1、1,第一章 电路基本概念与定律,1-1 电路与电路模型 1、电路：,开始,结束,定义：电器元件或设备按一定方式连接而构成的集合。 作用：（1）能量转换：实现电能传送、转换等。（2）信号处理：实现电信号产生、加工、传输、变换等。,2,2、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。,开始,结束,C=3x108m/s,3,3、电路模型,理想元件：（模型元件）,R,电路模型：理想元件组成的电路。,电 路 图：电路模型画在一个平面上所形成
2、的图形。,退出,4,1-2 电路分析常用基本变量,1、电流： 定义：,电 流 电 压,电 荷 磁 链,功 率能 量,方向：1）实际正方向：规定为正电荷运动的方向。2）参考正方向：任意假定的方向。 注意：必须指定电流参考方向，这样电流的正或负值才有意义。,带电质点的 定向运动,电场力把单位正电 荷从一点移向另一点 所做的功,退出,5,3、电压与电流关联参考方向：,2、电压： 定义：,方向：1）实际正方向：规定为从高电位指向低电位。2）参考正方向：任意假定的方向。 注意：必须指定电压参考方向，这样电压的正值或负值才有意义。,+ u(t) -,i(t),- u(t) +,i(t),电流参考方向是从电
3、压参考正极流入，负极流出。,退出,6,4、功率： 定义：,计算(1) 电压与电流采用关联参考方向：p(t)=u(t)i(t) 支路吸收功率,+ u(t) -,i(t),- u(t) +,i(t),(2) 电压与电流采用非关联参考方向： p(t)=u(t)i(t) 支路发出功率,退出,7,1-3 基尔霍夫定律（Kirchhoffs Law),一、名词定义：支路：流过同一电流的分支。节点：两个以上支路的连接点。回路：由支路构成的闭合路径。,退出,8,二、 基尔霍夫电流定律( KCL) （Kirchhoffs Current Law),1、KCL对于任一集中参数电路，在任一时刻，流出（或流入）任一节
4、点的电流代数和等于零。记为：,注意： 流出节点的电流为正，流入节点的电流取负。,退出,9,KCL方程: 以基尔霍夫电流定律在电路各节点处列写的方程式。,节点A:,退出,- I1 + I2 + I3=0,节点B:,- I2 + I4 + I5=0,节点C:,节点D:,- I3 - I4 + I6=0,I1 I5 - I6=0,( I1 = I5 + I6 ),10,2、推广：,对于任一集中参数电路，在任一时刻，流出任一节点的电流和等于流入该节点的电流和。即：,对于任一集中参数电路，在任一时刻，流出任一闭合面的电流代数和等于零。即：,闭合面也称为广义节点。,3、定律物理意义:反映电荷的守恒性和电流
5、的连续性。,举例：图示电路，求I1和I2。,退出,A,11,三、 基尔霍夫电压定律( KVL) （Kirchhoffs Voltage Law),1、KVL对于任一集中参数电路，在任一时刻，对任一回路，按一定绕行方向，其电压降的代数和等于零。记为：,注意： 与绕行方向一致的电压为正，否则取负。,+ u2-,- u6 +,退出,12,KVL方程: 以基尔霍夫电压定律在电路各回路列写的电路方程式。,回路1:,退出,u1 + us2 - u5 - us1 =0,回路2:,u2 - u4 - us2=0,回路3:,- u6 + u5 + u4=0,( u1 - u5 = us1 - us2),(u2
6、- u4 = us2),13,2、推广：,对于任一集中参数电路，在任一时刻，沿任一回路绕行方向，回路电压降的代数和等于回路电压源电压升的代数和。即：,3、定律物理意义:描述回路中支路电压约束关系； 反映能量的守恒性。,练习：图示电路，求Ucd和Ube。,退出,14,例1：,图示电路，电阻R有无电流？求电压u1和u2 。,R,A,+ 8V-,+2V _ _,+u1 -,+u2 -,退出,15,例2：,图示电路，求电流I1 、 I2和电压u1 、 u2 。,2,1,3,4,- 6V +,- 3V+,I1,I2,-u1 +,+u2 -,退出,16,1-4 电路常用元件,电路元件分类从能量特性方面可分
7、,无源元件：w(t)0,有源元件：w(t)0,从外部端钮数量可分,二端元件：具有两个引出端,多端元件：具有两个以上引出端,退出,17,一、电阻元件 （无源二端元件）,1、定义：,伏安关系可用u-i平面过坐标原点的曲线来描述的二端元件。,退出,电阻元件作用：电能转换为热能,18,2、分类：,线性电阻：伏安关系为u-i平面过坐标原点的直线。,非线性电阻：伏安关系为u-i平面过坐标原点的曲线。,退出,R,19,从元件参数是否随时间变换的意义可分为：,时不变电阻：伏安关系为u-i平面过坐标原点的一条曲线。（定常电阻）,u / V,i / A,0,时变电阻： 伏安关系为u-i平面过坐标原点的一族曲线。,
