电路理论__电路的基本概念和基本定律精选PPT.ppt
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1、电路理论_电路的基本概念和基本定律第1页,此课件共50页哦2022/10/62基本要求基本要求n电路模型电路模型n电路参数电路参数-电压、电流及其参考方向的概念电压、电流及其参考方向的概念n牢固掌握牢固掌握基尔霍夫定律基尔霍夫定律n理想电路元件理想电路元件-电阻、独立电压源、独立电流源、电阻、独立电压源、独立电流源、受控源受控源n熟练运用基尔霍夫定律熟练运用基尔霍夫定律分析简单电路分析简单电路n正确计算电路元件的正确计算电路元件的功率功率 第2页,此课件共50页哦2022/10/63提纲提纲n1.1 1.1 电路及电路模型电路及电路模型 n1.2 1.2 电路变量电路变量 n1.3 1.3 基
2、尔霍夫定律基尔霍夫定律 n1.4 1.4 电阻元件及欧姆定律电阻元件及欧姆定律 n1.5 1.5 独立电源元件独立电源元件 n1.6 1.6 含源支路的欧姆定律含源支路的欧姆定律 n1.7 1.7 受控源受控源 第3页,此课件共50页哦2022/10/641.1 1.1 电路及电路模型电路及电路模型n电路电路:在电子工程中,为了把:在电子工程中,为了把能量或信息能量或信息从一点传递到另一点,必从一点传递到另一点,必须通过一些相互连接的须通过一些相互连接的电气设备电气设备才能实现,按照一定方式才能实现,按照一定方式相互相互连接连接起来的若干起来的若干电气设备或器件电气设备或器件构成了构成了电路电
3、路。(电路又称为网络,电路又称为网络,两个词有时混用。两个词有时混用。)收音机收音机计算机主板计算机主板第4页,此课件共50页哦2022/10/65电路的作用电路的作用n通信系统通信系统:传送信号,如电视、电话、发报:传送信号,如电视、电话、发报机、接收机、雷达系统等;机、接收机、雷达系统等;n计算机系计算机系统统:数学运:数学运算、文字、算、文字、图像信息处图像信息处理以及信号理以及信号存储;存储;n电力系统电力系统:该类系统包括:该类系统包括发电、输变电和用电等环发电、输变电和用电等环节;节;第5页,此课件共50页哦2022/10/66电路模型电路模型n电路模型电路模型:由若干:由若干理想
4、电路元件理想电路元件构成的模型去模拟一个构成的模型去模拟一个实际电路实际电路,使得模型中出现的使得模型中出现的电磁现象电磁现象与实际电路反映出来的现象与实际电路反映出来的现象十分相十分相似似,这个由理想电路元件组成的电路称为,这个由理想电路元件组成的电路称为电路模型电路模型,这种电路模,这种电路模型又称为型又称为集总参数电路集总参数电路。简单实际电路简单实际电路RL+-UsK对应的电路图对应的电路图n两个图的差别两个图的差别n根本差别根本差别:电路图用于:电路图用于电路设计电路设计、电路分析计算电路分析计算。n实际元件实际元件:电池、小灯泡、:电池、小灯泡、开关和导线;开关和导线;n等效元件等
5、效元件:电源、:电源、开关、开关、电阻;电阻;n特性特性:由:由电路模型电路模型所得的计算结果是对实际电路的所得的计算结果是对实际电路的一种近似一种近似,但必须能够反映实际电路的但必须能够反映实际电路的主要物理性质主要物理性质。电路模型电路模型理理想想电电路路元元件件n为了电路的分析计算:为了电路的分析计算:理想电路元件的理想电路元件的数学表达式数学表达式?第6页,此课件共50页哦2022/10/67电路元件电路元件n电路元件电路元件:构成电路的:构成电路的电气设备或器件电气设备或器件被称为被称为电路元件电路元件。其中,提供能量的设备称为其中,提供能量的设备称为电源电源;吸收电能的设备称为;吸
6、收电能的设备称为负载负载。n实际元件实际元件:具有:具有多种物理特性多种物理特性的元件,有主、次之分;的元件,有主、次之分;n理想元件理想元件:具有:具有单一电磁特性单一电磁特性的元件;的元件;电阻电阻电容电容三三极极管管电池电池第7页,此课件共50页哦2022/10/68理想元件理想元件n理想元件理想元件:只具有:只具有某种确定性质某种确定性质的的假想元件假想元件,它是一种具有,它是一种具有严格数严格数学定义学定义的理想化的的理想化的元件模型元件模型。y=f(x)n注注:为了用:为了用数学的方法数学的方法从从理论上理论上判断电路的判断电路的主要性能主要性能,必须将,必须将实实际电路器件际电路
