第一章电路模型和电路定律ppt课件.ppt

《第一章电路模型和电路定律ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一章电路模型和电路定律ppt课件.ppt（55页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、电 路,基本内容,对电路中的电压、电流、电荷、磁通、能量和功率等物理量进行分析，探讨电路的基本定律和定理，并讨论各种计算方法，为电类专业学生建立必要的理论基础。,学习方法,（1）提高课堂上的学习效率；,（2）注重基本概念的理解并灵活运用；,（3）多做习题，必须独立完成作业；,（4）及时交流和沟通；,（5）注重实验环节；,电 路,几点要求,（1）按时上课；,（2）课堂上认真听讲，重点内容要做笔记；,（4）实验要预习，认真完成实验。,（3）认真完成作业，要“抄题”、要“画图”，所用的参数在图上标明变量和方向；,1. 电压、电流的参考方向,3. 基尔霍夫定律,重点,第一章 电路元件和电路定律,2.

2、电路元件特性,（Circuit Elements and Circuit Laws）,下 页,1.1 电路和电路模型（model),1. 实际电路,功能,a 能量的传输、分配与转换；,由电工设备和电气元器件按预期目的连接，构成电流的通路。,b 信息的传递与处理。,名词,电源：,提供电能或电信号的器件,也称之为“激励”,负载：,用电设备。消耗、存储能量,响应：,各支路的电压和电流,下 页,反映实际电路器件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。,2. 电路模型 (Circuit Model),电路图,理想电路元件,具有某种确定的电磁性质,电路模型,具有精确的数学定义。,下 页,上 页,几种基本的理

3、想电路元件：,电阻元件：表示消耗电能的元件,电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件,电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件,电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件,注,（1） 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一模型表示；,下 页,上 页,（2）同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可以有不同的形式。,例,3. 集总参数电路,由集总元件构成的电路,集总元件,假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行,集总条件,从一端流入的电流等于另一端流出的电流，,下 页,上 页,两个端子之间的电压为单值量。,1.2 电流和电压的参考方向 (Reference Dir

4、ection),电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。,1. 电流的参考方向 (Current Reference Direction),电流,电流强度,带电粒子有规则的定向运动，形成电流,单位时间内通过导体横截面的电荷量,下 页,上 页,方向,规定正电荷的运动方向为电流的实际方向,单位,1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A,A（安培） kA、mA、A,元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:,实际方向,实际方向,A,A,B,B,问题,复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很

5、难事先判断。,下 页,上 页,参考方向,i 参考方向,任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。,i 参考方向,i 参考方向,i 0,i 0,实际方向,实际方向,电流的参考方向与实际方向的关系,下 页,上 页,电流参考方向的两种表示：, 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。, 用双下标表示：如 iAB , 电流的参考方向由A指向B。,i,iAB,下 页,上 页,V (伏)、kV、mV、V,2. 电压的参考方向 (Voltage Reference Direction),单位正电荷 q 从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小,电位,单位正电荷q 从电路中一点移至参考点（0）时电

6、场力做功的大小,实际电压方向,电位真正降低的方向,下 页,上 页,电压U,单位,例,已知：4C正电荷由a 点均匀移动至b点电场力做功8J，由b点移动到c点电场力做功为12J。 (1) 若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压Uab、Ubc ; (2) 若以c点为参考点，再求以上各值。,解,(1),以b点为电位参考点,下 页,上 页,解,(2),电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中 各点的电位值就是唯一的；当选择不同的电位参考点时， 电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。,结论,以c点为电位参考点,下 页,上 页,问题,复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往

7、不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。,电压(降)的参考方向,假设的电压降方向,下 页,上 页,电压参考方向的三种表示方式：,(1) 用箭头表示,(2) 用正负极性表示,(3) 用双下标表示,U,U,+,UAB,下 页,上 页,元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。,关联参考方向,非关联参考方向,3.关联参考方向,i,+,+,i,U,U,下 页,上 页,注,(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。,(2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。,(3) 参考方向不同时，其表达式相差一负

8、号，但实际 方向不变。,例,电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？,答： A 电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。,下 页,上 页,1.3 电路元件的功率 (Power),1. 电功率,功率的单位：W (瓦) (Watt，瓦特),能量的单位： J (焦) (Joule，焦耳),单位时间内电场力所做的功。,下 页,上 页,2. 电路吸收或发出功率的判断,（1）u, i 取关联参考方向,P = u i 表示元件吸收的功率,P 0 吸收正功率 (实际吸收),P 0 吸收负功率 (实际发出),P = u i 表示元件发出的功率,P 0 发出正功率

9、 (实际发出),P 0 发出负功率 (实际吸收),（2） u, i 取非关联参考方向,下 页,上 页,吸,发,例,求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功率。已知： U1=1V, U2=3V, U3=8V, U4=4V, U5=7V, U6=3V I1=2A, I2=1A, I3= 1A,解,注,对一完整的电路，发出的功率消耗的功率,下 页,上 页,1.5 电阻元件 (Resistor),2. 线性电阻元件,电路符号,电阻元件,对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用ui平面的一条曲线来描述：,任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。,1. 定义,伏安 特性,下 页,上 页,ui 关系,R 称为

