电路和电路模型
实际电路和电路模型
激励：电源对电路的作用称为激励。 响应：电路中由于电源的作用产生的所有电压、 电流都成为响应。
实际电路和电路模型
四、电路模型 实际电路元件的电磁性质比较复杂，为了便于对 实际电路进行分析，可将实际电路元件理想化(或 称模型化)，忽略其次要因素，将其近似地看作理 想元件，简称元件。例如白炽灯主要作用是消耗 电能，主要呈现电阻特性，其它特性很微弱，因 而将其近似地看作纯电阻元件。
ห้องสมุดไป่ตู้
维尔纳·冯·西门子 （Ernst Werner von Siemens）（1816-1892）德国工程学家 ，西门 子集团的创始人。
u 线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数。
电工基础
实际电路和电路模型
第一节 实际电路和电路模型
一、实际电路
电路(网络)：为了完成某种特定功能由某些电气设备或器 件（例如电容器、电阻器）按一定方式连接组合起来，构 成电流的通路。简单的说，电流流通的路径。
电池
开关 电灯
导线
话筒
放 大 器
扬声器
两个电路分别实现了什么功能？
实际电路和电路模型
二、电路的作用
开
关
电
电
池
灯
导 线
实际电路和电路模型
实际电路和电路模型
第二节 电流、电压及其参考方向
一 电路的主要物理量 1. 电流及其参考方向
带电粒子的有规则的移动形成电流。
电流的大小用电流强度表示，定义为单位时间内通过 电路某一横截面的电荷量。
i dq dt
电流的单位为A（安培）。当 dq＝1库仑，dt1 秒， i 1A
提示：所有电路方程都是在标定了参考 方向的基础上建立的，不然毫无意义！
实际电路和电路模型
实际电路与电路模型示例
实际电路与电路模型示例
实际电路的电路模型由抱负电路元件相互连接而成，抱负元件是组成电路模型的最小单元。
在肯定的工作条件下，抱负电路元件及它们的组合足以模拟实际电路中部件、器件中发生的物理过程。
在电路模型中各抱负元件的端子是用“抱负导线”连接起来的。
依据元件对外端子的数目，抱负电路元件可分为二端、三端、四端元件等。
为了便于对实际电路进行分析和用数学描述，将实际元件抱负化（或称模型化），即在肯定条件下突出其主要的电磁性质，忽视其次要因素，把它近似地看作抱负电路元件。
由一些抱负电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模型，它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。
在抱负电路元件（今后“抱负”两字常略去不写）中主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。
这些元件分别由相应的参数来表征。
图1(a)所示为一个简洁的实际电路，这是一个由干电池和小灯泡用两根导线组成的照明电路。
其电路模型如图1(b)所示。
图中的电阻元件R作为小灯泡的电路模型，反映了将电能转换为热能和光能这一物理现象；干电池用电压源Us和电阻元件Rs的串联组合作为模型，分别反映了电池内储化学能转换为电能以及电池本身耗能的物理过程。
连接导线用抱负导线（其电阻设为零）即线段表示。
图1 实际电路与电路模型示例
本课程所涉及的电路均是由抱负电路元件构成的电路模型，同时将
抱负电路元件简称为电路元件。
《电路和电路模型》课件
4. 能 量
P = u i = Li
>0
di
则 P > 0 吸收能量 电能 磁场能
dt
则 P < 0 放出能量
<0
磁场能
电能
* 它是一种储能元件 不消耗能量。
∫t
WL=
P dt
0
∫t
=
Li
0
di dt
dt
返回
1
WL=
Li2
2
能量是逐渐积累，不能突变。
∴电感中的电流不能突变。
* WL 与 i 2 成正比，与 u 无关，
中间环节 电 源
负载
US R0
S R
电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接方式，不反映实际电路的内部 结构、几何形状及相互位置。
返回
一、电流及其参考方向
1. 定义：
在电场的作用下，电荷有规则的定向移动形成电流，我们把单位时 间内通过导体横截面积的电荷量定义为电流强度。
i = dq/dt
大小和方向都随时间改变的叫交流
a
I
b
U
* 若求出的P > 0，说明元件在吸收功率，一定是负载；
求出的P < 0，说明元件在发出功率，一定是电源。
返回
例：在图示电路中 已知:U=-10V I=1A 问:(1) 电压与电流的实际方向如何?a b 两点
哪点电位高? (2)该元件的功率是多少?它是电源还是负载?
