【正文】 在分析電路時(shí) ， 所用到的電流 、 電壓 ， 首先應(yīng)設(shè)出它們的參考方向 。 111211 1510,15 iiuiiu ????iiiii1121???因 又 所以 第一章 電路的基本概念和定律 由 KVL列回路 A 的 KVL 方程 ?????????11115501155iuRuiuiioi即 所以輸出電阻 第一章 電路的基本概念和定律 小 結(jié) 電路模型與電路中基本變量 在集總假設(shè)的條件下 ， 定義一些理想電路元件 (如 R、 L、 C 等 )， 這些理想電路元件在電路中只起一種電磁性能作用 ， 它有精確的數(shù)學(xué)解析式描述 ， 也規(guī)定有模型表示符號(hào) 。 解 本例電路中各電阻之間既不是串聯(lián)又不是并聯(lián) ， 而是 ΠT形結(jié)構(gòu)連接 。 應(yīng)用電阻并聯(lián)等效 、 電壓源互換為電流源等效 ， 將 (a)圖等效為 (b)圖 。由 (b)′圖得 Vu 20222 ??? (3) 將 (c)圖中虛線部分等效為 4A理想電流源 ， 如 (c)′圖所示 。 實(shí)際電流表的內(nèi)阻越小，對(duì)測(cè)試電路的影響越小。 利用分壓器上滑動(dòng)觸頭 c 的滑動(dòng)可在負(fù)載電阻上輸出 0~U的可變電壓 。 第一章 電路的基本概念和定律 圖 多量程電壓表 第一章 電路的基本概念和定律 解 當(dāng)用“ 0”、 “ 4”端測(cè)量時(shí)，電壓表的總電阻 ?????????? kRRRRR 1 0 0 09 0 090914321若這時(shí)所測(cè)的電壓恰為 500V(這時(shí)表頭也達(dá)到滿量程 )，則通過表頭的最大電流 mAUI 0 0015 000 00140 ???當(dāng)開關(guān)在“ 1”檔時(shí) (“2”、 “ 3”、 “ 4”端鈕斷開 ) VIRU ????第一章 電路的基本概念和定律 當(dāng)開關(guān)在“ 2”檔時(shí) (“1”、 “ 3”、 “ 4”端鈕斷開 ) VIRRU )91()( 2120 ??????當(dāng)開關(guān)在“ 3”檔時(shí) (“1”、 “ 2”、 “ 4”端鈕斷開 ) VIRRRU )9091()( 32130 ???????? 由此可見 ， 直接利用該表頭測(cè)量電壓 ， 它只能測(cè)量 ， 而串聯(lián)了分壓電阻 R R R4以后 ， 作為電壓表 ， 它就有 、 5V、 50V、 500V四個(gè)量程 ， 實(shí)現(xiàn)了電壓表的量程擴(kuò)展 。 如果已知電阻并聯(lián)電路中某一電阻上的分電流 ，可應(yīng)用歐姆定律及 KCL方便地求出總電流 。 若知串聯(lián)電阻兩端的總電壓 ， 求相串聯(lián)各電阻上的電壓 ， 稱分壓 。 具體計(jì)算 (需要寫出來的步驟 )： 第一章 電路的基本概念和定律 例 如圖 電路 ， 已知 R1=2Ω, R2=4Ω， u=12V, us2=10 V, us3=6V, 求 a點(diǎn)電位 va。 這里所說分析問題包含這樣兩個(gè)內(nèi)容：一是明確題意 ， 即明確哪些是已知條件 ， 哪些是待求量 ， 若遇文字?jǐn)⑹龅念}目更應(yīng)如此 。 關(guān)于 KVL的應(yīng)用 ， (1)KVL適用于任意時(shí)刻 、 任意激勵(lì)源情況的一切集總參數(shù)電路 。 它的基本內(nèi)容是：對(duì)任何集總參數(shù)電路 ， 在任意時(shí)刻 ， 沿任意閉合路徑巡行 ， 各段電路電壓的代數(shù)和恒等于零 。 第一章 電路的基本概念和定律 圖 KCL應(yīng)用于閉曲面 S 第一章 電路的基本概念和定律 如圖 (a)所示電路，對(duì)閉曲面 S，有 0)()()( 321 ??? tititi 若兩部分電路只有一根線相連 ， 由 KCL可知 ， 該支路中無電流 。 第一章 電路的基本概念和定律 圖 例 用圖 第一章 電路的基本概念和定律 解 (1) R=0時(shí)即外部電路短路， Is為理想電流源，所以電路 AII s 2??由歐姆定律算得電壓 VRIU 020 ???? 對(duì) Is電流源來說， I、 U參考方向非關(guān)聯(lián)，所以 Is電流源產(chǎn)生功率 WUIP s 020 ????第一章 電路的基本概念和定律 (2) R=3Ω時(shí)，電流 AII s 2??電壓 VRIU 623 ????Is電流源產(chǎn)生功率 WUIP s 1226 ????