电路理论 第一章 电路.ppt

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1、Electric circuitHUST电电 路路 引 言l课程的意义课程的意义工程意义；工程意义；理论电工理论电工路路场场电路电路磁路磁路集中参数电路集中参数电路分布参数电路分布参数电路分析分析综合综合l课程的性质和地位课程的性质和地位电类专业的技术基础课电类专业的技术基础课l学习内容学习内容l学习方法学习方法l教材：教材：电路原理与电机控制电路原理与电机控制，主编，主编 李承，清华大学出李承，清华大学出版社版社理论意义理论意义 注意事项1.作业：每周四交，抄题，画图，标电压电流的作业：每周四交，抄题，画图，标电压电流的参考方向参考方向2.考试：闭卷，考试占考试：闭卷，考试占70，平时作业和

2、实验报，平时作业和实验报告占告占30，13周考周考3.公共邮箱：公共邮箱：，密码：，密码：ruanjian4.参考书：电路理论（电阻性网络，时域与频域参考书：电路理论（电阻性网络，时域与频域分析，黄冠斌，杨传谱，陈崇源）分析，黄冠斌，杨传谱，陈崇源）实验安排机械机械0809班班0810班班机械提高机械提高0801班班0802班班 第第3、4、7周周 周六周六 12节节第第 3、4、7周周 周六周六 34节节实验指导书、记录卡实验指导书、记录卡 C3 320 4.1元元周丽华周丽华 87542726转转0，13657255230实验地点：实验地点：C2 3091.1.电压、电流的参考方向电压、电

3、流的参考方向3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律l 重点重点：第第1 1章章 电路的基本概念和定律电路的基本概念和定律2.2.电路元件特性电路元件特性1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)1.实际电路实际电路功能功能a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；b 信息的传递与处理。信息的传递与处理。共性共性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一定规由电工设备和电气器件按一定规律和方式连接构成的电流通路。律和方式连接构成的电流通路。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。导线

4、导线电电池池开关开关灯泡灯泡2.电路模型电路模型 (circuit model)电路图电路图l理想电路元件理想电路元件有某种确定的电磁性能的有某种确定的电磁性能的理想元件理想元件l电路模型电路模型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电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件的元件注注l 具有相同的主要电磁性能的实际电路

5、部件，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；在一定条件下可用同一模型表示；l 同一实际电路部件在不同的应用条件下，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。其模型可以有不同的形式。例例3.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内部进假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行行集总条件集总条件注注集总参数电路中集总参数电路中u、i可以是时间的函数，但与可以是时间的函数，但与空间坐标无关空间坐标无关集总电路集总电路1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量 电电路路中中的的主主要要物物

6、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关心的物理量是电流、电压和功率。要关心的物理量是电流、电压和功率。1.电流及其参考方向电流及其参考方向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

7、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问题问题复杂电路或电路中的电流随时间变化时，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电流的实际方向往往很难事先判断l参考方向参考方向i 参考方向参考方向大小大小方向方向电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。流的参考方向。ABi 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0参考方向参考方向U+实际方向实际方向ABA 0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 吸收正

8、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 取非取非关联参考方向关联参考方向+-iu+-iul 方法二方法二例例564123I2I3I1+_U6U5U4U3U2U1求图示电路中各方求图示电路中各方框所代表的元件消框所代表的元件消耗或产生的功率。耗或产生的功率。已知：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，发出的功率消耗的功率对一完整的电路，发出的功率消耗的功率_ 1.3 电阻元件电阻元件(re

9、sistor)2.线性定常电阻元件线性定常电阻元件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。其伏安关系对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用用ui平面的一条曲线来描述：平面的一条曲线来描述：iu任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。1.定义定义伏安伏安特性特性 l ui 关系关系R 称为电阻，单位：称为电阻，单位：(欧欧)(Ohm，欧姆，欧姆)满足欧姆定律满足欧姆定律(Ohms Law)uil 单位单位G 称为电导，单位：称为电导，单位：S(西门子西门子)(Siemens，西门子，西门子)u、i 取关联取关联参考方向参考方向Rui+-伏伏

10、安安特特性性为为一一条条过过原原点点的的直直线线(2)如电阻上的电压与电流参考方向非如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号关联，公式中应冠以负号注注(3)说明线性电阻是无记忆双向性的元件说明线性电阻是无记忆双向性的元件欧姆定律欧姆定律(1)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！Rui+-3.功率和能量功率和能量上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p u i (R i)i i2 R u(u/R)u2/R

11、p u i i2R u2/R功率：功率：Rui+-Rui+-可用功率表示。从可用功率表示。从 t0 到到t电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路能量：能量：l 短路短路l 开路开路uiRiu+伏安特性曲线：伏安特性曲线：不是一条过原点的直线，不是一条过原点的直线，不满足欧姆定律，元件电阻值随电压或电不满足欧姆定律，元件电阻值随电压或电流改变而改变。流改变而改变。iu按按VCR分：分：a.a.对原点对称，无极性或双向性元件，使用时元件对原点对称，无极性或双向性元件，使用时元件的两个端钮没有区别；（所有线性电阻和部分非线性电阻）的两个端钮没有区别；（所有线性电阻和部分

12、非线性电阻）b.对于原点不对称，有极性元件，使用时注意正负极。对于原点不对称，有极性元件，使用时注意正负极。注：注：a.非线性电阻阻值与工作点有关；非线性电阻阻值与工作点有关；b.非线性电阻阻值有两种：静态电阻和动态电阻非线性电阻阻值有两种：静态电阻和动态电阻静态电阻：静态电阻：工作点处的静态电压与静态电流之比，即工作点处的静态电压与静态电流之比，即R=U/I；动态电阻：动态电阻：工作点处电压的微变量工作点处电压的微变量 U与电流微变量与电流微变量 I之比的之比的极限，即极限，即4.非线性电阻元件非线性电阻元件 l 电路符号电路符号R 1.4 独立电源独立电源(independent sour

