 运 动 外 , 一

13、般 还 作 无 秩 序 的 热 运 动 。 自 由 电 子 的 实 际 运 动 是 这 两 种 运 动 的 合 成 。 但 从 宏 观 上 看 , 由 于 热 运 动 是 杂 乱 无 章 的 , 故 对 外 是 不 能 显 示 出 电 流 作 用 的 。由 于 金 属 中 有 大 量 的 自 由 电 子 , 所 以 金 属 是 良 导 体 。 还 有 另 一 类 导 体 , 如 酸 、 碱 、 盐 等 化 合 物 的 水 溶 液 中 , 这 些 化 合 物 分 解 成 带 正 电 和 带 负 电 的 粒 子 , 称 为 正 离 子 和 负 离 子 。 所 以 在 电 解 液 中 的 传 导 电

14、 流 是 由 于 正 负 离 子 在 电 场 作 用 下 向 相 反 方 向 运 动 而 形 成 的 。 2 i =为 了 从 量 的 方 面 来 衡 量 电 流 的 大 小 , 引 入 电 流 强 度 一 量 。 它 的 定 义 是 : 单 位 时 间 内 通 过 导 体 横 截 面 的 电 量 。 用 符 号 I或 i 表 示 。 电 流 强 度 通 常 简 称 电 流 。设 在 极 短 时 间 内 穿 过 导 体 横 截 面 的 微 量 电 荷 为 dq, 则 电 流 强 度 为d qd t (1 1 a)电 流 大 小 是 随 时 间 变 化 的 , 称 为 变 化 的 电 流 。 如

15、 果 电 流 的 大 小 随 时 间 按 正 弦 规 律 变 化 称 为 正 弦 电 流 , 其 波 形 如 图 1 1 ( a ) 所 示 。如 果 电 流 大 小 不 随 时 间 变 化 , 即 在 同 样 长 的 时 间 内 通 过 导 体 横 截 面 的 电 量 都 相 同 , 则 这 种 电 流 称 为 恒 定 电 流 , 简 称 直 流 , 简 写 为 dc 或 DC。 在 这 种 情 况 下 , 电 流 强 度 用 大 写 I 表 示 , 且 (1 1a ) 式 可 写 为I = q t ( 1 1b)其 波 形 如 图 1 1( b) 所 示 。 其 中 : 电 荷 q 的 单

16、 位 为 库 仑 ( C ) ; 时 间 t 的 单 位 为 秒 ( s) ; 电 流 i 的 单 位 为 安 培 ( A ) 。图 1 1 电 流 波 形一 安 培 电 流 相 当 于 在 1 秒 内 穿 过 导 体 横 截 面 一 库 仑 电 量 的 电 流 。 在 计 量 微 弱 电 流 时 , 往 往 采 用 毫 安 ( m A ) 或 微 安 ( A ) 作 为 电 流 的 单 位 3 3 61 A = 10 m A = 10 A习 惯 上 把 正 电 荷 运 动 的 方 向 规 定 为 电 流 的 方 向 。 在 实 际 电 路 中 , 往 往 电 流 的 真 实 方 向 难 以

17、在 电 路 图 中 判 定 。 如 图 1 1 ( a ) 所 示 的 正 弦 电 流 , 其 大 小 和 方 向 是 随 时 间 而 变 化 的 , 难 以 用 一 个 固 定 的 箭 头 来 表 示 它 的 真 实 方 向 。 就 是 在 直 流 电 流 中 , 当 电 路 较 为 复 杂 时 , 各 支 路 的 电 流 也 往 往 难 以 判 断 其 真 实 方 向 。 因 此 , 引 入 参 考 方 向 的 概 念 。在 电 路 图 中 可 以 任 意用 箭 头 表 示 电 流 的 方 向 , 这 一 任 意 假 定 的 方 向 称 为电 流 的 参 考 方 向 。 如 图 12 所

