第1章 电路模型和定律精选文档.ppt
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1、第1章 电路模型和定律本讲稿第一页,共五十九页1.6 1.6 电压源和电流源电压源和电流源 1.7 1.7 受控电源受控电源1.8 1.8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1.3 1.3 电功率和能量电功率和能量1.4 1.4 电路元件电路元件1.5 1.5 电阻元件电阻元件本讲稿第二页,共五十九页 重点:重点:1.1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向2.2.电阻、电源元件特性电阻、电源元件特性3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律本讲稿第三页,共五十九页1.1 电路和电路模型(电路和电路模型(mod
2、el)1、概念:、概念:电路电路-是电流的通路,是为了某种需要由某些电工设备或是电流的通路,是为了某种需要由某些电工设备或 元件(电气器件)按一定的方式组合起来的。元件(电气器件)按一定的方式组合起来的。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。电源电源(source):提供能量或信号:提供能量或信号.由于电路中的电压和电流是由于电路中的电压和电流是在电源的作用下产生的,所以又称激励。在电源的作用下产生的,所以又称激励。负载负载(load):将电能转化为其它形式的能量,或对:将电能转化为其它形式的能量,或对 信号进行处理信号进行处理.响应响应:由激
3、励在电路中产生的电压、电流。:由激励在电路中产生的电压、电流。导线导线(line)、开关开关(switch)等:将电源与负载接成通路等:将电源与负载接成通路.本讲稿第四页,共五十九页2 2、作用:、作用:1.1.1.1.实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换 电电池池灯灯泡泡2.2.实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒本讲稿第五页,共五十九页3 3、结构:、结构:电电池池灯灯泡泡电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置
4、中间环节:中间环节:传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用本讲稿第六页,共五十九页放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒直流电源直流电源直流电源直流电源:提供能源提供能源信号处理:信号处理:放大、检波等放大、检波等负载负载信号源信号源:提供信息提供信息负载大小的概念负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加。负载增加指负载取用的电流和功率增加。本讲稿第七页,共五十九页4 4、电路模型:、电路模型:R+RoE-手电筒的电路模型手电筒的电路模型灯灯泡泡开关开关电电池池导线导线S 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化,一般要将实际电路模型化,用
5、足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件,从而构成与实际电路相对应的电路模型。中的器件,从而构成与实际电路相对应的电路模型。本讲稿第八页,共五十九页5、几种基本的电路元件、几种基本的电路元件电阻元件:表示消耗电能的元件电阻元件: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电源元件:表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件l理想电
6、路元件:有某种确定的电磁性能的理想电路元件:有某种确定的电磁性能的理想元件理想元件本讲稿第九页,共五十九页(1)具有相同的主要电磁性能的实际电路部件,在一定)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;条件下可用同一模型表示;(2)同一实际电路部件在不同的应用条件下,其模型可以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有不同的形式例例本讲稿第十页,共五十九页1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 物理中对电量规定的方向。物理中对电量规定的方向。物理量物理量单单 位位实实 际际 方方 向向电流电流 IA、mA、A正电荷运动的方向正电荷运动
7、的方向电动势电动势 EV、kV、mV、V电位升高的方向电位升高的方向(低电位低电位 高电位高电位)电压电压 U、V、kV、mVV电位降低的方向电位降低的方向 (高电位高电位 低电位低电位)1、实际方向:、实际方向:本讲稿第十一页,共五十九页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l电压电压U单单位位正正电电荷荷q 从从电电路路中中一一点点移移至至另另一一点点时时电电场场力做功(力做功(W)的大小)的大小本讲稿第十二页,共五十九页(2 2)、)、表示方法表示方法abIR电流:电流:Uab 双下标双
8、下标电压:电压:+正负号正负号abUI(1 1)、概念:概念:+_U+EaRb 在分析计算电路时,在分析计算电路时,对电量任意假定的方向。对电量任意假定的方向。箭标箭标Iab 双下标双下标2 2、参考方向、参考方向(正方向正方向)箭标箭标本讲稿第十三页,共五十九页电流参考方向的两种表示:电流参考方向的两种表示:用箭头表示:箭头的指向为用箭头表示:箭头的指向为电流的参考方向。电流的参考方向。用双下标表示:如用双下标表示:如 iAB,电流的参考方向由电流的参考方向由A指向指向B。iABiABAB本讲稿第十四页,共五十九页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
9、示(2)用正负极性表示用正负极性表示(3)用双下标表示用双下标表示UU+ABUAB本讲稿第十五页,共五十九页实际方向与参考方向一致,电流实际方向与参考方向一致,电流(或电压或电压)值为正;值为正;实际方向与参考方向相反,电流实际方向与参考方向相反,电流(或电压或电压)值为负。值为负。3 3、实际方向与参考方向的关系、实际方向与参考方向的关系4 4、注意:、注意:在参考方向选定后,电流(或电压)在参考方向选定后,电流(或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。对任何电路分析时都应先指定各处的对任何电路分析时都应先指定各处的 i,u 的参考方向。的参考方向。abIR例:例:若若 I=5A,则实际方向
