电路基本概念和定律精选PPT.ppt
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1、关于电路基本概念和定律第1页,讲稿共93张,创作于星期二2有关电路课程方面的讨论分为两大类:有关电路课程方面的讨论分为两大类:(1)电路分析:电路分析:在已知电路结构、原件、参数等情况下分析该电路的特点和功能。(2)电路综合:电路综合:在特定性能指标的情况下建立起相应的电路,即为电路设计。电路分析基础是一讨论电路性质为目的的教学。课程介绍:课程介绍:课程主要内容:(1)电阻性电路的分析(2)动态电路分析(3)正弦稳态电路分析(4)电路复频率的分析第2页,讲稿共93张,创作于星期二3电路分析基础与其它课程关系先修课程先修课程&高等数学高等数学后续课程后续课程&物物 理理 电子电路电子电路 信号与
2、系统信号与系统&自控原理自控原理第3页,讲稿共93张,创作于星期二电路分析基础电路分析基础电子技术电子技术数字电子数字电子 技术技术 (逻辑门电路、逻辑门电路、数字器件)数字器件)模拟电子技术模拟电子技术 (半导体器件、集(半导体器件、集成运放)成运放)直流电路分析方法直流电路分析方法正弦交流电分析方法及应用正弦交流电分析方法及应用电路分析基础与电子电路的关系第4页,讲稿共93张,创作于星期二5课程内容介绍课程内容介绍 1、电路基本概念与定律、电路基本概念与定律 2、电路的分析方法、电路的分析方法 3、常用的电路定理、常用的电路定理 4、电路的暂态分析、电路的暂态分析 5、正弦交流电路、正弦交
3、流电路 第5页,讲稿共93张,创作于星期二6第 1 章 电路基本概念和定律要点:要点:电路及电路模型 电压电流及其参考方向电压电流及其参考方向 电路的功与功率 无源电路元件与有源电路元件无源电路元件与有源电路元件 电路基本工作状态 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 电路中电位的概念及计算 电路的计算机辅助分析和设计软件介绍第6页,讲稿共93张,创作于星期二7 一一.电路的组成电路的组成 电电源:源:将非电能转换成电能的装置将非电能转换成电能的装置 (干电池(干电池,蓄电池蓄电池,发电机发电机)或或信号源。信号源。中间环节:中间环节:把电源与负载连接起来的部分把电源与负载连接起来的部分 (连接导线连接导
4、线,开关开关)负载:负载:将电能转换成非电能的用电设备将电能转换成非电能的用电设备 (电灯电灯,电炉电炉,电动机电动机)电路电路电路是为了某种需要而将某些电工设备电路是为了某种需要而将某些电工设备 或元件按一定方式组合起来的电流的通路或元件按一定方式组合起来的电流的通路。1.1 电路的组成与作用电路的组成与作用第7页,讲稿共93张,创作于星期二8电电池池灯灯泡泡负载负载EIRU+_电源电源电路的组成电路的组成第8页,讲稿共93张,创作于星期二91.电能传输和转换电能传输和转换发电机发电机升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器电灯电炉电灯电炉热能热能,水水能能,核能核能转电能转电能传输分配电能
5、传输分配电能电能转换为电能转换为光能光能,热能热能和机械能和机械能二二.电路的作用电路的作用第9页,讲稿共93张,创作于星期二102.信号的传递和处理信号的传递和处理放大器放大器话筒话筒扬声器扬声器将语音转换将语音转换为电信号为电信号(信号源信号源)信号转换、放大、信号转换、放大、信号处理信号处理(中间环节中间环节)接受转换信号接受转换信号的设备的设备(负载负载)第10页,讲稿共93张,创作于星期二11激励激励推动电路工作的推动电路工作的电源的电压或电流电源的电压或电流。响应响应由于由于电源或信号源的电源或信号源的激励作用,激励作用,在在 电路中电路中产生的电压与电流产生的电压与电流。电路分析
