第1章直流电路

+ iS
u
u RiS
R
u
iS
i
R0 u0
外电路
0
R u
直流电流源 的伏安关系
电流源禁止开路！

电流源的功率
P uiS
iS
+
u
①电压、电流的参考方向非关联；
P uiS
发出功率，起电源作用
_
②电压、电流的参考方向关联；
iS
P uiS
吸收功率，充当负载
+
u
_
例： 计算图示电路各元件的功率
建立在同一电路理论基础上。
2. 电路模型
开关
电路图
Rs Us
灯泡
10BASE-T wall plate
电 池 导线
RL
电路模型
反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。 称电源为激励源或简称“激励”。
激励（输入）：电源会使电路中产生电压和电流，所以
响应（输出）：由激励而产生的电压电流称响应。
单位正电荷q 从电路中某一点移至 参考点时电场力做功的大小。 单位正电荷q 从电路中一点移至另 一点时电场力做功（W）的大小。
def
电压U
dW U dq
实际电压方向
即两点之间的电位差。
电位真正降低的方向。
单位
V (伏)、kV、mV、V
问题 复杂电路或交变电路中，两点间电压的实
际方向往往不易判别，给实际电路问题的 分析计算带来困难。
功率计算比较简单，难点在于功率状 态的判断。要正确判断功率状态，必须正 确理解功率的计算方法。
1.4 电路元件
五种基本的理想电路元件： 电阻元件：消耗电能的元件 电感元件：产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件：产生电场，储存电场能量的元件 电压源和电流源：将其它形式的能量转变成 电能的元件。
注意 如果表征元件端子特性的数学关 系式是线性关系，该元件称为线性元件 ，否则称为非线性元件。
基本的理想电路元件：
电阻元件：消耗电能的元件 电感元件：产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件：产生电场，储存电场能量的元件 电压源和电流源： 将其它形式的能量转变成电能的元件。
注意 基本理想电路元件有三个特征：
（a）只有两个端子；
（b）可以用电压或电流按数学方式描述； （c）不能被分解为其他元件。
u2 ri1
r : 转移电阻
以上 、g、 r 、 分别是控制系数。
3.受控源与独立源的比较
①独立源的电压 ( 或电流 ) 由电源本身决定，与 电路中其它电压、电流无关，而受控源的电 压(或电流)由控制量决定。 ②独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产 生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的 电压或电流对另一处的电压或电流的控制关系 ，在电路中不能作为“激励”。
1.2 电流和电压的参考方向
电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁 链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要 关心的物理量是电流、电压和功率。
1.电流的参考方向
规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。 单位 A（安培）、 kA、mA、A 1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A
为什么电路中必须设定参考点？ 参考点电位是多少？
思考题2： +
i RL
某负载为一个可变电阻器，由 电压源供电。当负载电阻值增大时， 说明该负载是加大了还是减小了？ 解：负载的大小是指负载消耗功率的 大小。在电压不变电阻值增大时，电 流减小了，消耗功率必然减小，对电 源而言，显然负载减轻了。
uS
-
思考题3：
例 计算图示电路各元件的功率 解
5V
-
i
_
P10V = - UsI = -10*1= -10 W
发出功率 吸收功率 吸收功率
P5V uS i 5 1 5W
PR Ri 5 1 5W
2
满足：P（发）＝P（吸）
+
10V
uR (10 5) 5V uR 5 i 1A R 5
表示元件发出的功率
i
P>0 发出正功率 (实际发出)
P<0 发出负功率 (实际吸收)
+
例如：
一个元件吸收功率100W，也可以认
为它发 出负功率100W。同理若一个元件发 出功率100W，也可以认为它吸收负功率 100W。这两种说法是一致的。
注意
对一完整的电路，满足： 发出的功率＝吸收的功率 称：功率平衡。
注意
