第1章 电路定律与电路模型.ppt

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1、电路分析主讲：陶雪华办公室：信息工程系3423电话：13838108361教材：电路(第五版)邱关源 高等教育出版社参考书：u 李瀚荪编李瀚荪编电路分析基础电路分析基础（第（第4 4版）版）u 相关的学习指导书相关的学习指导书课堂课堂:学习状况与出勤学习状况与出勤闭卷考试闭卷考试 平时成绩组成（平时成绩组成（30%30%）作业作业:集中点评集中点评 期末考试（期末考试（7070%）实验：试验情况和实验报告实验：试验情况和实验报告 教学进度安排教学进度安排(前十二章前十二章)电路分析电路分析(考试要求考试要求)课程位置及作用 专业基础课 课程特点 内容多、基本概念多、习题多 课程的学习方法 课程

2、的发展状况电路分析课程简介电路分析课程简介 经经典典电电路路理理论论形形成成于于二二十十世世纪纪初初至至60s。经经典典的的时时域域分分析析于于30s初初已已初初步步建建立立，并并随随着着电电力力、通通讯讯、控控制制三三大大系系统统的的要求发展到频域分析与电路综合。要求发展到频域分析与电路综合。六六、七七十十年年代代至至今今发发展展了了现现代代电电路路理理论论。它它随随着着电电子子革革命命和和计计算算机机革革命命而而飞飞跃跃发发展展，特特点点是是：频频域域与与时时域域相相结结合合，并并产产生生了了拓拓扑扑、状状态态、逻逻辑辑、开开关关电电容容、数数字字滤滤波波器器、有有源源网络综合、故障诊断等

3、新的领域。网络综合、故障诊断等新的领域。作作为为首首门门电电技技术术基基础础课课，为为学学习习电电专专业业的的专专业业基基础础课课打打下下基基础础；也也是是电电气气电电子子工工程程师师的的必必备备知知识识；学学习习本本课课程程还还将将有有助助于于其其他他能能力力的的培培养养（如如严严格格的的科科学学作作风风、抽抽象象的的思思维维能能力、实验研究能力、总结归纳能力等）。力、实验研究能力、总结归纳能力等）。电路分析课程简介电路分析课程简介u 电路的基本概念电路的基本概念u 电路的基本定理或定律电路的基本定理或定律u 电路的基本分析方法电路的基本分析方法 研究内容研究内容电路分析课程电路分析课程第一

4、章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向4.4.基尔霍夫定律基尔霍夫定律(circuit model)(circuit laws)3.3.电路元件特性电路元件特性重点重点2.2.功率计算功率计算1-1 1-1 电路和电路模型电路和电路模型（circuit model)电路是电流的通路。实际电路是由电气器件相互电路是电流的通路。实际电路是由电气器件相互联接而构成的。由电源、负载和中间环节组成。联接而构成的。由电源、负载和中间环节组成。一、电路一、电路 电源电源(source)(source)：提供能量或信号（电池、发电机：提供能量或信号（电池

5、、发电机 、信号发生器）、信号发生器）负载负载(load)(load)：将电能转化为其它形式的能量，：将电能转化为其它形式的能量，或对信号进行处理（电阻、电容、晶体管）或对信号进行处理（电阻、电容、晶体管）中间环节（中间环节（intermediateintermediate）：一般由导线、开）：一般由导线、开 关等构成，将电源与负载接成通路（传输线）关等构成，将电源与负载接成通路（传输线）二、电路的作用二、电路的作用1 1、电能的传输和转换、电能的传输和转换降压降压变压器变压器发发电电机机升压升压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒2 2、传递

6、和处理信号、传递和处理信号1、激励：、激励：电源或信号源的电压或电流。电源或信号源的电压或电流。2、响应：、响应：由于激励在电路各部分产生的电压和电流。由于激励在电路各部分产生的电压和电流。3、电路分析：、电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，讨在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。论电路的激励与响应之间的关系。三、电路分析三、电路分析1、实际元件、实际元件:组成实际电路的元件。组成实际电路的元件。2、理想元件、理想元件:将实际元件理想化，即在一定条件下突出将实际元件理想化，即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素。其主要的电磁性质，忽略其次要因素。

7、理想理想元件元件电阻电阻 R电压源电压源3、电路模型、电路模型:理想电路元件组成的电路。理想电路元件组成的电路。四、电路模型四、电路模型电感电感 L电容电容 C电流源电流源 低频信号发生器的内部结构低频信号发生器的内部结构电阻器电阻器电容器电容器线圈线圈电池电池运算放大器运算放大器晶体管晶体管导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡电路图电路图干电池用电压源干电池用电压源UsUs和电阻和电阻RsRs为模型；为模型；灯泡用电阻为模型灯泡用电阻为模型例例注注l 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，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

