1、第第1 1章章 电路的基本概念与基本定律电路的基本概念与基本定律电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术上一页下一页目 录返 回退 出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、电位、功率电路中的基本物理量：电压、电流、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上一页下一页目 录返 回退 出本章内容概述本章内容概述u本章在物理学的基础上，主要介绍电路模型的概念、本章在物理学的基础上，主要介绍电路模型的概念、电路中的基本物
2、理量及其参考方向和电路的工作状电路中的基本物理量及其参考方向和电路的工作状态，还将介绍基本电路元件及其特性，最后介绍集态，还将介绍基本电路元件及其特性，最后介绍集中参数电路的拓扑约束关系中参数电路的拓扑约束关系基尔霍夫定律。这基尔霍夫定律。这些内容是分析和计算电路的基础。些内容是分析和计算电路的基础。u学习本章要深刻理解电路中电压和电流的参考极性学习本章要深刻理解电路中电压和电流的参考极性和参考方向的意义，强化电路模型的概念，牢固掌和参考方向的意义，强化电路模型的概念，牢固掌握集中参数电路的基本约束关系握集中参数电路的基本约束关系基尔霍夫定律基尔霍夫定律和元件伏安特性约束。和元件伏安特性约束。
3、上一页下一页目 录返 回退 出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（称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为电源）通过导线连接而构成的提供给电电荷流动的通荷流动的通路路。电路是电场的一种特殊形式，当电场被束缚在电荷流动的电路是电场的一种特殊形式，当电场被束缚在电荷流动的路径周围很小的范围时，即形成电路，可用路径周围很小的范围时，即形成电路，可用“路路”的理论的理论来分析处理。来分析处理。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
4、电路功能的在电能作用下完成电路功能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。220V电源开关灯泡（用电设备）导线上一页下一页目 录返 回退 出1-1 电路的组成与功能电路的组成与功能（续）（续）u电路的功能电路的功能客观上电路提供了电荷流动的通路，电荷携带着电能在电路客观上电路提供了电荷流动的通路，电荷携带着电能在电路中流动，从电源带走电能，而在用电元器件中又释放电能，中流动，从电源带走电能，而在用电元器件中又释放电能，因此电路的工作伴随着能量的运动。根据
5、电路的工作场合和因此电路的工作伴随着能量的运动。根据电路的工作场合和工作目的及我们的着眼点，电路主要有下列作用：工作目的及我们的着眼点，电路主要有下列作用：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其它形式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、机械能等的能量，如光、声、热、机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 ( (电流或电压电流或电压) )信号信号( (接受接受)-)-电路
6、电路-信号信号( (已经放大、去噪、合成已经放大、去噪、合成) )上一页下一页目 录返 回退 出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，给分析和设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。计带来困难。只有对各种元器件的特性建立了数学模型，才可能对电路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。例如，对于最简单的手电筒，这样一个电进行深入分析。例如，对于最简单的手电筒，这样一个电路，就包含了电池、电珠、开关、导体等部分。如果要把路，就包含了电池、电珠、开关、导体等部分。如果要把这个电路介
7、绍给他人，一种方法是直接把实物展示给对方，这个电路介绍给他人，一种方法是直接把实物展示给对方，另一种方法是十分逼真地将它画下来给对方看，尽管如此，另一种方法是十分逼真地将它画下来给对方看，尽管如此，我们仍然不能十分明了地将这个电路的工作情况表达出来我们仍然不能十分明了地将这个电路的工作情况表达出来（用语言或文字）。（用语言或文字）。难以想象，如果每个电路都要如此处理，摆在我们面前的难以想象，如果每个电路都要如此处理，摆在我们面前的将是怎样的情形！将是怎样的情形！上一页下一页目 录返 回退 出1.2 电路模型电路模型 （续（续1）u什么是电路模型？什么是电路模型？对实际电路的特性进行分析、抽象，
