第一章 电路基本分析方法 本章内容： 1. 电路和电路模型 2. 电压电流及其参考方向 3. 电路元件 4. 基尔霍夫定律

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1 第一章 电路基本分析方法 本章内容： 1. 电路和电路模型 2. 电压电流及其参考方向 3. 电路元件 4. 基尔霍夫定律
第一章 电路基本分析方法 本章内容： 1. 电路和电路模型 2. 电压电流及其参考方向 3. 电路元件 4. 基尔霍夫定律 5. 无源网络的等效变换 6. 电压源与电流源的等效变换 7. 测试与练习

2 1.3 电路元件 (Element) 集总元件类型常常按如下划分： 二端（多端）元件 线性（非线性）元件 时变（时不变）元件
有源（无源）元件 1.3 电路元件 (Element) R, C, L, M（变压器） 二极管、三极管、运算放大器 独立源、受控源

3 R C L ？？ 1）元件特性及其参数 2）电路符号 3）元件伏安特性 4）元件的功率 类别1：电磁器件 类别2：半导体器件
类别3：光电子器件 类别4：超导电子器件 类别5：电介质器件 ？？ 忆阻器

4 2. 电阻元件的伏安特性—欧姆定律 (Ohm’s Law)
电阻元件(resistor) 或 电阻元件定义为 i 和 u 平面上的一条曲线： 线性定常电阻元件：任何时刻端电压与其电流成正比 2. 电阻元件的伏安特性—欧姆定律 (Ohm’s Law) u  R i R 称为电阻，  (欧) (Ohm，欧姆) i  G u G 称为电导， S (西) (Siemens，西门子)  u i O G  1/R R  tg  伏安特性曲线 1. 符号 R + –

5 i R + – u 图示电阻元件的电压电流关系式如何表示？ u  –Ri 或 i  –u/R 电阻元件消耗的能量：
W= =P×t= I2R t 问： U2 R P=U×I=I2×R= 1、电阻元件为耗能元件，P=? 2、实际元件均有额定参数 【思考】有一电阻元件，上面标有100Ω，1W，求该电阻元件的额定电压 UN 和额定电流 IN 。 【思考】有一2.5V、0.25W指示灯，接至220V的电源，要使指示灯能正常工作，应选多大的串联电阻R？ 2175 Ω 0.25/2.5 = I U R

6 半导体二极管的伏安特性 线性电阻 常数 线性电阻伏安特性 二极管特性 稳压二极管伏安特性 符号

7 电感 L 的单位：H(亨) (Henry，亨利)
电感元件 (inductor) 电感元件定义为磁链 与电流 i 平面上的一条曲线。 电路符号  1. 元件特性  =Li  =N 磁链 L 自感系数 电感 L 的单位：H(亨) (Henry，亨利) H=Wb/A=V•s/A=•s  (Wb) i (A) O L=  /i tg  - + L – u i

8 (1) u的大小取决于 i 的变化率，与 i 的大小无关； (微分形式)
L + – u i 2. 线性电感元件的伏安特性 (1) u的大小取决于 i 的变化率，与 i 的大小无关； (微分形式) (2) 电感在直流电路中相当于短路，di/dt =0  u=0。 (3) u，i为非关联方向时， (4) 电感元件是一种记忆元件；(积分形式)

9 3. 电感的储能 由此可以看出，电感是无源元件，它本身不消耗能量。 电源供给的功率全部转换为磁场能量储存起来。

10 电容器的电容 C 的单位：F (法)常用F，nF，pF等表示
电容元件 (capacitor) 线性定常电容元件：任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压 u 成正比。 1. 元件特性 – – – – +q –q C q =Cu 电容器的电容 C 的单位：F (法)常用F，nF，pF等表示 q u O 电容器

11 2. 线性电容的电压、电流关系： u, i 取关联参考方向 (2) 电容元件是一种记忆元件；(积分形式)
C i u + – (1) i 的大小取决于u 的变化率，与 u 的大小无关 (微分形式) (2) 电容元件是一种记忆元件；(积分形式) (3) 当 u 为常数(直流)时，du/dt =0  i=0。电容有隔直作用 (4) 表达式前的正、负号与u，i 的参考方向有关。

12 由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。
3. 电容的储能 由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。 从t0到 t 电容储能的变化量：

13 4. 分布电容和杂散电容概念 导体间电位差 电场 电荷积累 电容效应 记忆单元物理模型

14 电路中的对偶现象： 电容 C 电感 L 电压 u 电荷 q 电流 i 磁链  变量 关系式 结论： (1) 元件方程是同一类型； (2) 若把 u-i，q- ，C-L， i-u 互换, 可由电容元件的方程得到电感元件的方程； (3) C 和 L 称为对偶元件,  、q 等称为对偶元素。

15 1.3.4 独立电源 (source，independent source)
常用的干电池和可充电电池 独立电源 (source，independent source)

16 1.3.4 独立电源 (source，independent source)
实验室使用的直流稳压电源 用示波器观测直流稳压电源的电压随时间变化的波形。 示波器 稳压电源

17 电源信号的分类 1) 直流电信号 2) 正弦交流信号 3) 方波信号 4) 三角波信号 5) 一般信号

18 1.3.4 独立电源 (source，independent source)
一、理想电压源：电压为uS，其值与流过它的电流 i 无关。 1. 特点： (a) 电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关； (b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。 直流：uS为常数 交流：uS是确定的时间函数，如 uS=Umsint uS 电路符号 + _ i uS=0表示什么？ u O 伏安特性

19 3. 理想电压源的开路与短路 (1) 开路：R，i=0，u=uS。 Us O u=US–ri 实际电压源
+ _ i u R (1) 开路：R，i=0，u=uS。 (2) 短路：R=0，i  ，理想电源出现病态，因此理想电压源不允许短路。 * 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。 US r Us O u=US–ri 实际电压源

20 二、理想电流源：电流为iS，其值与此电源的端电压 u 无关。
1. 特点： (a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关； (b) 电源两端电压是任意的，由外电路决定。 直流：iS为常数 交流： iS是确定的时间函数，如 iS=Imsint 电路符号 iS + _ u i O IS iS=0表示什么？

21 (1) 短路：R=0，i= iS，u=0，电流源被短路。
2. 理想电流源的短路与开路 R iS i u + _ (1) 短路：R=0，i= iS，u=0，电流源被短路。 (2) 开路：R，强迫断开电流源回路，电路模型为病态，理想电流源不允许开路。 i =iS – Giu i Gi + u _ iS 实际电流源 3. 实际恒流源的产生： 某些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。

22 (controlled source or dependent source)
受控电源 (非独立源) (controlled source or dependent source) 例: Rc ib Rb ic Uc Ub ic=b ib 三极管集电极电流 ic 受基极电流 ib 控制——电流控制的电流源（Current Control Current Source） CCCS. 受控源是一个四端（二端口）元件: 输入端口是控制支路 输出端口是受控支路 ib b ib 控制部分 受控部分

23 1. 定义：电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压(或电流)的控制。
+ – 受控电压源 电路符号 受控电流源 2. 分类：根据控制量和被控制量是电压u或电流i ，受控源可分为四种类型。 3. 特点：独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)直接由控制量决定 独立源是电路中的“激励”，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的关系，在电路中不能作为“激励”。

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