电路1基本概念定律课件.ppt

1、第一部分第一部分电路的基本概念电路的基本概念与基本定律与基本定律1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)1.实际电路实际电路功能功能a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；b 信息的传递与处理。信息的传递与处理。共性共性建立在同一电路理论基础上建立在同一电路理论基础上由电工设备和电气元件按预期目的连由电工设备和电气元件按预期目的连接构成的电流的通路。接构成的电流的通路。10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡2.电路模型电路模型 (circuit model)sRLRsU电路图电路图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

2、某种确定的电磁性能的理想元件反映实际电路部件主要电磁反映实际电路部件主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。性质的理想电路元件及其组合。l电路模型电路模型几种基本的电路元件：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1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 (reference direct

3、ion)电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能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。是电流、电压和功率。1.电流的参考方向电流的参考方向(current reference direction)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l 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=10-3A

4、1 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:实际方向实际方向实际方向实际方向AABB问题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l参考方向参考方向i 参考方向参考方向大小大小方向方向电流电流(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 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0实际方向实际方向实际方向实际方向电流的参考方向与实

5、际方向的关系：电流的参考方向与实际方向的关系：AABB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。l 电压电压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(voltage reference direction)单位正电荷单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时从电路中一点移至另一点时电场力做功（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

6、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问题问题复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往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。不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。l 电压电压(降降)的参考方向的参考方向U 0参考方向参考方向U+实际方向实际方向+实际方向实际方向参考方向参考方向U+U假设的电压降低方向假设的电压降低方向电压参考方向的三种表示方式电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示用箭头表示(2)用正负极性表示用正负极性表示(3)用双下标表示用

7、双下标表示UU+ABUAB元件或支路的元件或支路的u，i 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。关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向3.关联参考方向关联参考方向i+-+-iUU1.3 电路元件的功率电路元件的功率(power)1.电功率电功率功率的单位：功率的单位：W(瓦瓦)(Watt，瓦特，瓦特)能量的单位：能量的单位：J (焦焦)(Joule，焦耳，焦耳)单位时间内电场力所做的功。单位时间内电场力所做的功。2.电路吸收或发出功率的判断电路吸收或发出功率的判断l u,i 取取关联参考方向关联

8、参考方向P=ui 表表示元件吸收的功率示元件吸收的功率P0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P0，d i/d t0，则，则u0，p0,电感吸收功率。电感吸收功率。(2)当电流减小，当电流减小，i0，d i/d t0，则，则u0，p0，d u/d t0，则，则i0，q ，p0,电容吸收功率。电容吸收功率。(2)当电容放电，当电容放电，u0，d u/d t0，则，则i0，q ，p0,电容发出功率电容发出功率.l 功率功率表明表明 电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能量储存起来，在另

9、一段时间内又把能量释放回电路，因此电量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。u、i 取关取关联参考方向联参考方向kDS4C kDS4C 电容元件与电感元件的比较：电容元件与电感元件的比较：电容电容 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u 电荷电荷 q(1)元件方程的形式是相似的；元件方程的形式是相似的；(2)若把若把 u-i，q-，C-L互换互换,可由电容元件的方程可由电容元件的方程得到电感元件的方程；得到电感元件的方程；(3)C 和和 L称为对偶元件称为对

10、偶元件,、q等称为对偶元素。等称为对偶元素。*显然，显然，R、G也是一对对偶元素也是一对对偶元素:I=U/R U=I/GU=RI I=GU222121 LLiWtiLuLiL dd结结论论222121ddqCCuWtuCiCuqC 1.7 电源元件电源元件(independent source)其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其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值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。l 电路符号电路符号1.理想电压源理想电压源l 定义定义iSu+_(1)电源两端电压由电源本身决定，电源两端电压由电源本身决定，与外电

11、路无关；与流经它的电流方与外电路无关；与流经它的电流方 向、大小无关。向、大小无关。(2)通过电压源的电流由电源及外通过电压源的电流由电源及外 电路共同决定。电路共同决定。l 理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui)(tuS伏安关系伏安关系例例Ri-+Su外外电电路路RuiS)(Ri0)(0 Ri电压源不能短路！电压源不能短路！实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。短路，电流很大，可能烧毁电源。usuiOl 实际电压源实际电压源i+_u+_SuSR考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性iRuuSS 一个好的电压源要

12、求一个好的电压源要求0SRREI 恒压源特性中不变的是：恒压源特性中不变的是：_E恒压源特性中变化的是：恒压源特性中变化的是：_I_ 会引起会引起 I 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变I 的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化，或者是或者是_ 的变化。的变化。大小大小方向方向恒压源特性小结恒压源特性小结+_IEUababR 其输出电流总能保持定值或一定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。无关的元件叫理想电流源。l 电路符号电路符号2.理想电流源理想电流源l 定义定义uSi+_(1)电流源的输出电流由电