8、将电路的主要性能用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、理想化特性的数学方法表达出来，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，称为原电路的模型。元件（理想元件）重构出来的电路，称为原电路的模型。电路模型反映了原电路工作的主要特性，并且这些特性是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。已经数学化了的，便于用数学方法进行分析。电路模型中，构成电路的不再是千差万别的各种实际元器电路模型中，构成电路的不再是千差万别的各种实际元器件，而是数量有限的理想元件，具有很好的规范性。有利件
9、，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。于设计、交流。构成电路模型的理想元件数量应尽可能少，否则，电路模构成电路模型的理想元件数量应尽可能少，否则，电路模型将失去其存在的价值。型将失去其存在的价值。上一页下一页目 录返 回退 出1.2 电路模型电路模型 （续（续2）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，构成元器件的电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。路模型。把所有元器件的电路模型按照原电路结构连接起来，把所有元器件的电路模型按照原电路结构连接起来
10、，形成电路的模型。形成电路的模型。注：对元器件数学模型的建立不是本课程的内容范围，注：对元器件数学模型的建立不是本课程的内容范围，有关的知识可参考相应的资料或元器件生产厂提供的有关的知识可参考相应的资料或元器件生产厂提供的资料。资料。上一页下一页目 录返 回退 出1.2 电路模型电路模型 （续（续3）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ddt上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量电路中的基本物理量u 电流电流1. 电流及其表示方式电流及其表示方式电流的概念电流的概念电流
11、是电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流电流是电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流过电路中某一截面的净电荷量。过电路中某一截面的净电荷量。电荷流动不仅有数量，也有方向，因此电流是具有方电荷流动不仅有数量，也有方向，因此电流是具有方向的。规定正电荷流动的方向为电流的方向（称为真向的。规定正电荷流动的方向为电流的方向（称为真实方向）。实方向）。分析电路时用箭头或双下标来指定电流的方向。分析电路时用箭头或双下标来指定电流的方向。正电荷流向正电荷流向负电荷流向负电荷流向电流的真实方向电流的真实方向q+q-ababd|()dqqqIittabab()Iiab电路中的一条通路电路中的一条通路上一页下
12、一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续1）u 电流（续）电流（续）2. 电流的符号和单位电流的符号和单位电流的符号：电路中用电流的符号：电路中用 I 表示不随时间变化的电流表示不随时间变化的电流 或或 i 表示随时间变化的电流表示随时间变化的电流电流的单位是安培（电流的单位是安培（A），是国际单位制（），是国际单位制（SI）中的）中的七个基本单位之一。它表示：每秒钟流过七个基本单位之一。它表示：每秒钟流过1C的净电荷。的净电荷。1C1A1s上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续2）u 电流（续）电流（续）3. 电流
13、的参考方向电流的参考方向电流作为电路的基本物理量，是我们分析电路所需要电流作为电路的基本物理量，是我们分析电路所需要确定的，因此在分析电路之前，电流的真实方向一般确定的，因此在分析电路之前，电流的真实方向一般是未知的。是未知的。在电路中，每条通路的电流方向只有两个可能的选择，在电路中，每条通路的电流方向只有两个可能的选择，因此，我们可以用代数量来表示有方向的电流。符号因此，我们可以用代数量来表示有方向的电流。符号表示方向，绝对值表示大小。表示方向，绝对值表示大小。为了用代数量表示电流，我们必须事先规定一个参考为了用代数量表示电流，我们必须事先规定一个参考（即符号为正时电流的方向），称为电流的参
