第1章电路的概念和分析方法精选文档.ppt

第1章电路的概念和分析方法1本讲稿第一页，共五十六页电源返 回下一页上一页下一节US1.1 电路与电路模型电路与电路模型电路电路:电流的通路电流的通路,是为了某种需要，由某些电工设备是为了某种需要，由某些电工设备 或元件按一定方式组合而成。或元件按一定方式组合而成。本讲稿第二页，共五十六页一一.电路的组成电路的组成电源：电源：将非电能转换成电能的装置将非电能转换成电能的装置(干电池、蓄电池、发电机干电池、蓄电池、发电机)中间环节：中间环节：把电源与负载连接起来的部分把电源与负载连接起来的部分(连接导线、开关连接导线、开关)负载：负载：将电能转换成非电能的用电设备将电能转换成非电能的用电设备(电灯、电炉、电动机电灯、电炉、电动机)1.1.1 电路的组成和作用电路的组成和作用3本讲稿第三页，共五十六页二二.电路的作用电路的作用1.电能传输和转换电能传输和转换发电机发电机升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器电灯电炉电灯电炉热能热能,水能水能,核能转电核能转电能能传输分配电能传输分配电能电能转换为电能转换为光能光能,热能热能和机械能和机械能4本讲稿第四页，共五十六页2.信号的传递和处理信号的传递和处理放大器放大器话筒话筒扬声器扬声器将语音转换为电信号将语音转换为电信号(信号源信号源)信号转换和放大信号转换和放大,信号处理信号处理(中间环节中间环节)接受转换信号的设备接受转换信号的设备(负载负载)t1：热端：热端：热端：热端t2：冷端冷端冷端冷端mVt1t2热电偶热电偶本讲稿第五页，共五十六页 将实际元件理想化，由理想化的电路元件组成的电路将实际元件理想化，由理想化的电路元件组成的电路,就是实就是实际电路的电路模型，它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。际电路的电路模型，它是对实际电路电磁性质的科学抽象和概括。RU例如：例如：手电筒的电路模型手电筒的电路模型理想化导理想化导线线理想化元件理想化元件电阻电阻今后我们分析的都是今后我们分析的都是电路模型，电路模型，简称简称电路。电路。1.1.2 电路模型电路模型电路元件电路元件电阻元件电阻元件电感元件电感元件电容元件电容元件电源元件电源元件E+_R0+_U干电池干电池I开关开关6本讲稿第六页，共五十六页电电池池灯灯泡泡负载负载电源电源1.2 电压与电流的参考方向电压与电流的参考方向 电流电流I、电压、电压U和电动势和电动势E是电路的基本物理量，是电路的基本物理量，其方向用箭标或其方向用箭标或+、-来表示。来表示。IRUE+_R0+_U7本讲稿第七页，共五十六页电路中物理量的正方向电路中物理量的正方向物理量的物理量的正方向正方向：实际正方向实际正方向假设正方向假设正方向实际正方向实际正方向：物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。假设正方向假设正方向（参考正方向）：（参考正方向）：在分析计算时，对电量人为规定的方向。在分析计算时，对电量人为规定的方向。8本讲稿第八页，共五十六页物理量的实际正方向物理量的实际正方向9本讲稿第九页，共五十六页1.1.2 电流参考方向电流参考方向电流方向电流方向正电荷运动方向正电荷运动方向（实际方向）。（实际方向）。电流参考方向电流参考方向任选一方向为电流正方向。任选一方向为电流正方向。例：例：II正值正值负值负值例：例：Iab =-Iba10本讲稿第十页，共五十六页1.2.2 电压参考方向电压参考方向电压方向电压方向由高电位端指向低电位端。由高电位端指向低电位端。（实际方向）（实际方向）电压参考方向电压参考方向任选一方向为电压正方向。任选一方向为电压正方向。电压表示方法：电压表示方法：U+-UabUabUab =-Uba关联正方向：关联正方向：UI关联正方向关联正方向UI非关联正方向非关联正方向11本讲稿第十一页，共五十六页aIRUb功率的概念功率的概念：设电路任意两点间的电压为：设电路任意两点间的电压为 U,流入此流入此 部分电路的电流为部分电路的电流为 I，则这部分电路消耗的功率为则这部分电路消耗的功率为:功率有无正负？