第01章电路模型和电路定律PPT讲稿.ppt
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1、第01章电路模型和电路定律第1页,共72页,编辑于2022年,星期一1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律l本章本章重点重点:2.电阻元件和电源元件的特性电阻元件和电源元件的特性返 回第2页,共72页,编辑于2022年,星期一1.1 电路和电路模型电路和电路模型1.1.1.1.实际电路实际电路实际电路实际电路功能功能a a 能量的传输、分配与转换;能量的传输、分配与转换;b b 信息的传递、控制与处理。信息的传递、控制与处理。建立在同一电路理论基础上。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。的连
2、接构成的电流的通路。下 页上 页共性共性返 回第3页,共72页,编辑于2022年,星期一由理想元件模型组合的电路图示由理想元件模型组合的电路图示2.电路模型电路模型导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡电路图l理想电路元件理想电路元件突出突出反映实际电路部件的反映实际电路部件的主要电主要电磁性能、用明确的数学公式描述的磁性能、用明确的数学公式描述的理想元件模型。理想元件模型。l电路模型电路模型下 页上 页返 回第4页,共72页,编辑于2022年,星期一5种基本的理想电路元件:种基本的理想电路元件:电阻元件:电阻元件:表示消耗电能的元件表示消耗电能的元件电感元件:电感元件:表示产生磁场,储存磁场能量的
3、元件表示产生磁场,储存磁场能量的元件电容元件:电容元件:表示产生电场,储存电场能量的元件表示产生电场,储存电场能量的元件电压源和电流源:电压源和电流源:表示将其它形式的能量转变成表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。5种基本理想电路元件有三个特征:种基本理想电路元件有三个特征:(a a)只有两个端子;只有两个端子;(b b)可以用电压或电流按数学方式描述;可以用电压或电流按数学方式描述;(c c)不能被分解为其他元件。不能被分解为其他元件。下 页上 页注意注意返 回第5页,共72页,编辑于2022年,星期一具有相同的主要电磁性能的实际电路部件,具有相同的主要电磁性能的实际电路部件
4、,在一定条在一定条件下可用同一电路模型表示;件下可用同一电路模型表示;同一实际电路部件在不同的应用条件下,其电路模型可同一实际电路部件在不同的应用条件下,其电路模型可以有不同的形式。以有不同的形式。下 页上 页例例电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型注意注意返 回第6页,共72页,编辑于2022年,星期一1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 电电路路中中的的主主要要物物理理量量有有电电压压、电电流流、电电荷荷、磁磁链链、能能量量、电电功功率率等等。在在线线性性电电路路分分析析中中人人们们主主要要关关心心的的物物理量是电流、电压和功率。理量是电流、电压和功率。1.1.1.1.电流的参
5、考方向电流的参考方向电流的参考方向电流的参考方向l电流电流l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动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单位时间内通过导体横截面的电荷量下 页上 页返 回第7页,共72页,编辑于2022年,星期一电流方向:电流方向:正电荷的运动方向为电流的实际方向正电荷的运动方向为电流的实际方向l单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA(安培)、(安培)、kA、A、mA、A 实际方向实际方向AB实际方向实际方向AB 对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时,电对于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。流的实际
6、方向往往很难事先判断。下 页上 页问题问题返 回第8页,共72页,编辑于2022年,星期一l参考方向参考方向 大小大小方向方向(正负)正负)电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。向即为电流的参考方向。i 0i 0参考方向参考方向U+参考方向参考方向U+0U假设高电位指向假设高电位指向低电位的方向。低电位的方向。下 页上 页问题问题+实际方向实际方向+实际方向实际方向返 回第14页,共72页,编辑于2022年,星期一电压参考方向的三种表示方式:电压参考方向的三种表示方式:(1)用箭头表示用箭头表示(2)用正负极性表示用正负极性表示(3)