14、考方向。（即符号为正时电流的方向），称为电流的参考方向。电路中用箭头标示。电路中用箭头标示。上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续3）u电流电流（续）（续）电流的参考方向电流的参考方向电流的参考方向是人为定义的，电流的参考方向是人为定义的，而电流的真实方向则是受电路而电流的真实方向则是受电路约束客观存在并确定的。约束客观存在并确定的。当参考方向设的与真实方向一致时，当参考方向设的与真实方向一致时，电流的代数值符号为正；反之为负。电流的代数值符号为正；反之为负。若分析电路后确定的电流符号为正，则若分析电路后确定的电流符号为正，则表明电流的真实方向就是参
15、考方向；反之亦然。表明电流的真实方向就是参考方向；反之亦然。ab电路中的一条通路i电流电流 i 的参的参考方向考方向上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续4）u 电流电流（续）（续）4. 电流的测量电流的测量实验和工程中采用电流表测量电流，电流表必须串接实验和工程中采用电流表测量电流，电流表必须串接在被测电路中。在被测电路中。电流的参考方向由电流表接线方式决定电流的参考方向由电流表接线方式决定“+”接线柱指向接线柱指向“-”接线柱接线柱i电流表+_被测支路断开通路串接电流表上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量
16、（续5）u 电压电压1. 电压的概念电压的概念电路是电场的一种特殊形式。电路是电场的一种特殊形式。电场是一种位场，类似引力场，电荷在电场中具有电电场是一种位场，类似引力场，电荷在电场中具有电位能。位能。单位正电荷在电场中某点所具有的电位能称为该点的单位正电荷在电场中某点所具有的电位能称为该点的电位。它表示外力将单位正电荷从参考点（电位。它表示外力将单位正电荷从参考点（0电位）电位）移动到该点所作的功。单位为伏特移动到该点所作的功。单位为伏特 (V) = 1 焦耳焦耳 (J)/ 库库仑仑(C) ，用，用 v 或或 V 表示表示aaWvqa 点电位bbWvqb 点电位上一页下一页目 录返 回退 出
17、1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续6）u电压电压（续）（续）电压的概念电压的概念 电路（电场）中两点（如电路（电场）中两点（如a与与b）之间的电位差称为）之间的电位差称为电电压压，用，用 u 或或 U 表示，单位也是伏特表示，单位也是伏特(V)abababddWWWuvvqqab两点之间电压n 电压 uab 表示单位正电荷从 a 点移动到 b点所失去的电位能，因此常也称为电压降。abWaWb失去电位能Wa-Wb上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续7）u 电压电压（续）（续）2. 电压的方向（极性）电压的方向（极性）电路（电场）中，
18、只有定义了参考点，电位才有意义。电路（电场）中，只有定义了参考点，电位才有意义。电压是一个相对量，与参考点的选取无关。电压是一个相对量，与参考点的选取无关。电压表示的是电位下降，也存在方向（又称为极性），电压表示的是电位下降，也存在方向（又称为极性），规定电位下降的方向为电压的真实方向。规定电位下降的方向为电压的真实方向。电位实际上是电路中某点到参考点之间的电压。电位实际上是电路中某点到参考点之间的电压。上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续8）u 电压电压（续）（续）3. 电压的参考方向电压的参考方向电压具有方向性，不能单用数值来表示，必须同时标电
19、压具有方向性，不能单用数值来表示，必须同时标定其方向。定其方向。在对电路分析之前显然不能确定电压的真实方向。在对电路分析之前显然不能确定电压的真实方向。两点之间电压只可能有两个方向，可先假设电压的方两点之间电压只可能有两个方向，可先假设电压的方向，数值的正、负表示真实方向与假设方向之间的关向，数值的正、负表示真实方向与假设方向之间的关系。称此假设的方向为电压的参考方向。电压的参考系。称此假设的方向为电压的参考方向。电压的参考方向用箭头（或方向用箭头（或+ / 号）在电路中标出。号）在电路中标出。有了参考方向，带方向的电压变量就转变成了代数量。有了参考方向，带方向的电压变量就转变成了代数量。ab