I实
a
U
U实
解:
I (1)U=-10V 则实际方向与参考方向相反 I=1A 实际方向与参考方向相同 由电压的实际方向知b点电位高 于a点电位 (2) P=-UI=-(-10)×1=10W P>0 吸收功率是负载
1-电路模型和电路定律
的参考点，并用符号“ ”表示。 2.电压:电路中，电场力将单位正电荷从某一点移到 另一点所作的功定义为该两点之间的电压，也称电位差 或电压降，用u或u(t)表示。单位是V(伏特，简称伏)。 同样分直流电压和交流电压。 dwAB W AB uAB uA uB U AB UA UB dq Q 常用的单位有MV、kV、mV、V。 3 3 -3 -6 1MV 10 kV 1kV 10 V 1mV 10 V 1V 10 V
§ 1.4 电阻元件
一. 电阻元件：是从实际电阻器抽象出来的模型，只 反映电阻器对电流呈现阻力的性能。 时变 线性电阻 时不变 1.电阻元件分类 非线性电阻 时变 时不变
线性时 不变电阻
线性时 变电阻
非线性时 不变电阻
非线性 时变电阻
2.线性电阻（线性时不变电阻）:元件上电压正比于 电流，该元件称为线性电阻。欧姆定律只适用于线性 电阻。 ① u(t ) Ri(t ) 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， 欧姆定律 公式中应冠以负号。公式和参考方向必须 配套使用。u(t ) Ri(t ) 。 ③说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。 电导:反映材料的导电能力。电阻、电导是从相反的 两个方面来表征同一材料特性。 u(t ) 1 i (t ) Gu(t ) G ,G称为电导。 R R 电阻R单位:欧(姆) ，符号: 。 电导G单位:西(门子) ，符号: S。
§ 1.3 电功率和能量
一.电功率 【单位:W瓦(特)】
二.电能 【单位:J焦(耳)】 t 交流 : w (t ) p( )d
dw dw dq u p i dq dt dt
dw dw dq p ui dt dq dt
电路分析基础电路和电路模型
单位：安培（A-Ampere），mA，A
X
1.电流(current)及其参考方向
方向：正电荷流动的方向。
表示：箭头，双下标 iAB 。
A i
元 件 B
1.2 电流的参考方向(reference direction)
任意选定的方向（正方向）。
根据计算结果确定电流的真实方向
若 i 0 真实方向与参考方向致一 i 0 真实方向与参考方向反相
dwudq p(t)u dqui
dt 若支路为非关联，则 pui
单位：瓦特（W-Watt）， kW， mW，W 单位的对应：i(A),u(V) p(W)
X
4.功率(power)
根据计算结果判断是吸收能量还是供出能量
p 0 吸收功率（消耗） P0 发出功率
X
例题2 判断下图所示支路是吸收功率还是提供功率。
X
内容提要
电流及其参考方向 电压及其参考极性 关联参考方向 功率
X
1.电流(current)及其参考方向
两种带电粒子：质子（正电荷）、电子（负电荷） 电量：带电粒子所带电荷的多少。 单位：库仑（C-Coulomb） 符号：q或Q
1.1定义：单位时间内通过导体横截面的电量称为 电流（current）。
i 1A
a
i 2A
a
i 1A a
+
u 3V R
u
u
us 3V
us 2V
b
(a)
解：
b
(b)
b
(c)
(a) p ui 31，吸3W收功 0率。
(b) p u i3 2 , 提 供6 W 功率 。0 (c) p ui 1 2 2W 0，吸收功率，电源处于
第1章-电路的模型与基本概念
WC
t du Cu dξ dξ
1 Cu2 (ξ ) t 1 Cu2 (t) 1 Cu2 ( )
2
2
2
若u( ) 0
1
Cu
2
(t
)
1 q2(t) 0
2
2C
从t0到 t 电容储能的变化量：
WC
1 2
Cu 2
u R
u为有限值时，i=0。
– * 理想导线的电阻值为零。
二. 线性时变电阻元件 时变电阻：电阻Rt是时间t的函数。
it
Rt
+
ut
电压电流的约束关系：
ut = Rt it
it = gt ut
1.3.2 电容器 (capacitor)
电容器
+ + + + +q
– – – – –q
一、线性定常电容元件：任何时刻，电容元件极板上 的电荷q与电流 u 成正比，比例系数C为正实数。 C 电路符号
Uac = a ， Udc = d
d
c
Uad= Uac –Udc= a–d
结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的
电位之差。（* 参考点作为中介点）
例.
a
1.5 V b
1.5 V c
已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V 用电位计算如下：
(1) 以a点为参考点，a=0
Uac= ？ (2) 以b点为参考点，b=0
Uac= ？
例.
已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V
a
(1) 以a点为参考点，a=0
1.5 V
Uac= a–c = 0 –(–3)=3 V
b
(2) 以b点为参考点，b=0
第一章-电路及基本元器件PPT课件
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电工电子技术基础 3、二极管的伏安特性曲线（硅管）
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电工电子技术基础
五、半导体三极管
1、三极管的结构
图1-8
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电工电子技术基础 2、三极管的电流放大作用 三极管工作在放大状态的条件是：发射结正偏，集电 结反偏。
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电工电子技术基础
(1)电流分配关系：发射极电流等于基极电流和集电极电
流之和，即：
图1-9
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电工电子技术基础
(1)输入特性 死区电压：硅管约为0.5V，锗管约为0.2V； 导通电压(发射结)：硅管约为0.7V，锗管约为0.3V。 (2)输出特性
截止区： UBE小于死区电压，IC≈ 0，UCE ≈UCC，。
饱和区：集电结正向偏置 ，UCE＜UBE， IC≈ UCC/RC 。
放大区：发射结正偏，集电结反偏 , IC≈βIB。
图1-2
.