功率有无正负？如果如果U I方向不一方向不一致结果如何？致结果如何？1.2.3 1.2.3 电功率电功率12本讲稿第十二页，共五十六页在在 U、I 正正方向选择一致的前提下：方向选择一致的前提下：IRUab或或IRUab“吸收功率吸收功率”（负载）（负载）“发出功率发出功率”（电源）（电源）若若 P=UI 0若若 P=UI 0根据能量守衡关系根据能量守衡关系P（吸收）（吸收）=P（发出）（发出）所以，从所以，从 P 的的 +或或 -可以区分器件的性质，可以区分器件的性质，或是或是消耗电功率消耗电功率，或是，或是发出电功率发出电功率。13本讲稿第十三页，共五十六页电源与负载的判别方法电源与负载的判别方法分析电路时，分析电路时，如何判别哪个元件是电源？哪个是负载？如何判别哪个元件是电源？哪个是负载？当当U和和I 的参考方向与实际方向的参考方向与实际方向一致时：一致时：U和和I的实际方向的实际方向相反相反，电，电流从端流从端流出流出，发出发出功率功率电源电源负载负载U和和I的实际方向的实际方向相同相同，电，电流从端流从端流入流入，吸收吸收功率功率I IU Ua ab b+-I IR RU Ua ab bI IR RU Ua ab b14本讲稿第十四页，共五十六页*欧姆定律欧姆定律*U和和 I 为关联正方向时：为关联正方向时：U和和 I 为非关联正方向时：为非关联正方向时：线性电阻：线性电阻：遵循欧姆定律的电阻，其阻值的遵循欧姆定律的电阻，其阻值的大小和电流电压无关。大小和电流电压无关。15本讲稿第十五页，共五十六页电路分析中的电路分析中的假设假设正方向正方向（参考方向）（参考方向）问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？的实际方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？E1ABRE2IR16本讲稿第十六页，共五十六页上式表明电阻将全部电能消耗掉，转换成热能。上式表明电阻将全部电能消耗掉，转换成热能。1.3.1 电阻元件电阻元件iu+_R图中图中 u 和和 i 参考方向相同，根据欧姆定参考方向相同，根据欧姆定律得出律得出u=RiR=ui电阻元件的参数电阻元件的参数电阻对电流有阻碍作用电阻对电流有阻碍作用将将 u=Ri 两边同乘以两边同乘以 i，并积分之，则得，并积分之，则得 R 是耗能元件是耗能元件1.3 无源电路元件无源电路元件本讲稿第十七页，共五十六页i安安(A)韦伯韦伯(Wb)亨利亨利(H)N电感电感+u 1.3.2 电感元件电感元件 L=iN 在图示在图示 u、i、e 假定参考方向的前提下，当通过线圈的假定参考方向的前提下，当通过线圈的磁通磁通或或 i 发生发生变化变化时，线圈中产生感应电动势为时，线圈中产生感应电动势为d dt eL=Ndi dt=LL+uieL+L 称为电感或自感。线圈的匝数越多，其电感越称为电感或自感。线圈的匝数越多，其电感越大；线圈单位电流中产生的磁通越大，电感也越大。大；线圈单位电流中产生的磁通越大，电感也越大。本讲稿第十八页，共五十六页P 0,L 把电能转换为磁场能，吸收功率。把电能转换为磁场能，吸收功率。P 0,L 把磁场能转换为电能，放出功率。把磁场能转换为电能，放出功率。L 是储能元件是储能元件根据根据 KVL 可写出可写出电压电流关系电压电流关系L+uieL+或或瞬时功率瞬时功率储存的磁场能储存的磁场能在直流稳态时，电感相当于短路。在直流稳态时，电感相当于短路。本讲稿第十九页，共五十六页伏伏(V)库仑库仑(C)法拉法拉(F)1.3.3 电容元件电容元件电容元件的参数电容元件的参数iu+C 当通过电容的当通过电容的电荷量电荷量或或电压电压 发生发生变化变化时，则在电容中引起时，则在电容中引起电流电流在直流稳态时，在直流稳态时，I=0，电容隔直流。，电容隔直流。