第1章电路模型和电路定律 (2)优秀课件.ppt

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1、第1章电路模型和电路定律(2)第1页，本讲稿共60页1.1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律（KCL&KVL）l 重点重点：2.2.电阻元件和电源元件的特性电阻元件和电源元件的特性（VCR）返 回2 2第2页，本讲稿共60页1.1 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由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的

2、通路。目的连接构成的电流的通路。下 页上 页共性共性返 回3 3第3页，本讲稿共60页 反映实际电路部件的主要电磁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。性质的理想电路元件及其组合。2.2.电路模型电路模型导线电电池池开关灯泡电路图l理想电路元件理想电路元件理想元件是组成电路模型的最小理想元件是组成电路模型的最小单元，有某种确定的电磁性能和单元，有某种确定的电磁性能和精确数学定义的基本结构。精确数学定义的基本结构。l电路模型电路模型下 页上 页返 回4 4第4页，本讲稿共60页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

3、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。5 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（VCRVCR）；）；（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 页注意返 回5 5第5页，本讲稿共60页具有相同的主要电磁性

4、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，在在一定条件下可用同一电路模型表示；一定条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。模型可以有不同的形式。下 页上 页例例电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型返 回6 6第6页，本讲稿共60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 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心的物理量是电流、电压和功率。关心的物理量是电

5、流、电压和功率。1.1.1.1.电流的参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7 7第7页，本讲稿共60页l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。l单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、A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AB实际方向AB 对于复杂电路或电路中的电流随

6、时间变化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。时，电流的实际方向往往很难事先判断。下 页上 页问题返 回8 8第8页，本讲稿共60页l参考方向参考方向 大小方向(正负）电流(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U+参考方向U+0 元件吸收功率元件吸收功率 (负载负载)p0 元件元件吸收功率吸收功率 (实际吸收实际吸收)p0 元件元件发出功率发出功率 (实际发出实际发出)1919第19页，本讲稿共60页例例 求图示电路中各求图示电路中各方框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或

7、产生的功率。收或产生的功率。下 页上 页已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1返 回2020第20页，本讲稿共60页解解下 页上 页564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1返 回整个电路的总功率：整个电路的总功率：即，对一完整的电路，即，对一完整的电路，发出的功率吸收的功率发出的功率吸收的功率2121第21页，本讲稿共60页在电路中设电压、电流参考方向是非常必要在电路中设电压、电流参考方向是非常必要的。在计算电路或一个元件的功率时，如果不设电的。在计

8、算电路或一个元件的功率时，如果不设电流、电压的参考方向，就无法判断该电路或元件是流、电压的参考方向，就无法判断该电路或元件是发出还是吸收功率。发出还是吸收功率。注：对一个完整的电路来说，它产生（或发出）对一个完整的电路来说，它产生（或发出）的功率与吸收（或消耗）的功率总是相等的，称为的功率与吸收（或消耗）的功率总是相等的，称为功率平衡。功率可以做为检验电路中的电压、电流功率平衡。功率可以做为检验电路中的电压、电流计算值是否正确的一个判据。计算值是否正确的一个判据。2222第22页，本讲稿共60页下 页上 页1.4 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.

9、1.1.1.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 如果表征元件端子特性的如果表征元件端子特性的数学关系式数学关系式（VCRVCR，约束方程），约束方程）是线性关系，该元件称为线是线性关系，该元件称为线性元件，否则称

10、为非线性元件。性元件，否则称为非线性元件。2323第23页，本讲稿共60页2.2.2.2.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件假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行，即有关电、磁物理现象内部进行，即有关电、磁物理现象都由元件来都由元件来“集总集总”表征。表征。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，但与空间坐标但与空间坐标无关无关。因此，任何时刻，流入两端元。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；端件一个端

11、子的电流等于从另一端子流出的电流；端子间的电压为单值量。子间的电压为单值量。注意返 回电路参数在空间上集合在一点中2424第24页，本讲稿共60页下 页上 页例例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2525第25页，本讲稿共60页下 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2626第26页，本讲稿共60页1.5 1.5 电阻元件电阻元件2.2.2.2.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元件

12、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。其特性可对电流呈现阻力的元件。其特性可用用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。1.1.1.1.定义定义定义定义伏安特性下 页上 页0返 回2727第27页，本讲稿共60页l ui 关系关系R 称为电阻，单位：称为电阻，单位：(Ohm)欧姆欧姆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)西门子西门子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2

