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第一章 电路的基本概念 山东大学信息科学与工程学院 内容提要 理想元件电路模型 参考方向 基尔霍夫定律 运算放大器 独立源和受控源 支路分析法 1-1电路与电路模型 电的应用：能量和信息两大领域 电力系统：能量是主要的着眼点。涉及大规模电能的产生、传输和转换(为其他形式的能量)，构成现代工业生产、家庭生活电气化等方面的基础。 信息与控制系统：信息是主要的着眼点。电能具有携带信息的能力，如日常的电话通信，计算机间信息的交流，工业生产的自动化控制等。电用作信息处理和交换的媒介已成为当代社会的显著特征。 电路与电路模型 电路(circuit) 若干个电气设备或器件按照一定方式组合起来，构成电流的通路。亦称电网络或网络（Network）。 电路的部件(component) 作为电路组成部分的设备或器件，例如供电设备(电源,source)、用电设备(负载, load)、电阻器、电感器、电容器、晶体管、电子管等。 电路部件的复杂性 电路与电路模型 理想电路元件（元件模型） 当实际电路的尺寸远小于最高工作频率所对应的波长时，可以定义出几种“集总参数元件”(Lumped Parameter elements)，用来构成实际部、器件的模型，即：理想电路元件或元件模型。每一种集总参数元件(以后简称为元件)只反映一种基本电磁现象，电场、磁场被认为只集中在相应元件的内部，且可由数学方法精确定义。 主要元件模型 电阻元件：只涉及消耗电能的现象，为耗能元件； 电容元件：只涉及与电场有关的现象，为电场储能元件； 电感元件：只涉及与磁场有关的现象，为磁场储能元件； 电压源、电流源等元件。 电路与电路模型 实际电路部件与理想元件关系 实际电路部件可以由一种或几种理想元件进行建模，以便于精确描述其电磁特性。例如，我们可以用电阻元件来描述灯泡，用电阻元件和理想电压源来描述干电池等。 电路模型：由若干理想元件构成的电路即实际电路的电路模型。 1-2 电压与电流的参考方向 电路分析的目的 分析计算电路中的某些电路变量及其变化规律。 电路变量 电流(单位：安培，A) 电压(单位：伏特，V) 功率(单位：瓦特，W) 电流、电压的方向 电流方向：正电荷的移动方向。 电压方向：电位下降的方向。 电压与电流的参考方向 参考方向：任意假定的电压、电流方向。 为什么规定参考方向？ 在实际电路中，我们很难准确知道电流和电压在某个瞬时的实际方向。 便于建立电路方程。 如何表示参考方向？ 电压参考方向：+、- 电流参考方向：→ 如何选择参考方向？ 电压、电流参考方向可以任意规定，不影响分析结果 采用关联参考方向 / 一致参考方向更为方便，也更为常用 关联 / 一致参考方向 关联参考方向时功率的意义 关联参考方向时，电压电流瞬时值的乘积表示二端元件/网络吸收的瞬时功率。 瞬时功率大于零，表示二端元件/网络吸收能量 瞬时功率小于零，表示二端元件/网络释放能量 关于电源与负载 当元件吸收的功率为正或释放的功率为负，称元件为负载。反之，则称元件为电源。 1-3 基尔霍夫定律KCL / KVL 基尔霍夫定律是分析、计算电路的基本依据 电路分析中的基本术语 支路：每一个二端元件构成一个支路。 节点：每个支路的端点叫做节点。两个或两个以上的支路接于一点时，此连接点只算作1个节点。 简单节点：仅仅关联两个支路的节点。 回路：由若干支路构成的，其中每一个节点只与两条支路相连接的闭合路径。 网孔：内部不含其余支路的回路称作网孔。 支路、节点、回路、网孔 基尔霍夫电流定律（KCL） KCL是电荷守恒法则运用于集总电路的结果，反映电路中各支路电流间的约束关系。 KCL的一般描述 对于任一集总参数电路中的任一节点，在任意时刻，流入(或流出)该节点的所有支路电流的代数和为零。 KCL的数学描述 基尔霍夫电流方程，或节点电流方程 KCL示例 基尔霍夫电压定律（KVL） KVL是能量守恒法则和电荷守恒法则运用于集总电路的结果，反映电路中各支路电压间的约束关系。 KVL的一般描述 对于任一集总参数电路中的任一回路，在任意时刻，沿着该回路所有支路电压的代数和为零。 KVL的数学描述 基尔霍夫电压方程，或回路电压方程 KVL示例 1-4 电阻元件 电阻元件(电阻) 电阻元件是从实际电阻器抽象出来的模型，反映电阻器对电流呈现阻力的性能。 电阻元件的基本属性：“耗能” 电阻的表示 以符号R表示，电阻值单位：欧姆(Ohm) 以符号G表示，电导值单位：西门子(Seimens) 电阻与电导关系： 电阻元件 电阻元件的U-I特性 U-I特性：亦称伏安特性，反映元件电压与电流的关系。 电阻元件在任一时刻的电压值(电流值)仅取决于电阻值和电阻元件的瞬时电流值（电压值），与其余时刻的电