1、Department of Physics&Electronic Engineering 电 工 学 教材 郭木森 主编Department of Physics&Electronic Engineering Department of Physics&Electronic Engineering 1.1 电路的基本概念1.2 电路的基本状态1.3 电源及其等效变换1.4 基尔霍夫定律1.5 支路电流法1.6 叠加定理1.7 戴维南定理1.8 非线性电阻电路1.9 支路中的电位Department of Physics&Electronic Engineering 1.1电路的基本概念1.1.
2、1电路的组成及作用1.电路模型电路，简单地说就是电流流通的路径。它是由某些电气设备和元器件为实现能量的输送和转换，或实现信号的传递和处理而按一定方式组合起来的总体。电路有时候又称为电网络，简称为网络。Department of Physics&Electronic Engineering 图图1.1.11.1.1手电筒电路手电筒电路Department of Physics&Electronic Engineering 电源： 将非电形态的能量转换为电能的设 备。如蓄电池和发电机等。负载： 将电能转换为非电形态能量的用电设 备。如灯泡，电动机等。导线：沟通电路和输送电能的作用。Departme
3、nt of Physics&Electronic Engineering 2.电路的作用实现能量的输送和转换；实现信号的传递和处理；3.电路分类内电路和外电路(定义及举例说明）直流电路和交流电路（定义及举例说明） 1.1.2电路的基本物理量1.电流 i(t)=dq/dt Department of Physics&Electronic Engineering i(t)=I=Q/t 1A=103mA 1mA=103A 注意各量的单位：库仑（C），秒（s），安培（A）及转换关系。图图1.1.2 1.1.2 电流的参考方向与实际方向的关系电流的参考方向与实际方向的关系Department of Ph
4、ysics&Electronic Engineering 2. 电位 电场力将单位正电荷从电路的某一点移至参考点时所消耗的电能，也就是在移动中转换成的非电形态能量的电能称为该点的电位，而参考点的电位则为零。 一般选择大地为参考点。单位伏特（V）。3.电压uAB=WAB/Q1kV=103V1V=103mV1mV=103V 注意：电位与电压研究的角度不同。Department of Physics&Electronic Engineering 图图1.1.3 1.1.3 电压的参考方向与实际方向的关系电压的参考方向与实际方向的关系Department of Physics&Electronic E
5、ngineering 4.电动势所谓电源的电动势是指电源内部的局外力推动单位正电荷从其负极(低电位端)移到正极(高电位端)所作的功 E=W/Q 电动势的单位与电压的单位相同，它的实际方向与电源电压的实际方向相反。它的方向规定为低电位端(负极)指向高电位端(正极)，即电位升高的方向。 5 .电功率 单位时间内所转换的电能。p(t)=u(t)i(t)6.电能 在时间t内转换的电功率。w=ptDepartment of Physics&Electronic Engineering 1.2电路的基本状态 实际电路在使用过程中，可能处于有载（通路）、空载（开路）或短路三种不同的基本状态。 1.2.1有载
6、状态 图图1.2.1 简单直流电路简单直流电路LRREI00IREUDepartment of Physics&Electronic Engineering 图图1.2.2 实际电压源的伏安特性实际电压源的伏安特性图图1.2.3 理想电压源的伏安特性理想电压源的伏安特性PPPPPPRIEIUIEE02Department of Physics&Electronic Engineering 图图1.2.4 例例1.2.1Department of Physics&Electronic Engineering 1.2.3短路状态 当两根供电线在某一点由于绝缘损坏而接通时，电源就处于短路状态. 0/
