电路基础电子教案第一章电路的基本概念和定律课件.ppt
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- 电路 基础 电子 教案 第一章 基本概念 定律 课件
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1、电路基础电路基础(第第2版版)电子教案电子教案第一章第一章 电路的基本概念和定律电路的基本概念和定律 11 电路和电路模型电路和电路模型 12 电路的基本物理量电路的基本物理量 13 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 14 电阻元件电阻元件 15 独立电压源和独立电流源独立电压源和独立电流源 16 两类约束和电路方程两类约束和电路方程 17 支路电流法和支路电压法支路电流法和支路电压法 18 分压电路和分流电路电路基础电路基础 本章介绍电路的基本概念和基本变量,阐述本章介绍电路的基本概念和基本变量,阐述集总参数电路的基本定律集总参数电路的基本定律-基尔霍夫定律。基尔霍夫定律。定义三种常用的电路元件:电
2、阻、独立电压定义三种常用的电路元件:电阻、独立电压源和独立电流源。源和独立电流源。最后讨论集总参数电路中,电压和电流必须最后讨论集总参数电路中,电压和电流必须满足的两类约束。这些内容是全书的基础。满足的两类约束。这些内容是全书的基础。第一章第一章 电路的基本概念和定律电路的基本概念和定律11 电路和电路模型电路和电路模型 1.电在日常生活、生产和科学研究工作中得到了广泛电在日常生活、生产和科学研究工作中得到了广泛应用。在手机、收录机、电视机、录像机、影碟机、音响应用。在手机、收录机、电视机、录像机、影碟机、音响设备、计算机、通信系统和电力网络中都可以看到各种各设备、计算机、通信系统和电力网络中
3、都可以看到各种各样的电路。这些电路的特性和作用各不相同。样的电路。这些电路的特性和作用各不相同。电路的一种作用是实现电能的传输和转换。例如电力电路的一种作用是实现电能的传输和转换。例如电力网络将电能从发电厂输送到各个工厂、广大农村和千家万网络将电能从发电厂输送到各个工厂、广大农村和千家万户,供各种电气设备使用。电路的另外一种作用是实现电户,供各种电气设备使用。电路的另外一种作用是实现电信号的传输、处理和存储。信号的传输、处理和存储。2.由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件放大器、传输线、电池、
4、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路,称为实际电路。和设备连接而成的电路,称为实际电路。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 根据实际电路的几何尺寸根据实际电路的几何尺寸(d)与其工作信号波长与其工作信号波长()的的关系,可以将它们分为两大类:关系,可以将它们分为两大类:(1)集总参数电路:集总参数电路:满足满足d条件的电路。条件的电路。(2)分布参数电路:分布参数电路:不满足不满足d0,表明该时刻电流的实际方向与参考方向相同;若电流i(t)0,表明该时刻a点的电位比b点电位高;若电压uab(t)0时,表明该时刻二端元件实际吸收(消耗)功率;当p
5、(t)0(或或G 0)时,时,p0,这表明,这表明正电阻总是正电阻总是吸收功率,不可能发出功率吸收功率,不可能发出功率。当。当R0(或或G0,即电压源工作在即电压源工作在i-u平面的一、三象限时,电平面的一、三象限时,电压源实际吸收功率。压源实际吸收功率。当当p0P0,即电流源工作在即电流源工作在u-i平面的一、三象限平面的一、三象限时,电流源实际吸收功率;时,电流源实际吸收功率;当当p0,即电流源工作在即电流源工作在u-i平面的二、四象限平面的二、四象限时,电流源实际发出功率。时,电流源实际发出功率。独立电流源的特点是其电流由其特性确定,独立电流源的特点是其电流由其特性确定,与电流源在电路中
