电路第五版1学习.pptx

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1、二、参考书目：1、电路基本理论 狄苏尔.葛守仁著 人民教育出版社2、电路及磁路 李翰逊主编 中央广播电视大学出版社第1页/共88页三、线索两类约束：元件性质的约束：VCR(伏安关系)电路连接方式的约束：KL(基尔霍夫定律）第2页/共88页四、学习方法：1、预习2、听讲（记笔记）3、复习、做作业（独立完成）4、答疑第3页/共88页第一章 电路模型和电路定律电路和电路模型1-1电阻元件1-5电流和电压的参考方向1-2电压源和电流源1-6电功率和能量1-3受控电源1-7电路元件1-4基尔霍夫定律1-8本章目录第4页/共88页1.电压、电流的参考方向3.基尔霍夫定律l 重点：2.电阻元件和电源元件的特

2、性第5页/共88页1-1 电路和电路模型1.1.实际电路实际电路功能(a)能量的传输、分配与转换；(b)信息的传递、控制与处理。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目的连接构成的电流的通路。共性第6页/共88页 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。2.电路模型导线电池开关白炽灯电路图l理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件。l电路模型第7页/共88页5种基本的理想电路元件：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。电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。电压源和电流源：表示将其他形式的能量转变成 电能的元件。5种基本理

3、想电路元件有三个特征：（a）只有两个端子；（b）可以用电压或电流按数学方式描述；（c）不能被分解为其他元件。注意第8页/共88页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，其电路模型可以有不同的形式。例电感线圈的电路模型注意第9页/共88页1-2 电流和电压的参考方向 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。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。1.1.电流的参考方向电流的参考方向l电流l电流强度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第10页/共88页l方向 规定正电荷的 运动

4、方向为电流的实际 方向l单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(导线)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时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。问题第11页/共88页+-USRSA+-USR1R2R3R4abcd电流方向bd？电流方向db？i第12页/共88页l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向即为电流的参考方向。i 0i 0参考方向u+参考方向u+0 吸收正功率 (实际吸收)p0 发出正功率 (实际发出)p0 发出负功率 (实际吸收)l u,i 取非关联

5、参考方向+-iu+-iu第27页/共88页例3-1 求图示电路中各方框所代表的元件吸收或发出的功率。已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A。564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1第28页/共88页解对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率注意564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1第29页/共88页练习：求图中各二端网络吸收的功率。A-BI=2AU=5V+(c)A-BU=5VI=-2A+(d)A+BI=2AU=5V-(a)A+BI=-2AU=5V-(b)A+BI=-2AU=5V-(e)第

6、30页/共88页1-4 电路元件是电路中最基本的组成单元。1.1.电路元件电路元件5种基本的理想电路元件：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。电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。电压源和电流源：表示将其他形式的能量转变成 电能的元件。注意 如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。第31页/共88页2.2.集总参数电路集总参数电路由集总元件构成的电路集总元件假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。集总条件 集总参数电路中u、i 可以是时间的函数，但与空间坐标无关。因此，任何时刻，流入两端元件一个端子的电流等

7、于从另一端子流出的电流；端子间的电压为确定值。注意第32页/共88页例iiz集总参数电路两线传输线的等效电路。当两线传输线的长度 l 与电磁波的波长满足：+-第33页/共88页iiz分布参数电路当两线传输线的长度 l 与电磁波的波长满足：等效电路为：+-第34页/共88页1-5 电阻元件2.2.线性时不变电阻元件线性时不变电阻元件l 电路符号R电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可用u-i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。1.1.定义定义伏安特性O第35页/共88页l u-i 关系R 称为电阻，单位：(欧姆)满足欧姆定律l 单位G 称为电导，单位：S(西门子)u

8、、i 取关联参考方向伏安特性曲线为一条过原点的直线uiORui+第36页/共88页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。说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。欧姆定律只适用于线性电阻(R 为常数）。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！注意Rui-+第37页/共88页3.功率和能量电阻元件在任何时刻总是吸收功率的。p u i(R i)i i2 R -u2/Rp u i i2R u2/Rl 功率Rui+-表明Rui-+第38页/共88页ui从 t0 到 t 电阻吸收的能量：4.4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路l 能量l 短路l 开路uiRiu+u+iO

9、O第39页/共88页实际电阻器第40页/共88页 1-6 电压源和电流源l电路符号1.理想电压源l定义i+_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 i 无关的元件叫理想电压源。第41页/共88页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。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。l理想电压源的电压、电流关系ui直流电压源的伏安特性曲线例Ri-+外电路电压源不能短路！O第42页/共88页+_iu+_l电压源的功率电压、电流参考方向非关联。电流（正电荷）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。发出功率，起电源作用物理意义：+_iu+_电

10、压、电流参考方向关联。物理意义：电场力作功，电源吸收功率。吸收功率，充当负载。第43页/共88页例6-1计算图示电路各元件的功率。解发出吸收吸收满足：P（发）P（吸）i+_+_10V5V-+第44页/共88页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u 无关的元件叫理想电流源。l 电路符号2.理想电流源l 定义u+_l 理想电流源的电压、电流关系电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压的方向、大小无关。第45页/共88页电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。ui直流电流源的伏安特性曲线O例Ru-+外电路电流源不能开路！第46页/共88页 可由稳流电子设备产生

11、，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电子被激发产生一定值的电流等。实际电流源的产生：l 电流源的功率u+_电压、电流的参考方向非关联。发出功率，起电源作用。电压、电流的参考方向关联。u+_吸收功率，充当负载。第47页/共88页1、当R增大时，I2变不变？R两端的电压会不会变？2、当R增大时，U2变不变？U1变不变？+-+-R10V2VI2I1I3题 1图4题 2图思考题10A2AR4+-U1U2+-第48页/共88页实际电源干电池钮扣电池1.干电池和钮扣电池（化学电源）干电池电动势为1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。钮扣电池电动势为