18、示 。 图 中 箭 头 表 示 电 流 图 1 2i 的 参 考 方 向 。 如 果 电 流 的 真 实 方 向 与 所 标 的 参 考 方 向 一 致 , 电 流 为 正 值 。 如 果 相 反 , 电 流 为 负 值 。 这 样 , 可 以 根 据 电 流 的 正 负 值 并 结 合 参 考 方 向 来 断 定 电 流 的 真 实 方 向 。所 以 电 流 的 正 负 离 开 参 考 方 向 是 毫 无 意 义 的 。例 1 1 10 库 仑 的 正 电 荷 在 2 秒 钟 内 由 a b 转 移 , 如 何 表 示 电 流 ? 如 10 库 仑 的 负 电 荷 在 2 秒 钟 内 由 a

19、 b 转 移 , 又 如 何 表示 电 流 ?解 : 习 惯 上 把 正 电 荷 运 动 的 方 向 规 定 为 电 流 的 真 实 方 向 。 所以图 1 3 4 ( 1) 图 ( a ) 中 电 流 的 参 考 方 向 和 正 电 荷 运 动 方 向 ( 电 流 真 实方 向 ) 均 由 a b, 故 电 流 为 正 值 , 即 I = 5A。图 ( b ) 中 电 流 的 参 考 方 向 和 正 电 荷 运 动 方 向 相 反 , 故 电 流 为负 值 , 即 I = - 5 A。(2 ) 当 10 库 仑 的 负 电 荷 在 2 秒 钟 内 由 a b 转 移 , 相 当 于 正电 荷

20、 由 b a 转 移 。图 ( a ) 中 电 流 的 参 考 方 向 由 a b, 正 电 荷 由 b a, 二 者 相 反 , 故 电 流 为 负 值 , 即 I = - 5 A。图 ( b ) 中 电 流 的 参 考 方 向 由 b a, 正 电 荷 由 b a, 二 者 方 向相 同 , 故 电 流 为 正 值 , 即 I = 5 A。练 习 题1 1 进 入 某 元 件 的 总 电 荷 为 q( t) = 4e - 2 t C , 问 当 t = 0 时 , 元 件 中 的电 流 i 是 多 少 ?( - 8 A)1 2 若 流 过 电 路 中 某 点 的 电 流 为 i( t) =

21、 4e - 4 t A , t0 。 试 求 流经 该 点 电 荷 q( A) 的 表 示 式。 当 t = 0 .25 s 时 , 流 过 该 点 的 总 电 荷 ?(0 .632C)二 、 电 压 与 电 位电 荷 在 电 场 力 的 作 用 下 运 动 的 物 理 过 程 , 实 际 上 就 是 电 场 对 电 荷 作 功 的 物 理 过 程 。 为 了 衡 量 电 场 力 作 功 的 大 小 , 引 用 电 压 这 个 物 理 量 。 电 压 是 电 路 分 析 中 的 又 一 个 基 本 变 量 。电 压 的 定 义 : 电 场 中 单 位 正 电 荷 从 a 点 转 移 到 b 点

22、 时 , 电 场 力 所 作 的 功 称 为 a、 b 两 点 间 的 电 压 。 即d W abV ab =d q (1 2)其 中 : W ab 是 电 场 力 将 单 位 正 电 荷 由 a 点 转 移 到 b 点 时 所 作 的 功 , 单 位 为 焦 耳 ( J ) 。 q 是 被 移 动 的 正 电 荷 的 电 量 , 单 位 为 库 仑 ( C ) , Vab 是 电 路 中 a、 b 两 点 之 间 的 电 压 , 单 位 为 伏 特 ( V ) 。 即 5 1 伏 特 = 1 焦 耳1 库 仑计 量 微 弱 电 压 时 可 用 毫 伏 ( 1 mV = 10 - 3 V )

23、及 微 伏 ( 1 V = 10 - 6 V ) , 而 计 量 高 压 时 则 可 用 千 伏 (1k V = 103 V ) 。电 压 和 能 量 的 关 系 很 密 切 。 如 果 正 电 荷 由 a 转 移 到 b, 获 得 能 量 , 则 a 点 为 低 电 位 即 负 极 , b 点 为 高 电 位 , 即 正 极 。 如 图 1 4( a) 所 示 。 如 果 正 电 荷 由 a 转 移 到 b 失 去 能 量 , 即 a 点 为 高 电位 , 即 正 极 , b 点 为 低 电 位 , 即 负 极 。 如 图 1 4 ( b) 所 示图 1 4因 此 , 正 电 荷 在 移 动

