电路原理基础知识

第一章电路模型和电路定律1.1电路和电路模型（model)1、概念：电路---------是电流的通路，是为了某种需要由某些电工设备或元件（电气器件）按一定的方式组合起来的。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成电源(source)：提供能量或信号.负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或对信号进行处理.导线(line)、开关（switch)等：将电源与负载接成通路.2、作用：1.实现电能的传输、分配与转换电池灯泡2.实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒3、结构：电池灯泡电源:提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用4、电路模型：R+RoE-手电筒的电路模型灯泡开关电池导线S为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。1.2电流和电压的参考方向（2）、表示方法abIR电流：Uab双下标电压：+正负号－abUI（1）、概念：+_U－+EaRb在分析计算电路时，对电量任意假定的方向。箭标Iab双下标参考方向箭标实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负。(3)、实际方向与参考方向的关系当电压的参考方向指定后，指定电流从标以电压参考方向的“+”极性端流入，并从标“—”端流出，即电流的参考方向与电压的参考方向一致，也称电流和电压为关联参考方向。反之为非关联参考方向。(4)、关联参考方向：i+-Ru(a)(b)(c)(d)(e)RRR1R2R1R2R电阻的符号固定电阻可变二端电阻三端电阻可变电阻实际电阻器示例实际电阻器示例1.4电阻元件电阻是一种将电能不可逆地转化为其它形式能量（如热能、机械能、光能等）的元件。1.符号R2.欧姆定律(Ohm’sLaw)(1)电压与电流的参考方向设定为一致的方向Riu+uRiR称为电阻，电阻的单位：(欧)(Ohm，欧姆)伏安特性曲线:Rtg线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数。令G1/RG称为电导则欧姆定律表示为iGu.电导的单位：S(西)(Siemens，西门子)uiO电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线(a)(b)(c)(d)SUSUSuSu+-电压源的符号电压源直流电压源输出电压可调的直流电压源交流电压源按任意规律变化的电压源电池示例稳压电源示例1.7电压源和电流源1、理想电压源：电源两端电压为uS，其值与流过它的电流i无关。(2)特点：(b)电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；(c)通过它的电流是任意的，由外电路决定。直流：uS为常数交流：uS是确定的时间函数，如uS=Umsint(1)电路符号uS+_(a)内阻R00(3).伏安特性US若uS=US，即直流电源，则其伏安特性为平行于电流轴的直线，反映电压与电源中的电流无关。uS+_iu+_uiO(4).理想电压源的开路与短路uS+_iu+_R(a)开路：R，i=0，u=uS。(b)短路：R=0，i，理想电源出现病态，因此理想电压源不允许短路。*实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。US+_iu+_rUsuiOu=US–ri实际电压源2、理想电流源：电源输出电流为iS，其值与此电源的端电压u无关。(2)特点：(b)电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(c)电源两端电压是任意的，由外电路决定。直流：iS为常数交流：iS是确定的时间函数，如iS=Imsint(1)电路符号iS+_u（a）RO(3)伏安特性IS(a)若iS=IS，即直流电源，则其伏安特性为平行于电压轴的直线，反映电流与端电压无关.(b)若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是这样.电流为零的电流源，伏安曲线与u轴重合,相当于开路元件.uiOiSiu+_(4)理想电流源的短路与开路R(b)开路：R，i=iS，u。若强迫断开电流源回路，电路模型为病态，理想电流源不允许开路。(a)短路：R=0，i=iS，u=0，电流源被短路。iSiu+_受控源的物理本质和电阻、电容、电感、独立源等一样，受控源也是一种理想元件，是对某种物理现象的模拟与抽象。在现实中可以找到电阻、电容、电感、电源等元件的原型，而现实中并不存在一种特定的电器件称作“受控电源”，它是某些电器件、电子元件在特定情况下工作状态的一种等效。