第1章电路模型和基尔霍夫定律新PPT讲稿.ppt
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1、第1章电路模型和基尔霍夫定律新第1页,共85页,编辑于2022年,星期一w 重点重点:第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律 1 1、了解电路和电路模型的概念;、了解电路和电路模型的概念;2 2、理解电流、电压和电功率;、理解电流、电压和电功率;3 3、理解和掌握电路基本元件的特性;、理解和掌握电路基本元件的特性;4 4、掌握电位和电功率的计算;、掌握电位和电功率的计算;5 5、会应用基尓霍夫定律分析电路。、会应用基尓霍夫定律分析电路。第2页,共85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.电路电路组成组成电源、负载和中间环节电源、负载和中间环节
2、 电路是电流通过的路径电路是电流通过的路径 导线导线池池电电开关开关灯泡灯泡1.1.1 1.1.1 电路的概念电路的概念电源是向电路提供电能的装置电源是向电路提供电能的装置 负载是取用电能的装置,其作用是把电能转换为其他形式的能负载是取用电能的装置,其作用是把电能转换为其他形式的能 中间环节在电路中起着传递电能、分配电能和控制整个电路的作用中间环节在电路中起着传递电能、分配电能和控制整个电路的作用 第3页,共85页,编辑于2022年,星期一a 能量的传输、分配与转换能量的传输、分配与转换图图1-1 电力系统结构示意图电力系统结构示意图 发电机:电源,热能、原子能(非电能形式量)电能;白炽灯、电
3、动机、电热设备:负载,电能 光能、机械能、热能等其他形式的能量,变压器、输电线以及开关:中间环节,连接电源和负载,起传输和分配电能.2.2.电路的种类及功能电路的种类及功能电路的特点是大功率、大电流 第4页,共85页,编辑于2022年,星期一b b实现对电信号的传递,变换、储存和处理的电路实现对电信号的传递,变换、储存和处理的电路 图图1-21-2扩音器结构示意图扩音器结构示意图 话筒:是信号源,声音信号话筒:是信号源,声音信号 微弱的电信号微弱的电信号;喇叭:扩音器的负载,电信号喇叭:扩音器的负载,电信号 声音声音放大器:放大电信号放大器:放大电信号电路特点是小功率、小电流。第5页,共85页
4、,编辑于2022年,星期一反映实际电路部件的主要电磁性质的理反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。想电路元件及其组合。1.1.2 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电路图w电路模型电路模型 工程实际允许的条件下对实际电路进行模型化处理,即忽略次要因素,抓工程实际允许的条件下对实际电路进行模型化处理,即忽略次要因素,抓抓住足以反映其功能的主要电磁特性,抽象出实际电路器件的抓住足以反映其功能的主要电磁特性,抽象出实际电路器件的“电路模型电路模型”第6页,共85页,编辑于2022年,星期一w理想电路元件理想电路元件实际电路器件理想化而得到的只具有实际电路器件理想化
5、而得到的只具有某种单一电磁性质的元件,简称为电某种单一电磁性质的元件,简称为电路元件路元件几种基本的电路元件:几种基本的电路元件: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源元件:电源元件:表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件电路模型电路模型:由理想电路元件相互连接组成的电路由理想电路元件相互连接组成的电路+-u us si is s第7页,共85页,编辑于2022年,
6、星期一1.2电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 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。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。1.2.1 电流及其参考方向电流及其参考方向w电流电流w电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动形成电流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单位时间内通过导体横截面的电荷量图图1-3 1-3 导体中的电流导体中的电流1 1。电流。电流第8页,共85页,编辑于2022年,星期一w 单位单位1k