24、 时 , 能 量 的 得 或 失 体 现 为 电 位 的 升 高 或 降 落 , 即 电 压 升 或 电 压 降 。电 压 的 大 小 和 极 性 不 随 时 间 而 变 化 的 电 压 称 为 恒 定 电 压 或 直 流 电 压 。 用 符 号 V 来 表 示 。电 压 的 大 小 和 极 性 都 随 时 间 而 变 化 的 电 压 称 为 交 流 电 压 。 用符 号 v( t) 来 表 示 。同 理 , 在 电 路 中 , 事 先 也 难 以 知 道 电 压 的 真 实 极 性 , 即 a b 是 电 压 升 还 是 电 压 降 。 这 样 , 在 分 析 电 路 时 和 电 流 一 样

25、 , 也 需 要 为 电 压 规 定 参 考 极 性 。 电 流 参 考 方 向 用 箭 头 表 示 , 电 压 的 参 考 极 性 用 “ + ”“ - ” 号 表示 。 “ + ” 号 表 示 高 电 位端 , “ - ” 号 表 示 低 电 位端 。 如 图 1 5 所 示 。图 1 5 6 = 1 V电 压 的 参 考 极 性 是 可 以 任 意 假 定 的 , 一 旦 假 定 好 以 后 , 就 应 该 根 据 假 定 的 参 考 极 性 进 行 分 析 计 算 , 如 果 算 得 的 电 压 为 正 值 , 说 明 电 压 的 真 实 极 性 与 所 标 的 参 考 极 性 相 同

26、 ; 如 果 算 得 的 电 压 为 负 值 , 则 说 明 电 压 的 真 实 极 性 与 所 标 的 参 考 极 性 相 反 。 所 以 , 电 压 的 正 负 离 开 参 考 极 性 是 毫 无 意 义 的 。 电 压 的 参 考 极 性 有 时 也 称 电 压 参 考 方 向 或 正 方 向 。电 压 有 时 也 叫 电 位 差 。电 位 的 定 义 : 电 路 中 某 一 点 到 参 考 点 的 电 压 降 叫 这 一 点 的 电位 。参 考 点 本 身 的 电 位 为 零 。 参 考 点 的 选 择 是 任 意 的 , 一 般 选 定无 限 远 处 或 地 面 作 为 参 考 点

27、, 但 在 计 算 上 则 常 选 择 电 路 中 某 点 作 为 参 考 点 以 使 计 算 简 便 。 应 当 注 意 : 当 选 定 的 参 考 点 不 同 时 , 各 点 电 位 也 会 不 同 , 但 任 何 两 点 间 的 电 位 差 或 电 压 都 仍 保 持 不 变 。 在 电 子 电 路 图 中 经 常 采 用 电 位 的 画 法 。 如 图 1 6 ( a ) ( b ) 所示 。电 流 的 参 考 方 向 是 可 以 任 意 假 定 的 , 电 压 的 参 考 极 性 也 是 可以 任 意 假 定 的 , 它 们 之 间 互 不 相 关 。 但 是 , 为 了 方 便 清

28、 楚 起 见 ,常 采 用 关 联 的 参 考 方 向 , 即 电 流 参 考 方 向 ( 箭 头 方 向 ) 和 电 压 参 考极 性“ ( + ”极 到 “ - ”极 ) 的 方 向 一 致 。 如 图 1 7 ( a ) 所 示 。 这 样 ,在 采 用 关 联 的 参 考 方 向 下 , 电 路 图 上 只 需 标 出 两 个 参 考 方 向 中 任 何 一 个 参 考 方 向 即 可 , 另 一 个 可 省 略 不 标 。 如 图 1 7 ( b ) ( c ) 所 示例 1 2 10 库 仑 的 正 电 荷 由 a b 失 去 10 焦 耳 能 量 , 试 标 出 电 压 的 真

