电路原理课件

第一章电路模型和电路定律主要内容1.1电路和电路模型1.2电流和电压的参考方向1.3电功率和能量1.4电路元件1.5电阻元件1.6电压源和电流源1.7受控电源1.8基尔霍夫定律第一章电路模型和电路定律1.电压、电流的参考方向3.基尔霍夫定律2.电阻元件和电源元件的特性重点：1.1电路和电路模型功能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。由电路部件和电路器件按预期目的连接构成的电流的通路。共性1.实际电路1.1电路和电路模型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sRLRsU10BASE-Twallplate导线电池开关灯泡电路图理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件。电路模型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：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。①5种基本理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1.1电路和电路模型①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；②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1.1电路和电路模型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。tqtqtitddΔΔlim)(0Δdef电流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量1.电流的参考方向1.2电流和电压的参考方向方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向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1.2电流和电压的参考方向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。i0i0实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：i参考方向ABi参考方向ABi参考方向AB表明1.2电流和电压的参考方向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ABiABAB1.2电流和电压的参考方向电压UqWUdddef单位正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小。电位单位正电荷q从电路中一点移至参考点（＝0）时电场力做功的大小。实际电压方向电位真正降低的方向。V(伏)、kV、mV、V2.电压的参考方向1.2电流和电压的参考方向例已知：4C正电荷由a点均匀移动至b点电场力做功8J，由b点移动到c点电场力做功为12J，①若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压Uab、Ubc;②若以c点为参考点，再求以上各值。解V248qWaba0bV202baabUV3)3(0cbbcU(1)acbV3412qWqWbccbc1.2电流和电压的参考方向acb解V54128qWaca0cV3412qWbcbV235baabUV303cbbcU(2)结论电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中各点的电位值就唯一确定；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。1.2电流和电压的参考方向复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。电压(降)的参考方向U0参考方向U+–参考方向U+–0U假设高电位指向低电位的方向。问题+实际方向–+实际方向–1.2电流和电压的参考方向电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示：(2)用正负极性表示(3)用双下标表示UU+ABUAB1.2电流和电压的参考方向元件或支路的u，i采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向非关联参考方向i+-+-iuu3.关联参考方向1.2电流和电压的参考方向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③参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。例电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？答：A电压、电流参考方向非关联；B电压、电流参考方向关联。注意＋－uBAi1.3电功率和能量1.电功率twpdduitqqwtwpdddddd功率的单位：W(瓦)(Watt，瓦特)单位时间内电场力所做的功。qwuddtqidd3611010WmWW1.3电功率和能量2.功率的计算u,i取关联参考方向：puiu,i取非关联参考方向：pui功率正负的含义：正值表示元件消耗（吸收、获得）能量，为负载负值表示元件产生（释放、提供）能量，为电源1.3电功率和能量+-IU+-IU5,1UVIA元件上U、I参考方向关联5(1)5IWPU该元件为电源器件4,2UVIA元件上U、I参考方向非关联4(2)8PUIW该元件为负载器件1.3电功率和能量3.能量一段时间内所做的电功率之和。wpdtuidt能量的单位：J(焦)(Joule，焦耳)6113.610JKWh度正负含义：W0,p0,耗能，负载W0,p0,供能，电源1.4电路元件是电路中最基本的组成单元。1.电路元件常用电路元件负载元件电源元件电阻元件电容元件电感元件独立源受控源电压源电流源1.4电路元件2.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于从另一端子流出的电流；端子间的电压为单值量。注意本课程研究：集总参数电路1.5电阻元件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：0),(iufiu任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。伏安特性1.定义2.线性时不变电阻元件伏安特性为一条过原点的直线ui01.5电阻元件u～i关系R称为电阻，衡量电阻元件阻碍电流的作用。单位：欧姆，(Ohm)满足欧姆定律单位G称为电导，衡量电阻元件的导电能力。单位：西门子，S(Siemens)G=1/R。u–Rii–GuuRiiGu注意：公式和参考方向必须配套使用！Rui-+Rui+-1.5电阻元件电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p-ui-(-Ri)ii2Ru2/Rpuii2Ru2/R功率Rui+-表明Rui-+3.功率和能量1.5电阻元件从t0到t电阻消耗的能量：ttttRξuiξpW00dd能量ui短路00uiGorR0开路00ui0GorRuiRiu+–u+–i004.电阻的开路与短路1.6电压源和电流源电路符号1.理想电压源定义iSu+_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。1.6电压源和电流源①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。②通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。理想电压源的电压、电流关系uiSu直流电压源的伏安关系例Ri-+Su外电路RuiS)(0Ri)0(Ri电压源不能短路！01.6电压源和电流源例计算图示电路中的电流、电压，并验证功率平衡。解(105)5VRu51A5RuiR2515WRPRi1010110WVSPui5515WVSPui发出吸收吸收满足：P（发）＝P（吸）Ω5Ri+_Ru+_10V5V-+1.6电压源和电流源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。电路符号2.理想电流源定义uSi+_理想电流源的电压、电流关系①电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。1.6电压源和电流源②电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。uiSi直流电流源的伏安关系0例Ru-+Si外电路SRiu)0(0Ru)(Ru电流源不能开路！1.6电压源和电流源计算图示电路各元件的功率解5Vu25210WAsPui55(2)10WVPui发出吸收满足：P（发）＝P（吸）u2Ai+_5V-+2ASiiis1.7受控电源(非独立源)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，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。1.7受控电源(非独立源)①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：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。2.分类四端元件12ii输出：受控部分输入：控制部分i1+_u2i2_u1i1+1.7受控电源(非独立源)g:转移电导②电压控制的电流源(VCCS)12gui③电压控制的电压源(VCVS)12uu:电压放大倍数gu1+_u2i2_u1i1+i1u1+_u2i2_u1++_1.7受控电源(非独立源)④电流控制的电压源(CCVS)12riur:转移电阻例bicibcii电路模型ibicibri1+_u2i2_u1i1++_1.7受控电源(非独立源)3.受控源与独立源的比较①独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。②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”。1.8基尔霍夫定律例电路的约束元件约束拓扑约束电压电流关系（VCR）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。1.8基尔霍夫定律例1.几个术语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+_R1uS1+_uS2R2R3①支路电路中每一个两端元件就叫一条支路。i3i2i1②结点b=5或三条以上支路的连接点称为结点。注意两种定义分别用在不同的场合。n=21.8基尔霍夫定律例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=3123③路径④回路⑤网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔。+_R1uS1+_uS2R2R3注意m=21.8基尔霍夫定律(KCL)例2.基尔霍夫电流定律(KCL)令流出为“+”，流入为“-”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。mti1b0)(出入＝iior流进的电流等于流出的电流1i5i4i3i2i054321iiiii54321iiiii1.8基尔霍夫定律(KCL)例0641iii例0542iii0653iii三式相加得：0321iiiKCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。1325i6i4i1i3i2i表明1.8基尔霍夫定律(KCL)①KCL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；②KCL是对结点处支路电流间的约束，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；③KCL方程是