7、REIsc图图1.2.5 电压源短路状态电压源短路状态0scUIP0202/RERIPPscEDepartment of Physics&Electronic Engineering Department of Physics&Electronic Engineering 1.3.1电压源 电压源是一个理想电路元件，其输出电压不受输出电流（不是定值）及外电路情况的影响。)()(tutusDepartment of Physics&Electronic Engineering Department of Physics&Electronic Engineering )()()(titutpsDe
8、partment of Physics&Electronic Engineering 1.3.2电流源 电流源是另一种理想电源。它的输出电流是由它本身 所确定的定值，与输出电压（不是定值）和外电路的情况无关。)()(titis注意：注意：p16图图1-2-12为实际电流源的情况。为实际电流源的情况。Department of Physics&Electronic Engineering )()()(tutitpsDepartment of Physics&Electronic Engineering 例题：例例题：例1-2-1，1-2-2 P18，郭木森，郭木森 Department of P
9、hysics&Electronic Engineering 1.4.1基尔霍夫电流定律（KCL） 本定律在本章以及整个课程中都有着举足轻重的作用。它是电路分析的基础。Department of Physics&Electronic Engineering 1. 支路：电路中的每一个分支，称为支路。它是由若干个二端元件串联而成。基 尔 霍 夫 定 律基 尔 霍 夫 定 律abcdI2I3如图中的ab、acb及adb共3条支路。I1图中共有图中共有a、 b两个节点。两个节点。Department of Physics&Electronic Engineering 回路：是由一条或多条支路所组成的闭
10、合路。如图电路如图电路: adbca、abca 和和 abda 共三个路。（辅导书共三个路。（辅导书p11）abcdI2I3I1基 尔 霍 夫 定 律基 尔 霍 夫 定 律Department of Physics&Electronic Engineering acdI2I1I3 当认定当认定acbda 和和 adba 是网是网孔时，孔时，abca 就不再认定是网孔，就不再认定是网孔，其支路也已被前两个网孔所含。其支路也已被前两个网孔所含。 因此，不能认为所有的回路都是网孔。b基 尔 霍 夫 定 律基 尔 霍 夫 定 律Department of Physics&Electronic Engi
11、neering 根据欧姆定律分析电路，已是中学物理中常用的分析方法，但对某些电路有时是无能为力的，为此本节讨论基尔霍夫定律，它亦是分析与计算电路的基本方法。基尔霍夫定律基尔霍夫定律节点节点回路回路Department of Physics&Electronic Engineering 基 尔 霍 夫 定 律基 尔 霍 夫 定 律acdI2I1I3KCL 也可表述为，也可表述为，对对 a ： 流入电流流入电流 = 流出电流流出电流 I1 + I2 = I3或或 I1 + I2 - I3 =0bcDepartment of Physics&Electronic Engineering KCL亦可表
12、为：定律定律(1)KCL 0iI如图：如图：3个电阻的节点个电阻的节点A、B和和C可看成为广义节点。可看成为广义节点。ABCIABICAIBCIAIBIC对于节点对于节点A、B及及C，可分别，可分别列出列出KCL方程：方程：IAIABICAIBIBCIABICICAIBCIA+IB+IC=0即即 I=0基 尔 霍 夫 定 律基 尔 霍 夫 定 律Department of Physics&Electronic Engineering 例：p25 （郭木森）1.4结点分析法。拓展：拓展：1. 基尔霍夫电流定律不仅适合于直流电流，也适基尔霍夫电流定律不仅适合于直流电流，也适合于任意波形的电流（不只
13、有交流）合于任意波形的电流（不只有交流）2. 基尔霍夫电流定律不仅适合于电路中的任一结基尔霍夫电流定律不仅适合于电路中的任一结点，还可以推广应用于电路中任何一个假定的点，还可以推广应用于电路中任何一个假定的闭合面。闭合面。 结论：如果电路中有结论：如果电路中有n个节点，那么只能列出个节点，那么只能列出n-1个个独立的节点方程独立的节点方程Department of Physics&Electronic Engineering 如电路中如电路中dabd回路，回路，沿逆时针绕行方向沿逆时针绕行方向da段段电阻上为电阻上为电压降电压降:Uda=I2R2 ab段电阻上亦为段电阻上亦为电压降电压降 Ua