8、际电路部件在不同的应用条件下，其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模型可以有不同的形式直流直流交变交变电流电流高频交流高频交流一个线圈的建模一个线圈的建模1-2 1-2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 (reference direction)一、问题的引入一、问题的引入5310V9V考虑电路中每个电阻的电流方向考虑电路中每个电阻的电流方向电流方向？电流方向？SI单位：安（培）单位：安（培）A（Ampere）电流电流 (current)电流定义：电流定义：电路变量电路变量 电流、电压、功率电流、电压、功率电路变量电路变量描述电路电性能的可表示为时间函数的变量。

9、描述电路电性能的可表示为时间函数的变量。常用：电流、电压、功率常用：电流、电压、功率几个名词：恒定电流，直流（几个名词：恒定电流，直流（dc,DC）、时变电流、）、时变电流、交变电流，交流（交变电流，交流（ac,AC）方向：方向：正电荷正电荷运动的方向运动的方向电压电压(voltage)电路变量电路变量 电流、电压、功率电流、电压、功率SI单位：伏（特）单位：伏（特）V（Volt）电压定义：电压定义：几个名词：恒定电压，直流电压、时变电压、交几个名词：恒定电压，直流电压、时变电压、交流电压流电压低电位（负极）、高电位（正极）低电位（负极）、高电位（正极）ab：正电荷正电荷移动失去能量，移动失去

10、能量，a高高b低，电压降低，电压降ab：正电荷正电荷移动获得能量，移动获得能量，a低低b高，电压升高，电压升任意任意指定一个方向作为电流的方向。指定一个方向作为电流的方向。把电流看成代数量把电流看成代数量:若电流的参考方向与它的实际方向一致，则电流若电流的参考方向与它的实际方向一致，则电流为为正值正值；若电流的参考方向与它的实际方向若电流的参考方向与它的实际方向相反相反，则电，则电流为流为负值负值。2 2、参考方向：、参考方向：1 1、实际方向：、实际方向：正电荷运动的方向。正电荷运动的方向。二、电流二、电流i 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

11、向+实际方向实际方向参考方向参考方向U+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 取非取非关联参考方向关联参考方向+-iu+-iu二二.判断元件是吸收功率还是发出功率判断元件是吸收功率还是发出功率例例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+U3564123I2I3I1+U6U5U4U2U1求图示电路中各方框所代表的元求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功率。已知：件消耗或产生的功率。已知：U1=1V,I1=2A，U2=-3V,I2=1A

12、,U3=8V,I3=-1A U4=-4V,U5=7V,U6=-3V1-4 1-4 电路元件电路元件 (不用看不用看)1-5 1-5 电阻元件电阻元件 (resistor)流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。根据欧姆定律，电阻两端的电压和电流之间的关系可写成：根据欧姆定律，电阻两端的电压和电流之间的关系可写成：u=iR在电压和电流的在电压和电流的关联关联方向下方向下u=iR在电压和电流在电压和电流非关联非关联方向下方向下u=-iRRi+_uRi+_u一、欧姆定律一、欧姆定律R R为正实常数为正实常数1、定义、定义G=1/R2、单位、单位S（西门子），电阻的

13、单位为西门子），电阻的单位为(欧姆欧姆)，计量高电阻时，则以计量高电阻时，则以k 和和M 为单位。为单位。Oui二、电导二、电导以电压和电流为坐以电压和电流为坐标，画出电压和电流的关标，画出电压和电流的关系曲线。系曲线。三、电阻元件的伏安特性三、电阻元件的伏安特性四四.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（吸收）功率的。上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗（吸收）功率的。是一种无源元件。是一种无源元件。p u i (R i)i -i2 R u(u/R)-u2/Rp u i i2R u2/R功率：功率：Rui+-Rui+-可用功表示。从可用功表示。从 t 到到t0电阻消耗

14、的能量：电阻消耗的能量：Riu+五五.电阻的短路与开路电阻的短路与开路能量：能量：l 短路短路l 开路开路ui1-6 1-6 电压源和电流源电压源和电流源 (independent source)1、特点：（、特点：（1）电压）电压u(t)的函数是的函数是固定固定的，不会因它所联接的的，不会因它所联接的 外电路的不同而改变。外电路的不同而改变。（2）电流则随与它联接的外电路的不同而不同。）电流则随与它联接的外电路的不同而不同。2、图形符号：、图形符号：+-只用来表只用来表示直流示直流0tt0既既可以表示直流可以表示直流也可以表示交流也可以表示交流t0一、理想电压源一、理想电压源（1）电压、电流

15、的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；+_iu+_+_iu+_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3.3.功率功率例例+_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。解解发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发）发）P（吸）吸）1、特点、特点（1）电流）电流 i(t)的函数是的函数是固定固定的，不会因它所联接的外的，不会因它所联接的外电路的不同而改变；电路的不同而改变；（2）电压则随与它所联接的外电路的不同而不同电压则随与它所联接的外电路的不同而不同。2、图形符