7、用双下标表示用双下标表示UU+ABUAB下 页上 页返 回第15页,共72页,编辑于2022年,星期一 元件或支路的元件或支路的u,i 采用相同的参考方向称之为采用相同的参考方向称之为关联关联参考方向。参考方向。反之,称为反之,称为非关联参考方向。非关联参考方向。关联参考方向非关联参考方向3.3.关联参考方向关联参考方向关联参考方向关联参考方向i+-+-iuu下 页上 页返 回第16页,共72页,编辑于2022年,星期一分析电路前必须选定分析电路前必须选定电压电压和和电流电流的参考方向的参考方向参考方向一经选定,必须在图中相应位置标注参考方向一经选定,必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号包
8、括方向和符号),在计算过程中不得任意改在计算过程中不得任意改变变例例电压电流参考方向如图中所标,问:电压电流参考方向如图中所标,问:对对A、B两部分电路电压电流参考两部分电路电压电流参考方向关联否?方向关联否?答:答:A电压、电流参考方向非关联;电压、电流参考方向非关联;B电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。下 页上 页注意注意uBAi返 回第17页,共72页,编辑于2022年,星期一1.3 电功率和能量电功率和能量1.电功率电功率功率的单位:功率的单位:W(瓦瓦)()(Watt,瓦特,瓦特)能量的单位:能量的单位:J (焦焦)()(Joule,焦耳,焦耳)单位时间内电场力所做的功
9、。单位时间内电场力所做的功。下 页上 页返 回第18页,共72页,编辑于2022年,星期一下 页上 页返 回2、两套符号、两套符号欧姆定律:欧姆定律:U=IR功率:功率:P=IU看看I与与U是否相关联是否相关联真假是否一致真假是否一致例题例题U=IRI3A2U?(3)26V第19页,共72页,编辑于2022年,星期一P=IU=2(2)4WP=IU=(3)26WP0,吸收功率。,吸收功率。该电路吸收该电路吸收4W,或该电路产生或该电路产生4W。可能为电阻元件。可能为电阻元件。第20页,共72页,编辑于2022年,星期一例:课下练习例:课下练习 求图示电路中各方求图示电路中各方框所代表的元件吸收或
10、框所代表的元件吸收或产生的功率。产生的功率。下 页上 页已知:已知:U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V,I1=2A,I2=1A,,I3=-1A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1返 回第21页,共72页,编辑于2022年,星期一解解 对一完整的电路,满足:对一完整的电路,满足:发出的功率吸收的功率发出的功率吸收的功率下 页上 页564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1注意注意返 回已知:已知:U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V,I1=2A,I2=1A,,I3=-1A 第22页,共72页
11、,编辑于2022年,星期一下 页上 页1.4 电路元件电路元件是电路中最基本的组成单元。是电路中最基本的组成单元。1.1.电路元件电路元件电路元件电路元件返 回5种基本的理想电路元件:种基本的理想电路元件:电阻元件:电阻元件:表示消耗电能的元件表示消耗电能的元件电感元件:电感元件:表示产生磁场,储存磁场能量的元件表示产生磁场,储存磁场能量的元件电容元件:电容元件:表示产生电场,储存电场能量的元件表示产生电场,储存电场能量的元件电压源和电流源:电压源和电流源:表示将其它形式的能量转变成表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。注意注意 如果表征元件端子特性的数学关系式是线性如果表征元件
12、端子特性的数学关系式是线性关系,该元件称为线性元件,否则称为非线性元件。关系,该元件称为线性元件,否则称为非线性元件。第23页,共72页,编辑于2022年,星期一2.2.集总参数电路集总参数电路集总参数电路集总参数电路由集总元件构成的电路由集总元件构成的电路集总元件集总元件假定发生的电磁过程都集中在元假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。件内部进行。集总条件集总条件下 页上 页 集总参数电路中集总参数电路中u、i 可以是时间的函数,可以是时间的函数,但与空间坐标无关。因此,任何时刻,流入两端但与空间坐标无关。因此,任何时刻,流入两端元件一个端子的电流等于从另一端子流出的电流;元件一个端子的电
13、流等于从另一端子流出的电流;端子间的电压为单值量。端子间的电压为单值量。注意注意返 回第24页,共72页,编辑于2022年,星期一下 页上 页例(略)例(略)iiz集总参数电路+-两线传输线的等效电路两线传输线的等效电路当两线传输线的长度当两线传输线的长度 l 与电磁波的波长满足:与电磁波的波长满足:返 回第25页,共72页,编辑于2022年,星期一下 页上 页iiz+-分布参数电路当两线传输线的长度当两线传输线的长度 l 与电磁波的波长满足:与电磁波的波长满足:返 回第26页,共72页,编辑于2022年,星期一1.5 电阻元件电阻元件2.2.线性时不变电阻元件线性时不变电阻元件线性时不变电阻