6、的位置无关。与电流源在电路中的位置无关。独立电流源的电压则与其连接的外电路有关。独立电流源的电压则与其连接的外电路有关。由其电流和外电路共同确定。由其电流和外电路共同确定。也就是说随着电流源工作状态的不同,它既也就是说随着电流源工作状态的不同,它既可发出功率,也可吸收功率。可发出功率,也可吸收功率。例如图示电路中电阻值变化时,电流源的电例如图示电路中电阻值变化时,电流源的电压压 u 和发出功率和发出功率 p 会发生变化。会发生变化。例例l-6 电路如图所示。已知电路如图所示。已知uS1=10V,iS1=1A,iS2=3A,R1=2,R2=1。求电压源和各电流源发出的功率。求电压源和各电流源发出
7、的功率。A2A1A3 1S2S1 iiiV3V)631(V6V)1022(bd2S2cd1S11bd uiRuuiRu20W)W(20A2V1011S发发出出 iupW)9W(9A3V3W)6W(6A1V6S2cd21Sbd1 发发出出发发出出iupiup 电压源的吸收功率为电压源的吸收功率为 电流源电流源iS1和和iS2吸收的功率分别为:吸收的功率分别为:解:解:根据根据KCL求得求得 根据根据 KVL和和VCR求得:求得:三、实际电源的电路模型三、实际电源的电路模型IRUIIUUUoocscococ UGIUUIIIoscocscsc ocUocUscIscI 图图(a)和和(b)表示用电
8、压表、电流表和可变电阻器表示用电压表、电流表和可变电阻器测量直流电源测量直流电源VCR特性曲线的实验电路。所测得特性曲线的实验电路。所测得的两种典型的两种典型VCR曲线如图(曲线如图(c)和和(d)所示所示 根据根据 得到的电路模型如图得到的电路模型如图(a)所所示,它由电压源示,它由电压源Uoc和电阻和电阻Ro的串联组成。电阻的串联组成。电阻Ro的电压降模拟实际电源电压随电流增加而下降的的电压降模拟实际电源电压随电流增加而下降的特性。电阻特性。电阻Ro越小的电源,其电压越稳定。越小的电源,其电压越稳定。IRUUooc 按照按照 作出的电路模型如图作出的电路模型如图(b)所所示,它由电流源示,
9、它由电流源ISC和电导为和电导为Go的电阻并联组成。的电阻并联组成。电阻中的电流模拟实际电源电流随电压增加而减电阻中的电流模拟实际电源电流随电压增加而减小的特性。并联电阻的电导小的特性。并联电阻的电导Go越小的电源,其电越小的电源,其电流越稳定。流越稳定。UGIIosc 例例1-7 型号为型号为HT1712G的直流稳压电源,它有两路输的直流稳压电源,它有两路输出电压,出电压,其电压可以在其电压可以在0V到到30V间连续调整,额定电流为间连续调整,额定电流为2A。某台某台 电源的产品说明书上给出以下实测数据:电源的产品说明书上给出以下实测数据:(l)输出电压输出电压U=3V,负载稳定度为负载稳定
10、度为3 10-4 (2)输出电压输出电压U=30V,负载稳定度为负载稳定度为4 10-5 试根据以上数据,建立该电源的电路模型。试根据以上数据,建立该电源的电路模型。0.9mVV109V3103441 U m45.0A2mV9.0N1o1IUR 相应的内阻相应的内阻为为 这说明其电路模型为这说明其电路模型为3V电压源和电压源和0.45m 电阻电阻相串联。相串联。m6.0A2mV2.1N2o2IUR 其电路模型为其电路模型为30V电压源和电压源和0.6m 电阻电阻的串联。的串联。解:负载稳定度是指电流由零增加到额定电流时,解:负载稳定度是指电流由零增加到额定电流时,输出电输出电 压的相对变化率。
11、根据已知数据可求出压的相对变化率。根据已知数据可求出U1=3V时输出时输出 电压的变化为电压的变化为 用同样方法算得电源工作在用同样方法算得电源工作在30V时的内阻为时的内阻为 干电池的干电池的VCR特性曲线特性曲线16 两类约束和电路方程两类约束和电路方程 集总参数电路集总参数电路(模型模型)由电路元件连接而成,电由电路元件连接而成,电路中各支路电流受到路中各支路电流受到 KCL约束,各支路电压受到约束,各支路电压受到 KVL约束,这两种约束只与电路元件的连接方式约束,这两种约束只与电路元件的连接方式有关,与元件特性无关,称为拓扑约束。有关,与元件特性无关,称为拓扑约束。集总参数电路集总参数
