第1章-电路的基本概念和基本定律课件.ppt
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- 电路 基本概念 基本 定律 课件
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1、第第1章章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律1.1 电路和电路模型电路和电路模型1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量1.3 常见常见元件介绍元件介绍1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.4 电源电源1. 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 重点重点:2. 电路元件特性电路元件特性(电阻、电源、受控源)(电阻、电源、受控源)电路分析的基础电路分析的基础第第1章章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律电路的组成:电路=电源+中间环节+负载电源电源(source)(source):提供电能量或电信号:提供电能量或电信号. .负载负载(
2、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。中间环节:将电源与负载接成通路中间环节:将电源与负载接成通路. .w电路: 电路是电流的通道1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型(model) 1.1.1 1.1.1 电路的组成及其作用电路的组成及其作用u电路的电路的组成组成电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置负载负载: 取用取用电能的装置电能的装置中间环节:中间环节:传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降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1.1 电路和电路模型电路和电路模型直
3、流电源直流电源: 提供能源提供能源信号处理:信号处理:放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒1.1 电路和电路模型电路和电路模型u电路的电路的组成组成1.1 电路和电路模型电路和电路模型u电路的电路的作用作用放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒发电机发电机升压升压变压器变压器降压降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u1.1.2 1.1.2 电路模型电路模型1. 理想电路元件理想电路元件:根据:根据实际电路元件实际电路元件所具备的电磁性质所设想所具备的电磁性质所设想的具有某种单一电磁性质的元件,其的具有某种单
4、一电磁性质的元件,其u-i关系可用简单的数关系可用简单的数学式子严格表示。学式子严格表示。几种基本的电路元件:几种基本的电路元件:电阻元件电阻元件:表示消耗电能的元件:表示消耗电能的元件电感元件电感元件:表示储存磁场能量的元件:表示储存磁场能量的元件电容元件电容元件:表示储存电场能量的元件:表示储存电场能量的元件电源元件电源元件:表示提供电能的元件:表示提供电能的元件1.1 电路和电路模型电路和电路模型RLC+ uS-iS电阻电阻电感电感电容电容电压源电压源电流源电流源无无源源元元件件电电源源元元件件电子元器件种类繁多,功能各异。电子元器件种类繁多,功能各异。电阻器电容器线圈电池晶体管发光二极
5、管灯泡开关电位器保险丝运放接线柱指示灯座backback建模时建模时, ,工作条件不一样工作条件不一样, ,其模型也不一样。其模型也不一样。RL交流低频状态交流低频状态,消消耗能量耗能量,存储磁能存储磁能交流高频状态交流高频状态,消耗能消耗能量量,储磁场能量和电场储磁场能量和电场能量能量RLC实际线圈实际线圈1.1 电路及其理论模型电路及其理论模型如:如:2. 电路模型电路模型:用理想元件及其组合代表实际电路元件,并:用理想元件及其组合代表实际电路元件,并用理想导线将这些电路元件连接起来,就可得到实际电路用理想导线将这些电路元件连接起来,就可得到实际电路的电路模型。的电路模型。* * 电路模型
