电路五义一课程学习.pptx

会计学1电路电路(dinl)五义一五义一第一页，共69页。引 言l课程(kchng)的意义工程(gngchng)意义；理论(lln)电工路场电路磁路集中参数电路分布参数电路分析综合l课程的性质和地位电类专业的技术基础课l学习内容l学习方法l参考书理论意义第1页/共69页第二页，共69页。1.电压、电流的参考(cnko)方向3.基尔霍夫定律(dngl)l 重点(zhngdin)：第1章 电路元件和电路定律(circuit elements)(circuit laws)2.电路元件特性第2页/共69页第三页，共69页。1.1 电路(dinl)和电路(dinl)模型（model)1.实际(shj)电路功能(gngnng)a 能量的传输、分配与转换；b 信息的传递与处理。共性建立在同一电路理论基础上由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。第3页/共69页第四页，共69页。反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件(yunjin)及其组合。导线(doxin)电池(dinch)开关灯泡2.电路模型 (circuit model)电路图l理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件l电路模型第4页/共69页第五页，共69页。几种(j zhn)基本的电路元件：电阻(dinz)元件：表示消耗电能的元件电感元件(yunjin)：表示产生磁场，储存磁场能量的元件(yunjin)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l 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；l 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第5页/共69页第六页，共69页。例3.集总参数(cnsh)电路由集总元件(yunjin)构成的电路集总元件(yunjin)假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行集总条件注集总参数电路中u、i可以是时间的函数，但与空间坐标无关第6页/共69页第七页，共69页。1.2 电流(dinli)和电压的参考方向 (reference direction)电路中的主要物理量有电压、电流(dinli)、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(dinli)、电压和功率。1.电流的参考(cnko)方向(current reference direction)l电流l电流强度带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷量第7页/共69页第八页，共69页。l 方向(fngxing)规定正电荷的运动方向为电流(dinli)的实际方向l 单位(dnwi)1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（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AABB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难事先判断第8页/共69页第九页，共69页。l参考(cnko)方向i 参考(cnko)方向大小(dxio)方向电流(代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。ABi 参考方向i 参考方向i 0i 0实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：AABB第9页/共69页第十页，共69页。电流参考方向(fngxing)的两种表示：用箭头表示：箭头的指向为电流的参考(cnko)方向。用双下标表示：如 iAB,电流的参考方向(fngxing)由A指向B。第10页/共69页第十一页，共69页。l电压(diny)Ul 单位(dnwi)：V(伏)、kV、mV、V2.电压(diny)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l 电位单位正电荷q 从电路中一点移至参考点（0）时电场力做功的大小l 实际电压方向 电位真正降低的方向第11页/共69页第十二页，共69页。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(din wi)和电压Uab、U bc;(2)若以c点为参考点，再求以上各值ac解b(1)以b点为电位(din wi)参考点第12页/共69页第十三页，共69页。abc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(wi y)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(jiln)以c点为电位(din wi)参考点第13页/共69页第十四页，共69页。问题(wnt)复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别(pnbi)，给实际电路问题的分析计算带来困难。l 电压(降)的参考(cnko)方向U 0参考方向U+实际方向+实际方向参考方向U+U假设的电压降低方向第14页/共69页第十五页，共69页。电压参考方向(fngxing)的三种表示方式：(1)用箭头(jintu)表示(2)用正负极性表示(biosh)(3)用双下标表示UU+ABUAB第15页/共69页第十六页，共69页。元件或支路(zh l)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(cnko)方向非关联(gunlin)参考方向3.