20、uab+-u或上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续9）u 电压电压（续）（续）4. 电压的测量电压的测量实验和工程中采用电压表测量电压，电压表必须和被实验和工程中采用电压表测量电压，电压表必须和被测支路并联。测支路并联。电压的参考方向由电压表接线方式决定电压的参考方向由电压表接线方式决定 “+”接线柱指向接线柱指向“ ”接线柱接线柱电压表+_被测支路+_u上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续10）u在电路的分析与计算时，常常要用到电位的概念。电压是两在电路的分析与计算时，常常要用到电位的概念。电压是两点
21、电位之差，它只能说明一点的电位高，另一点的电位低，点电位之差，它只能说明一点的电位高，另一点的电位低，并不能知道某一点的电位究竟为多少。在很多情况下，我们并不能知道某一点的电位究竟为多少。在很多情况下，我们需要知道某点的电位。需要知道某点的电位。u利用电位的概念，还可以简化电路图，也可使计算更为简单。利用电位的概念，还可以简化电路图，也可使计算更为简单。在电子电路中，为简化电路，一般不画出直流电源，而只标在电子电路中，为简化电路，一般不画出直流电源，而只标出各点的电位值。出各点的电位值。u例：求图示电路中例：求图示电路中A点的电位点的电位+5V5VA20k30kI5V( 5V)0.2 A20k
22、30kI A3051VVI上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续11）关联参考方向关联参考方向 同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参考方向。同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参考方向。作为参考方向，都是人为假设出来的，两者之间没有实作为参考方向，都是人为假设出来的，两者之间没有实际联系。际联系。 电路分析中，在一个元件上定义两个独立的参考方向是电路分析中，在一个元件上定义两个独立的参考方向是不合适的。为了分析方便，同一电路元件或电路部分，不合适的。为了分析方便，同一电路元件或电路部分，电压和电流的参考方向采用一致的方向，称为电压和电流的参
23、考方向采用一致的方向，称为关联参考关联参考方向方向。 如无特别需要，一般采用关联的参考方向。这样在电路如无特别需要，一般采用关联的参考方向。这样在电路中只需要标出一个参考方向。中只需要标出一个参考方向。上一页下一页目 录返 回退 出第22页1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续12）u电功率电功率电功率的概念、符号与单位电功率的概念、符号与单位 电功率是电路元件消耗电能快慢的度量，它表示单位电功率是电路元件消耗电能快慢的度量，它表示单位时间内电路元件消耗的电场能量。时间内电路元件消耗的电场能量。 电路中用电路中用 P 或或 p 表示电功率，按照定义表示电功率，按照定义 p (或或
24、 P )=dW/dt 功率的单位为瓦特（功率的单位为瓦特（W）= 焦耳焦耳( J ) / 秒秒 ( s )。功率的计算功率的计算 采用关联参考方向时采用关联参考方向时ddd()dddWWqpPu itqt或 采用非关联参考方向采用非关联参考方向ddd()dddWWqpPu itqt 或必须加上必须加上负号！负号！上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续13） 电源和负载的概念电源和负载的概念 若某元件电功率大于零，在电路中消耗电能，表现为负载。若某元件电功率大于零，在电路中消耗电能，表现为负载。 若某元件电功率小于零，向电路提供电能，表现为电源。若某元
25、件电功率小于零，向电路提供电能，表现为电源。u举例：由举例：由5个元件组成的电路如图，各元件上电压、电流参考个元件组成的电路如图，各元件上电压、电流参考方向采用关联参考方向，标在图上如下。方向采用关联参考方向，标在图上如下。123451234530V, 20V, 60V, 30V, 80V3A, 1A, 2A, 3A, 1AUUUUUIIIII 确定各元件的功率，确定各元件的功率，指出哪些是电源、哪些是负载？指出哪些是电源、哪些是负载？12345上一页下一页目 录返 回退 出1.3 电路中的基本物理量（续电路中的基本物理量（续14）元件111130V3A90W0PUI是负载元件222220V
26、1A20W0PUI是负载元件333360V( 2)A120W0PUI是负载元件555580V( 1)A80W0PUI 是电源12345902012090800PPPPP注意：电路中所有元件的功率之和为 0 ！这一规则称为功率平衡原理。常用作对分析结果的检验准则。功率平衡实际上是能量守恒的体现，任意时刻，电源发出的电能恰为负载所消耗。上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型u电阻元件电阻元件电阻元件的概念电阻元件的概念由代数关系联系端电压由代数关系联系端电压 u 和电流和电流 i 的二端元件称为电的二端元件称为电阻元件，简称电阻。阻元件，简称电阻。电阻元件的特性由电