13、828第28页，本讲稿共60页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、双向性的元说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。件。欧姆定律欧姆定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公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！下 页上 页注意Rui-+返 回2929第29页，本讲稿共60页3.3.3.3.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(R i)i

14、 i2 R u2/Rp u i i2R u2/Rl 功率功率Rui+-下 页上 页表明Rui-+返 回03030第30页，本讲稿共60页ui从从 t0 到到 t 电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：4.4.4.4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路电阻的开路与短路电阻的开路与短路l 能量能量l 短路短路l 开路开路ui下 页上 页Riu+u+i00返 回3131第31页，本讲稿共60页下 页上 页实际电阻器返 回3232第32页，本讲稿共60页课后作业P.25.习题1-33333第33页，本讲稿共60页 1.6 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1.1.理想电压源理想电压源l定义

15、定义i+_下 页上 页其两端电压总能保持定值或一定其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电的时间函数，其值与流过它的电流流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。返 回3434第34页，本讲稿共60页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；与流经它的电流方向、大小无关。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

16、3535第35页，本讲稿共60页l电压源的功率电压源的功率电压源电压、电流参考方向一般取电压源电压、电流参考方向一般取非关联方向；电压源发出的功率非关联方向；电压源发出的功率也是外电路吸收的功率也是外电路吸收的功率+_iu+发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用下 页上 页返 回3636第36页，本讲稿共60页其输出电流总能保持定值或一定的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。无关的元件叫理想电流源。l 电路符号电路符号2.2.理想电流源理想电流源l 定义定义u+下 页上 页l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的

17、电压、电流关系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。返 回3737第37页，本讲稿共60页电流源两端的电压由电源及外电路共电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。同决定。ui直流电流源的伏安关系下 页上 页0例例Ru+外电路电流源不能开路！电流源不能开路！返 回3838第38页，本讲稿共60页 可可由由稳稳流流电电子子设设备备产产生生，如如晶晶体体管管的的集集电电极极电电流流与与负负载载无无关关；光光电电池池在在一一定定光光线线照照射射下下光光电电子被激发产生一定值的电流等。子被激发产

18、生一定值的电流等。下 页上 页实际电流源的产生：实际电流源的产生：l 电流源的功率电流源的功率u+_如图电压、电流的参考方向非关联如图电压、电流的参考方向非关联发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用返 回课堂练习：课堂练习：1-4(a)(c)(f)，1-5(c)，1-7(a)(c)，1-8(a)(c)3939第39页，本讲稿共60页1.7 1.7 受控电源受控电源(非独立源非独立源)l 电路符号电路符号+受控电压源1.1.定义定义受控电流源 电压或电流的大小和方向不是给定电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电或电流流)

19、控制的电源，称受控源。控制的电源，称受控源。下 页上 页返 回4040第40页，本讲稿共60页电流控制的电流源电流控制的电流源 (CCCS):电流放大倍数电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u或电流或电流i，受控源，受控源可分可分四种类型：四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。2.2.分类分类四端元件输出：受控部分输入：控制部分下 页上 页 i1+_u2i2_u1i1+返 回4141第41页，本讲稿共60页g:转移电导转移电导 电压控制的电流

20、源电压控制的电流源 (VCCS)电压控制的电压源电压控制的电压源 (VCVS):电压放大倍数电压放大倍数 gu1+_u2i2_u1i1+下 页上 页i1u1+_u2i2_u1+_返 回4242第42页，本讲稿共60页电流控制的电压源电流控制的电压源 (CCVS)r:转移电阻转移电阻 例例电路模型ibicib下 页上 页ri1+_u2i2_u1i1+_返 回4343第43页，本讲稿共60页例例求：电压求：电压u2解解5i1+_u2_i1+-3u1=6V下 页上 页返 回在电路中，受控源与独立源本质的区别在于受在电路中，受控源与独立源本质的区别在于受控源不是激励，它只是反映电路中某处的电压或电控源

21、不是激励，它只是反映电路中某处的电压或电流控制另一处的电压或电流的关系。流控制另一处的电压或电流的关系。课堂练习不：课堂练习不：1-9(a)(d)，1-10(a)4444第44页，本讲稿共60页课后作业P.2628.习题1-4(b)(d)(e)、1-5(a)(b)、1-7(b)(d)1-8(b)(d)1-9(b)(c)1-10(b)4545第45页，本讲稿共60页1.8 1.8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基基尔尔霍霍夫夫定定律律包包括括基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律（KCL）和和基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律(KVL)。它它反反映映了了电电路路中中所所有有支支路路电电压压和和电电流流所所遵