关联参考方向i+-+-iUU第16页/共69页第十七页，共69页。注(1)分析(fnx)电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2)参考方向(fngxing)一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向(fngxing)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(xin ch)一负号，但实际 方向不变。例ABABiU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。第17页/共69页第十八页，共69页。1.3 电路元件(yunjin)的功率(power)1.电功率功率(gngl)的单位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的单位(dnwi)：J (焦)(Joule，焦耳)单位时间内电场力所做的功。第18页/共69页第十九页，共69页。2.电路(dinl)吸收或发出功率的判断l u,i 取关联(gunlin)参考方向P=ui 表示(biosh)元件吸收的功率P0 吸收正功率 (实际吸收)P0 发出正功率 (实际发出)P0，d u/d t0，则i0，q，p0,电容吸收(xshu)功率。(2)当电容(dinrng)放电，u0，d u/d t0，则i0，q，p0，d i/d t0，则u0，p0,电感吸收功率。(2)当电流(dinli)减小，i0，d i/d t0，则u0，p0,电感发出功率。l 功率表明 电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。u、i 取关联参考方向第39页/共69页第四十页，共69页。（1）电感的储能只与当时的电流值有关(yugun)，电感 电流不能跃变，反映了储能不能跃变；（2）电感储存的能量一定大于或等于零。从t0到 t 电感储能(ch nn)的变化量：l 电感(din n)的储能表明第40页/共69页第四十一页，共69页。电容(dinrng)元件与电感元件的比较：电容(dinrng)C电感(din n)L变量电流 i磁链 关系式电压 u 电荷 q(1)元件方程的形式是相似的；(2)若把 u-i，q-，C-L，i-u互换,可由电容元件的方程得到电感元件的方程；(3)C 和 L称为对偶元件,、q等称为对偶元素。*显然，R、G也是一对对偶元素:I=U/R U=I/GU=RI I=GU结论第41页/共69页第四十二页，共69页。1.7 电源(dinyun)元件(independent source)其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流(dinli)i 无关的元件叫理想电压源。l 电路(dinl)符号1.理想电压源l 定义i+_第42页/共69页第四十三页，共69页。(1)电源两端电压由电源本身决定，(2)与外电路无关；与流经它的电流(dinli)方(3)向、大小无关。(2)通过电压源的电流由电源及外(3)电路共同(gngtng)决定。l 理想电压源的电压、电流(dinli)关系ui伏安关系例Ri-+外电路电压源不能短路！第43页/共69页第四十四页，共69页。l电压(diny)源的功率电场力做功，电源(dinyun)吸收功率。（1）电压、电流的参考方向(fngxing)非关联；物理意义：+_iu+_+_iu+_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；物理意义：吸收功率，充当负载或：发出负功第44页/共69页第四十五页，共69页。例+_i+_+_10V5V计算图示电路(dinl)各元件的功率。解发出(fch)发出(fch)吸收满足：P（发）P（吸）第45页/共69页第四十六页，共69页。实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流(dinli)很大，可能烧毁电源。usuiOl 实际(shj)电压源i+_u+_考虑(kol)内阻伏安特性一个好的电压源要求第46页/共69页第四十七页，共69页。其输出(shch)电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。l 电路(dinl)符号2.理想(lxing)电流源l 定义u+_(1)电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关(2)电流源两端的电压由电源及外电路共同决定l 理想电流源的电压、电流关系ui伏安关系第47页/共69页第四十八页，共69页。例外电路电流(dinli)源不能开路！Ru-+实际(shj)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(wgun)；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。第48页/共69页第四十九页，共69页。l电流(dinli)源的功率（1）电压、电流的参考方向(fngxing)非关联；发出功率(gngl)，起电源作用（2）电压、电流的参考方向关联；吸收功率，充当负载或：发出负功u+_u+_第49页/共69页第五十页，共69页。例计算图示电路(dinl)各元件的功率。解发出(fch)发出(fch)满足：P（发）P（吸）+_u+_2A5Vi第50页/共69页第五十一页，共69页。实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压(diny)很高，可能烧毁电源。isuiOl 实际(shj)电流源考虑(kol)内阻伏安特性一个好的电流源要求u+_i第51页/共69页第五十二页，共69页。1.8 受控电源(dinyun)(非独立源)(controlled source or dependent source)电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数(hnsh)，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源l 电路(dinl)符号+受控电压源1.