储存的电场能储存的电场能 C 是储能元件是储能元件本讲稿第二十页，共五十六页UR1R2LCR1UR2U为直流电压时，以上为直流电压时，以上电路等效为电路等效为注意注意 L、C 在不同电路中的作用在不同电路中的作用对于直流电路对于直流电路：电感电感 L 相当于短路（短接相当于短路（短接）；）；电容电容 C 相当于断路（断开）。相当于断路（断开）。本讲稿第二十一页，共五十六页电路元件电路元件无源元件无源元件电阻、电容、电感。电阻、电容、电感。有源元件有源元件独立电源、受控电源独立电源、受控电源。独立电源独立电源电压源电压源电流源电流源一、电压源一、电压源定义：能够独立产生电压的电路元件。定义：能够独立产生电压的电路元件。电压源电压源 实际电压源实际电压源理想电压源理想电压源1.4 有源电路元件有源电路元件22本讲稿第二十二页，共五十六页1.1.理想电压源（恒压源）理想电压源（恒压源）:RO=0 时的电压源时的电压源.特点特点：（3）电源中的电流由外电路决定。）电源中的电流由外电路决定。IE+_abUab伏安特性伏安特性IUabE（2）电源内阻为）电源内阻为 “0”（1）理想电压源的端电压恒定）理想电压源的端电压恒定23本讲稿第二十三页，共五十六页恒压源中的电流由外电路决定恒压源中的电流由外电路决定设设:E=10VIE+_abUab2 R1当当R1 R2 同时接入时：同时接入时：I=10AR22 例例 当当R1接入时接入时：I=5A则：则：24本讲稿第二十四页，共五十六页恒压源特性中不变的是：恒压源特性中不变的是：_E恒压源特性中变化的是：恒压源特性中变化的是：_I_ 会引起会引起 I 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变I 的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化，或者是或者是_ 的变化。的变化。大小大小方向方向+_I恒压源特性小结恒压源特性小结EUababR25本讲稿第二十五页，共五十六页2、实际电压源、实际电压源伏安特性伏安特性电压源模型电压源模型IUEUIRO+-E绝对不允许把电流表直接接绝对不允许把电流表直接接到电源两端去测量输出电流到电源两端去测量输出电流注意：注意：26本讲稿第二十六页，共五十六页1、理想电流源（恒流源、理想电流源（恒流源):RO=时的电流源。时的电流源。abIUabIsIUabIS伏伏安安特特性性二、电流源：二、电流源：能够独立产生电流的元件。能够独立产生电流的元件。特点特点：（1）输出电流恒定）输出电流恒定（3）输出电压由外电路决定。）输出电压由外电路决定。（2）理想电流源内阻为无穷大）理想电流源内阻为无穷大27本讲稿第二十七页，共五十六页恒流源两端电压由外电路决定恒流源两端电压由外电路决定IUIsR设设:IS=1 A R=10 时，时，U=10 V。R=1 时，时，U=1 V。则则:例例28本讲稿第二十八页，共五十六页恒流源特性小结恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：恒流源特性中不变的是：_Is恒流源特性中变化的是：恒流源特性中变化的是：_Uab_ 会引起会引起 Uab 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变Uab的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化，或者是或者是 _的变化。的变化。大小大小方向方向 理想恒流源两端理想恒流源两端可否被短路可否被短路？abIUabIsR29本讲稿第二十九页，共五十六页电压源中的电流电压源中的电流如何决定如何决定？电流电流源两端的电压等源两端的电压等于多少于多少？例例IE R_+abUab=?Is原则原则：Is不能变，不能变，E 不能变。不能变。电压源中的电流电压源中的电流 I=IS恒流源两端的电压恒流源两端的电压30本讲稿第三十页，共五十六页2.