6、电路分析在已知电路结构与元件参数情在已知电路结构与元件参数情 况下研究电路况下研究电路激励激励与与响应响应之间之间 的关系。的关系。第11页,讲稿共93张,创作于星期二12将实际元件理想化,将实际元件理想化,由理想元件由理想元件组成的电路。组成的电路。EIRU+_例如:例如:理想化导理想化导线线理想化元理想化元件件今后我们分析的都是今后我们分析的都是电路模型,电路模型,简称简称电路。电路。1-2 1-2 电路模型与理想电路元件电路模型与理想电路元件理想化电理想化电源源第12页,讲稿共93张,创作于星期二13理想电路元件理想电路元件:(一)无源元件(一)无源元件(线性元件线性元件)电阻电阻:电路
7、中电路中消耗电能的消耗电能的理想元件理想元件符号:符号:第13页,讲稿共93张,创作于星期二14电感电感:电路中电路中储存磁场能储存磁场能的理想元件的理想元件符号:符号:符号:符号:电容电容:电路中电路中储存电场能储存电场能的理想元件的理想元件第14页,讲稿共93张,创作于星期二15(二)有源元件(二)有源元件1.理想电压源理想电压源u=uS R0=0输出电压为输出电压为us,由电源本身由电源本身确定,与流过电压源的电确定,与流过电压源的电流无关,电流由外电路确流无关,电流由外电路确定定(2)伏安伏安特性与符号特性与符号(1)特点)特点第15页,讲稿共93张,创作于星期二162.理想电流源理想
8、电流源i=iS R0=输出电流为输出电流为is,由电源本由电源本身确定,与电源两端电压身确定,与电源两端电压无关,电压由外电路确定无关,电压由外电路确定(2)伏安曲线与符号)伏安曲线与符号(1)特点)特点第16页,讲稿共93张,创作于星期二171-3 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向I=0+_RUESU0R0ba 电路中的箭头方向为电压与电动势和电电路中的箭头方向为电压与电动势和电流的流的参考方向参考方向.第17页,讲稿共93张,创作于星期二18电路中物理量的方向电路中物理量的方向(参考方向参考方向)物理量的物理量的方向方向实际方向实际方向参考方向参考方向实际方向实际方向:物理中对电量
9、规定的方向。物理中对电量规定的方向。如规定正电荷运动方向为电流的实际方向如规定正电荷运动方向为电流的实际方向参考方向:参考方向:在分析计算时,为了解题方便,在分析计算时,为了解题方便,对物理量任意假设的方向。(正方向)对物理量任意假设的方向。(正方向)第18页,讲稿共93张,创作于星期二19物理量的实际正方向物理量的实际正方向第19页,讲稿共93张,创作于星期二20一、电流一、电流电流实际方向电流实际方向正电荷运动的方向正电荷运动的方向电流参考方向电流参考方向任选一方向为电流正方向。任选一方向为电流正方向。正值正值负值负值Iab =-Iba例:例:IIaabb第20页,讲稿共93张,创作于星期
10、二21二、电压二、电压电压实际方向电压实际方向由高电位端指向低电位端由高电位端指向低电位端电压参考方向电压参考方向任选一方向位为电压正方向。任选一方向位为电压正方向。电压表示方法:电压表示方法:U+-UabUabUab =-Uba电压与电流电压与电流关联方向:关联方向:UI关联关联方向方向UI非关联非关联方向方向第21页,讲稿共93张,创作于星期二22三、电动势三、电动势电动势实际的方向电动势实际的方向电位升高的方向。电位升高的方向。电动势的参考方向电动势的参考方向任选一方向为电动势的正方向。任选一方向为电动势的正方向。电动势的表示方法:电动势的表示方法:a.箭头箭头b.正负号正负号c.双下标
11、双下标电动势和电压的关系:电动势和电压的关系:EU电压与电动势规定正方向相反时电压与电动势规定正方向相反时E=UEU电压与电动势规定正方向相同时电压与电动势规定正方向相同时E=-U第22页,讲稿共93张,创作于星期二23由以上关系可以看出:由以上关系可以看出:电压源电压源可由一个大小相等,可由一个大小相等,方向相反的方向相反的外加电压外加电压表示。表示。例:例:EUU(U=E)第23页,讲稿共93张,创作于星期二24电路分析中的参考方向电路分析中的参考方向问题的提出问题的提出:在复杂电路中难于判断元件中物理量在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向,电路如何求解?的实际方向,电路如何求解?
