第1章电路模型和电路理论

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1、第一章电路模型和电路理论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受控源1.7基尔霍夫定律1.1电路和电路模型1.1.1实际电路组成图1.1-1手电筒电路它由3部分组成：①电源，它的作用是将其他形式的能量转换为电能(图中干电池电源是将化学能转换为电能)；②负载，它将电源供给的电能转换为其他形式的能量(图中灯泡将电能转换为光和热能)；③导线。电源、负载与连接导线是任何实际电路都不可缺少的3个组成部分。1.1.2电路模型电路模型是由理想元件构成的。理想元件是在一定条件下对实际元件加以理想化，忽略它的次要的性质，并用一个足以表征其主要性

2、能的模型来表示它。实际电路中使用的电气元器件，如电阻器、电容器、灯泡、晶体管、变压器等。在电路中将这些元器件用理想的模型符号表示。1.2电流和电压的参考方向1.2.1电流及其参考方向电流强度的定义电荷量的单位为C(库仑)，时间的单位为s(秒)，则电流i的单位为A(安[培])如果电流的大小和方向均不随时间变化而变化，这就是直流电流，定义完整地表示电路中的电流应该既有电流的大小又要有其方向。在复杂电路中很难在电路中标明电流的实际方向，因此引入了电流“参考方向”的概念。可选定其中某一个方向作为电流的参考方向。若电流的参考方向与它的实际方向一致，则电流为正值（i>0）;反之，若电流的参考方向与它的实

3、际方向相反，则电流为负值（i<0）。所以在指定的电流参考方向下，电流值的正和负，就可以反映出电流的实际方向。1.2.2电压及其参考方向定义：把单位正电荷从a点移动到b点电场力所做的功即为a、b两点间的电压，即一般在电路中任选一点为参考点，令参考点电位为零，则电路中某点相对于参考点的电压就是该点的电位。两点之间的电压的实际方向（即高电位点指向低电位点的方向）也有两种可能，可以选定其中任意一个方向为电压的参考方向。当电压的参考方向与它的实际方向一致时，电压为正值（u>0）；反之，当电压的参考方向与它的实际方向相反时，电压为负值(u<0)。在电路中，电压的参考方向可以用正（＋）、负（－）极性来表示

4、，正极指向负极的方向就是电压的参考方向如图1－2（a）所示。有时为了图示方便起见，也可以用一个箭头来表示电压的参考方向，如图1－2（b）所示；还可以双下标表示，如uAB表示A和B之间的电压的参考方向由A指向B。元件ABu元件ABu（a）u>0（b）u<0图1－21.2.3电压、电流的关联参考方向为方便起见，电压和电流常采用关联的参考方向，即电流参考方向与电压参考“＋”极到“－”极的方向一致，也就是说电流的流向是从电压的“＋”极流向“－”极，如图1－3（a）所示；反之为非关联参考方向，即电流从电压的“－”极流向“＋”极，如图1－3（b）所示。图1－3（a）关联参考方向（b）非关联参考方向1.3

5、电功率和能量1、功率电路中，单位时间内电路元件的能量变化用功率表示，即功率p单位为W(瓦[特])。将上式等号右边分子、分母同乘以dq后，变为即：元件吸收或发出的功率等于元件上的电压与电流之积。直流电路的这一公式写为在电路中，当U、I参考方向一致时，P=UI；当U、I参考方向相反时，P=－UI。若计算结果P＞0，说明该元件吸收或消耗功率，是负载；若计算结果P＜0，说明该元件发出功率，是电源。2、电能当已知设备的功率为P时，则t秒钟内设备消耗的电能为电能W的单位为J(焦[耳])。在电工中，直接用瓦特秒(W·s)作单位。在实际中，常用千瓦小时(kW·h)作单位。例1.1已知某元件两端的电压u为5

6、V，A点电位高于B点电位，电流的实际方向为自A点到B点，其值为2A。试确定该元件是吸收功率还是发出功率？解：图例1.1元件ABi（a）u>0,i>0u元件ABi（b）u<0,i>0u（1）设u、i为关联参考方向，且均与实际方向一致，即u＞0，i＞0。如图（a）所示，则元件吸收的功率为：P=ui=5×2=10W。（2）设u、i为非关联参考方向，且电流参考方向与实际方向一致，如图（b）所示，电压参考方向与实际方向相反，即u＜0，i＞0。则元件吸收的功率为p=－ui=5×2=10W。1.4电路元件1.4.1电阻元件1)金属导体的电阻在金属导体中，自由电子在向前运动时，会与形成结晶格的正离子发生碰撞

7、，使电子运动受到阻碍，即导体对电流呈现一定的阻碍作用。这种阻碍作用被称为电阻，用字母R来表示。导体的电阻值R与导体的长度l成正比，与导体的横截面积s成反比，并与导体材料的性质有关，用公式表示为式中，是电阻率，单位为·m(欧[姆]米)，l是导体的长度，单位为m(米)，s是导体的横截面积，单位为m2(平方米)。电阻的倒数称为电导，用G表示，单位为S(西[门子])式中为电导率，是电阻率的倒数，单位为S/m(西[门子