7、器件在一定条件下按其主要性质加以在一定条件下按其主要性质加以理想化理想化,每一种理想电,每一种理想电路元件只体现路元件只体现单一的电磁现象单一的电磁现象,从而得到一系列,从而得到一系列理想化元件理想化元件。n理想的电路元件有:理想的电路元件有:n理想的理想的负载元件负载元件:电阻元件、电容元件、电感元件;:电阻元件、电容元件、电感元件;n理想的理想的电源元件电源元件:独立电压源、独立电流源;:独立电压源、独立电流源;n理想的理想的耦合元件耦合元件:包括受控源、耦合电感、变压器和回转器;:包括受控源、耦合电感、变压器和回转器;n元件模型元件模型:y=f(x);第8页,此课件共50页哦2022/1
8、0/69本课程的任务本课程的任务n掌握掌握基本电路定律和定理基本电路定律和定理,掌握电路的,掌握电路的基本概念基本概念,学会应用各种,学会应用各种电路分析方法电路分析方法分析各种类型的电路,为后续有关专业课程奠定必要分析各种类型的电路,为后续有关专业课程奠定必要的的电路基础知识电路基础知识。n由于电路分析的由于电路分析的理论性强理论性强、思辨性强,因此,在学习本课程、思辨性强,因此,在学习本课程时,要始终注意对时,要始终注意对抽象思维能力抽象思维能力、发散思维能力发散思维能力、分析计算分析计算能力能力、理论联系实际能力理论联系实际能力、多方案的评估与选择能力、归纳总、多方案的评估与选择能力、归
9、纳总结等能力的结等能力的培养与训练培养与训练。第9页,此课件共50页哦2022/10/6101.2 1.2 电路变量电路变量n四个基本物理量四个基本物理量:电流电流i、电压电压u、电荷电荷q、磁通磁通。n能量传递物理量能量传递物理量:功率功率 p、能量能量 w。AC-DC电源电源ACAC输入输入DCDC输出输出n描述电路的描述电路的电特性电特性?n描述电路的描述电路的电磁现象电磁现象?n在电路分析中最常用到的在电路分析中最常用到的三个基本变量三个基本变量是:是:电流电流 I 、电压电压 U 、功率功率 p第10页,此课件共50页哦2022/10/611(1)(1)电路变量电路变量电流电流 n电
10、流来源电流来源:电荷:电荷(charge)是双极性的,有正电荷和负电荷之分。电是双极性的,有正电荷和负电荷之分。电荷量是离散量,是电子电荷量荷量是离散量,是电子电荷量1.602210-19C的整数倍。的整数倍。电荷的定向电荷的定向移动形成电流移动形成电流,所以,所以,电流是既有大小又有方向的物理量电流是既有大小又有方向的物理量。n定义定义:单位时间内通过导体横截面的电荷量,即:单位时间内通过导体横截面的电荷量,即n其中,电流其中,电流 i(t)的单位为的单位为安培(安培(A);电荷;电荷q(t)的单位为库仑(的单位为库仑(C)。)。n实际方向实际方向:规定:规定正电荷正电荷运动的方向为电流的实
11、际方向。运动的方向为电流的实际方向。n单位单位:安培,:安培,1A=103mA=106An直流电流直流电流:电流的大小恒定,方向不变。:电流的大小恒定,方向不变。第11页,此课件共50页哦12V+4 4 8 8 2022/10/612电路变量电路变量电流电流n参考方向参考方向:电流的参考方向就是电流的参考方向就是假定的正电荷运动方向假定的正电荷运动方向,用箭头标,用箭头标注在电路图上。注在电路图上。n方法:方法:(1)在在分析电路之前分析电路之前,任意假定电流的方向,即,任意假定电流的方向,即参考方向参考方向;(2)在这些假定方向下在这些假定方向下求电流的大小;求电流的大小;(3)若电流大小为
12、若电流大小为正值正值,实际方向与电流参考方向实际方向与电流参考方向相同相同;若电流大小为若电流大小为负值负值,实际方向与电流参考方向实际方向与电流参考方向相反相反。12V+3A2 2 6 6 3 3 8 8 求求3电阻电阻的电流?的电流?IIn若若 I 0,猜对;,猜对;n若若 I 0,则元件,则元件吸收功率吸收功率;若若p0,则元件,则元件发出功率发出功率。第18页,此课件共50页哦2022/10/619例例1-1 1-1 电路各元件电压和电流的参考方向如图电路各元件电压和电流的参考方向如图1-111-11所所示。已知示。已知U1U410V,U212V,I11A,I2I31.5A。计算各个元
13、件的功率,并验证是否符合能量守。计算各个元件的功率,并验证是否符合能量守恒定律。恒定律。注注:电路消耗的功率:电路消耗的功率1018533W,电路产生的功率,电路产生的功率33W,消耗的功率等于,消耗的功率等于产生的功率,所以,电路中的功率是平衡的,符合产生的功率,所以,电路中的功率是平衡的,符合能量守恒能量守恒定律。定律。解:根据两点之间电压与路径无关,有解:根据两点之间电压与路径无关,有U3=U4+-+-4123U1+-U3+-U2I4I1I2I3U1U2=22VI1-I2=1-1.5=-0.5A元件元件1的功率:的功率:P1=I4=U1I1=101=10W(消耗消耗)元件元件2的功率:的