27、阻元件的特性由 u-i 平面上的一条曲线表示，平面上的一条曲线表示，0iu当这条曲线是一条过原点的直当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电阻。本课程线时，称为线性电阻。本课程中如无特别声明电阻元件均指中如无特别声明电阻元件均指线性电阻。线性电阻。线性电阻元件非线性电阻上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续1）u电阻元件电阻元件（续）续）电阻元件的符号、参数电阻元件的符号、参数电阻元件的参数为特性曲线的斜率，记作电阻元件的参数为特性曲线的斜率，记作 R， 称称为电阻元件的电阻（值），单位欧姆（为电阻元件的电阻（值），单位欧姆（ ）uiR电阻元件的符号电
28、阻元件的符号11V 1A n电阻元件的特性电阻元件的特性欧姆定律欧姆定律在关联参考方向下，电阻两端电压与流过电在关联参考方向下，电阻两端电压与流过电阻的电流成正比，比例系数为电阻元件的参阻的电流成正比，比例系数为电阻元件的参数数电阻值电阻值uURiI或如果电阻如果电阻R不随时间变化，电阻不随时间变化，电阻元件称为时不变电阻。本课只讨元件称为时不变电阻。本课只讨论时不变元件。论时不变元件。上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续2）u电容元件电容元件电容元件的概念电容元件的概念电容元件的原型是平板电容器，基本特性是存储在极板上电容元件的原型是平板电容器，基本
29、特性是存储在极板上的电荷量的电荷量 q 与两极板之间的电压与两极板之间的电压 u 满足代数关系。用满足代数关系。用 q-u 平面上的一条曲线平面上的一条曲线 fC(q, u)=0 描述。描述。 + + + + + + + - - - - - - -+q-quE0uq非线性电容线性电容元件当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电容。本课当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电容。本课程中如无特别声明电容元件均指线性电容。程中如无特别声明电容元件均指线性电容。上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续3）u电容元件电容元件（续）续）电容元件的符号、参数电容元
30、件的符号、参数电容元件的参数为特性曲线的斜率，记作电容元件的参数为特性曲线的斜率，记作 C ，称为电容元，称为电容元件的电容（量），单位法拉（件的电容（量），单位法拉（F），法拉的单位很大，实），法拉的单位很大，实用中常采用微法用中常采用微法 F(10-6F)和皮法和皮法 pF(10-12F)。i+u_C电容元件的符号电容元件的符号1C1F1V6121F10 F=10 pF上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续4）u电容元件电容元件（续）续）电容元件的电压电容元件的电压-电流关系电流关系伏安特性伏安特性d ( )d ( )( )( )( )ddq tu
31、tq tC u ti tCtt000111( )( )d( )d( )d1(0)( )dtttu ti tti tti ttCCCui ttC动态元件记忆元件上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续5）u电容元件电容元件（续）续）电容元件的功率与储能电容元件的功率与储能功率功率d ( )( )( ) ( )( )dCu tptu ti tC u tt储能储能21( )dd( )2CCWpttC u uC u t功率可正可负，有时吸收能量，有时放出能量，但本身功率可正可负，有时吸收能量，有时放出能量，但本身不消耗能量（无损）。不消耗能量（无损）。与电流无关与
32、电流无关储能元件以电场方式储存关联参考方向上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续6）u电感元件电感元件电感元件的概念电感元件的概念电感元件的原型是空心线圈，基本特性是线圈中的磁电感元件的原型是空心线圈，基本特性是线圈中的磁通量通量 与流过线圈的电流与流过线圈的电流 i 满足代数关系。用满足代数关系。用 -i 平平面上的一条曲线面上的一条曲线 fL( , i)=0 描述。描述。Oi非线性电感线性电感元件当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电感。本课程当这条曲线是一条过原点的直线时，称为线性电感。本课程中如无特别声明电感元件均指线性电感。中如无特别声明电