10、电阻，单位： (欧) (Ohm，欧姆),满足欧姆定律 (Ohms Law),单位,G 称为电导，单位：S(西) (Siemens，西门子),u、i 取关联参考方向,伏安特性为一条过原点的直线,下 页,上 页,(2) 如电阻上的电压与电流参考方向非关联 公式中应冠以负号,注,(3) 线性电阻是无记忆、双向性的元件,欧姆定律,(1) 只适用于线性电阻 ( R 为常数）,则欧姆定律写为：,u R i i G u,公式和参考方向必须配套使用！,下 页,上 页,+,3. 功率和能量,上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。,功率,下 页,上 页,可用功表示。从 t0 到 t 时刻电阻消耗的能量：,

11、能量,4. 电阻的开路与短路,短路,下 页,上 页,线性电阻元件的电流无论为何值时，其两端电压均为零。,开（断）路,线性电阻元件的端电压无论为何值时，其电流均为零。,1.6 电源元件 (Independent Source),元件两端电压总能保持定值或是一定的时间函数，其电压值与流出的电流 i 无关，这样的元件叫做理想电压源。,电路符号,1. 理想电压源,定义,下 页,上 页,电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。,通过电压源的电流由电源及外 电路共同决定。,理想电压源的电压、电流关系,伏安关系,例,外电路,电压源不能短路！,下 页,上 页,电压源的功率,电场

12、力做功 ， 电源吸收功率。,（1） 电压、电流的参考方向非关联,电流（正电荷 ）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。,发出功率，起电源作用,（2） 电压、电流的参考方向关联,吸收功率，充当负载,下 页,上 页,例,计算图示电路各元件的功率。,解,满足：P（发）P（吸）,下 页,上 页,实际电压源,考虑内阻,伏安特性,一个好的电压源要求,下 页,上 页,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。,输出电流总能保持定值或一定的时间函数，且电流大小与它的两端电压u 无关。,电路符号,2. 理想电流源,定义,(1) 电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路

13、无关；与它两端电压方向、大小无关,电流源两端的电压由电流源及外电路共同决定。,理想电流源的电压、电流关系,伏安关系,下 页,上 页,例,外电路,电流源不能开路！,实际电流源的产生,可由稳流电子设备产生，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被激发产生定值的电流等。,下 页,上 页,电流源的功率,（1） 电压、电流的参考方向非关联,发出功率，起电源作用,（2） 电压、电流的参考方向关联,吸收功率，充当负载,下 页,上 页,例,计算图示电路各元件的功率。,解,满足：P（发）P（吸）,下 页,上 页,实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。,实际电流源,考

14、虑内阻,伏安特性,一个好的电流源要求,下 页,上 页,1.7 受控电源 (非独立源) (Controlled Source or Dependent Source),电压源电压（或电流源电流）的大小和方向不是定值或给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压(或电流)控制，这类电源称之为受控源。,电路符号,受控电压源,1. 定义,受控电流源,下 页,上 页,(1) 电流控制的电流源 ( CCCS ), : 电流放大倍数,根据控制量和被控制量是电压 u 或电流 i ，受控源可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被 控制量是电流时，用受控电流源表示。,2. 分类,输出：受控部分,输入

15、：控制部分,下 页,上 页,g: 转移电导,(2) 电压控制的电流源 ( VCCS ),(3) 电压控制的电压源 ( VCVS ),: 电压放大倍数,下 页,上 页,(4) 电流控制的电压源 ( CCVS ),r : 转移电阻,例,电路模型,下 页,上 页,3. 受控源与独立源的比较,(1) 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)由控制量决定。,(2) 独立源在电路中起“激励”作用，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控制关系，在电路中不能作为“激励”。,例,求：电压u2。,解,下 页,上 页,1.8 基尔霍夫定律 ( Kir

16、chhoffs Laws ),基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律 ( KCL )和基尔霍夫电压定律( KVL )。它反映了电路元件连接之后所有支路电压和电流应遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。,下 页,上 页,基尔霍夫定律与VCR 构成了电路分析的基础。,VCR,KCL、KVL,元件特性,连接结构,1. 几个名词,电路中通过同一电流的分支。(b),三条或三条以上支路的连接点称为结点。,b=3,a,n=2,b,（1）支路 (branch),电路中每一个二端元件就叫一条支路,(2) 结点 (node),b=5,下 页,上 页,两个结点之间至少有一个电路元件。,由支路组成的闭合路径。( l

17、 ),两结点间的一条通路。由支路构成。,对于平面电路，其内部不含任何支路的回路称为网孔。,l=3,3,(3) 路径(path),(4) 回路(loop),(5) 网孔(mesh),网孔是回路，但回路不一定是网孔,下 页,上 页,2. 基尔霍夫电流定律 (KCL),令流出为“+”，有：,例,在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出（或流入）该结点电流的代数和等于零。,流进的电流等于流出的电流,下 页,上 页,例,三式相加得：,表明KCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面,明确,（1） KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任 意结点处的反映；,（2） KCL是对支路电流施加的约束，与

18、支路上接的是 什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,（3）KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际 方向无关。,下 页,上 页,（2）选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。,在集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕 行，各元件电压的代数和等于零。,（1）标定各元件电压参考方向,或：,下 页,上 页,3. 基尔霍夫电压定律 (KVL),例,KVL也适用于电路中任一假想的回路,明确,（1） KVL的实质反映了电路遵 从能量守恒定律;,（2） KVL是对回路电压施加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,（3）KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际 方向无关。,下 页,上 页,4. KCL、KVL小结,(1) KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路电压的线性约束。,(2) KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。,(3) KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)。,(4) KCL、KVL只适用于集总参数的电路。,下 页,上 页,思考,下 页,上 页,下 页,上 页,下 页,上 页,解,解,下 页,上 页,解,下 页,上 页,解,选择参数可以得到电压和功率放大。,上 页,