12、电流方向电流方向AB?电流方向电流方向BA?E1ABRE2IR第24页,讲稿共93张,创作于星期二25(1)在解题前在解题前先设定一个正方向先设定一个正方向,作为参考方向;,作为参考方向;解决方法解决方法(3)根据计算结果确定实际方向:根据计算结果确定实际方向:若若计算结果计算结果为为正正,则实际方向与假设,则实际方向与假设方向一致方向一致;若若计算结果计算结果为为负负,则实际方向与假设,则实际方向与假设方向相反方向相反。(2)根据电路的定律、定理,列出物理量间相互关根据电路的定律、定理,列出物理量间相互关 系的代数表达式并计算;系的代数表达式并计算;第25页,讲稿共93张,创作于星期二26例
13、例已知:已知:E=2V,R=1求:求:当当Uab分别为分别为 3V 和和 1V 时,时,IR=?E IRRURabUab解:解:(1)假定电路中物理量的参考方向如图所示;假定电路中物理量的参考方向如图所示;(2)列电路方程:列电路方程:第26页,讲稿共93张,创作于星期二27(3)数值计算数值计算(实际方向与假设方向一致实际方向与假设方向一致)(实际方向与假设方向相反)实际方向与假设方向相反)E IRRURabUab第27页,讲稿共93张,创作于星期二28(4)为了避免列方程时出错,为了避免列方程时出错,习惯上习惯上把把 I 与与 U 的方向的方向 按相同方向假设按相同方向假设(关联方向)。关
14、联方向)。(1)方程式方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。仅适用于假设正方向一致的情况。(2)“实际方向实际方向”是物理中规定的,而是物理中规定的,而“假设正方向假设正方向”则则 是人们在进行电路分析计算时是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。任意假设的。(3)在以后的解题过程中,注意一定要在以后的解题过程中,注意一定要先假定先假定“正方向正方向”(即在图中表明物理量的即在图中表明物理量的参考方向参考方向),然后再列方程然后再列方程 计算计算。缺少。缺少“参考方向参考方向”的物理量是无意义的的物理量是无意义的.提示提示第28页,讲稿共93张,创作于星期二29 IRURab假设假设
15、:与与 的方向一致的方向一致例例假设假设:与与 的方向相反的方向相反 IRURab关联正方向关联正方向非关联正方向非关联正方向第29页,讲稿共93张,创作于星期二30关于参考方向的关于参考方向的 欧姆定律欧姆定律 U和和 I 为关联正方向时:为关联正方向时:U和和 I 为非关联正方向时:为非关联正方向时:线性电阻:线性电阻:遵循欧姆定律的电阻,其阻值的遵循欧姆定律的电阻,其阻值的大小和电流电压无关。大小和电流电压无关。第30页,讲稿共93张,创作于星期二31RUI注意注意:用用欧姆定律列方程时,一定要在欧姆定律列方程时,一定要在 图中标明正方向。图中标明正方向。RUIRUI例:例:第31页,讲
16、稿共93张,创作于星期二32 广义欧姆定律广义欧姆定律 (支路中含有电动势时的欧姆定律支路中含有电动势时的欧姆定律)当当 UabE 时,时,I 0 表明方向与图中假设方向一致表明方向与图中假设方向一致当当 UabE 时,时,I 0 表明方向与图中假设方向相反表明方向与图中假设方向相反E+_baIUabR第32页,讲稿共93张,创作于星期二331-4 理想电源及电路工作状态理想电源及电路工作状态受控电源受控电源理想电压源理想电压源电源电源实际电源实际电源理想电源理想电源电压源电压源理想电流源理想电流源电流源电流源R0IsU0E+_U0R0E(R0=0)Is(R0 )第33页,讲稿共93张,创作于