定义受控电流源第52页/共69页第五十三页，共69页。(1)电流(dinli)控制的电流(dinli)源(CCCS):电流(dinli)放大倍数 根据控制(kngzh)量和被控制(kngzh)量是电压u 或电流i，受控源可分四种类型：当被控制(kngzh)量是电压时，用受控电压源表示；当被控制(kngzh)量是电流时，用受控电流源表示。2.分类四端元件b i1+_u2i2_u1i1+输出：受控部分输入：控制部分第53页/共69页第五十四页，共69页。g:转移(zhuny)电导(2)电压控制(kngzh)的电流源(VCCS)u1gu1+_u2i2_i1+(3)电压(diny)控制的电压(diny)源(VCVS)u1+_u2i2_u1i1+-:电压放大倍数 第54页/共69页第五十五页，共69页。ru1+_u2i2_u1i1+-(4)电流(dinli)控制的电压源(CCVS)r:转移(zhuny)电阻 例电路(dinl)模型第55页/共69页第五十六页，共69页。3.受控源与独立(dl)源的比较(1)独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路(dinl)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(zuyng)，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受控关系，在电路中不能作为“激励”。例求：电压u2。解5i1+_u2_u1=6Vi1+-3第56页/共69页第五十七页，共69页。1.9 基尔霍夫定律(dngl)(Kirchhoffs 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(diny)定律(KVL)。它反映了电路中所有支路电压(diny)和电流所遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。第57页/共69页第五十八页，共69页。1.几个(j)名词电路(dinl)中通过同一电流的分支。(b)三条或三条以上(yshng)支路的连接点称为节点。(n)b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路 (branch)电路中每一个两端元件就叫一条支路i3i2i1(2)节点(node)b=5第58页/共69页第五十九页，共69页。由支路组成(z chn)的闭合路径。(l)两节点间的一条(y tio)通路。由支路构成。对平面电路，其内部(nib)不含任何支路的回路称网孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(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第59页/共69页第六十页，共69页。2.基尔霍夫电流(dinli)定律(KCL)令流出为“+”，有：例 在集总参数电路(dinl)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(dinli)等于流出的电流(dinli)第60页/共69页第六十一页，共69页。1 3 2例三式相加得：表明KCL可推广应用于电路中包围多个(du)结点的任一闭合面明确(mngqu)（1）KCL是电荷守恒和电流(dinli)连续性原理在电路中任 意结点处的反映；（2）KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是 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。第61页/共69页第六十二页，共69页。（2）选定回路(hul)绕行方向，顺时针或逆时针.U1US1+U2+U3+U4+US4=03.基尔霍夫电压(diny)定律(KVL)在集总参数(cnsh)电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕行，各支路电压的代数和等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1）标定各元件电压参考方向 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4第62页/共69页第六十三页，共69页。例KVL也适用于电路(dinl)中任一假想的回路aUsb_-+U2U1明确(mngqu)（1）KVL的实质反映(fnyng)了电路遵 从能量守恒定律;（2）KVL是对回路电压加的约束，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。第63页/共69页第六十四页，共69页。4.KCL、KVL小结(xioji)：(1)KCL是对支路电流(dinli)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(cnsh)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。第64页/共69页第六十五页，共69页。思考(sko)：i1=i2?3.AB+_1111113+_2i2i1UA=UB?I=01.？AB+_1111113+_22.i1第65页/共69页第六十六页，共69页。1。2。+-4V5Vi=?3.+-4V5V1A+-u=?4.33第66页/共69页第六十七页，共69页。10V+-1A-10VI=?105.4V+-10AU=?26.+-3AI1I10V+-3I2U=?I=057.5-+2I2 I25+-第67页/共69页第六十八页，共69页。+-I1U=?8.R2 I1R1US解选择参数可以(ky)得到电压和功率放大。第68页/共69页第六十九页，共69页。