6、是由理想电路元件构成的。电路模型是由理想电路元件构成的。10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡例例 .1.1 电路及其理论模型电路及其理论模型例:日光灯电路例:日光灯电路h镇流器镇流器灯灯管管启启辉辉器器实际电路实际电路电电源源+ us-R镇镇LR负载负载电路模型电路模型1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量 在电路理论中涉及的变量主要有电流、电压、电位、电荷、磁在电路理论中涉及的变量主要有电流、电压、电位、电荷、磁通、磁通链、功率和能量。其中通、磁通链、功率和能量。其中电流、电压电流、电压和和功率功率最为常用。最为常用。1.2.1 电流电流形成形成:国际单位
7、制单位国际单位制单位:A( (安培)安培)常用单位常用单位:mA(10-3A), A(10-6A)分类分类直流直流(DC) 电流电流:大小和方向不随时间改变大小和方向不随时间改变, , 通常用通常用I 表示表示交流交流(AC) 电流电流: : 大小和方向随时间改变大小和方向随时间改变, ,通常用通常用i 表示表示电流的大小用电流的大小用电流强度电流强度表示。表示。 带电粒子的定向运动形成电流。带电粒子的定向运动形成电流。度量度量:单位单位: 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量i 参考方向参考方向(1) 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。 (图
8、中图中标出标出箭头箭头)(2) 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。 (图中图中标出标出A、B)iABA AB B电流参考方向的两种表示电流参考方向的两种表示:方向方向参考方向参考方向:电流电流假定的正方向。假定的正方向。实际方向实际方向: 正电荷定向运动的方向。正电荷定向运动的方向。1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量电流的参考方向可以任意选定。电流的参考方向可以任意选定。例例I1 = 1AI110V10 I1 = - -1A10V10 I1 :参考:参考方向与实际方向方向与实际方向一致一致01I :参考:参考方向与实际方向方向与实
9、际方向相反相反01I为什么要引入参考方向为什么要引入参考方向 ?(a) 复杂电路的某些支路事先无法确定实际方向。复杂电路的某些支路事先无法确定实际方向。 中间支路电流的实际方向无法确定,中间支路电流的实际方向无法确定,为分析方便,只能先任意标一方向(为分析方便,只能先任意标一方向(参考方向),根据计算结果,才能确参考方向),根据计算结果,才能确定电流的实际方向。定电流的实际方向。?(b) 实际电路中有些电流是交变的,无法标出实际方实际电路中有些电流是交变的,无法标出实际方向。标出参考方向,再加上与之配合的表达式,向。标出参考方向,再加上与之配合的表达式,才能表示出电流的大小和实际方向。才能表示
10、出电流的大小和实际方向。当当020 iTt , 电流实际方向与参考方向相同电流实际方向与参考方向相同当当02 iTtT , 电流实际方向与参考方向相反电流实际方向与参考方向相反itIim sin i0tT/2T 例例1 设设2A的电流由的电流由a向向b流过图示元件,试问如何表示这一电流?流过图示元件,试问如何表示这一电流?ab(a)abi1(b)abi2(c)解:有两种表示方式:解:有两种表示方式:(1)用图(用图(b)中的电流中的电流i1表示,表示,i1的参考方向与实际方向一致的参考方向与实际方向一致, 故故i1=2A。(2)用图(用图(c)中的电流中的电流i2表示,表示,i2的参考方向与实
11、际方向相反,的参考方向与实际方向相反, 故故i2=-2A。由此可知,对电路中的同一电流规定由此可知,对电路中的同一电流规定相反相反的参考方的参考方向时,相应的电流表达式向时,相应的电流表达式差一个符号。差一个符号。1.2.2 电压电压1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量形成形成:将单位正电荷由电路中的将单位正电荷由电路中的a点移到点移到b点电场力所做的功。点电场力所做的功。V(伏特伏特)kV(103V),m(10-3V),V(10-6V)分类分类直流直流电压电压 : :大小和方向不随时间改变,通常用大小和方向不随时间改变,通常用U表示表示交流交流电压电压 :大小和方向随时间改变,通常用:大
12、小和方向随时间改变,通常用u表示表示度量度量:单位单位: 电压电压( (降降) )的参考方向的参考方向( (极性极性) )1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量参考方向参考方向: 即电压假定的正方向,通常用一个箭头即电压假定的正方向,通常用一个箭头或或“+”、”-”极性或极性或“双下标双下标”表示。表示。实际方向:实际方向:从高电位端指向低电位端从高电位端指向低电位端注:注:电压的参考方向可以电压的参考方向可以任意选定任意选定,如果电压的参考方向,如果电压的参考方向与实际方向与实际方向一致一致,则电压为,则电压为正正值,反之为负。值,反之为负。UU+-UABAB电路中两点间的电压降就等于这两
