电路分析PPT

1.电压、电流的参考方向3.基尔霍夫定律重点：第1章电路模型和电路定律(circuitmodel)(circuitlaws)2.电路元件特性1.1电路和电路模型1.2电压和电流的参考方向1.3电路元件的功率1.4电阻元件1.5电感元件1.6电容元件1.7电源元件1.8受控电源1.9基尔霍夫定律1.1电路和电路模型（model)定义:为完成某种预期目的而设计、安装、运行的,由电工设备构成的整体，它为电流的流通提供路径。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。电源(source)：提供能量或信号.负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或对信号进行处理.导线(line)、开关（switch)等：将电源与负载接成通路.功能:传输电能、处理信号、测量、控制、计算等.一、实际电路二、电路模型(circuitmodel)1.理想电路元件：根据实际电路元件所具备的电磁性质所假想的具有某种单一电磁性质的元件，其u，i关系可用简单的数学公式严格表示。几种基本的电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示各种电感线圈产生磁场，储存能量的作用电容元件：表示各种电容器产生电场，储存能量的作用电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件2.电路模型：由理想元件及其组合代表实际电路元件，与实际电路具有基本相同的电磁性质，称其为电路模型。*电路模型是由理想电路元件构成的。10BASE-Twallplate导线电池开关灯泡例.iRSUfR3.电路模型的建立：用理想电路元件及其组合模拟实际电路元器件。三.集总参数元件与集总参数电路集总参数元件：每一个具有两个端钮的元件，从一个端钮流入的电流等于从另一个端钮流出的电流；端钮间的电压为单值量。集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。一个实际电路要能用集总参数电路近似，要满足如下条件：即实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波的波长。λ=ν/f1.2电压和电流的参考方向(referencedirection)一、电路中的主要物理量主要有电压（U）、电流（I）、电荷（q）、磁链（）等。在线性电路分析中常用电流、电压、功率（P）、能量（W）。1.电流(current)：电荷的定向运动形成电流。电流的大小用电流强度表示：单位时间内通过导体截面的电量。tqtqitddlim)t(0ΔdefΔΔ单位：A(安)(Ampere，安培)当数值过大或过小时，常用十进制的倍数表示。SI制中，一些常用的十进制倍数的表示法：符号TGMkcmnp中文太吉兆千厘毫微纳皮数量101210910610310–210–310–610–910–12电流的方向：通常把正电荷的移动方向称为电流的正方向。2.电压(voltage)：电场中某两点A、B间的电压(降)UAB等于将正电荷q从A点移至B点电场力所做的功WAB与该点电荷q的比值，即qWUABdefAB单位：V(伏)(Volt，伏特)当把正电荷q由B移至A时，需外力克服电场力做同样的功WAB=WBA，此时可等效视为电场力做了负功–WAB，则B到A的电压为ABABBAUqWUAB3.电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。参考点的电位则为零，所以，参考点也称为零电位点。电位用表示，单位与电压相同，也是V(伏)。abcd设c点为电位参考点，则c=0a=Uac，b=Ubc，d=Udc两点间电压与电位的关系：abcd仍设c点为电位参考点，c=0Uac=a，Udc=dUad=Uac+Ucd=Uac–Udc=a–d前例结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。例.abc1.5V1.5V已知Uab=1.5V，Ubc=1.5V(1)以a点为参考点，a=0Uab=a–bb=a–Uab=–1.5VUbc=b–cc=b–Ubc=–1.5–1.5=–3VUac=a–c=0–(–3)=3V(2)以b点为参考点，b=0Uab=a–ba=b+Uab=1.5VUbc=b–cc=b–Ubc=–1.5VUac=a–c=1.5–(–1.5)=3V结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位将改变，但任意两点间电压保持不变。4.电动势(eletromotiveforce)：局外力克服电场力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所作的功称为电源的电动势。qWeBAdddefe的单位与电压相同，也是V(伏)电场力把单位正电荷从A移到B所做的功(UAB)，与外力克服电场力把相同的单位正电荷从B经电源内部移向A所做的功(eBA)是相同的，所以UAB=eBA。BA电压UAB表示电位降，BAABU电动势eBA表示电位升，BABAe所以,ABBAUe根据能量守恒定律二、电压、电流的参考方向(referencedirection)1.电流的参考方向元件(导线)中电流流动的实际方向有两种可能:实际方向实际方向参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。i参考方向大小方向电流(代数量)AB电流参考方向的两种表示：用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。用双下标表示：如iAB,电流的参考方向由A指向B。i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：2.电压(降)的参考方向++U0实际方向实际方向0参考方向U+–+实际方向+实际方向参考方向U+–U电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向(2)用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压(降低)的参考方向(3)用双下标表示：如UAB,由A指向B的方向为电压(降)的参考方向UU+ABUAB小结：(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2)参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。