12、电路(模型模型)的电压和电流还要受到元的电压和电流还要受到元件特性件特性(例如欧姆定律例如欧姆定律u=Ri)的约束,这类约束只与的约束,这类约束只与元件的元件的VCR有关,与元件连接方式无关,称为元有关,与元件连接方式无关,称为元件约束。件约束。任何集总参数电路的电压和电流都必须同时满任何集总参数电路的电压和电流都必须同时满足这两类约束关系。因此电路分析的基本方法是:足这两类约束关系。因此电路分析的基本方法是:根据电路的结构和参数,列出反映这两类约束关系根据电路的结构和参数,列出反映这两类约束关系的的 KCL、KVL 和和 VCR方程方程(称为电路方程称为电路方程),然后,然后求解电路方程就能
13、得到各电压和电流的解答。求解电路方程就能得到各电压和电流的解答。对于具有对于具有b条支路条支路n个节点的连通电路,可以个节点的连通电路,可以列出线性无关的方程为:列出线性无关的方程为:(n1)个个KCL方程方程(bn+1)个个KVL方程方程 b 个个VCR方程方程 2b方程方程 得到以得到以b个支路电压和个支路电压和b个支路电流为变量的个支路电流为变量的电路方程电路方程(简称为简称为2b方程方程)。这。这2b方程是最原始的电方程是最原始的电路方程,是分析电路的基本依据。求解路方程,是分析电路的基本依据。求解2b方程可方程可以得到电路的全部支路电压和支路电流。以得到电路的全部支路电压和支路电流。
14、对节点对节点 列出列出 KCL方程:方程:0005232141iiiiiii各支路电压电流采用关联各支路电压电流采用关联参考方向,按顺时针方向参考方向,按顺时针方向绕行一周,列出绕行一周,列出2个网孔的个网孔的 KVL方程:方程:00352431uuuuuu列出列出b条支路的条支路的VCR方方程程:S25S14333222111 uuuuiRuiRuiRu该电路是具有该电路是具有5条支路和条支路和4个节点的连通电路。个节点的连通电路。下面举例说明。下面举例说明。若已知若已知 R1=R3=1,R2=2,uS1=5V,uS2=10V。A3V 10 A1V 5 A4V 4A3V 6A1V 15544
15、332211 iuiuiuiuiu 联立求解联立求解10个方程,得到各支路电压和电流为:个方程,得到各支路电压和电流为:1125V10V通常,用通常,用2b方程来分析电路的基本步骤是方程来分析电路的基本步骤是(1)假设各支路电流的参考方向,各支路电压采假设各支路电流的参考方向,各支路电压采用关联参考方向。用关联参考方向。(2)列出列出2b方程,并求解得到各支路电压和电流。方程,并求解得到各支路电压和电流。(3)检验计算结果是否正确,并对计算结果进行检验计算结果是否正确,并对计算结果进行分析研究。分析研究。例例l-8 图示电路中,已知图示电路中,已知uS1=2V,uS3=10V,uS6=4V,R
16、2=3,R4=2 R5=4。试用观察法求各支路电压和支路电流。试用观察法求各支路电压和支路电流。解:根据电压源的解:根据电压源的VCR得到各电压源得到各电压源支路的电压:支路的电压:V4V10V26S63S31S1 uuuuuu根据根据 KVL可可求得:求得:V84VV10V2V64VV10V12V10V26S3S1S5S63S43S1S2 uuuuuuuuuu2V10V4V 根据欧姆定律求出各电阻支路电流分别为:根据欧姆定律求出各电阻支路电流分别为:A24V8 A32V6 A43V12555444222 RuiRuiRui 根据根据KCL求得电求得电压压 源支路电流分别源支路电流分别为:为:
17、A5A2A3A9A3A6A6A2A4546413521 iiiiiiiii2V10V4V12V6V8V例例l-9 图示电路中,已知图示电路中,已知iS2=8A,iS4=1A,iS5=3A,R1=2,R3=3 和和 R6=6 。试用观察法求各支路电流和支路电压。试用观察法求各支路电流和支路电压。解:根据电流源的解:根据电流源的VCR得得到到根据根据 KCL求得各求得各电阻支路电流分别电阻支路电流分别为:为:根据欧姆定律求出各根据欧姆定律求出各电阻支路电压分别为:电阻支路电压分别为:根据根据 KVL求得各电求得各电流源支路电压分别为:流源支路电压分别为:A3A1A85S54S42S2 iiiiii
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