17、星期二1.4.1 电压源电压源 电压源模型由上图电路可得由上图电路可得:U U=E IR E IR0 若若 R R0 0=0=0理想电压源:U U=EU U0 0=E 电压源的外特性电压源的外特性IUIRLR0+-EU+电压源是由电动势 E和内阻 R0 0 串联的电源的电路模型。若 R0 R RL,I I IS S ,可近似认为是理想电流源。电流源电流源模型R0UR0UIS+第36页,讲稿共93张,创作于星期二理想电流源(恒流源理想电流源(恒流源)例例2 2:(2)输出电输出电流是一定值,恒等于电流流是一定值,恒等于电流 IS S ;(3)(3)恒流源两端的电压 U 由外电路决定。由外电路决定
18、。特点:(1)(1)内阻R0 0 =;设 IS=10 A,接上RL 后,恒流源对外输出电流。RL当 R RL L=1=1 时,时,I I=10A=10A,U=10 V当 R RL L=10 =10 时,I=10A,U=100V=100V外特性曲线外特性曲线 IUISOIISU+_电流恒定,电压随负载变化。电流恒定,电压随负载变化。第37页,讲稿共93张,创作于星期二电压源中的电流如何决定?电流源两端的电压等于多少?原则:Is不能变,E 不能变。支路中的电流由电流源确定 I=IS恒流源的端电压bIE R_+aUab=?Is?当理想电压源与理想电流源串联时?当理想电压源与理想电流源串联时第38页,
19、讲稿共93张,创作于星期二电流源两端的电压等于多少?电压源中的电流如何决定?原则:Is不能变,E 不能变。电流源的端电压由电压源确定=E恒压源的电流IE R_+Is?当理想电压源与理想电流源并联时?当理想电压源与理想电流源并联时第39页,讲稿共93张,创作于星期二恒压源与恒流源特性比较恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不 变 量变 化 量E+_abIUabUab=E(常数)Uab的大小、方向均为恒定,外电路负载对 Uab 无影响。IabUabIsI=Is (常数)I 的大小、方向均为恒定,外电路负载对 I 无影响。输出电流 I 可变-I 的大小、方向均由外电路决定端电压Uab 可变-Uab 的
20、大小、方向均由外电路决定第40页,讲稿共93张,创作于星期二411.4.3电路的工作状态电路的工作状态(通路、开路和短路)(通路、开路和短路)受控电源受控电源理想电压源理想电压源电源电源实际电源实际电源理想电源理想电源电压源电压源理想电流源理想电流源电流源电流源R0IsU0E+_U0R0E(R0=0)Is(R0 )第41页,讲稿共93张,创作于星期二42一、电源通路一、电源通路电路特征:电路特征:I=E/(R0+R)Uab=IR =E IR0上式表明:电源端电压小于上式表明:电源端电压小于电动势,两者之差等于电源电动势,两者之差等于电源内阻所产生的电压。内阻所产生的电压。1.电压和电流电压和电
21、流+_IRUabESR0ab第42页,讲稿共93张,创作于星期二43电源的外特性曲线电源的外特性曲线 表示电源表示电源端电压端电压与与输出电流输出电流之间的关系曲线,之间的关系曲线,称为外特性曲线。称为外特性曲线。U=E IR0IU0EIR0当当RR0时时 UE表明:内阻很表明:内阻很小时,端电压小时,端电压变化不大,带变化不大,带负载能力强负载能力强第43页,讲稿共93张,创作于星期二442.功率与功率平衡功率与功率平衡 电源的电源的发出功率发出功率=负载的负载的取用功率取用功率+电源内阻上的电源内阻上的消耗功率消耗功率P-电源输出的功率电源输出的功率PE-电源产生的功率电源产生的功率P-电
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