13、ce)其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流其值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。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+_(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；与流经它的电流与外电路无关；与流经它的电流 方向、大小无关。方向、大小无关。(2)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伏安关系伏安关系例例Ri-+外外电电路路电压源不能短路！电压源

14、不能短路！l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，外力克服电场高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。力作功，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。解解发出发出吸收

15、吸收吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）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，若若短路，电流很大，可能烧毁电源。短路，电流很大，可能烧毁电源。usuiOl 实际电压源实际电压源i+_u+_考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性一个好的电压源要求一个好的电压源要求其输出电流总能保持定值或一定其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电的时间函数，其值与它的两端电压压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.理想电流源理想电流源l 定义定义u+_(1)电流源的输出电流由电源本身决定，电流源的输出电流由电源本身决定，与外电

16、路无关；与它两端电压方向、与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关大小无关(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l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系ui伏安伏安关系关系例例外外电电路路电流源不能开路！电流源不能开路！Ru-+实际电流源的产生实际电流源的产生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池池被被激发产生一定值的电流等。激发产生一定值的电流等。l电流源的功率电流源的功率（1）电压、电流的参考方向非关联电压、电流

17、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（2）电压、电流的参考方向关联电压、电流的参考方向关联吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载或：或：发出负功发出负功u+_u+_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率。解解发出发出吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）+_u+_2A5Vi 实实际际电电流流源源也也不不允允许许开开路路。因因其其内内阻阻大大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。若开路，电压很高，可能烧毁电源。isuiOl 实际电实际电流流源源考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性一个好的电流源要求一个好的电流源要求u+_i1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律

18、 (Kirchhoffs Laws)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了电路分析的基础。成了电路分析的基础。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。(b)三条或三条以上支路的连接三条或三条以上支路的连接点称为节点。点称为节点。(n n)b=3an=2b+_R1uS1+

19、_uS2R2R3(1)支路支路 (branch)电路中每一个两端元件就叫一条支路电路中每一个两端元件就叫一条支路i3i2i1(2)(2)节点节点(node)(node)b=5由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。(l)两节点间的一条通路。由支路构成。两节点间的一条通路。由支路构成。对对平面电路平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。，其内部不含任何支路的回路称网孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3)(3)路径路径(path)(path)(4)(4)回路回路(loop)(loop)(5)(5)网孔网孔(mesh)(mesh)网孔是回路，但回路不一定是网孔网孔是回路，但回路

20、不一定是网孔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，对对任任意意节节点点流流出出或流入该节点电流的或流入该节点电流的代数和代数和等于零。等于零。流进的电流进的电流等于流流等于流出的电流出的电流1 3 2例例三式相加得：三式相加得：表明表明KCL可推广应用于电路中包可推广应用于电路中包围多个节点的任一闭合面围多个节点的任一闭合面明确明确(1)KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路是电荷守恒和电流连续性原理在电路 中任意节点处的反映；中任意节点处的反映；(2)KCL是对支路电流加的约束，与支路上

21、接的是对支路电流加的约束，与支路上接的 什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；(3)KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实方程是按电流参考方向列写，与电流实 际方向无关。际方向无关。(2)(2)选定回路绕行方向，选定回路绕行方向，顺时针或逆时针顺时针或逆时针.U1US1+U2+U3+U4+US4=03.3.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)在在集总参数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路沿任一闭合路径绕行，各支路电压的代数和等于零径绕行，各支路电压的代数和等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U

22、3U1U2U4(1)(1)标定各元件电压参考方向标定各元件电压参考方向 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4例例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aUsb_-+U2U1明确明确(1)KVL的实质反映了电路遵从的实质反映了电路遵从 能量守恒定律能量守恒定律;(2)KVL是对回路电压加的约束，是对回路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元与回路各支路上接的是什么元 件无关，与电路是线性还是非件无关，与电路是线性还是非 线性无关；线性无关；(3)KVL方程是按电压参考方向列写，与电压方程是按电压参考方向列写，

23、与电压 实际方向无关。实际方向无关。4.4.KCL、KVL小结：小结：(1)KCL是对支路电流的线性约束，是对支路电流的线性约束，KVL是对是对 回回路电压的线性约束。路电压的线性约束。(2)(2)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。(3)(3)KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL 是是能量守恒能量守恒的具体体现的具体体现(电压与路径无关电压与路径无关)。(4)(4)KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。已知已知U2 10V，U35V，U64V，求其余电压。，求其余电压。+U34U212653

24、+U6+U4+U5例例解解+U1U1 U2+U315VU4 U2U614VU5 U4U319V I6例例12+U34U2123+U6+U4+U5+U1已知已知U2 10V，U35V，U64V，I31A，求其求其余电压和支路电流。余电压和支路电流。I5I1I3 I2 I4解解I5 U5/119AI6 U6/22AI4 I5 I6 21AI2 I3 I4 22AI1 I2 I6 20A思考：思考：i1=i2?3.AB+_1111113+_2i2i1UA=UB?I=01.？AB+_1111113+_22.i11.2.+-4V5Vi=?3.3.+-4V5V1A+-u=?4.4.3 3 10V+-1A-10VI=?10 5.4V+-10AU=?2 6.+-3AI1I10V+-3I2U=?I=05 7.5-+2I2 I25+-