图1-3
电工电子技术基础
三、电功率和电能
1、电功率
电流通过电路时传输或转换电能的速率称为电功率，
简称为功率，用符号p表示。
当电压与电流为关联参考方向时，功率的计算公
式为：
p dW ui dt
当电压与电流为非关联参考方向时，功率的计算
公式为：
pui
.
电工电子技术基础 2、电能 电路在一段时间内吸收的能量称为电能。在国际单 位制（SI）中，电能的单位是焦耳（J）。1J等于1W的用 电设备在1s内消耗的电能。电力工程中，电能常用“度” 作单位，它是千瓦小时（kWh）的简称，1度等于功率为 1kW的用电设备在1小时内消耗的电能。
图1-23
.
电工电子技术基础 在电子电路中，电源的一端通常是接地的，为了作
电路基础原理理想电路模型与电路模型的特性
电路基础原理理想电路模型与电路模型的特性电路是电子技术学科中的基础内容之一，而电路模型则是理解和描述电路行为的重要工具。
在电路分析与设计中，理解电路基础原理以及掌握电路模型的特性是必不可少的。
一、理想电路模型理想电路模型是对真实电路的简化描述。
在理想电路模型中，各个元件被假设为完美的，不考虑其中的内部细节和非理想特性，以便更方便地进行电路分析。
1. 理想电源模型理想电源模型假设电源电压或电流的值保持不变，无论外部电路的负载如何变化。
理想电源模型分为理想电压源和理想电流源。
理想电压源保持固定的电压，而理想电流源则提供固定的电流。
2. 理想电阻模型理想电阻模型假设电阻的两端电压与通过电阻的电流之间存在线性关系，即满足欧姆定律。
理想电阻模型不考虑电阻本身的温度、电压和电流对其特性的影响。
3. 其他理想元件模型在理想电路模型中，还有其他一些常见的元件模型，如理想电感模型和理想电容模型。
理想电感模型假设电感没有串联电阻，而理想电容模型则假设电容没有漏电流。
这些简化的模型使电路分析更加便捷。
二、电路模型的特性电路模型的特性是指一个电路模型所具有的一些重要性质和行为。
了解电路模型的特性有助于我们更好地理解和分析实际电路。
1. 线性性电路模型常常基于线性元件，其特性满足叠加原理和比例原理。
线性性意味着电路模型中的电压、电流与电阻、电源的关系是线性的，可以通过简单的代数运算进行计算。
2. 固有频率响应电路模型的固有频率响应是指其对输入信号频率的响应特性。
不同类型的电路模型对频率的响应不同，如低通滤波器模型具有对低频信号的传递特性，而高通滤波器模型则具有对高频信号的传递特性。
3. 功率消耗与效率实际电路中，元件存在电阻、线损等造成能量损耗的因素。
电路模型的特性之一就是功率消耗与效率。
了解电路模型的功率和效率特性有助于评估电路的性能和优化设计。
4. 互连与通信特性电路模型中元件之间的互连和通信特性对于电路性能和数据传输起着重要作用。
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4、电路的分类
集总参数电路：其电路的几何尺寸l<<电路的工作频率对应的波长λ。
集总参数电路又分为线性电路和非线性电路。
分布参数电路：l ≈λ 的电路。
本门课程学习集总参数线性电路的分析方法。
二、电路模型
1、理想电路元件 将实际电路器件理想化而得到的只具有某种单一电磁性质的元件 。
+
IS
R
L
C
US –
电阻元件
只具耗能的 电特性
电感元件只具 有储存磁能的
电特性
电容元件
只具有储存电 能的电特性
理想电压源
输出电压恒定， 输出电流由它和 负载共同决定
理想电流源 输出电流恒定，
两端电压由它和负 载共同决定。
2、电路模型 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。
例.
开关
10BASE-T wall plate灯泡 电 池导源自 (a)实际电路SRO
RL
US
(b) 电路模型（电路图）
小结
1、电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成，其功能主要 是进行能量的传输、转换和信息的处理、传递。
2、理想电路元件和由其构成的电路模型是对实际电路的基本电磁 属性进行科学抽象的结果。
一、电路
1、定义 用导线、开关等将电源和用电设备或用电器连接 起来，构成一个电 流流通的闭合路径 。
2、电路的组成
开关
10BASE-T wall plate
灯泡
例.
电 池
导线
连接导线和其余 设备为中间环节
电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。
3、电路的作用
电力系统中 电路可以实现电能的传输、 分配和转换。