33、感元件均指线性电感。上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续7）u电感元件电感元件（续）续）电感元件的符号、参数电感元件的符号、参数电感元件的参数为特性曲线的斜率，记作电感元件的参数为特性曲线的斜率，记作 L ，称为电，称为电感元件的电感（量），单位亨利（感元件的电感（量），单位亨利（H），亨利的单位），亨利的单位很大，实用中常采用毫亨很大，实用中常采用毫亨mH(10-3H)和微亨和微亨 H(10-6H)。1Wb1H1AL361H10 mH=10 Hi+u_电感元件的符号电感元件的符号上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模
34、型（续8）u电感元件电感元件（续）续）电感元件的电压电感元件的电压-电流关系电流关系伏安特性伏安特性动态元件记忆元件d ( )d ( )( )( )( )ddti ttL i tu tLtt000111( )( )d( )d( )d1(0)( )dttti tu ttu ttu ttLLLiu ttL上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续9）u电感元件电感元件（续）续）电感元件的功率与储能电感元件的功率与储能功率储能功率可正可负，有时吸收能量，有时放出能量，但本身不消耗能量（无损）。储能元件以磁场方式储存关联参考方向d ( )( )( ) ( )( )d
35、Li tp tu ti tL i tt21( )dd( )2LLWp ttL i iL i t储能与电压无关上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型（续基本电路元件模型（续10）u理想理想（独立独立）电压源电压源若二端元件两端电压不随流过它的电流变化，保持固若二端元件两端电压不随流过它的电流变化，保持固定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立）定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立）电压源。电压源。理想电压源的伏安特性为一条平行于电流轴的直线。理想电压源的伏安特性为一条平行于电流轴的直线。uS+u_iuiuSOu=uS不随电流变化US一般电压源符号一般电压源符号直流电压
36、源或恒压源直流电压源或恒压源理想电压源两端的电压值不随电流变化，因此，理想电压源的两端不能被短路（电阻值为0），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电压源（恒压源）。使用中不能将其两个电极短路，否则将损坏。上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型（续续11）u理想理想（独立独立）电流源电流源若流过二端元件的电流不随它两端电压变化，保持固若流过二端元件的电流不随它两端电压变化，保持固定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立）定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立）电流源。电流源。理想电流源的伏安特性为一条平行于电压轴的直线。理想电流
37、源的伏安特性为一条平行于电压轴的直线。电流源符号电流源符号i=iS不随电压变化不随电压变化uiOiSiS+u_i理想电流源的参数用流过它的电流值（理想电流源的参数用流过它的电流值（iS）表示。）表示。如果理想电流源的参数不随时间变化（恒定），又称为直流如果理想电流源的参数不随时间变化（恒定），又称为直流电流源或恒流源。电流源或恒流源。流过理想电流源的电流值不随电压变化，因此，理想流过理想电流源的电流值不随电压变化，因此，理想电流源的两端不能被开路电流源的两端不能被开路（电阻值为电阻值为 ），否则，将，否则，将产生无穷大电压。产生无穷大电压。现实世界中理想电压源和理想电流源都是不存在的，现实世界