7、A=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA(安培)、(安培)、kA、mA、Aw 类型类型直流电流:电流的大小和方向不随时间而变化交流电流:电流的大小和方向随时间而变化直流电流,用大写字母I表示,如图1-4(c)所示:交流电流,用小写字母i表示,如图1-4(a)、1-4(b)所示:图图1-4 1-4 电流波形示意图电流波形示意图第9页,共85页,编辑于2022年,星期一w 方向方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向实际方向实际方向实际方向 AABB问题问题复
8、杂电路或电路中的电流随时间变化时,电流的实际方向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。往往很难事先判断。-引入参考方向问题引入参考方向问题2 2。电流的参考方向。电流的参考方向第10页,共85页,编辑于2022年,星期一w参考方向参考方向规定了电流的参考方向以后,电流就变成了代数量而规定了电流的参考方向以后,电流就变成了代数量而 且有正有且有正有负。负。参考方向可以任意设定,如用一个箭头表示某电流的假定正方向,参考方向可以任意设定,如用一个箭头表示某电流的假定正方向,就称之为该电流的参考方向。就称之为该电流的参考方向。电流的参考方向与实际方向的关系:电流的参考方向
9、与实际方向的关系:图图1-5 1-5 电流的参考方向电流的参考方向注注i0时,电路中电流实际方向与电流参考方向一致,如图1-5(b)所示;i 0+实际方向实际方向参考方向参考方向U+0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)该元件该元件是负载是负载P0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0,u0,电流流过电感元件时,电压降低,电感元件消耗电能,电流流过电感元件时,电压降低,电感元件消耗电能,储存磁场能量储存磁场能量;当电流减小时,当电流减小时,d i/dt0,u0,d i/d t0,则,则u0,p0,电感电感吸收功率。吸收功率。(2)当电流减小,当电流减小,i0,d i/d t0
10、,则,则u0,p0,d u/d t0,则,则i0,p0,电容电容吸收功率。吸收功率。(2)当电容放电,当电容放电,u0,d u/d t0,则,则i0,p0,电容发出功率电容发出功率.w 功率功率u、i 取关取关联参考方向联参考方向第45页,共85页,编辑于2022年,星期一(1)电容的储能只与当时的电压值有关,电容)电容的储能只与当时的电压值有关,电容 电压不能跃变,反映了储能不能跃变;电压不能跃变,反映了储能不能跃变;(2)电容储存的能量一定大于或等于零。)电容储存的能量一定大于或等于零。表表明明w电容的储能电容的储能 电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能电容能在一段时间内吸收外
11、部供给的能量转化为电场能量储存起来,在另一段时间内又把能量释放回电路,因此电量储存起来,在另一段时间内又把能量释放回电路,因此电容元件是容元件是无源元件无源元件、是、是储能元件储能元件,它本身不消耗能量。,它本身不消耗能量。第46页,共85页,编辑于2022年,星期一w电容的串并联电容的串并联 n个电容串联的电路,等效电容C满足下式 n个电容并联的电路,等效电容C满足下式 表明表明(1)串联等效电容的计算公式与并联等效电阻的计算公式相似,相应地串联电容电路中,每个电容分配到的电压计算式在形式上与并联电阻的分流公式相似。(2)并联等效电容的计算公式与串联等效电阻的计算公式相似,相应地并联电容电路
12、中,每个电容分配到的电荷计算式在形式上与串联电阻的分压公式相似。第47页,共85页,编辑于2022年,星期一例例C0.5Fi求电流求电流i、功率、功率P(t)和储能和储能W(t)21t/s20u/V电源波形电源波形解解uS(t)的函数表示式为的函数表示式为:解得电流解得电流21t/s1i/A-1第48页,共85页,编辑于2022年,星期一21t/s20p/W-221t/s10WC/J吸收功率吸收功率释放功率释放功率第49页,共85页,编辑于2022年,星期一电容元件与电感元件的比较:电容元件与电感元件的比较:电容电容 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u 电荷电
