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Chap. 2 Circuit Elements

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Contents

2.1 Voltage and Current Sources

2.2 Electrical Resistance (Ohm’s Law)

2.3 Construction of a Circuit Model

2.4 Kirchhoff’s Laws

2.5 Analysis of a Circuit Containing

Dependent Sources

Objectives

1. 瞭解理想的基本電路元件的符號與特性：獨立電壓與

電流源、相依電壓與電流源、電阻器。

2. 能知道歐姆定律、克希荷夫電流定律、克希荷夫電壓

定律的使用情況，並利用此三種定律來分析簡易電路。

3. 瞭解如何計算簡易電路中各元件的功率，並且能夠判

斷整個電路是否保持功率守恆。

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2.1 Voltage and Current Sources

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電源(electrical source) ：

  1. 可將非電能轉為電能或將電能轉為非電能的一種裝置。
  2. 具有提供功率或是吸收功率的特質。
  3. 通常將理想電壓源及理想電流源當成電路的基本元件。

理想電壓源(ideal voltage source) :

不論流過其端點之電流大小為何，而其兩端電壓維持在規定值的電路元件。

理想電流源(ideal current source) :

不論兩端電壓多大，在其兩端內之電流維持在規定值的電路元件。

獨立電源(independent source) :

會依規定供給電路電壓或電流值，不需仰賴電路中的其他電壓或電流。

獨立電壓源 獨立電流源

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2.1 Contd.

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相依電源(dependent source)或

受控電源(controlled sources):

所提供給電路的電壓或電流值，需仰賴電路中的其他電壓或電流。

相依電壓源 相依電流源

主動元件(active element) :

能產生電能的裝置，如電源。

被動元件(passive element) :

不能產生電能的裝置，如電阻器、電感器及電容器。

1. 相依電源通常用菱形符號來表示

  1. 電壓源以極性+-標示，電流源以方向🡪標示。
  2. 因受電路中其他電壓或電流所控制，共有四種組合，如右圖所示。

VCVS

VCCS

CCVS

CCCS

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EX 2.1 Testing Interconnections of Ideal Sources

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Connection (a) is valid.

Connection (b) is valid.

​

Connection (c) is not permissible.

​

Connection (d) is not permissible.

​

Connection (e) is valid.

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EX 2.2 Testing Interconnections of Ideal Independent � & Dependent Sources

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Connection (a) is invalid.

Connection (b) is valid.

​

Connection (c) is valid.

​

Connection (d) is invalid.

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Assessment Problems 2.1

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a) What value of vg is required in order for the interconnection to be valid?

b) For this value of vg , find the power associated with the 8 A source.

ANSWER: (a) −2 V; (b) −16 W (16 W delivered).

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2.2 Electrical Resistance (Ohm’s Law)

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電阻(resistance) :

阻礙電流流動的物質特性，以R表示，單位為Ω 。

電阻器(resistor):

具電阻特性之電路元件。

電阻器

Ohm’s Law (歐姆定律)

Passive

Sign

Convention!

電導(conductance):

電阻的倒數，以G表示，單位為S，以往以姆歐為單位( )。

Ω

Power in a Resistor

理想電阻器的電阻值不隨時間改變，而實際電阻器則會隨時間改變；

若在分析電路時，實際元件偏離值不多時，都可用理想電阻器取代。

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EX 2.3 Calculating Voltage, Current, and Power

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2.3 Construction of a Circuit Model

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EX 2.4 Constructing a Circuit Model of a Flashlight

Short circuit

Open circuit

Switch

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EX 2.5 Construction of a Circuit Model Based on � Terminal Measurements

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2.4 Kirchhoff’s Laws

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Kirchhoff’s Current Law (KCL)

端點(terminal): 電路元件的兩端; 節點(node): 二個以上電路元件相連的地方

The algebraic sum of all the currents at any node in a circuit equals zero.

(電路中與任一節點連結之所有電流的代數和為零)

電流需有代表方向的代數符號， 若將流入節點的電流定為正號，那麼流出節點就是負號。反之，若將流出節點的電流定為正號，那麼流入節點就是負號。

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2.4 Contd. (KVL)

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Kirchhoff’s Voltage Law (KVL)

The algebraic sum of all the voltages around any closed path or loop in a circuit equals zero.

(電路中在任一封閉路徑或迴路經過的所有電壓之代數和為零)

封閉路徑或迴路(closed path or loop) :

指從某一節點開始，沿著選定的電路元件回到起點，且其間之節點只許經過一次。

若電壓下降為正號，那麼電壓上升就為負號；

若電壓下降為負號，那麼電壓上升就為正號。

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EX 2.6 Using KCL

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EX 2.7 Using KVL

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EX 2.8 Applying Ohm’s Law and Kirchhoff’s Laws

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(KCL)

(KVL & Ohm’s law)

Also,

(power supplied = power absorbed)

Power Balanced

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EX 2.9 Constructing a Circuit Model Based on � Terminal Measurements

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2.5 Analysis of a Circuit Containing Dependent Sources

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◆ Once we know io , we can calculate vo using Ohm’s law.

◆ Once we know iΔ , we also know the current of the dependent source 5 iΔ.

◆ The current in the 500 V source is iΔ.

(KVL & Ohm’s law)

(KCL)

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EX 2.10 Applying Ohm’s Law and Kirchhoff’s Laws

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  • 2 loops, 2 unknowns io & iS (vo = 3 io)

(KVL & Ohm’s law)

(KVL & Ohm’s law)

Check!

OK!

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EX 2.11 An Amplifier Circuit

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(KVL & Ohm’s law)

(KCL)

(Controlling variable)

Amplifier