ch1 電路模型和電路定律
§1-1 電路和電路模型
教學目的：掌握電路的基本組成；學習電路模型的建立。
教學重點：電路的模型建立。
教學難點：如何用集總引數電路代替實際電路。
教學方法：課堂講授
教學內容：
一、基本概念
1. 電路：為了某種目的，把電源與電子元件與負載連線起來即成為電路。（舉例）
2. 實際電路：是為完成某種預期的目的而設計、安裝、執行的，由電路器件和電路部件相互連線而成，具有特定的功能。
3. 電路的功能：傳輸與處理資訊、能量的傳遞、電量的測量、存貯資訊以及控制計算等功能。
4. 電源和負載：在實際電路中，電能或電訊號的發生器稱為電源，用電裝置稱為負載。
5. 激勵和響應：激勵是對電源而言的，電壓和電流是在電源的作用下產生的，因此電源又稱為激勵源；響應是對負載而言的，由激勵作用而在電路中產生的電壓和電流稱為響應。
有時，根據激勵和響應之間的因果關係，把激勵稱為輸入，響應稱為輸出。
6. 電路模型：實際電路的電路模型是由理想電路元件相互連線而成的。
7. 理想元件：即在一定條件下對實際元件加以理想化，忽略它的次要的性質，並用乙個足以表徵其主要效能的模型來表示它。
理想電路元件是組成電路模型的最小單元，是一種理想化的模型且具有精確的數學定義。
二、舉例
1．實際電路2．電路模型
圖1-1 實際電路與電路模型
§1-2 電流和電壓的參考方向
教學目的：掌握電流和電壓的基本概念；電流和電壓的參考方向的設定。
教學重點：電流和電壓的參考方向的設定。
教學難點：關聯參考方向和非關聯參考方向的引入。
教學方法：課堂講授。
教學內容：
一、指定電流和電壓參考方向的必要性
在電路分析中，涉及某個元件或部分電路的電流或電壓時，由於電流或電壓的實際方向可能是未知的，也可能是隨時間變動的。
二、指定電流和電壓參考方向及表示方法
1．電流的參考方向
（1）定義：每單位時間內通過導體橫截面積的電量定義為電流強度，簡稱電流，用符號i表示，用公式表示即：。
（2）單位：國際單位：安培（a）其它單位：毫安（ma）,微安（a）1 ma=1×10-3a,1a=1×10-6a
（3）參考方向：電流的參考方向可以任意指定，分析時：若參考方向與實際方向一致，則i>0，反之i<0。
圖1-2 電流的參考方向
（4）表示方法：一般用箭頭表示，也可以用雙下標表示，如 ：i ab。
2．電壓的參考方向
（1）定義：電壓有時亦稱電位差，電路中a、b兩點間的電壓表示單位正電荷由a 點轉移到b 點時所獲得或者失去的能量，用符號表u示，用公式即：。
（2）單位：國際單位：伏特（v）；其它單位：千伏（kv），毫伏（mv）1kv=1×106v，1mv=1×10-3v。
（3）參考方向：電壓的參考方向也可以任意指定，分析時：若參考方向與實際方向一致，則u>0，反之u<0。
圖1-3 電壓的參考方向
（4）表示方法：一般用箭頭表示，也可以用雙下標表示，如：uab；也可以正（+）、負（-）極性表示，正極指向負極的方向即為電壓的參考方向。
3．非關聯參考方向
（1）對於乙個元件來說：如果指定流過元件的電流的參考方向是從標以電壓正極性的一端指向負極性的一端，即兩者的參考方向一致，則把電流和電壓的這種參考方向稱為關聯參考方向；反之稱為非關聯參考方向。（書p4圖1-4）
（2）對於某一電路部分來說：電流i的參考方向自電壓u的正極性端流入電路，從負極性端流出，兩者參考方向一致，所以是關聯參考方向，反之為非關聯參考方向。
§1-3 電功率和能量
教學目的：掌握電能和電功率的概念；功率的性質。
教學重點：功率的性質。
教學難點：用功率的性質判斷元件吸收或發出功率。
教學方法：課堂講授。
