工学电路和电路元件上课件.pptx
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1、1电路与电路模型电路与电路模型电压、电流及其参考方向电压、电流及其参考方向电路的功率和能量电路的功率和能量1.2无源电路元件无源电路元件1.3独立电源元件独立电源元件1.4电路的工作状态和电器设备的额定值电路的工作状态和电器设备的额定值第一章 电路和电路元件1.1电路和电路基本物理量电路和电路基本物理量1.2.1电阻元件电阻元件电容元件电容元件1.2.3电感元件电感元件第1页/共109页2 学习电工电子技术中的学习电工电子技术中的电路基本组成电路基本组成及及常用的电路元件常用的电路元件,是学习以下各章节的基础。,是学习以下各章节的基础。介绍电阻元件,电感元件,电容元件,独立电介绍电阻元件,电感
2、元件,电容元件,独立电源元件,半导体二极管和三极管等器件的工作源元件,半导体二极管和三极管等器件的工作原理、特性曲线和参数。原理、特性曲线和参数。第一章第一章 电路和电路元器件电路和电路元器件 本章内容摘要本章内容摘要第2页/共109页3第一章第一章 电路和电路元器件电路和电路元器件 电路与电路模型电路与电路模型一、实际电路一、实际电路系统系统=一定的目的一定的目的一定的组合方式一定的组合方式系统的概念是广义的,如天气系统、食物链系统、机械系统,化系统的概念是广义的,如天气系统、食物链系统、机械系统,化工系统等。工系统等。部件部件 1.系统系统1.1电路和电路基本物理量电路和电路基本物理量第3
3、页/共109页4电路电路 元件元件=目的目的组合方式组合方式、器件、器件、设备、设备 电路是为了某种需要由某些电器设备或器件或元件按一定电路是为了某种需要由某些电器设备或器件或元件按一定方式组合起来的方式组合起来的电流通路。电流通路。元件:最小单位。元件:最小单位。按联结电路的目的和电路的作用分:按联结电路的目的和电路的作用分:力能电路力能电路 信号电路信号电路 2电路电路3分类分类元件构成器件、器件构成设备、设备组成系统。元件构成器件、器件构成设备、设备组成系统。第4页/共109页511导线电池开关灯泡第5页/共109页63第6页/共109页71)1)力能电路力能电路 电灯电灯 电炉电炉 .
4、电动机电动机发发 电机电机升压升压 变压器变压器降压降压 变压器变压器 光能光能机械能机械能 热能热能.输电线输电线中间环节中间环节电源电源负载负载非非电电能能电电能能起传输和分配电起传输和分配电能的作用能的作用 供电设备供电设备吸收电能吸收电能非非电电能能电电能能 电能传输效率高。电能传输效率高。实现实现能量能量的传输和转换。的传输和转换。(强电强电)照明电路照明电路动力电路动力电路电压高、电流和功率大电压高、电流和功率大(106Kw、105Kw)。380V、220V;50Hz第7页/共109页8音频信号:音频信号:2)2)信号电路信号电路 放大器放大器 中间环节中间环节源源负载负载非非电电
5、信信号号电电信信号号电信号转换、放电信号转换、放大,传递给扬声大,传递给扬声器器非非电电信信号号电电信信号号 保证信号传递质量。保证信号传递质量。功率低功率低(10-3w)(弱电弱电)传递和处理信号。传递和处理信号。处理:放大、变换处理:放大、变换、滤波、滤波16Hz20kHz正弦、方波、三角波正弦、方波、三角波信号信号第8页/共109页9二、电路模型二、电路模型 元器件工作物理过程元器件工作物理过程 表示耗能表示耗能电能电能非电能非电能电能电能电场能电场能电能电能磁场能磁场能非电能非电能电能电能RC无源元件无源元件L?实际电气设备电路模型如何对应如何对应表示建立电场表示建立电场表示建立磁场表
6、示建立磁场有源元件有源元件对应对应!不对应不对应!电气设备电气设备(多种物理现象多种物理现象)基本模型的组合基本模型的组合基本模型基本模型实际电路实际电路模型化模型化理论分析理论分析+测量测量第9页/共109页10理想无源元件理想电源元件l由实际电路元件组成的电路称为由实际电路元件组成的电路称为电路实体电路实体。l可将电路实体中各个实际的电路元件都用可将电路实体中各个实际的电路元件都用表征其物理性质的表征其物理性质的理想电路元件理想电路元件代替。代替。l用理想电路元件用理想电路元件组合组合成的电路称为电路实成的电路称为电路实体的体的电路模型电路模型。第10页/共109页111.几种基本的电路元
7、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的元件电源元件:表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件注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
8、的形式实物下页第11页/共109页12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第12页/共109页13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性质的理想电路元件及其组合理想电路元件及其组合。导线电池开关灯泡2.电路模型电路模型 (circuitmodel)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理想元件有某种确定的电磁性能的理想元件l电路模型电路模型第13页/共109页14图图11手电筒电路手电筒电路常用电路图来表示电路模型常用电路图来表示电路模型(a)实际电路实际电路(b)电原理图电原理图(c)电路模型电路模型(d)拓扑结构图拓