16、号、图形符号二、理想电流源二、理想电流源直流：直流：tO（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；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u+_u+_3.3.功率功率例例1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:吸收吸收满足满足：P（发）发）P（吸）吸）+_u+_2A5Viis发出发出计算图中电源、电阻及支路的功率，并说明是吸收功率计算图中电源、电阻及支路的功率，并说明是吸收功率还是产生功率？还是产生功率？IR+10=20 得得 I=1A 则则10V+_20VI

17、10(a)解：解：例例2(-10)+10I=20 得得 I=3A 则则:(b)20V+_I10V 10_解解：1-7 1-7 受控电源受控电源 (controlled source or dependent source)一、电源的分类一、电源的分类电源电源独立电源独立电源受控源受控源电压源的电压和电流源的电压源的电压和电流源的电流电流,不受外电路的影响。不受外电路的影响。作为电源或输入信号时，作为电源或输入信号时，在电路中起在电路中起“激励激励”作用。作用。受控电压源的电压和受控电压源的电压和受控电流源的电流不是受控电流源的电流不是给定的时间函数，而是给定的时间函数，而是受电路中某部分的电流

18、受电路中某部分的电流或电压控制的。或电压控制的。又称为非独立电源。又称为非独立电源。l 电路符号电路符号+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源(1)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四端元件四端元件 i1+_u2i2_u1i1+输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分二、受控源的类型二、受控源的类型g:转移电导转移电导(2)电压控制的电流源电压控制的电流源(VCCS)u1gu u1 1+_u2i2_i1+(3)电压控制的电压源电压控制的电压源(VCVS)u1+_u2i2_u1i1+-:电压放大倍数电压放大倍数 ri1+_u2i2_u1i1

19、+-(4)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:电电路路模模型型三三.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较(1)独独立立源源电电压压(或或电电流流)由由电电源源本本身身决决定定，与与电电路路中中其其它它电电压压、电电流流无无关关，而而受受控控源源电电压压(或或电电流流)由控制量决定。由控制量决定。(2)独独立立源源在在电电路路中中起起“激激励励”作作用用，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流，而而受受控控源源只只是是反反映映输输出出端端与与输输入入端的受控关系。端的受控关系。例例:求：电压求：电压u2。解解:5i1+_u2_u1=6Vi1+-3 1-

20、8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律(Kirchhoffs Laws)用来描述电路中各部分电压或各部分电用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括流间的关系，其中包括基尔霍夫电流基尔霍夫电流和和基基尔霍夫电压尔霍夫电压两个定律。两个定律。一一.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 b)三条或三条以上支路的连接点称三条或三条以上支路的连接点称为结点。为结点。(n)b=3an=2b+_R1uS1+_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)结点结点(node)b=5由支路

21、组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。(l)两结点间的一条通路。由支路构成。两结点间的一条通路。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)路径路径(path)(4)回路回路(loop)(5)网孔网孔mesh)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二二.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:流进的电流进的电流等于流流等于流出的电流出的电流在在集总电路中集总电路中,任何时刻，对任一结点，所有与之相连支路任何时刻，对任一结点，

22、所有与之相连支路电流的代数和恒等于零。电流的代数和恒等于零。or:1 3 2例例:三式相加得：三式相加得：表明表明KCLKCL可推广应用于电路中可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面包围多个结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中任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；意结点处的反映；（2）KCL是对支路电流和的约束，与支路上接的是是对支路电流和的约束，与支路上接的是 什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；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，与电流实际方程是按电流参考方向列写，与电流实际 方向无关

23、。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.三三.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)在在集总电路中，任一时刻，集总电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕沿任一闭合路径绕行，所有支路电压的代数和等于零行，所有支路电压的代数和等于零。（1 1）标定各元件电压参考方向）标定各元件电压参考方向 凡支路电压的参考方向与回路的绕行方向凡支路电压的参考方向与回路的绕行方向一致一致者，该电压前面取者，该电压前面取“+”号；支路电压的参考方向号；支路电压的参考方向与回路的绕行方向与回路的绕行方向相反相反者，该电压前面取者，该电压前面取“-”号。号。四四.KCL

24、、KVL小结：小结：(1)(1)KCL是是对对支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVL是是对对回回路路电电压的线性约束。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表表明明在在每每一一结结点点上上电电荷荷是是守守恒恒的的；KVL是是能能量守恒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。1.2.练习题：练习题：+-4V5Vi=?3.3.3+-4V5V1A+-u=?4.4.3 解解10V+-1A-10VI=?10 5.解解I14V+-10AU=?2 6.+-3AI10V+-3I2U=?I=05 5-+2I2 I25+-解：解：7.第一章作业26页1-41-5（a）1-7（a）1-19