实际电流源实际电流源ISROabUabIIsUabI外外特特性性 电电流流源源模模型型RORO越大越大特性越陡特性越陡31本讲稿第三十一页，共五十六页1、理想电源串、并联的化简、理想电源串、并联的化简电压源串联：电压源串联：电流源并联：电流源并联：（电压源不能并联）（电压源不能并联）（电流源不能串联）（电流源不能串联）三、三、电压源和电流源的等效变换电压源和电流源的等效变换 32本讲稿第三十二页，共五十六页等效互换的条件等效互换的条件:对外的电压电流相等对外的电压电流相等(外特性相等）外特性相等）。I=I Uab=Uab即：即：IRO+-EbaUabISabUabI RO2、电压源和电流源的等效变换、电压源和电流源的等效变换33本讲稿第三十三页，共五十六页等效互换公式：等效互换公式：IRO+-EbaUabISabUabIRO则则I=I Uab=Uab若若34本讲稿第三十四页，共五十六页aE+-bIUabRO电压源电压源电流源电流源UabROIsabI 35本讲稿第三十五页，共五十六页等效变换的注意事项等效变换的注意事项(1)“等效等效”是指是指“对外对外”等效（等效互换前后对外伏等效（等效互换前后对外伏-安特安特性一致），对内不等效。性一致），对内不等效。IsaRObUabI RLaE+-bIUabRORLRO中不消耗能量中不消耗能量RO中则消耗能量中则消耗能量对内不等效对内不等效对外等效对外等效时时例如：例如：36本讲稿第三十六页，共五十六页(2)注意转换前后注意转换前后 E 与与 Is 的方向。的方向。aE+-bIROE+-bIROaIsaRObIaIsRObI37本讲稿第三十七页，共五十六页(3)恒压源和恒流源不能等效互换。恒压源和恒流源不能等效互换。abIUabIsaE+-bI（不存在不存在）38本讲稿第三十八页，共五十六页(4)进行电路计算时：进行电路计算时：恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均 可等效变换；可等效变换；与恒压源并联的电路元件，对恒压源向外电路与恒压源并联的电路元件，对恒压源向外电路 提供的电压没有影响，故可以等效为恒压源；提供的电压没有影响，故可以等效为恒压源；与恒流源串联的电路元件，对恒流源向外电路与恒流源串联的电路元件，对恒流源向外电路 提供的电流没有影响，故可等效为恒流源。提供的电流没有影响，故可等效为恒流源。电阻电阻R0和和R0 不一定是电源内阻；不一定是电源内阻；39本讲稿第三十九页，共五十六页理想电压源并联元件的化简理想电压源并联元件的化简aE+-bIsaE+-baE+-bRO40本讲稿第四十页，共五十六页Isab RIsab EIs+-ab理想电流源串联元件的化简理想电流源串联元件的化简41本讲稿第四十一页，共五十六页R1R3IsR2R5R4I3I1I应应用用举举例例-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?42本讲稿第四十二页，共五十六页(接上页接上页)IsR5R4IR1/R2/R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I43本讲稿第四十三页，共五十六页+RdEd+R4E4R5I-(接上页接上页)ISR5R4IR1/R2/R3I1+I344本讲稿第四十四页，共五十六页10V+-2A2 I讨论题讨论题哪哪个个答答案案对对?+-10V+-4V2 45本讲稿第四十五页，共五十六页三、受控电源三、受控电源独立电源：独立电源：指电压源的电压或电流源的电流不受外电路的控制而独指电压源的电压或电流源的电流不受外电路的控制而独立存在的电源。立存在的电源。受控源的特点：受控源的特点：当控制电压或电流消失或等于零时，受控源的电压当控制电压或电流消失或等于零时，受控源的电压或电流也将为零。或电流也将为零。受控电源：受控电源：指电压源的电压或电流源的电流受电路中其它部分的电指电压源的电压或电流源的电流受电路中其它部分的电流或电压控制的电源。流或电压控制的电源。对含有受控源的线性电路，可用前面所讲的电路分析方法进行分对含有受控源的线性电路，可用前面所讲的电路分析方法进行分析和计算析和计算，但要考虑受控的特性。，但要考虑受控的特性。应用：用于晶体管电路的分析。应用：用于晶体管电路的分析。应用：用于晶体管电路的分析。应用：用于晶体管电路的分析。