9、扑结构图第14页/共109页15图图12晶体管放大电路晶体管放大电路(a)实际电路实际电路(b)电原理图电原理图(c)电路模型电路模型(d)拓扑结构图拓扑结构图第15页/共109页16电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求,应当电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求,应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。现在以线圈为例加用不同的电路模型模拟同一实际电路。现在以线圈为例加以说明。以说明。图图13线圈的几种电路模型线圈的几种电路模型(a)线圈的图形符号线圈的图形符号(b)线圈通过低频交流的模型线
10、圈通过低频交流的模型(c)线圈通过高频交流的模型线圈通过高频交流的模型第16页/共109页17 电路模型电路模型是对实际电路电磁性能的科学是对实际电路电磁性能的科学抽象和概括抽象和概括,具有一般性。具有一般性。电路模型特点:电路模型特点:1)1)只见参数,不见设备只见参数,不见设备 2)联结关系不变,但不表示联结形联结关系不变,但不表示联结形式不变。式不变。第17页/共109页18源源力能力能:电源电源信号信号:信号源信号源激励输入传输传输负载负载(负荷负荷)响应发生在负载上的响应输出三、电路问题三、电路问题1 1 激励、响应激励、响应 激励激励-电源或信号源的电压电源或信号源的电压(电流电流
11、),它推动电路工作。,它推动电路工作。也称输入也称输入 响应响应-由激励在电路各个部分产生的电压和电流。由激励在电路各个部分产生的电压和电流。也称输出也称输出 系系 统统输出输出 Y输入输入 X(响应之一)第18页/共109页192 电路问题电路问题1)系统分析系统分析 根据系统内部结构和参数,建立根据系统内部结构和参数,建立Y=f(X)关系。关系。2)系统综合系统综合根据激励根据激励X与响应与响应Y的关系,构造系统的结构。通常所讲的设计。的关系,构造系统的结构。通常所讲的设计。3)系统辨识系统辨识系统存在,但内部结构及系统功能未知,建立系统响应系统存在,但内部结构及系统功能未知,建立系统响应
12、Y与激励与激励X的关系。通常所讲的建模。的关系。通常所讲的建模。研究电路的研究电路的u,i 关系关系功能关系功能关系4)系统故障系统故障系系 统统输出输出 Y输入输入 X电路变量电路变量时变量时变量非时变量非时变量(小写字母小写字母)(大写字母大写字母)u、i、pU、I、P 第19页/共109页20 已知已知:激励、结构、参数激励、结构、参数 3 电路分析的基本方法电路分析的基本方法 2)根据不同元件电压和电流关系根据不同元件电压和电流关系-平衡约束平衡约束(由由KCL、KVL)1)根据各元件电压和电流关系根据各元件电压和电流关系-元件约束元件约束(由元件本身特点决定由元件本身特点决定)U1=
13、R1I U2=R2I U3=R3IIUS=U1+U2+U3 Ul+_U2+_U3+_+_R3USR2Rl 然然后后 元件约束元件约束平衡约束平衡约束-数学模型数学模型 最后最后 求解求解 首先确定首先确定 求解:电压、电流、功率求解:电压、电流、功率 第20页/共109页21电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向(referencedirection)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关心心的的物物理理量量是电流、电压和功率。是电流、电压和功率。1.电流的参考方向电流的
14、参考方向(currentreferencedirection)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第21页/共109页22l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:实际方向实际方向 AABB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
15、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第22页/共109页23l参考方向参考方向i 参考方向大小方向电流电流(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i参考方向i0i0实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系:AABB第23页/共109页24电流参考方向的两种表示:电流参考方向的两种表示:用箭头表示:箭头的指向为用箭头表示:箭头的指向为电流的参考方向。电流的参考方向。用双下标表示:如用双下标表示:如 iAB,电流的参考方向由电流的参考方向由A指向指向B。第24页/共109页25l电压电压
16、Ul单位:单位:V(伏伏)、kV、mV、V2.电压的参考方向电压的参考方向(voltagereferencedirection)单单位位正正电电荷荷q 从从电电路路中中一一点点移移至至另另一一点点时时电场力做功(电场力做功(W)的大小)的大小l电位电位 单位正电荷单位正电荷q 从电路中一点移至参考点从电路中一点移至参考点(0)时电场力做功的大小时电场力做功的大小l实际电压方向实际电压方向电位真正降低的方向电位真正降低的方向第25页/共109页26例已知:已知:4C正电荷由正电荷由a点均匀移动至点均匀移动至b点点电场力做功电场力做功8J,由,由b点移动到点移动到c点电场点电场力做功为力做功为12
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