13、点的电位差,即电路中两点间的电压降就等于这两点的电位差,即设设c点为电位参考点,则点为电位参考点,则 Vc= 0Va= Uac, Vb=Ubc, Vd= UdcUab = Va- Vb补充:补充:电电 位位 选择电路中某一点作为选择电路中某一点作为参考点参考点,电路中其他各点对,电路中其他各点对参考点之间的电压称为该点的电位,用参考点之间的电压称为该点的电位,用V表示。表示。参考点的电位为参考点的电位为0。参考点可以任意选择,用符号参考点可以任意选择,用符号“”表示。表示。abcd1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量例例 计算图示电路分别以计算图示电路分别以a,b,c为参考节点时的为参考节
14、点时的Va,Vb和和Uab.解:(解:(1)以)以a为参考节点时,为参考节点时,Va=0; i=2A故故Vb=-4i=-8V, Uab=4i=8V20V64 bac20V64 baci i或或 U UABAB=V=VA A-V-VB B=0-=0-(-8)= 8V-8)= 8V返回返回20V64 baci(2)以)以b为参考节点时,为参考节点时,Vb=0; i=2A;Va=4i=8V,Uab=Va-Vb=8V(3)以)以c为参考节点时,为参考节点时,Vc=0; i=2A;Va=20V, Vb=6i=12V, 20V64 baci返回返回结论结论:电路中电位参考点可任意选择;当选择不同的电位参:
15、电路中电位参考点可任意选择;当选择不同的电位参考时,电路中各点电位均不同,但任意两点间电压始考时,电路中各点电位均不同,但任意两点间电压始终保持不变,与参考点的选择无关。终保持不变,与参考点的选择无关。Uab=Va-Vb=8V 关联参考方向关联参考方向 元件或支路的元件或支路的u,i若若采用相同的参考方向称之为采用相同的参考方向称之为关联参考关联参考方向方向。反之,称为。反之,称为非关联参考方向非关联参考方向。1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量+UI关联关联参考方向参考方向+UI非关联非关联参考方向参考方向1.2.3 功率功率1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量在在t0到到t的时间内
16、,电场力将正电荷由的时间内,电场力将正电荷由A点移动到点移动到B点时所做点时所做的功,用的功,用W表示:表示:tttttqtqdiutdqtudttwW000)()()()()()()(能量能量: :单位:焦耳单位:焦耳(J)功率功率: :单位时间内能量的变化率:单位时间内能量的变化率:单位:单位: 瓦瓦(特)(特)(W)常用单位常用单位: : kW(103W ), mW(10-3W) 功率的计算和判断功率的计算和判断(1)u, i 关联参考方向关联参考方向p = ui 表示元件表示元件吸收吸收的功率的功率p0 吸收正功率吸收正功率 ( (吸收吸收) )p0 吸收正功率吸收正功率 ( (吸收吸
17、收) )p0,表示该时刻电容吸收能量p0,表示该时刻电感吸收能量p0,表示该时刻电感释放能量(1) u的大小与的大小与 i 的的变化率变化率成正比,与成正比,与 i 的大小无关;的大小无关;(2)电感在直流电路中相当于电感在直流电路中相当于短路短路;(3) 当当 u,i 为关联方向时,为关联方向时,u=L di / dt; u,i 为为非非关联方向时,关联方向时,u= L di / dt 。电感小结电感小结:Li+uC C10105 5 + +15V15V - -求求i i 和和 u u 。Li+uC C10105 5 + +15V15V - -解:根据电容对直流相当于解:根据电容对直流相当于
18、开路,电感对直流相当于短开路,电感对直流相当于短路,原电路可等效为:路,原电路可等效为:由此求得:由此求得:i i =1A=1Au u =10V=10V1、理想电压源理想电压源:电源两端电压为电源两端电压为uS(1) 特点特点:(a) 电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关;电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关;(b) 通过它的电流是任意的,由外电路决定通过它的电流是任意的,由外电路决定。直流:直流:uS为常数为常数交流:交流: uS是确定的时间函数,如是确定的时间函数,如 uS=Umsin t电路符号电路符号_uS+1.4 电源电源1.4.1 电压源电压源R=10,I=1A例如例如+
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