1、1. 电压、电流的参考方向 4. 基尔霍夫定律 重点 ： 第 1章 电路元件和电路定律 (circuit elements) (circuit laws) 3. 电路元件特性 2. 电功率和能量 1.1 电路和电路模型（ model ) 由理想电路元件及其组合代替实际电路部件而得到的电路 2、 电路模型 1、实际电路 由电路部 (元 )件和电路器件按预期目的连接构成的电流的通路 功能 a 能量的传输、分配与转换； b 信息的传递与处理。 理想电路元件 具有某种确定的电磁性质的假想元件 电阻：表示消耗电能的元件 电感：表示产生磁场，储存磁场能量的元件 电容：表示产生电场，储存电场能量的元件 电源
2、：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件 10BASE-Twall plate导线 电池 开关 灯泡 sRLRsU电路图 例 1、手电筒的电路和电路模型 具有 相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定条件下可用同一模型表示； 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其 模型可以有不同的形式 注： 3、集总电路 构成电路的器件以及电路本身的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长，电路中 u、 i可以是时间的函数，但与空间坐标无关 例：以 f 50Hz交流电为例，其相应的电磁波波长： Kms K m sfv 600050300000 11 济南到青岛电力传输线约 400Km /15显然不满足集总参数电路
3、的条件 1.2 电压和电流的参考方向 (reference direction) tqtqtit ddl i m)(0d e f 一 . 电流 (current) 1. 电流实际方向：正电荷移动的方向 2、电流参考方向：任意假定的电流的方向 。 i 参考方向 B A 0 i t T/2 T 问题 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 标定参考方向后，电流成为代数量。 电流参考方向的两种表示： 用箭头表示：箭头的指向为 电流的参考方向。 用双下标表示：如 iAB , 电流的参考方向由 A指向 B。 电流的参考方向与实际方向的关系： i 参考方向 i 参考方向 i 0
4、 i 0 + 实际方向 + （参考方向） U A B 电压参考方向的三种表示： 1） + - 表示； 2）箭头表示； 3）下标表示 。 三、 电位 a b c d 设 c点为电位参考点，则 c= 0 a= Uac， b=Ubc， d= Udc Uab = a- b 注：电位与参考点的选择有关 ， 而电压与参考点无关 。 3、 关联参考方向和非关联参考方向 以后讨论均在参考方向下进行 ， 不考虑实际方向。 关联 参考方向 + U I 非关联 参考方向 U + I 1.3 电路元件的功率 (power)和能量 一、 电功率和电能 uitwp dd功率的单位： 瓦 （特）（ W） 能量 的单位名称：
5、 焦 （耳 ) 符号（ J） tttt diudW 00 )()(q)t(u)(q )(q 二功率的计算 1. u, i 取 关联参考方向 i + u 发出吸收吸 00uip2. u, i 取非 关联参考方向 吸收发出发 00uipi + u 例 2 按给定的参数方向和表达式，指出 u, i的实际方向，并计算元件的功率，注明吸收还是发出。 + A B 3cos t 10cos t 0 i t T/2 T T/4 T3/4 cost 解： 由余弦曲线可知 00 吸收功率 例 3 图示电路中方框代表电源和电阻参考方向已标出，已知： I1=2A, I2=1A, I3= -1A U1=1V, U2=
6、-3V, U3=8V, U4=-4V, U5=7V, U6= -3V 1 6 4 2 3 5 + U1 + U6 + U3 + U2 + U4 + U5 c b a e d I1 I3 I2 + + + + + + 求： 1. 标出 U， I 的实际方向 2. Uab 1. 1， 2#, 3#元件的功率并注明吸收或发出。 解： 1. 图中标出（红色） 2. Uab Uac Ucb U1+U2= (1)+(3)= 4V (ab 电位升 4V，与标出的实际方向一致。注意计算时用参考方向。 ) 3. 1 U1, I1非关联 P1=U1I1=1 2=2W0 发出 2 U2, I1关联 P2=U2I1=
7、 (3) 2= 6 W0 吸收 补充作业 ：在本例中计算 (1) Ude(7V), Udb(1V), Uce(5V) (2) P4(发 4W), P5(发 7W), P6(发 3W)并验证功率平衡 1 6 4 2 3 5 + U1 + U6 + U3 + U2 + U4 + U5 c b a e d I1 I3 I2 + + + + + + 1.4 电路元件 几个概念： 1、电路元件的分类： 线性和非线性； 时变和非时变； 有源和无源、二端 /三端等 3. 时不变元件： 元件的参数不随时间变化的元件。 4. 时变元件： 元件的参数按一定规律随时间变化的元件。如变频器的变频跨导 g。 2、 线性
8、元件： 元件某两个参数之间的关系曲线是通过原点 的一条直线。 1.5 电阻元件 (resistor) 1. 线性电阻元件 定义：在电压与电流取关联参考方向时 ， 其伏安关系服从 欧姆定律 R + u i iuR d ef 电路符号： 电导 : G 1/R 单位名称：西门子 (S) R和 G都是电阻元件的参数 ， 是正实常数 。 u i 0 2. 线性 电阻的线性 伏安特性为过原点的直线 注意： 电流电压为非关联参考方向时欧姆定律： u Ri 或 i Gu R i + u 功率： p吸 ui (R i ) i i 2 R u(u/ R) = u2/ R0 R + u i 3. 功率和能量 能量：