29、实 极 性 。 试 为 该 电 压 假 定 参 考 极 性 , 并 写 出 相 应 的 电 压 表 达 式 。解 10 库 仑 正 电 荷 由 a b 失 去 10 焦 耳 能 量V ab = 1 0 ( J )10 ( C)电 压 的 真 实 极 性 是 a 端 为 “ + ” 而 b 端 为 “ - ”。 7 图 1 6图 1 7电 压 参 考 极 性 是 可 以 任 意 假 定 的 , 因 而 有 二 种 选 定 的 方 式 ,分 别 为 图 1 8( b ) ( c) 所 示 。图 ( b ) 中 由 于 电 压 的 真 实 极 性 和 参 考 极 性 一 致 , 故 电 压 V1 为

30、正 值 , 其 表 示 式 为V1 = 1 V图 ( c ) 中 电 压 的 真 实 极 性 和 参 考 极 性 不 一 致 , 故 电 压 V2 为 负 值 , 其 表 示 式 为V2 = - 1V 8 P = V d q图 1 8参 考 极 性 选 择 不 同 , 两 电 压 表 达 式 差 一 负 号 。练 习 题1 3 1C 电 荷 由 a b, 能 量 的 改 变 为 10J , 求 Vab 。若 ( 1) 电 荷 为 正 , 且 为 失 去 能 量 ; ( 2) 电 荷 为 正 , 且 为 获 得 能 量 ; (3 ) 电 荷 为 负 , 且 为 失 去 能 量 ; ( 4) 电

31、荷 为 负 , 且 为 获 得 能 量 。(10V , - 10 V , - 10 V , 10 V)三 、 功 率在 电 力 系 统 及 设 备 中 , 我 们 所 需 要 的 并 不 是 电 流 本 身 , 而 是 需 要 使 电 流 作 功 。 如 发 电 站 的 主 要 任 务 在 于 发 出 和 输 送 大 量 功 率 , 而 不 在 于 输 送 大 量 电 流 。 因 此 , 电 路 分 析 中 另 一 个 物 理 量功 率 也 成 为 电 路 计 算 的 一 个 重 要 内 容 。 功 率 的 定 义 : 单 位 时 间 内 能 量 的 变 化 。 即d Wd t (1 3)其

32、中 : W 是 能 量 , 单 位 为 焦 耳 ( J ) ; t 是 时 间 , 单 位 为 秒 ( s ) ; P是 功 率 , 单 位 为 瓦 特 ( W ) 。功 率 也 可 用 电 压 、 电 流 来 表 示 。 即P = d Wd t d t = V i(1 3 a )在 直 流 情 况 下 : 图 1 9 9 P = V I ( 1 3b)其 中 : 电 压 单 位 为 伏 特 , 电 流 单 位 为 安 培 , 功 率 单 位 为 瓦 特 。 当 电 压 、 电 流 采 用 关 联 参 考 方 向 , 如 图 1 9 所 示 。 其 计 算功 率 的 公 式 为P = v i

33、(1 4 a)若 算 得 的 功 率 为 正 值 ( P 0 ) , 表 示 该 元 件 为 吸 收 或 消 耗 的 功 率 。 若 算 得 的 功 率 为 负 值 ( P 0 ) ,图 1 1 0表 示 该 元 件 为 吸 收 或 消 耗 的 功 率 。 若 算 得 的 功 率 为 负 值 ( P 0 为 消 耗 功 率 10 ( - 8W 产生 ; 1 .5 W 吸 收 ; 24W 吸收( - 200e - 2t mW 产 生 ; 80sin t mW 吸收图 ( c ) 电 压 、 电 流 为 非 关 联 参 考 方 向 。 故P = - V I = - ( 2) ( - 2 ) = 4

34、WP 0 为 消 耗 功 率图 ( d) 电 压 、 电 流 为 非 关 联 参 考 方 向 。 故P = - 2 ( 2) = - 4 WP 0 , 故 电 压 源 吸 收 功 率 。电 流 源 功 率 : PA = - V I = - 8 2 = - 16WPA 0 故 电 流 源 产 生 功 率 。P产 生 = P吸 收 = 16W练 习 题1 11 求 图 1 31 所 示 电 路 的 V 和 10A 电 流 源 的 功 率 。( 20V , 200W ) 23 1 12 电 路 如 图 1 32 所 示 。 ( a) 已 知 20 mA 的 电 流 源 产 生 功 率 为 40 mW