本讲稿第四十六页，共五十六页U1压控电压源压控电压源+-+-E压控电流源压控电流源U1I2流控电流源流控电流源I2I1I1+-流控电压源流控电压源+-E受控源分类受控源分类本讲稿第四十七页，共五十六页48 用来描述电路中各部分电用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系的压或各部分电流间的关系的定律。定律。术语：术语：网孔：网孔：不包含任何支路的回路不包含任何支路的回路支路：支路：电路中每一个分支电路中每一个分支 （一个支路流过一个电流）（一个支路流过一个电流）节点：节点：三个或三个以上支路的联结点三个或三个以上支路的联结点回路：回路：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律E1abR1E2R3R2I1I2I3#1#2#3本讲稿第四十八页，共五十六页49支路：支路：ab、ad、.（共（共6条）条）回路：回路：abda、bcdb、.（共（共7 个）个）节点：节点：a、b、.(共共4个）个）例例I2I3I1I6I5I4E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcd-网孔：？个网孔：？个3个个本讲稿第四十九页，共五十六页50 对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和出的电流。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为为 0。I1I2I3I4基氏电流定律的基氏电流定律的依据依据：电流的连续性：电流的连续性 I=0即：即：或：或：(流入节点为正，流出节点为负流入节点为正，流出节点为负)1.5.1 1.5.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律（KCL)例例本讲稿第五十页，共五十六页51电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例例I1+I2=I3例例I=0基氏电流定律的扩展基氏电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R本讲稿第五十一页，共五十六页52 对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降之对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降之和，即电压的代数和为和，即电压的代数和为 0。例如：例如：回路回路 a-d-c-a电位升电位升电位降电位降即：即：或：或：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-1.5.2 1.5.2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)(KVL)本讲稿第五十二页，共五十六页53电位升电位升电位降电位降基氏电压定律也适合开口电路：基氏电压定律也适合开口电路：例例E+_RabUabI应用基尔霍夫定律和欧姆定律列写电路方程时，首先要在电路应用基尔霍夫定律和欧姆定律列写电路方程时，首先要在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向。图上标出电流、电压或电动势的参考方向。注意：注意：本讲稿第五十三页，共五十六页54基尔霍夫电流方程基尔霍夫电流方程：节点节点a：节点节点b：基尔霍夫电压方程基尔霍夫电压方程：#1#2#3E2I1I2I3#1#2#3a+-R1R3R2+_bE1 利用基尔霍夫定律列出利用基尔霍夫定律列出图示电路的节点电流方程和图示电路的节点电流方程和回路电压方程。回路电压方程。本讲稿第五十四页，共五十六页55求：求：I1、I2、I3 能否很快说出结果能否很快说出结果？1+-3V4V1 1+-5VI1I2I3讨论题讨论题本讲稿第五十五页，共五十六页第一章（1）56本讲稿第五十六页，共五十六页