10、与参考方向一致,则实际方向与参考方向一致,若若 I=5A,则实际方向与参考方向相反。,则实际方向与参考方向相反。本讲稿第十六页,共五十九页u当电压的参考方向指定后,指定电流从标以电压参考方向当电压的参考方向指定后,指定电流从标以电压参考方向的的“+”极性端流入,并从标极性端流入,并从标“”端流出,端流出,即电流的参考即电流的参考方向与电压的参考方向一致,也称电流和电压为关联参考方向与电压的参考方向一致,也称电流和电压为关联参考方向方向。反之为非关联参考方向。反之为非关联参考方向。5 5、关联参考方向:、关联参考方向:i+-Ru本讲稿第十七页,共五十九页ABABi例例U答:答:A 电压、电流参考
11、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。电压电流参考方向如图中所标,电压电流参考方向如图中所标,问:对问:对A、两部分电路电压电流参考方向、两部分电路电压电流参考方向关联否?关联否?本讲稿第十八页,共五十九页小结:小结:(1)分析电路前必须分析电路前必须选定选定电压和电流的电压和电流的参考方向参考方向。(2)参考方向一经选定,必须在参考方向一经选定,必须在图中图中相应位置相应位置标注标注(包括方向和包括方向和符号),在计算过程中不得任意改变。符号),在计算过程中不得任意改变。u=Ri+Riu+Riuu=Ri(3)参考参考方向不同时方向不同时,其
12、,其表达式符号也不同表达式符号也不同,但实际方向不变。,但实际方向不变。本讲稿第十九页,共五十九页1.3 电功率和能量电功率和能量1、概念:、概念:衡量电能转换或传输速率的物理量电功率电功率:单位时间内电场力所做的功单位时间内电场力所做的功 在电压电流关联参考方向在电压电流关联参考方向下,电功率下,电功率 p 可写成吸可写成吸p(t)=u(t)i(t)p 0 表明元件吸收电能,表明元件吸收电能,p 0 表明元件释放电能,表明元件释放电能,p 0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P0 发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收)l u,i
13、取非关联参考方向取非关联参考方向+-iu+-iu本讲稿第二十一页,共五十九页例例564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1求图示电路中各方框所代求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功表的元件消耗或产生的功率。已知:率。已知:U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A 解解注注对一完整的电路,发出的功率吸收的功率对一完整的电路,发出的功率吸收的功率本讲稿第二十二页,共五十九页1.4 电路元件电路元件集总元件假定:集总元件假定:在任何时刻,流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另一端子在任何时刻,流入二端元件的一个
14、端子的电流一定等于从另一端子流出的电流,两个端子之间的电压为单值量。流出的电流,两个端子之间的电压为单值量。端子数目可分为二端、三端、四端元件等。端子数目可分为二端、三端、四端元件等。本讲稿第二十三页,共五十九页电路元件是电路中最基本的组成单元。每种元件通过端子的两种物理量反映一种确定的电磁性质。端子特性(元件特性):元件的两个端子的物理量之间的代数函数关系。电阻元件特性:电容元件特性:电感元件特性:本讲稿第二十四页,共五十九页1.5 1.5 电阻元件电阻元件u电阻是一种将电能不可逆地转化为其它形式能量(如热能、机械能、光能等)的元件。1.符号符号R2.欧姆定律欧姆定律(Ohms Law)(1
15、)电压与电流的参考方向设定为一致的方向电压与电流的参考方向设定为一致的方向Riu+u R iR 称为电阻,称为电阻,电阻的单位:电阻的单位:(欧欧)(Ohm,欧姆,欧姆)本讲稿第二十五页,共五十九页 伏安特性曲线伏安特性曲线:R tg 线性电阻线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数。是一个与电压和电流无关的常数。令令 G 1/RG称为电导称为电导则则 欧姆定律表示为欧姆定律表示为 i G u.电导的单位:电导的单位:S(西西)(Siemens,西门子,西门子)uiO电阻元件的伏安特性为电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线一条过原点的直线本讲稿第二十六页,共五十九页(2)电阻的电压和电流的参考方
16、向相反电阻的电压和电流的参考方向相反Riu+则欧姆定律写为则欧姆定律写为u Ri 或或 i Gu注意:注意:公式必须和参考方向配套使用公式必须和参考方向配套使用!3.功率和能量功率和能量Riu+Rip吸吸 ui (Ri)i i2 R u(u/R)u2/Rp吸吸 ui i2R u2/R功率:功率:u+任何时刻任何时刻,电阻元件绝不可能发出电能,它只能消耗电能。电阻元件绝不可能发出电能,它只能消耗电能。因此电阻又称为因此电阻又称为“无源元件无源元件”和和“耗能元件耗能元件”。本讲稿第二十七页,共五十九页Riu+4、开路与短路开路与短路对于一电阻对于一电阻R当当R=0,视其为短路。,视其为短路。i为
17、有限值时,为有限值时,u=0。当当R=,视其为开路。,视其为开路。u为有限值时,为有限值时,i=0。*理想导线的电阻值为零。理想导线的电阻值为零。能量:可用功表示。从能量:可用功表示。从 t 到到t0电阻消耗的能量:电阻消耗的能量:本讲稿第二十八页,共五十九页负电阻负电阻:(negative resistance),在,在u、i 取关联参考方向时,负电阻的电压、电流取关联参考方向时,负电阻的电压、电流关系位于关系位于、象限,即象限,即R0,G0。负电阻将输出电功率(电功率小于零),对。负电阻将输出电功率(电功率小于零),对外提供电能。所以负电阻是一种外提供电能。所以负电阻是一种有源元件有源元件
18、(active element)。非非线线性性电电阻:阻:电压电压、电电流关系不是流关系不是过过 ui 平面原点的直线,称为平面原点的直线,称为非线性电阻非线性电阻(nonlinear resistance)。5.其他电阻元件本讲稿第二十九页,共五十九页1.6 电压源和电流源电压源和电流源1、理想电压源:理想电压源:电源两端电压为电源两端电压为uS,其值与流过它的电流,其值与流过它的电流 i 无关无关。(2)特点:特点:(a)电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关;(b)通过它的电流是任意的,由外电路决定。通过它的电流是任意的,由外电路决定。直流:直流
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