1.9受控电源(非独立源)(controlledsourceordependentsource)晶体三极管如图，晶体三极管工作于交流小信号放大状态时，近似地有：ube=rbeibic=ibicbceibubeuceβ该受控源模型为电流控制电流源CCCS,其中所有的电压、电流、参数均为交流量。ibicβibrbe因此可以等效成以下模型：1.定义：电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压(或电流)的控制。2.电路符号+–受控电压源受控电流源(a)电流控制的电流源(CurrentControlledCurrentSource):电流放大倍数r:转移电阻{u1=0i2=i1{u1=0u2=ri1CCCSººi1+_u2i2ºº+_u1i13.分类：根据控制量和被控制量是电压u或电流i，受控源可分为四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。(b)电流控制的电压源(CurrentControlledVoltageSource)ºººº+_u1i1+_u2i2CCVS+_ºººº+_u1i1ri1+_u2i2CCVS+_例:直流发电机例:晶体三极管g:转移电导:电压放大倍数{i1=0i2=gu1{i1=0u2=u1VCCSººgu1+_u2i2ºº+_u1i1(c)电压控制的电流源(VoltageControlledCurrentSource)ºººº+_u1i1u1+_u2i2VCVS+_(d)电压控制的电压源(VoltageControlledVoltageSource)例:电子三极管例:场效应管1.10基尔霍夫定律(Kirchhoff’sLaws)基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’sCurrentLaw—KCL)和基尔霍夫电压定律(Kirchhoff’sVoltageLaw—KVL)。它反映了电路中所有支路电压和电流的约束关系，基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。1、几个名词：(定义)(1).支路(branch)：电路中通过同一电流的每个分支。(b)(2).节点(node):三条或三条以上支路的连接点称为节点。(n)(3).回路(loop)：由支路组成的闭合路径。(l)b=3(4).网孔(mesh)：对平面电路，每个网眼即为网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。123ab+_R1uS1+_uS2R2R3l=3n=2123例：支路：ab、bc、ca…（共6条）回路：abd、abcd…（共7个）结点：a、b、c、d(共4个）bI6E6_+R6R3acdI1I2I4I3I5网孔：abd、bcd…（共3个）2、基尔霍夫电流定律(KCL)：在任一时刻，流出(流入)任一节点的各支路电流的代数和为零。即物理基础:电荷守恒，电流连续性。i4i2i1i3•0(t)i令流出为“+”(支路电流背离节点)–i1+i2–i3+i4=0i1+i3=i2+i4出入即ii••7A4Ai110A-12Ai2i1+i2–10–(–12)=0i2=1A例:4–7–i1=0i1=–3A(1)电流实际方向和参考方向之间关系；(2)流入、流出节点。KCL可推广到一个封闭面：两种符号:？广义结点I=?I=0_RE2E3E1+_RR1R+_+I0CbaIII例:bIaIcI0)(tu首先考虑（选定一个)绕行方向:顺时针或逆时针.–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4例:0U顺时针方向绕行:3、基尔霍夫电压定律(KVL)：在任一时刻，沿任一闭合路径(按固定绕向)，各支路电压的代数和为零。即电阻压降电源压升SUUR即-U1-US1+U2-U3+U4+US4=0-U1+U2-U3+U4=US1-US4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_图示电路：求U和I。1A3A2A3V2V3UI例1U1解：3+1-2+I=0，I=-2（A）U1=3I=-6（V）U+U1+3-2=0，U=5（V）例210V55i1i2ii2S求下图电路开关S打开和闭合时的i1和i2。S打开：i1=0i2=1.5(A)i2=i+2i5i+5i2=10S闭合：i2=0i1=i+2ii=10/5=2i1=6(A)例4：图示电路，求电压u、电流I1和电阻R。I1I2I3I4解：I3=-1AI2=-3A由KVLu=2I2-2=4v由KVL，有u-U1-2I3+2=0U1=8vI4=1AI1=I+I4由KCL，有=2A由KVL，有U1=3U1–RI1故R=8例5：图示电路，i1=3A,u2=4V。求电流i、电压u、us和电阻R。+u1-+u2-4u1ii1L1L2usus=30vu=20vi=2AR=10