第一章 電路的基本概念和定律 (3) 當(dāng) R→∞ 時(shí)，根據(jù)理想電流源定義， ????????UIPRIUAIIss 2第一章 電路的基本概念和定律 基爾霍夫定律 1. 支路 2. 節(jié)點(diǎn) 3. 回路 4. 網(wǎng)孔 圖 介紹電路術(shù)語用圖 第一章 電路的基本概念和定律 基爾霍夫電流定律 (KCL) KCL是描述電路中與節(jié)點(diǎn)相連的各支路電流間相互關(guān)系的定律 。 第一章 電路的基本概念和定律 理想電流源 不管外部電路如何，其輸出電流總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)的電源定義為理想電流源 圖 理想電流源模型 第一章 電路的基本概念和定律 圖 理想電流源伏安特性 第一章 電路的基本概念和定律 (1) 對(duì)任意時(shí)刻 t1, 理想電流源的伏安特性是平行于 u軸其值為 is(t1)的直線 。 (1) R=∞時(shí)的電壓 U， 電流 I， Us電壓源產(chǎn)生功率 Ps。 圖 理想電壓源伏安特性 第一章 電路的基本概念和定律 (2) 由伏安特性可進(jìn)一步看出 ， 理想電壓源的端電壓與流經(jīng)它的電流方向 、 大小無關(guān) ， 即使流經(jīng)它的電流為無窮大 ， 其兩端電壓仍為 us(t1)(對(duì) t1時(shí)刻 )。 解 由 ?????????484100220220100222PURAUPIRUUIP第一章 電路的基本概念和定律 例 某學(xué)校有 5個(gè)大教室 ， 每個(gè)大教室配有 16個(gè)額定功率為 40W、 額定電壓為 220V的日光燈管 ， 平均每天用 4h(小時(shí) )， 問每月 (按 30天計(jì)算 )該校這 5個(gè)大教室共用電多少kW (2) 如果電阻 R上的電流電壓參考方向非關(guān)聯(lián) ， 如圖 所示 ， 則歐姆定律公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào) ， 即 )()()()(tGutitRitu????或 在參數(shù)值不等于零 、 不等于無限大的電阻 、 電導(dǎo)上 ， 電流與電壓是同時(shí)存在 、 同時(shí)消失的 。s Law, 簡記 OL)是電路分析中重要的基本定律之一 ， 它說明流過線性電阻的電流與該電阻兩端電壓之間的關(guān)系 ， 反映了電阻元件的特性 。 這是因?yàn)?“ 吸收 ” 與 “ 供出 ” 二者就是相反的含義 ， 所以計(jì)算吸收功率與供出功率的公式符號(hào)相反是理所當(dāng)然的事 。 第一章 電路的基本概念和定律 電流的參考方向設(shè)成從 a流向 b, 電壓的參考方向設(shè)成 a為高電位端 ， b為低電位端 ， 這樣所設(shè)的電流電壓參考方向稱為參考方向關(guān)聯(lián) 。 由電流強(qiáng)度定義 ， 得 AtqI 224 ?????電位 0341254128????????cbcbacaVVqWVVqWV (c為參考點(diǎn) ) 第一章 電路的基本概念和定律 所以電壓 VVVUVVVUcbbcbaab303235?????????? 重要結(jié)論： (1) 電路中電流數(shù)值的正與負(fù)與參考方向密切相關(guān) ， 參考方向設(shè)的不同 ， 計(jì)算結(jié)果僅差一負(fù)號(hào) 。 譬如 ， 理論計(jì)算得 Uab=5V, Ubc=3V,要測(cè)量這兩個(gè)電壓 ， 電壓表應(yīng)如圖 所示那樣接入電路 。 但在復(fù)雜的電路里 ， 如圖 R5兩端電壓的實(shí)際方向是不易判別的 ， 或在交流電路里 ， 兩點(diǎn)間電壓的實(shí)際方向是經(jīng)常改變的 ， 這給實(shí)際電路問題的分析計(jì)算帶來困難 ， 所以也常常對(duì)電路中兩點(diǎn)間電壓設(shè)出參考方向 。 從電場力做功概念定義 ， 電壓就是將單位正電荷從電路中一點(diǎn)移至電路中另一點(diǎn)電場力做功的大小 ， 如圖 所示 。 所以說 ， 對(duì)電流這個(gè)物理現(xiàn)象可以用代數(shù)量來描述它 。 而無線電系統(tǒng)中 (如晶體管電路中 )又嫌安培這個(gè)單位太大 ， 常用毫安 (mA)、 微安 (μA)作電流強(qiáng)度單位 。 第一章 電路的基本概念和定律 圖 電流形成示意圖 第一章 電路的基本概念和定律 電流 ， 雖然人們看不見摸不著它 ， 但可通過電流的各種效應(yīng) (譬如磁效應(yīng) 、 熱效應(yīng) )來感覺它的客觀存在 ，這是人們所熟悉的常識(shí) 。 (3) 同一個(gè)實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下 ， 它的模型也可以有不同的形式 ， 第一章 電路的基本概念和定律 圖 實(shí)際電感元件在不同應(yīng)用條件下之模型 第一章 電路的基本概念和定律 圖 圖 電路之模型圖 第一章 電路的基本概念和定律 實(shí)際電路部件的運(yùn)用一般都和電能的消耗現(xiàn)象及電 、 磁能的貯存現(xiàn)象有關(guān) ， 它們交織在一起并發(fā)生在整個(gè)部件中 。 其二 ， 是實(shí)現(xiàn)信息的傳遞與處理 。第一章 電路的基本概念和定律 第一章 電路的基本概念和定律 電路模型 電路變量 歐姆定律 理想電源 基爾霍夫定律 電路等效 實(shí)際電源的模型及其互換 電阻 π、 Τ電路互換等效 受控源 小結(jié) 第一章 電路的基本概念和定律 電 路 模 型 實(shí)際電路組成與功能 圖 第一章 電路的基本概念和定律 它由 3 部分組成： ① 是提供電能的能源 ， 簡稱電源 ， 它的作用是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能 (圖中干電池電源是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能 )； ② 是用電裝置 ， 統(tǒng)稱其為負(fù)載 ， 它將電源供給的電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量 (圖中燈泡將電能轉(zhuǎn)換為光和熱能 )； ③ 是連接電源與負(fù)載傳輸電能的金屬導(dǎo)線 ， 簡稱導(dǎo)線 。 這方面典型的例子有電話 、 收音機(jī) 、 電視機(jī)電路 。這里所謂的 “ 理想化 ” 指的是：假定這些現(xiàn)象可以分別研究 ，并且這些電磁過程都分別集中在各元件內(nèi)部進(jìn)行；這樣的元件 (電阻 、 電容 、 電感 )稱為集總參數(shù)元件 ， 簡稱為集總元件 。 所以 ， 毫無疑問 ， 電流是客觀存在的物理現(xiàn)象 。 它們之間的換算關(guān)系是 AuAAmAAkA633101101101?????第一章 電路的基本概念和定律 電流不但有大小 ， 而且有方向 。 簡言之 ， 電流是代數(shù)量 ， 當(dāng)然可以像研究其它代數(shù)量問題一樣選擇正方向 ， 即參考方向 。 用數(shù)學(xué)式表示 ，即為 )()()(tdqtdwtu ?圖 定義電壓示意圖 第一章 電路的基本概念和定律 式中 dq為由 a點(diǎn)移至 b點(diǎn)的電荷量 ， 單位為庫侖 (C)。 第一章 電路的基本概念和定律 所謂電壓參考方向 ， 就是所假設(shè)的電位降低之方向 ，在電路圖中用 “ +”“”號(hào)標(biāo)出 ， 或用帶下腳標(biāo)的字母表示 。 中V V2為電壓表 ， 兩旁的 “ +”、 “ ”標(biāo)號(hào)分別為直流電壓表的正 、 負(fù)極性端 。 (2) 電路中各點(diǎn)電位數(shù)值隨所選參考點(diǎn)的不同而改變 ， 但參考點(diǎn)一經(jīng)選定 ， 那么各點(diǎn)電位數(shù)值就是唯一的 ， 這就是電位的相對(duì)性與單值存在性 。 設(shè)在 dt時(shí)間內(nèi)在電場力作用下由 a點(diǎn)移動(dòng)到 b點(diǎn)的正電荷量為 dq, a點(diǎn)至 b點(diǎn)電壓 u意味著單位正電荷從 a移動(dòng)到 b點(diǎn)電場力所做的功 ， 那么移動(dòng) dq正電荷電場力做的功為 dw=udq。 圖 電壓電流參考方向非關(guān)聯(lián)情況 第一章 電路的基本概念和定律 例 所示電路 ， 已知 i=1A, u1=3V, u2=7V, u3=10 V, 求 ab、 bc、 ca三部分電路上各吸收的功率 p1, p2, p3。 這里我們聯(lián)系電流 、 電壓參考方向討論歐姆定律 。 或者說 ， 在這樣的電阻 、 電導(dǎo)上 ， t時(shí)刻的電壓 (或電流 )只決定于 t時(shí)刻的電流 (或電壓 )。h? 解 kW 若理想電壓源 us(t)=0, 則伏安特性為 i~u平面上的電流軸 ， 它相當(dāng)于短路 。 (2) R=6Ω時(shí)的電壓 U， 電流 I， Us電壓源產(chǎn)生功率 Ps。 (2) 由理想電流源伏安特性可進(jìn)一步看出 ， 理想電流源發(fā)出的電流 i(t)=is(t)與其兩端電壓大小 、 方向無關(guān) ， 即使兩端電壓為無窮大也是如此 。 它的基本內(nèi)容是：對(duì)于集總