35、 , 试 标 出 电 流 源 两 端电 压 的 大 小 和 真 实 极 性 。( b) 已 知 - 4V 的 电 压 源 吸 收 功 率 为 8W , 标 出 电 压 源 电 流 的 大 小 和 真 实 极 性 。( 2V , a 为 正 , b 为 负 ; 2A ,从 b 端 流 入 )图 1 3 2图 1 3 11 5 基 尔 霍 夫 定 律当 各 元 件 联 接 成 电 路 以 后 , 电 路 中 的 各 个 电 压 、 电 流 要 遵 循 一 定 的 基 本 规 律 , 即 电 源 和 电 阻 等 元 件 的 伏 安 特 性 和 电 路 整 体 的 规 律 。也 就 是 说 , 电 路

36、 中 的 各 个 电 压 、 电 流 要 受 到 两 方 面 的 约 束 : 其 一 方 面 要 受 到 元 件 性 质 的 约 束 ( 简 写 为 VA R) 。 如 线 性 电 阻 元件 要 受 到 欧 姆 定 律 V = i R 约 束 , 它 与 在 电 路 中 如 何 连 接 无 关 , 而 由 其 元 件 本 身 性 质 决 定 ; 另 一 类 约 束 为 结 构 约 束 ( 拓 扑 约 束 ) , 它 和 元 件 性 质 无 关 , 与 连 接 方 式 有 关 。这 种 来 自 拓 扑 约 束 体 现 为 基 尔 霍 夫 的 两 个 定 律 , 即 基 尔 霍 夫 电 流 定 律

37、 和 基 尔 霍 夫 电 压 定 律 。 24 先 介 绍 电 路 中 的 几 个 名 词 。 电 路 中 的 每 一 分 支 称 为 支 路 。 一 条 支 路 流 过 一 个 电 流 。 在 图1 33 中 共 有 三 条 支 路 , 即 有 三 个 支 路 电 流 I1 , I2 , I3 。 电 路 中 三 个 或 三 个 以 上 的 支 路 联 接 点 称 为 节 点 。 在 图 1 33中 共 有 两 个 节 点 , 即 a 和 c。 电 路 中 任 一 闭 合路 径 称 为 回 路 。 在 图 1 33 中 共 有 三 个 回 路 , 即 abca, ac da 和 abc-da

38、。内 部 不 含 支 路 的回 路 称 为 网 孔 。 图 1 图 1 3333 中 abca, ac da 两 回 路 为 网 孔 。 而 回 路 abc da 不 是 网 孔 。 因 其内 部 含 有 R3 支 路 。一 、 基 尔 霍 夫 电 流 定 律 ( 简 写 为 K CL )基 尔 霍 夫 电 流 定 律 : 对 于 任 一 集 中 参 数 电 路 中 的 任 一 节 点 , 在 任 一 时 刻 , 流 入 节 点 电 流 的 总 和 等 于 流 出 该 节 点 电 流 总 和 。 其 数 学 表 示 式 为 i = 0在 图 1 33 所 示 电 路 中 , 对 节 点 a 可

39、 以 写 出I2 + I3 = I1 ( 1 11)或 将 上 式 改 写 成I2 + I3 - I1 = 0 ( 1 12)基 尔 霍 夫 电 流 定 律 实 质 上 是 电 流 连 续 性 的 表 现 , 是 直 接 从 电 荷 守 恒 基 本 法 则 得 到 的 , 即 电 荷 不 能 创 造 , 也 不 能 消 灭 。基 尔 霍 夫 电 流 定 律 一 般 是 应 用 于 结 点 的 。 但 有 时 也 可 以 把 它 推 广 应 用 于 电 路 中 任 一 假 设 的 闭 合 面 。 如 图 1 34 所 示 的 闭 合 面 中 包 含 三 个 元 件 , 有 三 个 节 点 , 应 用 K CL 可 得