1电路基本概念和定律(1-3)2016

UR
E
b Uab
U ab E IR R
(3) 数值计算
U ab 3V
IR
3- 2 1A 1 1 2 1A 1
26
（实际方向与假设方向一致）
U ab 1V
IR
（实际方向与假设方向相反）
提示
(1) 方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。
(2) ―实际方向”是物理中规定的，而“假设正方向” 则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向” (即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程 计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的. (4) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向 按相同方向假设(关联方向）。
原则：Is不能变，E 不能变。
电流源的端电压由电压源确定=E 恒压源的电流
I IS IE
恒压源与恒流源特性比较
恒压源 I 不 变 量 + _E a Uab I Uab = E （常数） Is 恒流源 a Uab b
b
I = Is （常数）
Uab的大小、方向均为恒定，
外电路负载对 Uab 无影响。
10
1-2
电路模型与理想电路元件
将实际元件理想化，由理想元件组成的 电路。 例如：
理想化 电源 理想化 导线
I
今后我们分析的都是
+
电路模型，简称电路。
_
E
R
U
理想化 元件
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理想电路元件:
（一）无源元件(线性元件) 电阻: 电路中消耗电能的理想元件
符号：
i
R －
12
+ u
电容: 电路中储存电场能的理想元件 符号：
电 路
I
U=-10V I= 1A
U
电 路
U=10V I= 1A
P=-UI=10W>0， 消耗功率，是负载。
P=-UI=-10W<0， 发出功率，是电源。
46
二、开路
电路特征：
I=0 E R0
I=0
+ _
a
S U0
U = 0 U0 = E
PE = P = 0
R
b
U
（其中：PE = EI、P = UI） 开关S断开时，外电路的电阻无穷大, 电流为零， 电源的端电压U0等于电源电动势E。
负值
19
二、电压
电压实际方向—由高电位端指向低电位端 电压参考方向—任选一方向位为电压正方向。
电压表示方法： U
U +
a Uab b Uab = -Uba
电压与电流 关联方向：
U
I
关联 方向
U I
非关联 方向
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三、电动势 电动势实际的方向—电位升高的方向。 电动势的参考方向—任选一方向为电动势的正方向。
扬声器 话筒 放大器
将语音转换 为电信号 (信号源)
信号转换、放 大、信号处理 (中间环节)
接受转换信 号的设备 (负载)
9
激励—推动电路工作的电源的电压或电流。
响应—由于电源或信号源的激励作用，在
电路中产生的电压与电流。 电路分析—在已知电路结构与元件参数情 况下研究电路激励与响应之间 的关系。
2
电路分析基础与其它课程关系
先修课程

后续课程

高等数学 物 理
信号与系统 电子电路

自控原理
3
电路分析基础与电子电路的关系
电路分析基础
直流电路分析方法 正弦交流电分析方法及应用
数字电子 技术
电子技术
模拟电子技术
(逻辑门电路、 数字器件） （半导体器件、 集成运放）
第 1 章 电路基本概念和定律
理想电压源（恒压源） I + E _ + U _ E RL O
U
I
外特性曲线 特点: (1) 内阻R0 = 0 (2) 输出电压是一定值，恒等于电动势。 对直流电压，有 U = E。 (3) 恒压源中的电流由外电路决定。 设 E = 10 V，接上RL 后，恒压源对外输出电流。 例 1： 当 RL= 1 时， U = 10 V，I = 10A 电压恒定，电 当 RL = 10 时， U = 10 V，I = 1A 流随负载变化
电动势的表示方法：
a.箭头 b.正负号 c.双下标
电动势和电压的关系：
E E
U 电压与电动势规定正方向相反时 E=U
U 电压与电动势规定正方向相同时 E= -U
21
由以上关系可以看出：电压源可由一个大小相等，
方向相反的外加电压表示。
例：
E
U
U
(U=E)
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电路分析中的参考方向
问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量
当R>>R0时
IR0
U≈E 表明：内阻很 小时，端电压 变化不大，带 负载能力强
0
电源的外特性曲线
I
42
2. 功率与功率平衡 U = E – IR0 I
2
UI EI R0I P PE P
E
+ _
S
a
P----电源输出的功率
PE ----电源产生的功率
R0
R
b
U
∆P----电源内阻上消耗的功率 功率平衡方程式：
1.4.1 电压源
电压源是由电动势 E 和内阻 R0 串联的电源的 电路模型。 U 理想电压源 U0=E
电压源
I + ER0 电压源模型 +
U –
RL
由上图电路可得: U = E – IR0 若 R0 = 0 I O E 理想电压源 : U = E IS RO 若 R0<< RL ，U E ， 电压源的外特性 可近似认为是理想电压源。
a U b I
R
P = -UI 0 吸收功率 （负载） P = -UI 0 发出功率 （电源）
电源有时发出功率，有时消耗功率。
当计算的电源功率PE > 0 时,则电源消耗功率，为负载； 当计算的电源功率PE < 0 时,则电源发出功率，为电源.
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例
U
I
电 路
U=10V I= -1A
P=UI=-10W<0,发出功率，是电源。 I U
的实际方向，电路如何求解？
电流方向 AB？ 电流方向 BA？
A
IR R
B
E1
E2
23
解决方法
(1) 在解题前先设定一个正方向，作为参考方向； (2) 根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关 系的代数表达式并计算； (3) 根据计算结果确定实际方向： 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。
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例
a
IR UR
假设:
b
I R 与 U R 的方向一致
关联正方向
UR IR R
假设:
a
IR UR
b
I R 与 U R 的方向相反
非关联正方向
U R I R R
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关于参考方向的 欧姆定律
• U和 I 为关联正方向时：
U R I
U • U和 I 为非关联正方向时： R I
40
E R0 Is
+ _
U0
R0 E
U0
（R0 =0）
一、电源通路
1.电压和电流
电路特征：
E R0
+ _
a S
I
I = E/(R0+R)
R
b
Uab
Uab = IR = E – IR0
上式表明：电源端电压小
于电动势，两者之差等于
电源内阻所产生的电压。
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表示电源端电压与输出电流之间的关系 曲线，称为外特性曲线。 U = E – IR0 U E
i C －
+ u
电感: 电路中储存磁场能的理想元件
符号：
i
L +பைடு நூலகம் u －
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（二）有源元件
1.理想电压源
（2）伏安特性与符号
U
US
（1）特点
u =u S R0=0
O
+
US
输出电压为us，由电源本身 确定，与流过电压源的电 流无关，电流由外电路确 定
I
+
I
U=定值
-
14
2.理想电流源
（2）伏安曲线与符号
24
例
a
R
IR
UR
E b Uab
已知：E=2V, R=1Ω 求： 当Uab分别为 3V 和 1V 时，IR=? 解： (1) 假定电路中物理量的参考方向如图所示； (2) 列电路方程：
Uab U R E
U R U ab E
U R U ab E IR R R
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a
R
IR
？当理想电压源与理想电流源串联时 a Is R
Uab=?
I
_
E
+
电压源中的电流 如何决定？电流 源两端的电压等 于多少？
b
原则：Is不能变，E 不能变。
支路中的电流由电流源确定 I= IS 恒流源的端电压
U ab IR E
？当理想电压源与理想电流源并联时
R
_
I
Is
+
E
电流源两端的 电压等于多少？ 电压源中的电 流如何决定？
（1）特点
i=iS R0=∞
输出电流为is，由电源本
i Is O u
身确定，与电源两端电压