14、功率:P2=-U2 I2=-(-121.5)=18W(消耗消耗)元件元件3的功率:的功率:P3=-U3I3=-221.5=-33W(产生产生)元件元件4的功率:的功率:P4=-U4 I4=-10(-0.5)=5W(消耗消耗)第19页,此课件共50页哦2022/10/6201.3 1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律n电路结构电路结构:电路元件相互连接组:电路元件相互连接组成具有成具有一定结构的电路一定结构的电路,电路结构,电路结构用用支路、节点、回路、网孔支路、节点、回路、网孔等术等术语来表述。语来表述。n(1)名词名词n支路支路(branch):流过:流过同一个电流同一个电流的一段电路;的一段电
15、路;n节点节点(node):二个或二个以上:二个或二个以上支路的连接点支路的连接点;n平面电路平面电路:电路图可以画在一个平面上、除节点之外无任何支路相交叉的电:电路图可以画在一个平面上、除节点之外无任何支路相交叉的电路。否则称为非平面电路;路。否则称为非平面电路;n回路回路(loop):由支路组成的任意:由支路组成的任意闭合路径闭合路径;n网孔网孔(mesh):平面电路中:平面电路中内部不包含支路的回路内部不包含支路的回路;u2+-+-231+-u1+-u4i24567i1i3i5i6u3+-u5+-u7+-u6abcdm第20页,此课件共50页哦2022/10/621基尔霍夫定律基尔霍夫定
16、律n(2)(2)支路特性支路特性n支路支路本身元件本身元件的电压的电压/电流约电流约束;束;n电路元件的电路元件的连接连接对各元件端电对各元件端电压和电流之间必然产生约束。压和电流之间必然产生约束。u2+-+-231+-u1+-u4i24567i1i3i5i6u3+-u5+-u7+-u6abcdm第21页,此课件共50页哦2022/10/622基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)n定义定义:在集总参数电路中,在任一时刻,:在集总参数电路中,在任一时刻,流出或流入流出或流入任一任一节点节点或或封闭面的封闭面的各支路各支路电电流的代数和为零流的代数和为零(习惯上流出的电流为正,流入的电流为负
17、),即(习惯上流出的电流为正,流入的电流为负),即n另一种表述另一种表述:在集总参数电路中,在任一时刻,按参考方向:在集总参数电路中,在任一时刻,按参考方向“流出流出”该节点的所有该节点的所有支路电流之和恒等于支路电流之和恒等于“流入流入”该节点的各支路电流之和。该节点的各支路电流之和。n对图对图1-12中部分节点和封闭面列写中部分节点和封闭面列写KCL方程如下:方程如下:i1i3i5i60n对封闭面对封闭面S2(包围节点(包围节点b和和c):):i3i4i50n对封闭面对封闭面S1(仅包围节点(仅包围节点d):i2i5+i60n对节点对节点c:i1i4i60n对节点对节点a:u2+-+-23
18、1+-u1+-u4i24567i1i3i5i6u3+-u5+-u7+-u6abcdm第22页,此课件共50页哦2022/10/623基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)n特点特点:KCL仅是对支路电流的约束关系仅是对支路电流的约束关系,它与,它与电路元件性质无电路元件性质无关关,因此不管是线性电路还是非线性电路、时变电路还是非时变,因此不管是线性电路还是非线性电路、时变电路还是非时变电路、含源电路还是无源电路,电路、含源电路还是无源电路,KCL皆适用。对于封闭面应用皆适用。对于封闭面应用KCL称为广义称为广义KCL。n特性特性:基尔霍夫电流定律是电荷守恒原理的体现基尔霍夫电流定律是电荷守
19、恒原理的体现。具体说,。具体说,到达电路任一节点的电荷既不可能增生,也不可能消灭,流入的电荷到达电路任一节点的电荷既不可能增生,也不可能消灭,流入的电荷必须等于流出的电荷,电流是连续流动的。必须等于流出的电荷,电流是连续流动的。第23页,此课件共50页哦2022/10/624基尔霍夫电压定律(基尔霍夫电压定律(KVL)n列写列写KVL方程的具体方法是:方程的具体方法是:n标出各回路的标出各回路的参考方向参考方向,可以,可以顺时针方向顺时针方向,也可以,也可以逆时针方向逆时针方向;与参考方向一致的支路;与参考方向一致的支路电压为正;反之为负。若遇元件只标出了电流参考方向,当巡行方向与电流方向一致