13、源本身决定，与外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、大小无关电路无关；与它两端电压方向、大小无关(2)电流源两端的电压由电源及外电路共同决定电流源两端的电压由电源及外电路共同决定l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系ui)(tiS伏安伏安关系关系例例外外电电路路)(00 Ru)(Ru电流源不能开路！电流源不能开路！Ru-+Si实际电流源的产生实际电流源的产生可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一

14、定值的电流等。电流等。SRiu 实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。开路，电压很高，可能烧毁电源。isuiOl 实际电实际电流流源源考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性SSRuii 一个好的电流源要求一个好的电流源要求 SRu+_SiSRi恒流源特性小结恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：恒流源特性中不变的是：_Is恒流源特性中变化的是：恒流源特性中变化的是：_Uab_ 会引起会引起 Uab 的变化。的变化。外电路的改变外电路的改变Uab的变化可能是的变化可能是 _ 的变化，的变化，或者是或者是 _的变化。的变化。大小大小方向方

15、向RIUsababIUabIsR1.8 受控电源受控电源(非独立源非独立源)(controlled source or dependent source)电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是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受电路中某个地方的电压(或电流或电流)控制的电源，称受控源控制的电源，称受控源l 电路符号电路符号+受控电压源受控电压源1.定义定义受控电流源受控电流源(1)(1)电流控制的电流源电流控制的电流源 (CCCS):电流放大倍数电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u u 或电流或电流i i ，受控源可分，

16、受控源可分四种类型：四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被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。控制量是电流时，用受控电流源表示。2.分类分类四端元件四端元件 i1+_u2i2_u1i1+12ii 输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分g:转移电导转移电导(2)(2)电压控制的电流源电压控制的电流源 (VCCS)u1gu u1 1+_u2i2_i1+12gui (3)(3)电压控制的电压源电压控制的电压源 (VCVS)u1+_u2i2_u1i1+-12uu :电压放大倍数电压放大倍数 ru1+_u2i2_u1i1+-(4)(

17、4)电流控制的电压源电流控制的电压源 (CCVS)12riu r:转移电阻转移电阻 1.9 1.9 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 (Kirchhoffs Laws)(Kirchhoffs Laws)基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流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和基尔霍夫电压定律(KVL)。它反。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本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。规律，是分析集总参数电路的基本定律。基尔基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。1.1.几个名词几个名词电路中通

18、过同一电流的分支。电路中通过同一电流的分支。(b)三条或三条以上支路的连接点称三条或三条以上支路的连接点称为节点。为节点。(n n )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路）支路 (branch)电路中每一个两端元件就叫一条支路电路中每一个两端元件就叫一条支路i3i2i1(2)(2)节点节点 (node)(node)由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。(l)两节点间的一条通路。由支路构成。两节点间的一条通路。由支路构成。对对平面电路平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。，其内部不含任何支路的回路称网孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3)(3)路径

19、路径(path)(path)(4)(4)回路回路(loop)(loop)(5)(5)网孔网孔(mesh)(mesh)网孔是回路，但回路不一定是网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔2.2.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)令流令流出出为为“+”，流，流入入为为“”，有：，有：例例 在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出或流入该在集总参数电路中，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。结点电流的代数和等于零。mkti10)(出出入入 iior 流进的电流进的电流等于流流等于流出的电流出的电流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii I4=?+-1

20、0V335-3A4AI4ABCI1I2I3I5对结点对结点B对结点对结点CA154354III543IIIAI25101213IIIA5)3(2321IIIKCL通常用于节点，但是对于包围几个通常用于节点，但是对于包围几个节点的闭合面也是适用的。节点的闭合面也是适用的。例：列出下图中各节点的例：列出下图中各节点的KCL方程方程解：取流入为正解：取流入为正以上三式相加：以上三式相加：I1I2I3 0 节点节点a I1I4I60节点节点b I2I4I50节点节点c I3I5I60I4I2I6I5I3I1abc（2 2）选定回路绕行方向，）选定回路绕行方向，顺时针或逆时针顺时针或逆时针.参考参考方向

21、与之一致电压取方向与之一致电压取“”U1US1+U2+U3+U4+US4=03.3.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)在在集总参数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕沿任一闭合路径绕行，各支路电压的代数和等于零行，各支路电压的代数和等于零。mktu10)(升升降降 uuor I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1 1）标定各元件电压参考方向）标定各元件电压参考方向 +U3+US I3I12R1R2I2+U +U1+U2例：图示电路，已知例：图示电路，已知U1=5V，U3=3V，I=2A，求，求U2、I2、R1、R2和和US。解：解：I2=U32=32=1.5AU2=U1U3=53=2VR2=U2I2=21.5=1.33I1=II2=21.5=0.5AR1=U1I1=50.5=10US=UU1=235=11V例：图示电路，已知例：图示电路，已知US1=12V，US2=3V，R1=3，R2=9，R3=10，求，求Uab。解：由解：由KCL I3=0，I1=I2US2+US1 I1I2R1R2I3+UababR3c由由KVL I1 R1 I2 R2=US1由由KVL解得：解得：解得：解得：A1931221S112RRUIIV12310091S23322abURIRIU0S23322abURIRIU