电路的基本概念和基本定律

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1、第第1章章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律1.1 电路及其理论模型电路及其理论模型1.2 电路变量及电流和电压的参考方向电路变量及电流和电压的参考方向1.3 电路元件及其伏安特性关系电路元件及其伏安特性关系1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律end1.5 电压和电位的区别电压和电位的区别1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律 重点重点：2.电路元件特性电路元件特性（电阻、电源、受控源）（电阻、电源、受控源）电路分析的基础电路分析的基础第第1章章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律end1.1 电路及其理论模型电路及其理论模型u电路的

2、电路的概念概念-电流流通的路径，由器件与连接导线构成电流流通的路径，由器件与连接导线构成u电路的电路的作用作用放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线u电路的电路的组成组成电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线1.1 电路及其理论模型电路及其理论模型直流电源直流电源:提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、

3、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。1.1 电路及其理论模型电路及其理论模型u电路的电路的组成组成u 电路模型电路模型1.理想电路元件理想电路元件：根据实际电路元件所具备的电磁性：根据实际电路元件所具备的电磁性质所设想的具有某种单一电磁性质的元件。质所设想的具有某种单一电磁性质的元件。几种基本的电路元件：几种基本的电路元件：电阻元件电阻元件：表示消耗电能的元件：表

4、示消耗电能的元件电感元件电感元件：表示各种电感线圈产：表示各种电感线圈产生磁场，储存磁场能量的作用生磁场，储存磁场能量的作用电容元件电容元件：表示各种电容器产：表示各种电容器产生电场，储存电能的作用生电场，储存电能的作用电源元件电源元件：表示各种将其它形式：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件的能量转变成电能的元件1.1 电路及其理论模型电路及其理论模型RLC无无源源元元件件电流源电流源is+电压源电压源us-2.电路模型电路模型：由理想元件及其组合代表实际电路：由理想元件及其组合代表实际电路元件，与实际电路具有基本相同的电磁性质，称其元件，与实际电路具有基本相同的电磁性质，称其为电路模型

5、。为电路模型。*电路模型是由理想电路元件构成的。电路模型是由理想电路元件构成的。10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡例例.1.1 电路及其理论模型电路及其理论模型建模时建模时,工作条件不一样工作条件不一样,其模型也不一样。其模型也不一样。R直流状态直流状态,仅仅消耗能量消耗能量RL交流低频状交流低频状态态,消能消能,储能储能交流高频状态交流高频状态,消消耗能量耗能量,储磁场能储磁场能量和电场能量量和电场能量RLC实际线圈实际线圈1.1 电路及其理论模型电路及其理论模型如：如：endtqtqtitddlim)(def 0qwuddABdefABtttttqtqd

6、iutdqtudttwW000)()()()()()()(uitqqwtwp dddddd020 iTt ,02 iTtT ,tIim sin ：参考：参考方向与实际方向方向与实际方向一致一致01I ：参考：参考方向与实际方向方向与实际方向相反相反01I规定规定相反相反的参考方向时，相应的电的参考方向时，相应的电流表达式流表达式差一个符号。差一个符号。VUR5例：例：UR=-5V p=u i p=-u ip0 吸收吸收功率功率+ui+uip0 发出发出功率功率I+UR例例 U1=10V，U2=5V。分别求电源、电阻的功率。分别求电源、电阻的功率。AUUI1521VUR505WIUPRR0101

7、1WIUPU0522WIUPU5 U1U2 0P-功率平衡功率平衡end ui0u=f(i)或或i=f(u)为一条过原点的直线为一条过原点的直线u 线性电阻线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数。是一个与电压和电流无关的常数。Ru 元件符号元件符号u 电压与电流取电压与电流取非关联非关联参考方向参考方向R+uiu Ri 或或 i Gu 公式必须和参考方向配套使用！公式必须和参考方向配套使用！电导电导(S)u线性电阻元件的伏安特性线性电阻元件的伏安特性u 电压与电流取电压与电流取关联关联参考方向参考方向R+uiu Rii Gu或或电阻电阻()p ui (R i)i i 2 R u(u/R)=u2

8、/Ru功率功率：R+uiu能量能量：可用功表示。从可用功表示。从t0 到到 t电阻消耗的能量电阻消耗的能量 ttttRiupW00dd不管电压、电流是否为关联参考方向，都有不管电压、电流是否为关联参考方向，都有p=i2R=u2/R (p始终为正）始终为正）uqCdef d 1)(ttiCtutuCtqidddd)(100tidtidtCtidtCu01)0(电容对电容对直流直流相当于相当于开路开路电容电压的电容电压的记忆记忆性质性质初始值初始值则则tuCuuipdddtpWtC0dtdtduCut0duCuuu02022121CuCu iL def tiLudd ttuLid1ttuLi00d

9、1)(100tududtLt电感电流的记电感电流的记忆性质忆性质电感对电感对直流直流相当于相当于短路短路初始值初始值tuddtiLiuipdddtpWtL0dtdtdiLit0diLiii02022121LiLi(2)伏安特性伏安特性US+_IU+_USUI0例例+-2I110VI1=5AI1=？I1=5A 不变！不变！US+_IU+_(1)开路开路 （2）短路短路I=0，U=Us不允许不允许直接短路直接短路2A+22U-ISISIU+_UI0例例U=4VU=？U=6V11(2)开路：开路：(1)短路：短路：ISIU+_I=IS，U=0 不允许不允许开路开路例：他励直流发电机例：他励直流发电机