教學內容：
一、能量和功率計算的必要性
電路在工作狀況下伴隨有電能與其他形式能量的相互交換，另外，電氣裝置、電路部件本身都有功率的限制，在使用時要注意其電流值或電壓值是否超過額定值，過載會使裝置或部件損壞，或是不能正常工作。
二、電能
1．定義：w==
2．單位：焦耳（j）
三、功率
1．定義：p==u(t)i(t) 通常記為：p=ui。
2．功率的性質
（1）元件的電壓和電流取關聯參考方向時
p=ui
（2）元件的電壓和電流取非關聯參考方向時
p=ui
（3）功率守恆：∑p=0（∑p吸=∑p發）
3．功率單位：瓦特（w） 1kw=1×103w
[例]：
已知某元件兩端的電壓u為5v，a點電位高於b點電位，電流的實際方向為自a點到b點，其值為2a。試確定該元件是吸收功率還是發出功率？
[解]：
（1）設u、i為關聯參考方向，且均與實際方向一致，即u＞0，i＞0。則u=5v，i=2a，p=ui=5×2=10w＞0，元件吸收功率10w。
（2）設u、i為非關聯參考方向，且電流參考方向與實際方向一致，電壓參考方向與實際參考方向相反，即u＜0,i＞0。則u=-5v,i=2a，p=ui=-5×2=-10w＜0，元件吸收功率10w。
自己思考。
圖1-4 例題
§1-4 電路元件
教學目的：掌握三種基本電路元件的特性；了解電源的兩種型別及特點；掌握受控源的概念。
教學重點：基本電路元件的特性；電壓源和電流源的特點；受控源。
教學難點：受控源。
教學方法：課堂講授。
教學內容：
一、電阻元件
1．定義：.
2．單位：歐姆（ω），千歐（kω） 1kω=1×103ω，兆歐（mω） 1mω=1×106ω
3．v-a特性：書p7圖1-6
4．電壓與電流關係：u=ri；電阻是無記憶元件（與初始值無關）。
5．開路與短路特性：
書p8圖1-8
6．功率和能量
（1）有源元件和無源元件：能向電路網路提供能量的元件為有源元件；吸收電源能量，並將這些能量轉化為其它形式或將它儲存在電場或磁場中的元件為無源元件。從功率角度考慮前者發出功率，後者吸收功率。
（2）p=ui=ri2=u2/r≥0(關聯參考方向)； 因此電阻是無源元件。
（3）； 電阻是耗能元件。
7．電導：g= 單位：西門子（s）
二、電容元件
1．定義：。
2．單位：國際單位：法拉（f）；其它單位：微法（f），皮法（pf），1f=1×10-6f，1pf=1×10-12f.
3．q-v特性：書p10圖1-9
4．電壓與電流關係：
由於=q(t0)+ 令t0 =0時刻起，則
於是u(t0)+或者；電容是有記憶元件。
5．功率和能量
（u,i取關聯參考方向）；吸收功率，電容是無源元件。
wcu2(t)- cu2(-∞) ；電容是儲能元件。
[例]：在c=0.4uf的電容器的兩端，加上波形如圖所示的電壓源u(t)，求在電容中通過的電流i(t)的波形。
[解]：
三、電感元件
1．定義：l=ψl/i
2．單位：亨利（h），毫亨（mh）,微亨（uh）,1mh=1×10-3h,1uh=1×10-6h
3． -i特性：書p13圖1-11
4．電壓和電流關係：
， （電感感應定律）
i= ； 電感是有記憶性元件。
5．功率和能量
（關聯）； 吸收功率，無源元件。
li2(t0)- 2(t1)=wl(t2)-wl(t1) ；儲能元件。
[例]：在l=1h的電路的兩端，加上波形如圖所示的電壓源u(t)，求在電感中流過的電流i(t)的波形，設t=0,i(0)=0。
[解]：
（1）當0≤t≤a時：
， 2. 。
（2）當a≤t≤2a時：
， 。
（3）當時：
， 。
（4）波形如圖所示。
圖1-6 例題
四、電壓源和電流源