20、时,支电压为正;反之为负。若遇元件只标出了电流参考方向,当巡行方向与电流方向一致时,支路电压取正号,反之取负号。路电压取正号,反之取负号。n另一种表述另一种表述:在集总参数电路中,在任一时刻,沿任一回路指定的回路参考方向:在集总参数电路中,在任一时刻,沿任一回路指定的回路参考方向巡行一周,一部分元件上电压降的代数和等于另一部分元件上电位升的巡行一周,一部分元件上电压降的代数和等于另一部分元件上电位升的代数和代数和。n定义定义:在集总参数电路中,在任一时刻,沿任一回路指定的回路参考方向巡行一周,:在集总参数电路中,在任一时刻,沿任一回路指定的回路参考方向巡行一周,各元件上电压降的代数和为零。即各
21、元件上电压降的代数和为零。即u5+u7+umd0n对广义回路对广义回路dcmd:u4u5+u6+u70n对回路对回路(adcma):u1u3u40n对回路对回路I(abda):u2+-+-231+-u1+-u4i24567i1i3i5i6u3+-u5+-u7+-u6abcdmIIIIII+-umd第24页,此课件共50页哦2022/10/625基尔霍夫电压定律(基尔霍夫电压定律(KVL)n特性特性:基尔霍夫电压定律实质上是能量守恒定律在集总参数电路基尔霍夫电压定律实质上是能量守恒定律在集总参数电路中的体现中的体现,反映了库仑电场力做功与路径无关的物理性质,反映了库仑电场力做功与路径无关的物理性
22、质,即,即单位正电荷在任一回路中移动一周,电场力做功的代数和等于单位正电荷在任一回路中移动一周,电场力做功的代数和等于零。零。n特点特点:KVL仅是对支路电压的约束仅是对支路电压的约束,与,与KCL一样,它与一样,它与电路元电路元件性质也无关件性质也无关,因此适合于任何集总参数电路。,因此适合于任何集总参数电路。第25页,此课件共50页哦2022/10/626结论结论nKCL:节点处:节点处电流的约束电流的约束;nKVL:回路内:回路内电压的约束电压的约束;n与构成支路的与构成支路的元件性质无关元件性质无关,所以这种约束关系称为,所以这种约束关系称为拓扑关拓扑关系系。第26页,此课件共50页哦
23、2022/10/627例例1-2 某电路的一部分如图某电路的一部分如图1-13所示,求电流所示,求电流 i1和和 i2。图图1-13 考察考察KCL应用的电路应用的电路n知识点知识点 i1为理想导线中的电流,只能应用为理想导线中的电流,只能应用KCL求解。求解。i2所在支路的电路元件未知,也只所在支路的电路元件未知,也只能应用能应用KCL求解。求解。7A2t A4A10sint Ai1i2abS1S2S3解:解:(1)对节点对节点a或封闭面或封闭面S1列写列写KCL方程,即方程,即 (2)对节点对节点b或封闭面或封闭面S2列写列写KCL方程,即方程,即 (3)对封闭面对封闭面S3列写列写KCL
24、方程,即方程,即 结论:由本例可以看出,结论:由本例可以看出,KCL与电路元件无关与电路元件无关,仅已知,仅已知电路结构电路结构就可以求解;就可以求解;得:得:i13 A 74i10得:得:i210sint+2t+3 Ai1i210sint2t0得:得:i210sint+2t+3 A-7+4i210sint2t0第27页,此课件共50页哦2022/10/628解:对回路解:对回路1列写列写KVL方程,即方程,即 例例1-3 求图求图1-14中的电压中的电压U1、U2和和U3。图图1-14 考察考察KVL应用的电路应用的电路n分析分析本例电路元件未知,只能直接利用本例电路元件未知,只能直接利用K
25、VL求各电压。求解关键是正确求各电压。求解关键是正确选择回路选择回路,一般选支路,一般选支路电压容易计算、甚至不用计算的回路。电压容易计算、甚至不用计算的回路。U2+-+-2V+-U3+-U16V-+12V+-1 13 32 2评注:求解评注:求解 U2 和和 U3 还可以选择其它回路,还可以选择其它回路,如:如:得得 U318V612+U30对回路对回路3列写列写KVL方程,即方程,即得得 U210VU212+20对回路对回路2列写列写KVL方程,即方程,即得得 U18V6U120U1U3+1220U2+126U10 第28页,此课件共50页哦2022/10/6291.4 1.4 电阻元件及
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