+–Riuu=Ri+–Riuu=–Ri（3）参考方向不同时，其表达式符号也不同，但实际方向不变。(5)参考方向也称为假定方向，以后讨论均在参考方向下进行。（4）元件或支路的u，i通常采用相同的参考方向以减少公式中负号，称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。+–iu+–iu关联参考方向非关联参考方向1.3电路元件的功率(power)一、电功率：单位时间内电场力所做的功。tqiqwu,twpdd,dddduitqqwtwpdddddd功率的单位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的单位：J(焦)(Joule，焦耳)二、电压、电流采用参考方向时功率的计算和判断1.u,i关联参考方向p=ui表示元件吸收的功率P0吸收正功率(实际吸收)P0吸收负功率(实际发出)+–iup=ui表示元件发出的功率P0发出正功率(实际发出)P0发出负功率(实际吸收)+–iu2.u,i非关联参考方向吸发上述功率计算不仅适用于元件，也适用于任意二端网络。电阻元件在电路中总是消耗(吸收)功率，而电源在电路中可能吸收，也可能发出功率。+–5IURU1U2例U1=10V，U2=5V。分别求电源、电阻的功率。I=UR/5=(U1–U2)/5=(10–5)/5=1APR吸=URI=51=5WPU1发=U1I=101=10WPU2吸=U2I=51=5WP发=10W，P吸=5+5=10WP发=P吸(功率守恒)1.4电阻元件(resistor)线性电阻元件：任何时刻端电压与其电流成正比的元件。1.符号R(1)电压与电流的参考方向设定为一致的方向Riu+2.欧姆定律(Ohm’sLaw)uRiR称为电阻，电阻的单位：(欧)(Ohm，欧姆)伏安特性曲线:Rtg线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数。令G1/RG称为电导则欧姆定律表示为iGu.电导的单位：S(西)(Siemens，西门子)uiO电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线(2)电阻的电压和电流的参考方向相反Riu+则欧姆定律写为u–Ri或i–Gu公式必须和参考方向配套使用！3、特殊情况开路（断路）：当一个线性电阻元件的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为零值。短路：当流过一个线性电阻元件的电流不论为何值时，它的端电压恒为零值。R=∞或G=0R=0或G=∞iuO开路iuO短路3.功率和能量Riu+Ri上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p吸–ui–(–Ri)ii2R–u(–u/R)u2/Rp吸uii2Ru2/R功率：u+能量：可用功表示。从t0到t电阻消耗的能量：ttttRuipW00ddξξ4.非线性电阻u=f(i)或i=h(u)R≠C伏安特性曲线不是过原点的直线。Riu+–1.5电感元件(inductor)与电感有关两个变量:L,对于线性电感,有：=Lii+–u–+e线性电感元件：任何时刻，电感元件的磁链与电流i成正比。Liu+–电路符号1.元件特性线性电感的~i特性（韦-安特性）是过原点的直线iOL=/itgiψLdef=N为电感线圈的磁链（韦伯）L称为自感系数电感L的单位：H(亨)(Henry，亨利)H=Wb/A=V•s/A=•s线性电感电压、电流关系：u,i取关联参考方向:Liu+–e+–根据电磁感应定律与楞次定律或ttttttttξutξuLiudξLξuLξuLtitt000000dd11d1d1)()()()(tiLtψudddd讨论：(1)u的大小取决与i的变化率，与i的大小无关；(微分形式)（动态元件）(2)电感元件是一种记忆元件；(积分形式)(3)当i为常数(直流)时，di/dt=0u=0。电感在直流电路中相当于短路；(4)表达式前的正、负号与u，i的参考方向有关。当u，i为关联方向时，u=Ldi/dt；u，i为非关联方向时，u=–Ldi/dt。2.电感的储能由此可以看出，电感是无源元件，它本身不消耗能量。从t0到t电感储能的变化量：)(21)(21)(21)(21022022tψLtψLtLitLiWLtiLiuipdd吸0)(21)(21)(21)(21)(21ddd220)(222tψLtLiLitLiLiξiLiWittL若ξξ1.6电容元件(capacitor)线性电容元件：任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压u成正比。电路符号电容器++++––––+q–qC与电容有关两个变量:C,q对于线性电容，有：q=Cu1.元件特性uqCdefC称为电容器的电容电容C的单位：F(法)(Farad，法拉)F=C/V=A•s/V=s/常用F，nF，pF等表示。Ciu+–+–线性电容的q~u特性（库-伏特性）是过原点的直线quOC=q/utg线性电容的电压、电流关系：u,i取关联参考方向Ciu+–+–或ttttttttξitqtqξiCtuξiCξiCξiCtu0000d)()(d1)(d1d1d1)(00tuCtqidddd电容充放电形成电流：(1)u0，du/dt0，则i0，q，正向充电(电流流向正极板)；(2)u0，du/dt0，则i0，q，正向放电(电流由正极板流出)；(3)u0，du/dt0，则i0，q，反向充电(电流流向负极板)；(4)u0，du/dt0，则i0，q，反向放电(电流由负极板流出)；讨论：(1)i的大小取决与u的变化率，与u的大小无关；(微分形式)(2)电容元件是一种记忆元件；(积分形式)(3)当u为常数(直流)时，du/dt=0i=0。电容在直流电路中相当于开路，电容有隔直作用；(4)表达式前的正、负号与u，i的参考方向有关。当u，i为关联方向时，i=Cdu/dt；u，i为非关联方向时，i=–Cdu/dt。2.电容的储能由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。从t0到t电容储能的变化量：)(21)(21)(21)(2102