1．電源的分類
2．電壓源
（1）特點：
①它的端電壓是定植或一定的時間函式，且與流過的電流無關；
②它的電壓是由其本身確定的，流過它的電流是任意的，且該電流由與其相聯接的外電路決定；
③它既可以對外電路提供能量，也可以從外電路接受能量，這視電流方向而定。
（2）符號：
圖1-7 電壓源的符號
（3）分析時：電壓源的電壓和電流取非關聯參考方向。
（4）功率：
3．電流源
（1）特點：
①它所發出的電流是定值或一定的時間函式，且與兩端的電壓無關；
②它的電流是由其本身確定的，它兩端的電壓是任意的，且該電壓由與其相聯接的外電路決定；
③它既可以對外電路提供能量，也可以從外電路接受能量，這視電壓極性而定。
（2）符號：
圖1-8 電流塬的符號
（3）分析時：電流源的電壓和電流取非關聯參考方向。
（4）功率：
五．受控源
1．描述：受控源即非獨立電源，它的電壓（電流）受同一電路中其它支路的電壓或電流所控制。
2．分類：
3．功率：，這說明受控源的功率是通過受控支路來計算的。
§1-5基爾霍夫定律
教學目的：掌握基爾霍夫定律的內容及應用。
教學重點：基爾霍夫定律。
教學難點：應用基爾霍夫定律解決實際電路。
教學方法：課堂講授。
教學內容：
一、基本概念
圖1-9 結點、支路和迴路
1．支路：是單個元件或多個元件的串聯組合。
2．結點：支路的聯接點稱為結點。
3．迴路：由支路構成的閉合路徑稱為迴路。
4．集總與分布：前者只考慮元件的電壓、電流等電路量，而後者是考慮電路量之間關係的引數的分布性。
二、基爾霍夫定律
1．基爾霍夫電流定律（kcl）
（1）推導：如圖為集總電路中的乙個結點。與該結點相接各支路的電流分別為 i1、i2、i3，設q為結點處的電荷，q1、q2、q3分別為上述支路的電荷。
由於結點是理想導體的匯合點，不可能積累電荷。因此，由電荷守恆定律知：
圖1-10 kcl
（2）結論：kcl可表述為：在集總電路中，任何時刻，對任一結點，所有流出結點的支路電流的代數和恆等於零。
電流的代數和是根據電流是流出結點還是流入結點判斷的。流出結點的電流前面取「+」，流入結點的電流前面取「-」。用數學表示式表示即：。
[例]：
圖1-11 例題
從上例可以看出：，因此，基爾霍夫電流定律還可表述為：任一時刻，對於電路的任一結點，流出結點的所有支路電流的和等於流入該結點的所有支路電流的和。
推廣：流入封閉曲面s的所有支路電流的代數和為零。
第一章電路模型和電路定律
電路理論主要研究電路中發生的電磁現象，用電流 電壓和功率等物理量來描述其中的過程。因為電路是由電路元件構成的，因而整個電路的表現如何既要看元件的聯接方式，又要看每個元件的特性，這就決定了電路中各支路電流 電壓要受到兩種基本規律的約束，即 1 電路元件性質的約束。也稱電路元件的伏安關係 vcr 它僅與...
電路原理 邱關源 習題答案第一章電路模型和電路定理練習
第一章電路模型和電路定律 電路理論主要研究電路中發生的電磁現象，用電流 電壓和功率等物理量來描述其中的過程。因為電路是由電路元件構成的，因而整個電路的表現如何既要看元件的聯接方式，又要看每個元件的特性，這就決定了電路中各支路電流 電壓要受到兩種基本規律的約束，即 1 電路元件性質的約束。也稱電路元件...
電路基礎第一章知識點複習
電路習題解參考 14級 第一章1 5 解 a 非關聯參考方向 為負，提供36w功率。b 非關聯參考方向，為負，提供20w功率。c 關聯參考方向，為正，提供 24w功率 即吸收24w功率 d 非關聯參考方向，為正，提供 45w功率 即吸收45w功率 1 6 解 a 非關聯參考方向，為負，發出12w功率...