9、可用功表示。从 t0 到 t电阻消耗的能量 ttttR iRpW 00 dd 2 说明电阻元件是无源、耗能元件 R i u + 4. 开路与短路 当 R = (G = 0 )，视其为开路。 无论 u为何值时， i = 0。 当 R = 0 (G = )，视其为短路。 无论 i为何值时， u = 0。 1.线性电容 定义：电荷和电压满足 q=Cu的 二端元件 。 6.1 电容元件 (capacitor) 在电压正 （ 负 ） 极性与极板上储存电荷 q（ q） 极性一致时 ， 有 C i u + +q q 电路符号 单位： F（法）， F， pF uqC defq =Cu 2.电容的线性 ： 库伏
10、（ qu） 特性是一条通过原点的直线 q u 0 3.线性电容的电压、电流关系 电压电流关联参考方向下： tuCtqidddd )(00 d1d 1)( ttt iCuiCtu t tt iqtq t 00 d)( )( 电容是一种动态元件，也是一种“记忆”元件 4. 电容的储能 tuCuuipdd吸)(21)(2121ddd 220)()()(2 tqCtCuCuuCuW utuutC 若)()()(21)(21dddu 1212220tWtWtCutCuCuW ccttc 当电容充电时， Wc0，元件吸收能量。 当电容放电时， Wc0，元件吸收能量。 当电流 |i|减小时， WL0，元件释
11、放其储存的能量。 电感元件是一种 储能元件， 又是一种 无源元件 。 (1) u的大小与 i 的 变化率 成正比，与 i 的大小无关； (3) 电感元件是一种记忆元件； (2)电感在直流电路中相当于短路； (4) 当 u， i 为关联方向时 ， u=L di / dt； u， i 为 非 关联方向时 ， u= L di / dt 。 小结： 1.6 电压源和电流源 1.理想电压源定义： 2. 特点： (a) 电压源 端电压由电源本身决定，与外电路无关；与电源中通过的电流无关 (b) 电压源中的电流由外电路决定。 电路符号 uS (c) 电压源的功率是任意的 端电压总保持为给定的时间函数，而与流
12、过它的电流无关的二端元件。 3. 伏安特性 US u i 0 以直流电压源为例 注意： 一般用大写字母表示直流量、常量。用小写字母表示交流量、时变量。 4. 理想电压源的开路与短路 (1) 开路 i=0， u us (2) 理想电压源不允许 短路 。 (3) 零值 电压源相当于短路 。 uS + _ i u + _ 5. 功率 i , us非关联 p发 = uS i i , uS 关联 uS + _ i u + _ 多电源电路中 ， 有些电源也可 吸收 能量 ， 相当于 “ 负载” p吸 =uS i 1.理想电流源的定义： 如果一个二端发出的电流总为给定的时 间函数 ， 而与它两端的电压无关
13、。 2. 特点： (a) 电流源电流由电源本身决定，与外电路无关；与电流源两端电压无关。 (b) 电流源两端电压 是由 外电路 决定。 电路符号 iS (c) 电压源的功率是任意的 3. 伏安特性 i IS u + _ IS u i 0 以直流电压源为例 : 4. 理想电流源的短路与开路 (2) 理想电流源不允许开路 。 (1) 短路： i= iS ， u=0 i iS u + _ 5. 实际电流源的产生： (3) 零值电流源相当于开路 稳流电子设备，如光电池，晶体三极管 6. 功率 p发 = u is u , iS 非 关联 iS u + _ p吸 = u is u , iS 关联 iS u
14、 解： 1）没有 1电阻时 PV =1 1=1W 吸收 PI =1 1=1W 发出 功率平衡 + _ 1V 1 A 例：求电源吸收或发出的功率。 1）没有 1电阻时 2）有 1电阻时 1V + _ 1 A 1V + _ 1 1 A + _ UI + _ 1V 1 I 1 A + _ 1V 1 I 1 A PV =1 1=1W 吸收 PI =2 1=2W 发出 功率平衡 PV =1 2=2W 发出 PI =1 1=1W 吸收 功率平衡 UI =1 1+1=2V PR =1 1=1W 吸收 I =1/1=1A IV =1+1=2A 2）有 1电阻时 1V + _ 1 1 A + _ UI PR=1
15、2/1=1W 吸收 1.7 受控电源 (非独立源 ) (controlled source /dependent source) 一 . 定义 ： 电压源电压或电流源电流不是给定函数 ， 而是受电路中某个支路的电压 (或电流 )的控制 。 电路符号 受控电压源 + 受控电流源 (1) 电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source ) ： 电流放大倍数 , 纯数 u1=0 i2= i1 二 . 四种类型 + CCCS i1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + r : 转移电阻 u1=0 u2=r i1 (2) 电流控制的电压源 ( Current
16、Controlled Voltage Source ) i2 i1 CCVS r i1 + _ u2 + _ u1 + _ g: 转移电导 i1=0 i2=gu1 (3) 电压控制的电流源 ( Voltage Controlled Current Source ) VCCS gu1 + _ u2 i2 + _ u1 i1 :电压放大倍数 , 纯数 i1=0 u2= u1 (4) 电压控制的电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source ) VCVS u1 + _ u2 + _ u1 + _ i2 i1 注意： 2) 控制系数（ , , r, g)为常数时，受控源为线性受控源。 1) 受控源是为反映电路中某处的电压、电流控制另一处的电压、电流而引入的理想元件。 3) 特有的菱形符号和控制系数的量纲。 4) 控制量 u或 i为零，则受控源为零 开路或短路。 5) 电路中无独立源时，受控源不能单独对电路起激励作 用，这是称其为非独立源的原因。