14、元件线性时不变电阻元件l 电路符号电路符号R电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可用对电流呈现阻力的元件。其特性可用ui平面上的一条曲线来描述:平面上的一条曲线来描述:iu任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。1.1.定义定义定义定义伏安特性下 页上 页0返 回第27页,共72页,编辑于2022年,星期一l ui 关系关系R 称为电阻,单位:称为电阻,单位:(Ohm)满足欧姆定律满足欧姆定律l 单位单位G 称为电导,单位称为电导,单位:S(Siemens)u、i 取关联参考方向下 页上 页伏安特性为一条过原点的直线ui0Rui+返 回第28页,共7
15、2页,编辑于2022年,星期一如电阻上的电压与电流参考方向非关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;联,公式中应冠以负号;说明线性电阻是无记忆、双向性说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。的元件。欧姆定欧姆定律律只适用于线性电阻只适用于线性电阻(R 为常数为常数)则欧姆定律写为则欧姆定律写为u R i i G u注意应用中两套符号的分析!注意应用中两套符号的分析!下 页上 页注意注意Rui-+返 回第29页,共72页,编辑于2022年,星期一3.3.功率和能量功率和能量功率和能量功率和能量电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p u i i2R u2
16、/Rl 功率功率下 页上 页表明表明Rui-+返 回从从 t0 到到 t 电阻消耗的能量:电阻消耗的能量:l 能量能量第30页,共72页,编辑于2022年,星期一ui4.4.电路的开关状态电路的开关状态电路的开关状态电路的开关状态*l 短路短路l 开路开路ui下 页上 页00返 回含源电路NRiu+iu+iu+*参见参见P69ab第31页,共72页,编辑于2022年,星期一下 页上 页实际电阻器实际电阻器返 回第32页,共72页,编辑于2022年,星期一 1.6 电压源和电流源电压源和电流源l电路符号电路符号1.理想电压源理想电压源l定义定义i+_下 页上 页其两端电压总能保持定值或一其两端电
17、压总能保持定值或一定的时间函数,其值与流过它定的时间函数,其值与流过它的电流的电流 i 无关的元件叫理想电无关的元件叫理想电压源。压源。返 回i+_第33页,共72页,编辑于2022年,星期一电源两端电压由电源本身决定,与外电路无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。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通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。外电路共同决定。l理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui直流电压源的伏安关系下 页上 页例例Ri-+外电路电压源不能短路!电压源不能短路!0返 回第34页,共72页,编辑于2022年
18、,星期一l电压源的功率电压源的功率电压、电流参考方向非关联:电压、电流参考方向非关联:+_iu+_ 电流(正电荷电流(正电荷 )由低电位向)由低电位向高电位移动,外力克服电场力作功,电高电位移动,外力克服电场力作功,电源发出功率。源发出功率。发出功率,起电源作用发出功率,起电源作用物理意义:物理意义:下 页上 页+_iu+_电压、电流参考方向关联:电压、电流参考方向关联:物理意义:物理意义:电场力做功,电源吸收功率电场力做功,电源吸收功率吸收功率,充当负载吸收功率,充当负载返 回总之结果:总之结果:第35页,共72页,编辑于2022年,星期一例例 计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功
19、率解解发出发出10W吸收吸收5W吸收吸收5W满足满足:P(发发)P(吸吸)下 页上 页i+_+_10V5V-+返 回第36页,共72页,编辑于2022年,星期一l 电路符号电路符号2.理想电流源理想电流源l 定义定义u+_下 页上 页电流源的输出电流由电源本身决定,与外电路无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。关;与它两端电压方向、大小无关。电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。返 回 其输出电流总能保持定值或一定的时间函其输出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数,其值与它的两端电压u 无关的元件
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