① 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向 ② 参考方向一经选定，必须在图中相应位臵标注 (包 括方向和符号)，在计算过程中不得任意改变。 ③参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压 、电流的实际方向不变。
1.3
1.电功率
电功率
dq i dt
单位时间内电场力所做的功。
dw p dt
dw u dq
电
路
第一章 电路模型和电路定律
1.1 电路和电路模型 1.2 电流和电压的参考方向
1.3 电功率和能量
1.4 电路元件
1.5 电压源和电流源
1.6 基尔霍夫定律
1.1 电路和电路模型
1.实际电路
由电工设备或电气元件按预期目的
连接构成的电流的通路。
例如：电力系统和扩音系统。 组成 功能 共性 电源（或信号源）、中间环节、负载 a 能量的传输、分配与转换； b 信息的传递、控制与处理。
电阻元件
对电流呈现阻力的元件。在任 何时刻其两端的电压和电流服 从欧姆定律（VCR)：u=Ri
R
电路符号
单位
R 称为电阻，单位： (Ohm) G 称为电导，单位：S (Siemens)
u～i 关系
满足欧姆定律
u Ri R u i i u R Gu
u 0 i
i
R+u－例+
i
uS R 外电路
uS i 0 R R i0
i
直流电压源 的伏安关系
R0 i
电压源禁止短路！
电压源的功率
i
P uS i
uS
_
i
uS
_
+ u _
+
①电压、电流参考方向非关联；
+
+
P uS i
发出功率，起电源作用。
②电压、电流参考方向关联；
u
_
P uS i
吸收功率，充当负载。
得
P 1 0.1 A 100mA R 100
U IR 0.1100 10 V
思考题5：
电路如图，求I=？
解：根据欧姆定律，按电 流的方向，电流 I 等于总 电压除以总电阻。
U 69 I 0.5 A R 33
结果出现负号，说明电流的参考方向与实际方向不符。
练习题
+ +
5V u 解：
iS 2A u 5V
2A
is
电流源电压、电流为非关联。
-
_
P2 A iS u 2 5 10W
电压源电压、电流为关联。
电流源发出功率
P5V uS i 5 2 10W
电压源吸收功率
满足：功率平衡！
思考题：
电路如图所示，请问当开关S1和S2分别闭 合时，是否会损伤元件？当开关S1和S2同 时闭合时，会损伤电源还是灯泡？
2、电路如图，电流I=_____A。
解：-1.5A
1.5 电压源和电流源
1.理想电压源
定义 其两端电压总能保持定值或一定 的时间函数，其值与流过它的电 流 i 无关的元件叫理想电压源。 i 电路符号
+
_
uS
理想电压源的电压、电流关系 ①电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关； 流经它的电流方向、大小与外电路有关。 u ②通过电压源的电流由电源及 u S 外电路共同决定。
1、试说明下面（a）图和（b）图中： ⑴ ui的参考方向是否关联？ ⑵ ui的乘积表示什么功率？ ⑶ 如果在图（a）中u>0， i<0 ，图（b）中 u>0，i>0，元件实际发出还是吸收功率？
图（a）
图（b）
解：① （a）关联 （b）非关联 ② （a）吸收功率（b）发出功率 ③ （a）发出功率（b）发出功率
+
u + R
_
R 5Ω
2.理想电流源

定义
其输出电流总能保持定值或一定的 时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。
iS

电路符号
+
u
_
理想电流源的电压、电流关系
①电流源的输出电流的大小由电源本身决定，与外 电路无关；
②电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。 电 流源一旦开路,U将趋于无穷大,会将电流源毁坏。
伏安特性为一条过 原点的直线。

功率
电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。
p u i i2R u2 / R
欧姆定律
①只适用于线性电阻( R 为常数）； ②如电阻上的电压与电流参考方向非关 联，公式中应冠以负号； R
③说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。 u、i 取非关 联参考方向 则欧姆定律写为
②电压控制的电流源 ( VCCS ) i1 i2 i2 gu1 + + g: 转移电导 u u1 2 gu1 _ _ ③电压控制的电压源 ( VCVS ) i1 i2 + u1 _ + _
u1
+ u2 _
u2 u1
: 电压放大倍数
④电流控制的电压源 ( CCVS ) i1 i2 + u1 _ + _ ri1 + u2 _