10、fI+-U受控源从实际电子电路或器件抽象而来。受控源从实际电子电路或器件抽象而来。fI+-frIU 基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs Current LawKCL)和基尔霍夫和基尔霍夫电压定律电压定律(Kirchhoffs Voltage LawKVL)。它反映了电路中所有支路电压和电流的约束关它反映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。系，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍基尔霍夫定律夫定律与与元件特性元件特性构成了电路分析的构成了电路分析的基础。基础。1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律上图所示电路，共上图所

11、示电路，共有有124635i1i2i4i5i3abcd支路支路 5条条结点结点3个（个（a、b、c和和d应视为一个结点）应视为一个结点）回路回路 6个个网孔网孔 3个个例例I1+I210(12)=0 I2=1A 47I1=0 I1=3A 7A4AI110A-12AI2例例 求求I1和和I2。设设流出流出节点电流为节点电流为正，正，则则支路电流的参考方向是流入节点支路电流的参考方向与实际方向相反 电流值的正负：电流值的正负：电流实际方向和参考方向之间关系；电流实际方向和参考方向之间关系；(2)列写列写KCL方程时，电流变量前的正负号：方程时，电流变量前的正负号：电流参考方向流入电流参考方向流入、

12、流出节点。、流出节点。两套符号两套符号:例例:广义结点广义结点IA+IB+IC=0ABCIAIBIC1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律ABii两条支路电流大小相等，两条支路电流大小相等，一个流入，一个流出。一个流入，一个流出。I=?I=02+_+_I5 1 1 5 6V12VABi只有一条支路相连，则只有一条支路相连，则 i=0。1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律对回路对回路1：对回路对回路2：I1I2I3ba E2R2 R3R1E11 12 21.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（1）设定）设定绕行方向绕行方向（2）设）设与与绕行方向相同绕行方向相同电压为电压为正正对回路对回路3：U1-(6)-(2

13、)=0U1=6+2=8VU3-(6)-(-12)=0U3=6-12=-6VU2+U3-U1=0U2=-U3+U1=-(-6)+(8)=14V-2V+6V-12V+U2-U3+U1 -例例:求图示电路中的求图示电路中的U1,U2,U3 解：解：IIIIII设回路的绕行方向如图所示设回路的绕行方向如图所示1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 I2R2 E2+UBE=0 开口电压也可按回路处理：开口电压也可按回路处理：1 1对回路对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_222RIEUBE1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律ab+-6V6k3k3k6k例：电路如图所示，

14、求例：电路如图所示，求Uab1U2UVU266331VU466362012UUUab由由KVL可得：可得：VUUUab221AB l1l2UAB(沿沿l1)=UAB (沿沿l2）推论推论：电路中任意两点间的电压等于两点间电路中任意两点间的电压等于两点间任任一条一条路径经过的各元件电压的代数和。路径经过的各元件电压的代数和。1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律)1(32UUUAB)2(4411UUUUUSSABI1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4ABUAB032ABUUU01144SSABUUUUU对回路有对回路有U2+U3+U4+US4-U1-US1=0U2+U3=

15、-U4-US4+U1+US1（1）=（2）1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律例例1 求图示电路中电流求图示电路中电流I。21-6V+14V-5V+IUab=6Vab解解：由：由KVL和欧姆定律可得和欧姆定律可得Uab=2I-6+I+14 5=6V得得 I=1A分析举例分析举例(1)(1)例例2 求求I及各元件的功率。及各元件的功率。52V1A+_ IIR解：解：I=1-IR=1-0.4=0.6A电流源功率电流源功率发出发出功率功率电压源功率电压源功率电阻功率电阻功率P=0分析举例分析举例(2)IR=2/5=0.4AP1=-(1 2)=-2W0吸收吸收功率功率PR=2 0.4=0.8W0吸收功率吸

16、收功率由由KCL得得例例3 3 求图中电压求图中电压U。5A555 +10V -+U -I5(I-5)+5I=10I-5I=3.5AU=5 3.5=17.5V分析举例分析举例(3)(3)解：解：由由KVL得得解解：由由KCL得得又又 U1=3I=-6（V）U+U1+3-2=0图示电路：求图示电路：求U和和I。例例4I1A3A2A3V2V3 UU1分析举例分析举例(4)(4)3+1-2+I=0，I=-2（A）由由KVL得得则则:U=5（V）例例5求图示电路中受控源的功率。求图示电路中受控源的功率。解：解：受控源两端的电压为受控源两端的电压为3U1=9V由由KVL得：得：2I2+5-3U1=0I2

17、=2A由由KCL得：得：I1=1-I2=-1AP=3U1 I1=9(-1)=-9W+5V-32A+3U1-+U1-I2I1 U1=1 3=3V受控源上电压、电流为关联方向，受控源上电压、电流为关联方向，产生功率产生功率分析举例分析举例(5)(5)10V5 5 i1i2ii2SS打开：打开：i1=0i2=1.5(A)i2=i+2i5i+5i2=10S闭合：闭合：i1=i+2ii=10/5=2i1=6(A)求下图电路开关求下图电路开关S打开和闭合时的打开和闭合时的i1和和i2。例例6解：解：由由KCLKCL与与KVLKVL得：得：i2=0由由KCLKCL与欧姆定律得：与欧姆定律得：分析举例分析举例(6)(6)基尔霍夫定律基尔霍夫定律-小结小结