38、中理想电压源和理想电流源都是不存在的，它们只是实际电源在一定条件下的近似它们只是实际电源在一定条件下的近似（模型模型）。上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型（续续12）u电源的模型电源的模型1：电压源模型电压源模型理想的电压源和电流源是不存在的，实际电源不能理想的电压源和电流源是不存在的，实际电源不能输出无穷大的功率。实际电压源（简称电压源）随输出无穷大的功率。实际电压源（简称电压源）随着输出电流的增大，端电压将下降，可以用理想电着输出电流的增大，端电压将下降，可以用理想电压源和一个内阻压源和一个内阻Ro串联来等效。串联来等效。实际电源+_uiRLuiOuS理
39、想电压源特性实际电压源特性S0uuRi实际电压源模型实际电压源模型+_uiRL+uS_R0上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型（续续13）u电源的模型电源的模型2：电流源模型电流源模型理想的电流源同样是不存在的。实际电流源（简称理想的电流源同样是不存在的。实际电流源（简称电流源）可以用理想电流源与内阻并联来表示，当电流源）可以用理想电流源与内阻并联来表示，当电流源两端电压愈大，其输出的电流就愈小。当实电流源两端电压愈大，其输出的电流就愈小。当实际电流源的内阻比负载电阻大得多时，往往可以近际电流源的内阻比负载电阻大得多时，往往可以近似地将其看作是理想电流源。似地
40、将其看作是理想电流源。实际电源+_uiRLiuOiS理想电流源特性实际电流源特性oSuiiR实际电流源模型实际电流源模型+_uiRLiSR0上一页下一页目 录返 回退 出1.4 基本电路元件模型基本电路元件模型（续续14）u两种电源模型的转换两种电源模型的转换电压源模型和电流源模型都是对实际电源的近似，电压源模型和电流源模型都是对实际电源的近似，两种电源模型之间可以互相转换。两种电源模型之间可以互相转换。实际电源实际电源+_uiRL电流源模型电流源模型+_uiRLiSR0电压源模型电压源模型+_uiRL+uS_R0ui0uS实际电源特性S0uuRiS0 SuR iSS0uiR上一页下一页目 录
41、返 回退 出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 工作时，根据所接负载不同，电路的工作状态分为工作时，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。三种：开路、短路、负载状态。u开路工作状态开路工作状态含源电路+_iu电路外接端未接任何负载，端电流电路外接端未接任何负载，端电流i=0 （开路）。（开路）。此时，端口电压由电路内部电源与此时，端口电压由电路内部电源与结构决定，称为开路电压，记作结构决定，称为开路电压，记作 uOC 或或 UOC=UOC上一页下一页目 录返 回退 出1.5电路的工作状态与元件额定值（续电路的工作状态与元件额定值（续1）u短路工
42、作状态短路工作状态含源电路+_iu电路外接端直接用导线连接，端口电路外接端直接用导线连接，端口电压电压 u=0 （短路）（短路）此时，端电流由电路内部电源与结构决定，称为短路电流，此时，端电流由电路内部电源与结构决定，称为短路电流，记作记作 iSC 或或 ISC ISC上一页下一页目 录返 回退 出1.5电路的工作状态与元件额定值（续电路的工作状态与元件额定值（续2）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
43、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，使用额定值表明了电气设备的正常工作条件、状态和容量，使用电气设备时，要注意不要超出其额定值，避免出现不正常的电气设备时，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。情况和发生事故。u注意：使用中，电气设备的实际电压、电流、功率不一定等注意：使用中，电气设备的实际电压、电流
44、、功率不一定等于其额定值。于其额定值。上一页下一页目 录返 回退 出1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律u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提出的，定律阐述了集总参数电路各结点电压之间提出的，定律阐述了集总参数电路各结点电压之间和各支路电流之间的约束关系，是电路理论的最基和各支路电流之间的约束关系，是电路理论的最基本定律。本定律。u几个电路基本术语几个电路基本术语支路：电路中的每一条分支都称为支路。支路：电路中的每一条分支都称为支路。结点：电路中三条或三条以上支路的联接点称为结点。结点：电路中三条或三条以上支路的联接点称为结点。回路：电路中由