13、荷 q(1)元件方程的形式是相似的;元件方程的形式是相似的;(2)若若把把 u-i,q-,C-L,i-u互互换换,可可由由电电容容元元件件的的方方程程得到电感元件的方程;得到电感元件的方程;(3)C 和和 L称为对偶元件称为对偶元件,、q等称为对偶元素。等称为对偶元素。可见,可见,R、G也是一对对偶元素也是一对对偶元素:I=U/R U=I/GU=RI I=GU结结论论 邯邯邯邯 郸郸郸郸 职职职职 业业业业 技技技技 术术术术 学学学学 院院院院机机机机 电电电电 系系系系第50页,共85页,编辑于2022年,星期一它的端钮电压总能保持某一恒定它的端钮电压总能保持某一恒定值或值或w 定义定义1
14、.1.电压源电压源时间函数值,而与通过它们的电流无关。也称为恒压源时间函数值,而与通过它们的电流无关。也称为恒压源w 电路符号电路符号图图1-151-15所示所示图图(a):(a):理想电压源理想电压源u uS S图图(b):(b):理想电池理想电池 1.5 独立电源和受控电源独立电源和受控电源1.5.1 独立电源独立电源a ab b理想电压源理想电压源能独立地向外电路提供电能的电源能独立地向外电路提供电能的电源第51页,共85页,编辑于2022年,星期一(2)通过电压源的电流由电源及外通过电压源的电流由电源及外 电路共同决定。电路共同决定。w伏安特性伏安特性 例例iR-+外外电电路路电压源不
15、能短路!电压源不能短路!图图1-201-20所示所示图1-20 理想电压源的伏安特性(1)电源两端电压由电源本身决定,电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关;与流经它的电流方与外电路无关;与流经它的电流方向、大小无关。向、大小无关。第52页,共85页,编辑于2022年,星期一如图如图1-181-18所示所示图图1-18 1-18 实际电压源模型及伏安特性实际电压源模型及伏安特性 实际电压源端电压与电流的关系为:u=uSR0 i考虑内阻考虑内阻一个好的电压源要求一个好的电压源要求注注 实实际际电电压压源源也也不不允允许许短短路路。因因其其内内阻阻小小,若若短短路路,电电流很大,可能烧毁电源。流
16、很大,可能烧毁电源。实际电压源实际电压源实际的电源总是有内部消耗的,只是内部消耗通常都很小实际的电源总是有内部消耗的,只是内部消耗通常都很小 一个理想的电压源元件与一个阻值较小的电阻(内阻)一个理想的电压源元件与一个阻值较小的电阻(内阻)串联组合来等效串联组合来等效 第53页,共85页,编辑于2022年,星期一如大型电网、直流稳压电源、新的干电池及信号源等,内阻通常很小,在电路中工作时,端电压基本不随外电路的变化而变化。w 外特性外特性负载变化时,流经电池的电流发生变化,随着电流的增大(即负载阻值减小),电池的端电压下降,但电压值下降很小。图图1-17 1-17 电池及其外特性示意图电池及其外
17、特性示意图 常见的电压源:电池常见的电压源:电池第54页,共85页,编辑于2022年,星期一w电压源的功率电压源的功率电场力做功电场力做功,电源吸收功率。电源吸收功率。(1)电压、电流的参考方向非关联;电压、电流的参考方向非关联;物理意义:物理意义:+_iu+_+_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,外力克服电场力作高电位移动,外力克服电场力作功电源发出功率。功电源发出功率。发出功率,起电源作用发出功率,起电源作用(2)电压、电流的参考方向关联;电压、电流的参考方向关联;物理意义:物理意义:吸收功率,充当负载吸收功率,充当负载或:或:发出负功发出负功第55页,
18、共85页,编辑于2022年,星期一例例+_i+_+_10V5V计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。发出发出解解发出发出吸收吸收满足满足:P(发)(发)P(吸)(吸)第56页,共85页,编辑于2022年,星期一提供的电流总能保持恒定值或时间函提供的电流总能保持恒定值或时间函w 电路符号电路符号w 定义定义(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电流源两端的电压由电源及外电路共同决定w 伏安特性伏安特性2.电流源电流源数值,而与它
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