8、退出,20,3、线性时不变电阻的特点：,1）伏安关系为u-i平面过坐标原点的一条直线，斜率为R。2）端电压与通过的电流成正比即： u=Ri 或 U=RI注意：电流、电压为关联参 考方向3）具有双向性: 伏安特性对原点对称4）耗能元件：p=ui=Ri2=u2/R05）无记忆元件：u(t)=Ri(t),R单位： (欧姆),退出,21,4、线性时不变电导：,1）伏安关系为i - u平面过坐标原点的一条直线，斜率为G。2）通过的电流与端电压成正比即： i = uG 或 I= UG注意：电流、电压为关联参 考方向3）具有双向性: 伏安特性对原点对称4）耗能元件：p=ui=i2 /G =u2G05）无记忆
9、元件：i(t)= u(t)G,G单位：S(西门子),退出,22,二、线性电感元件：,1、定义：韦安特性为-i平面一条过原点直线的二端元件。,2、表示：,+ u(t)-,i(t),L,3、特性： 1） (t)=Li(t)； 2) WAR为-i平面过原点的一条直线； 3）VAR:,4) 无源元件 5) 储能元件,6）动态元件 7）记忆元件,23,三、线性电容元件,1、定义：库伏特性为q-u平面一条过原点直线的二端元件。,2、表示：,3、特性： 1） q(t)=Cu(t)； 2) 库伏特性为q-u平面过原点的一条直线； 3）VAR:,+ q(t)-,4) 无源元件 5）储能元件,6）动态元件 7）记
10、忆元件,24,四、理想电压源元件 （有源二端元件）,1、定义： 能独立向外电路提供恒定电压的二端元件。,2、符号表示,3、伏安关系：平行于i轴的一条直线。,+ Us -,4、特点： 恒压不恒流,Us,退出,（端电压u与i无关，电流i由外电路确定）。,Us=10v,25,五、理想电流源元件 （有源二端元件）,1、定义： 能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。,2、符号表示,3、伏安关系： 平行于u轴的一条直线。,Is,4、特点： 恒流不恒压,Is,退出,（电流i与u无关，端电压u由外电路确定）。,Is=2A,26,六、受控源元件 （有源多端元件）,1、定义： 依靠其它支路的电流或电压向外电路提供
11、恒定电流或电压的元件。,2、电路结构特征：具有两条支路：电流源或电压源所在支路 受控支路控制电流或电压所在支路 控制支路,线 性 非线性,时 变时不变,3、分类：,退出,27,4、线性时不变受控源电路模型：,（1） 电压控制电压源,（2） 电压控制电流源,U1,gU1,退出,Voltage Controlled Voltage Source,U1,U1,（VCVS),（VCCS),Voltage Controlled Current Source,I1=0 U2= U1,I1=0 I2= gU1,例:电子三极管,例:场效应管,28,（3） 电流控制电压源,（4） 电流控制电流源,I1,I1,I
12、1,I1,退出,Current Controlled Voltage Source,（CCVS),（CCCS),Current Controlled Current Source,U1=0 U2= I1,U1=0 I2= I1,例:直流发电机,例:晶体三极管,29,5、线性时不变受控源特点：,（1） 非独立的电源：不能独立向外电路提供能量。,（2） 具有两重性：电源性、电阻性。,注意：独立电源在电路中可以独立地起“激励”作用，是实际电路电能或电信号的“源泉”。,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“激励”作用。,退出,30,例：,图示电路，求电压U和电流I。
13、,退出,解：,-2-2I -2I -6U +10=0,由KVL，有,-4I -6U = - 8,又有,U = 2I+2,联立解得,U = 1.5v,I = - 0.25A,受控源:,(具有电源性),P = 6UI,= - 2.25W,若受控源: 6UU,U,U = 4v I=1A,(具有电阻性),31,七、两类约束的概念：,（1） 拓扑约束（KCL，KVL）：与电路支路性质无关，只取决于电路的连接结构（结构约束）。,（2） 支路约束（支路VAR)：取决于支路元件的性质（元件约束）。,说明： 利用两类约束可以直接列写电路方程求解电路，因此这两类约束是电路分析的基本依据。,退出,32,例：,图示电
14、路，求电压u、电流I1和电阻R。,I1,I2,I3,I4,退出,解：,I3=-1A,I2=-3A,u=2I2 -2,= 4 v,由KVL，有,u - U1-2I3 + 2=0,U1=8v I4 =1A,I1=I+I4,由KCL，有,=2A,由KVL，有,U1=3U1 RI1,故 R=8,33,练习： 图示电路，i1 =3A, u2 =4V。求电流i、电压u、us 和电阻R,并求电源、受控源发出的功率。,退出,us,us=30v,u=20v,i=2A,R=10,Pus=90w,P4u1=-24w,34,电路及电路模型：电路作用、分类、理想元件、理想电路模型,本章要点：,基尔霍夫定律KCL、KVL内容、推广形式、物理意义,电路常用元件无源元件（电阻、电感、电容）；有源元件（理想电压源、理想电流源）；受控源（VCCS、CCCS、VCVS、VCVS),电路分析基本变量定义、大小、单位；方向：关联参考方向,