12、1.35V，用固体化学材料制成，化学反应不可逆。第49页/共88页 氢氧燃料电池示意图2.燃料电池（化学电源）燃料电池电动势为1.23V。以氢、氧作为燃料。约40%45%的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。第50页/共88页3.太阳能电池（光能电源）一块太阳能电池电动势为0.6V。太阳光照射到PN结上，形成一个从N区流向P区的电流。约11%的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。一个50cm2太阳能电池的电动势为0.6V,电流为0.1A。太阳能电池板第51页/共88页蓄电池示意图4.蓄电池（化学电源）电池电动势为2V。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于2V，常需要充

13、电，化学反应可逆。第52页/共88页直流稳压源第53页/共88页发电机组第54页/共88页风力发电第55页/共88页工业风力发电现场第56页/共88页1-7 受控电源(非独立源)l 电路符号受控电压源1.定义受控电流源 电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某处的电压(或电流)控制的电源，称为受控电源。+四端元件第57页/共88页电流控制的电流源(CCCS):电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压u或电流i，受控源可分四种类型：电压控制电流源、电压控制电压源、电流控制电流源、电流控用电压源。2.分类输出：受控部分输入：控制部分 i1+_u2i2_u1i1+第58页/共88页g

14、:转移电导 电压控制的电流源(VCCS)电压控制的电压源(VCVS):电压放大倍数 gu1+_u2i2_u1i1+i1u1+_u2i2_u1+_第59页/共88页电流控制的电压源(CCVS)r:转移电阻 例电路模型ibicibri1+_u2i2_u1i1+_第60页/共88页3.受控源与独立源的比较独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其他电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电压或电流对另一处的电压或电流的控制关系，在电路中不能作为“激励”。第61页/共88页例7-1求电压u2。解5i1+_u

15、2_i1+-3u1=6V第62页/共88页例：计算独立源和受控源各自发出的功率5V+-+-解：有没有电流？第63页/共88页1-8 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律 （KCL）和基尔霍夫电压定律(KVL)。它反映了电路中所有支路电压和支路电流所遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。第64页/共88页+_R1uS1+_uS2R2R31.几个名词电路中通过同一电流的分支。元件的连接点称为结点。b=3an=4b支路电路中每一个两端元件就称为一条支路。i3i2i1结点b=5或三条以上支路的连接点称为结点。n=2注意 两种定义分别用在不同

16、的场合。第65页/共88页由支路组成的闭合路径。两结点间的一条通路。由支路构成。对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。l=3123路径回路网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔。+_R1uS1+_uS2R2R3注意第66页/共88页2.基尔霍夫电流定律(KCL)令流出为“+”，有：例 在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出（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第67页/共88页例三式相加得：KCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。表明第68页/共88页KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反应。KCL是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是

17、什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关。KCL方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。明确第69页/共88页 练习：图示节点处有四个支路电流，在不同时刻其中三个电流的数值如表中所示。试填写该表所缺各项。i1i2i3i42255-1-5-1-2-40.5 3-3177实际流出节点的电流实际流入节点的电流i1i2i3i4第70页/共88页 练习：图示节点处有四个支路电流，在不同时刻其中三个电流的数值如表中所示。试填写该表所缺各项。i1i2i3i42255-1-5-1-2-40.5 3-3177实际流出节点的电流实际流入节点的电流i1i2i3i41.502334455第71页/共88页3.

18、基尔霍夫电压定律(KVL)U3U1U2U4标定各元件电压参考方向。选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。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。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_第72页/共88页U1US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1 或R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4KVL也适用于电路中任一假想的回路。注意U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_第73页/共88页例KVL的实质反映了电路遵从能量守恒。KVL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

19、无关，与电路是线性还是非线性无关。KVL方程是按电压参考方向列写的，与电压实际方向无关。明确aUSb_-+U2U1第74页/共88页 练习：图中电压U3的参考极性已确定，若该电路的两个KVL方程分别为：U1-U2-U3=0；-U2-U3+U5-U6=0试确定U1、U2、U5及U6的极性；能否进一步确定U4的参考极性；若给定U2=10V，U3=5V，U6=-4V，试确定其余各电压。124356+-U3第75页/共88页4.KCL、KVL小结KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路电压的线性约束。KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。KCL表明在每一结点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒

20、的具体体现(电压与路径无关)。KCL、KVL只适用于集总参数的电路。第76页/共88页思考：UA=UB?I=01.？AB+_1111113+_22.i1第77页/共88页3。4。+-4V5Vi=?5.+-4V5V1A+-u=?6.33第78页/共88页解10V+-1A-10VI=?107.4V+-10AU=?28.+-3AI解I1第79页/共88页10V+-3I2U=?I=0595-+2I2 I25+-解第80页/共88页 1、首先给每个元件标定电压、电流的参考方向。为方便起见，尽量取关联参考方向。习惯上，电源的电压、电流取非关联的参考方向。2、依据KCL、KVL和VCR列方程。（含有受控源时，要把控制量表示出来）。3、解方程求出未知量。电路分析的步骤第81页/共88页 例1：如图所示电路，R1=30，R2=60，R3=10，US=120V。试计算各元件的功率，并判断电压源和受控源是吸收还是提供功率。R1R2R3-+-USU32U3+-I1I2I3+-U2第82页/共88页例2Us=6V，求U=？+-+U-I2IUS第84页/共88页解：KVL及VCR:KCL:KCL:解得解得:第85页/共88页例3求Ix3AI+-+-10V第86页/共88页解：KVL及VCR:KCL:KCL:解得解得:第87页/共88页感谢您的观看！第88页/共88页