22、遵循循的的基基本本规规律律，是是分分析析集集总总参参数数电电路路的的基基本本定定律律。基基尔尔霍霍夫夫定定律律与与元元件件特特性性构构成成了了电电路路分分析的基础。析的基础。下 页上 页返 回4646第46页，本讲稿共60页1.1.几个名词几个名词电路中通过同一电流的分支。电路中通过同一电流的分支。元件的连接点称为结点。元件的连接点称为结点。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3支路支路电路中每一个两端元件就叫电路中每一个两端元件就叫一条支路。一条支路。i3i2i1结点结点b=5下 页上 页或三条以上支路的连接点称或三条以上支路的连接点称为结点。为结点。n=2注意 两种定两种定义分别

23、用在不同义分别用在不同的场合。的场合。返 回4747第47页，本讲稿共60页由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。两结点间的一条通路。由支路两结点间的一条通路。由支路构成构成对对平面电路平面电路，其内部不含任，其内部不含任何何支路支路的回路称网孔。的回路称网孔。l=3123路径路径回路回路网孔网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。下 页上 页+_R1uS1+_uS2R2R3注意返 回4848第48页，本讲稿共60页2.2.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)令流出为令流出为“+”，有：，有：例例 在在集集总总参参数数电电路路中中，任任意意时时刻刻，对

24、对任任意意结结点点流流出（或流入）该结点电流的代数和等于零。出（或流入）该结点电流的代数和等于零。流进的电流等于流出的电流下 页上 页返 回4949第49页，本讲稿共60页例例三式相加得：三式相加得：KCL可推广应用于电路中包围多个结点可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。的任一闭合面。下 页上 页1 3 2表明返 回5050第50页，本讲稿共60页KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；任意结点处的反映；KCL是对结点处支路电流加的约束，与支路是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是上接的是什么元件无关

25、，与电路是线性还是非线性无关；非线性无关；KCL方程是按电流参考方向列写的，与电方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。流实际方向无关。下 页上 页明确返 回5151第51页，本讲稿共60页3 3.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)U3U1U2U4下 页上 页标标定定各各元元件件电电压压参参考方向考方向 选选定定回回路路绕绕行行方方向向，顺时针或逆时针顺时针或逆时针.I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_ 在集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，所在集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。有支路电压的代数和恒等于零。返 回5252第5

26、2页，本讲稿共60页U1US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4下 页上 页U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_KVL也适用于电路中任一假想的回路。也适用于电路中任一假想的回路。注意返 回5353第53页，本讲稿共60页例例KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律的实质反映了电路遵从能量守恒定律;KVL是对回路中的支路电压加的约束，与回路是对回路中的支路电压加的约束，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；还是

27、非线性无关；KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。方向无关。下 页上 页明确aUsb_-+U2U1返 回5454第54页，本讲稿共60页4.4.KCL、KVL小结小结：KCL是是对对支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVL是是对对回回路电压的线性约束。路电压的线性约束。KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。与组成支路的元件性质及参数无关。KCL表表明明在在每每一一节节点点上上电电荷荷是是守守恒恒的的；KVL是是能量守恒的具体体现能量守恒的具体体现(电压与路径无关电压与路径无关)。KCL、KVL只适用于只适用于集总集总参数的电路。参数

28、的电路。下 页上 页返 回5555第55页，本讲稿共60页下 页上 页例例1 求电流求电流 i解解例例2解解求电压求电压 u返 回5656第56页，本讲稿共60页下 页上 页+-4V5Vi=?3+-4V5V1A+-u=?3例例3求电流求电流 i例例4 求电压求电压 u解解解解要求能熟练求解含源支路能熟练求解含源支路的电压和电流。的电压和电流。返 回5757第57页，本讲稿共60页解解I1下 页上 页-10V10V+-1AI=?10例例5求电流求电流 I例例6求电压求电压 U解解4V+-10AU=?2+-3AI返 回5858第58页，本讲稿共60页解解下 页上 页10V+-3I2U=?I=055-+2I2 I25+-例例7求开路电压求开路电压 U返 回5959第59页，本讲稿共60页课后作业P.30.习题1-161-17 1-181-196060第60页，本讲稿共60页