45、两条以上支路构成的任一闭合路径称回路：电路中由两条以上支路构成的任一闭合路径称为回路。为回路。网孔：内部不含有其他支路的回路称为网孔。网孔：内部不含有其他支路的回路称为网孔。u基尔霍夫定律包括两个：电流定律和电压定律。基尔霍夫定律包括两个：电流定律和电压定律。上一页下一页目 录返 回退 出1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（续续1）u基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（Kirchhoffs Current Law, KCL ）KCL表述：任何集中参数电路中，任意时刻流进任意表述：任何集中参数电路中，任意时刻流进任意一个结点的所有支路电流的代数和总是为零。用数学一个结点的所有支路电流的代数和总是为零
46、。用数学式子表示为式子表示为0knkin任意结点注意：当支路注意：当支路 k 的电流参考方向指向结点的电流参考方向指向结点 n ，则在上述求和，则在上述求和式中取式中取“+”，当支路，当支路 k 的电流参考方向背向结点的电流参考方向背向结点 n ，则在上述求和式中取则在上述求和式中取“”。上一页下一页目 录返 回退 出1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（续续2）例如：下图电路中连接到结点例如：下图电路中连接到结点 n 的支路共有的支路共有 5 5 条，各支路条，各支路电流参考方向如图所示。电流参考方向如图所示。21543ni1i2i3i4i5按照基尔霍夫定律，按照基尔霍夫定律，各支路电流满足各支
47、路电流满足123450iiiii值得注意的是，只有定义了电流的参考方向，才能列写基尔霍夫电流定律方程。流进流出流出流进流出基尔霍夫电流定律是电荷守恒定律的具体表现。上一页下一页目 录返 回退 出1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（续续3）广义广义KCL：任何电路中，任意时刻流进任意一个封闭：任何电路中，任意时刻流进任意一个封闭曲面的所有支路电流的代数和总是为零。曲面的所有支路电流的代数和总是为零。0kSkiS闭任意封曲面当支路当支路 k 的电流参考方向流进曲面的电流参考方向流进曲面 S ，上述求和式中取，上述求和式中取“+”，如果支路，如果支路 k 的电流参考方向离开曲面的电流参考方向离开曲面
48、S ，求和式中取，求和式中取“”。电路理论中也把穿过该闭合曲面的所有支路集合称为。电路理论中也把穿过该闭合曲面的所有支路集合称为一个割集。一个割集。上一页下一页目 录返 回退 出1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（续续4）例如：下图电路中穿过曲面例如：下图电路中穿过曲面 S 的支路共有的支路共有 3 条，各支路电条，各支路电流参考方向如图所示。流参考方向如图所示。iAiBiC则三支路电流满足：则三支路电流满足：SABC0iii再如，电子技术中的基本器件再如，电子技术中的基本器件双极型半导体三极管有三个管双极型半导体三极管有三个管脚脚 B, E, C。三个极电流的关系为三个极电流的关系为BECiB
49、iEiCEBCiii上一页下一页目 录返 回退 出1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（续续5）u基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律（Kirchhoffs Voltage Law, KVL）KVL表述：任何集中参数电路中，任意时刻绕任意一表述：任何集中参数电路中，任意时刻绕任意一个回路一周所有支路电压的代数和总是为零。用数学个回路一周所有支路电压的代数和总是为零。用数学式子表示为式子表示为0kLLuL沿任意回路注意：若支路注意：若支路 k 的电压参考方向与回路的电压参考方向与回路 L 的绕行方向一致，的绕行方向一致，求和式中取求和式中取“+”；若支路；若支路 k 的电压参考方向与回路的电压参考方向与
50、回路 L 的绕行方向相反，求和式中取的绕行方向相反，求和式中取“”。上一页下一页目 录返 回退 出1.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律（续续6）例如：下图电路中回路例如：下图电路中回路L由由6条支路组成，回路绕行方向和各条支路组成，回路绕行方向和各支路电压参考方向如图所示。支路电压参考方向如图所示。各支路电压满足回路各支路电压满足回路L的的KVL方程方程1234560uuuuuu值得注意的是，只有定义了电压的参考方向和回路的绕行方向，才能列写基尔霍夫电压定律方程。同向反向反向同向反向基尔霍夫电压定律是能量守恒定律的具体表现。243156同向回路L上一页下一页目 录返 回退 出1.6 基尔霍夫定律基