14、b=I3R3 而而bd段电源部分为段电源部分为电压升电压升，即即 Ubd=E2由由KVL可得：可得： E2 =I2R2 +I3R3 基尔霍夫第二定律(KVL)：任一回路内各段支路电压的代数和为零。基尔霍夫定律(KVL)是用来确定回路中各段电压间关系的。它应用于回路。acdI2I1I3bcR1R2R3E2Department of Physics&Electronic Engineering 基尔霍夫电压定律还可以叙述为：沿任一回路绕行一周，回路内各段支路的电压降代数和恒为零。即 从某一点出发，沿回路环行一周，电位变化为零。 ( E Ii Ri) 。 (支路电压参考极性与与绕行方向一致为正，反之
15、为负。）应用上式的方法之一为数电压法：从回路中任一点 a 数起，沿回路绕行一周再数回到a点，电位值不变(如adbca回路):Department of Physics&Electronic Engineering acdI2I1I3bcR1R2R3E2E1表达式为表达式为:Va= Va-I1R1+E1- E2+I2R2公式为公式为:末点电位末点电位=起点电位起点电位+数电压一周数电压一周 ac段段(- I1 R1), cb段段(+ E1), bd段段(-E2), da段段(+ I2 R2)Department of Physics&Electronic Engineering 如图电路：如图电
16、路：UAB=VA-VB数电压法数电压法还可以应用于任意的部分电路。还可以应用于任意的部分电路。公式为公式为: 末点电位末点电位=起点电位起点电位+从起点数电压到末点。从起点数电压到末点。ABCUAUBUABVA= UA-UB-UAB+VA 即：即：UAB=VA-VB= UA-UBDepartment of Physics&Electronic Engineering 应用基尔霍夫定律时，要认清研究对象，注意电路中的各个电流和各段电压及各电源的电动势的参考方向（极性）。l对于KCL的应用，要选好节点，对与该节点有关的电流列出方程有方向和数值两套符号lI3lI1l-I2l-I4lAl对于节点A，设
17、流入为正，流出为负，则(I1)(-I2)(I3)(-I4)=0l即：即： I1I2I3I4=0注意事项：Department of Physics&Electronic Engineering U2l对于对于KVL的应用，要选好回路，从回路的任一点起沿回路的应用，要选好回路，从回路的任一点起沿回路绕行一周列出电压方程绕行一周列出电压方程同样有方向和数值两套符号。同样有方向和数值两套符号。l设如图回路，选顺时针为绕行设如图回路，选顺时针为绕行方向，方向，电压电压下降下降为为正正，电压电压上上升升负负，则，则 (U1)-(U2)-(-U3)+(-I4 R4)=0R4- I4U1- U3lKVL 不
18、仅适用于电路中任一闭合的回路，而且不仅适用于电路中任一闭合的回路，而且课推广应用于任何一个假想闭合的一段电路课推广应用于任何一个假想闭合的一段电路。（p16，唐介主编），唐介主编）lKVL 适用于时变电压。适用于时变电压。Department of Physics&Electronic Engineering 支路电流法是以支路电流为未知量，直接应用基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)，分别对节点和回路列出所需要的方程组，从而解出各未知支路电流。 例题 p17（唐介主编）Department of Physics&Electronic Engineering 步骤： 1.确定
19、支路数，选择各支路电流的参考方向。 2.确定结点数，列出独立的结点电流方程。 3. 确定余下所需的方程式数，列出独立的回路电压方程式。Department of Physics&Electronic Engineering 应用基尔霍夫电压定律，来做电路分析。 分三大步骤（见p31）。 例例1-5-1. 结论：结论：如果节点数较网孔数少，则采用结点分析法，如果节点数较网孔数少，则采用结点分析法，反之采用回路分析法。而支路电流法则往往以支路反之采用回路分析法。而支路电流法则往往以支路电流为求解对象，直接运用基尔霍夫定律来列方程。电流为求解对象，直接运用基尔霍夫定律来列方程。Department of Physics&Electronic Engineering Department of Physics&Electronic Engineering
