大学精品课件:第1章 电路模型与电路定理(第5版修正).ppt
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1、 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 电路理论是所有电类专业一门重要的技术基础课。通电路理论是所有电类专业一门重要的技术基础课。通过本课程的学习,应使学生掌握近代电路理论的基础过本课程的学习,应使学生掌握近代电路理论的基础知识与分析计算电路的基本方法,具备进行电路实验知识与分析计算电路的基本方法,具备进行电路实验的初步技能,并为后续课程准备必要的电路知识。的初步技能,并为后续课程准备必要的电路知识。所学内容包含:所学内容包含:电路模型和电路定律电路模型和电路定律,电阻电路的等电阻电路的等效转换效转换 ,支路法,网孔法和回路法,节点法支路法,网孔法和回
2、路法,节点法,电路定电路定理理(迭加定理,替代定理,戴维南定理和诺顿定理,特迭加定理,替代定理,戴维南定理和诺顿定理,特勒根定理,互易定理勒根定理,互易定理),具有,具有运算放大器的电阻电路运算放大器的电阻电路,相相量法量法,正弦稳态电路的分析正弦稳态电路的分析 ,具有,具有耦合电感的电路耦合电感的电路,三三相电路相电路 ,非正弦周期电流电路,非正弦周期电流电路,非线性电路非线性电路,一阶电一阶电路和二阶电路,路和二阶电路,拉普拉斯变换,网络函数拉普拉斯变换,网络函数 ,网络图论,网络图论,二端口网络二端口网络及及PspicePspice简介。简介。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页先修课
3、程:先修课程:高等数学,大学物理及工程数学。高等数学,大学物理及工程数学。适用专业:适用专业:信电学院本科电类各专业。信电学院本科电类各专业。电路理论电路理论(1)(1)、(2)(2)共共8888学时,分上、下两学期进行学时,分上、下两学期进行学时:学时:(1 1)5656学时,学时,(2 2)3232学时学时学分:学分:(1 1)3.53.5学分,学分,(2 2)2 2学分学分 学习要求学习要求:理论及实验理论及实验作业要求:作业要求:每周交一次,独立完成每周交一次,独立完成答疑时间及地点:答疑时间及地点:?电话:电话:?下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 1.电路电路,邱关源编,高等教
4、育出版社;,邱关源编,高等教育出版社;2.电路分析基础电路分析基础,李瀚荪编,高等教育出版社;李瀚荪编,高等教育出版社;3.Fundamentals of Electric Circuits,电路基础电路基础Charles K.Alexander,Matthew N.O.Sadiku编,清华大学出版社,编,清华大学出版社,2000年年12月。月。4Introductory Circuit Analysis(9th Edition),Boylestad.R.L著,著,高等教育出版社高等教育出版社,2002年年10月。月。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页1-1 1-1 电路和电路模型电路和电
5、路模型1-2 1-2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1-3 1-3 功率和能量功率和能量1-4 1-4 电路元件及其特性电路元件及其特性1-5 1-5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页v本章要求本章要求v一、充分理解电流、电压参考方向的概念一、充分理解电流、电压参考方向的概念v二、掌握功率二、掌握功率p p的计算,充分理解功率的计算,充分理解功率p p 0 0和和p p 0 0 的意义的意义v三、熟练掌握电路基本元件端口特性的电压电流关系三、熟练掌握电路基本元件端口特性的电压电流关系v四、熟练掌握基尔霍夫电流定律和电压定律四、熟练掌握基尔霍夫电流定律和
6、电压定律 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页一:电路一:电路1 1、定义、定义:由若干电气设备或器件组成,由若干电气设备或器件组成,如实际手电筒电路如实际手电筒电路电电池池灯泡灯泡开关开关2 2、组成、组成(三部分三部分):电源、电源、导线、导线、负载负载(用电设备用电设备)3 3、作用、作用:1):1)实现电能的传输和分配;实现电能的传输和分配;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.输电线输电线维持电流流维持电流流通的通路,称为电路或网络。通的通路,称为电路或网络。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页二:电路模型二:电路模型4 4、实际手电筒
7、电路各部分的作用、实际手电筒电路各部分的作用导线导线传输能量传输能量提供能量提供能量电源电源消耗能量消耗能量灯泡灯泡设备的电磁特性主要有以下几种:设备的电磁特性主要有以下几种:(d)(d)电能电能 磁场能磁场能(c)(c)电能电能 电场能电场能放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒2)2)进行电信号的加工与处理。进行电信号的加工与处理。(a)(a)产生电能产生电能 (b)(b)消耗电能消耗电能 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页1.1.理想电路元件:理想电路元件:假想的只反映一种电磁特性的元件假想的只反映一种电磁特性的元件消耗能量:理想电阻元件消耗能量:理想电阻元件R R电能电能 电场能:理想电
8、容元件电场能:理想电容元件C C产生能量:理想电源元件产生能量:理想电源元件2.2.实际电路元件:实际电路元件:实际的电气设备实际的电气设备电能电能 磁场能:理想电感元件磁场能:理想电感元件L L电阻器、灯、电炉等电阻器、灯、电炉等R R实际电感线圈实际电感线圈L LR R实际电源实际电源E Er r组合反映其电磁特性组合反映其电磁特性可以用理想电路元件及其可以用理想电路元件及其 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页电路模型电路模型3.3.电路模型电路模型 :由理想电路元件组合而成的抽象电路,由理想电路元件组合而成的抽象电路,电电池池灯灯泡泡开关开关电源电源负载负载R Rr rE E开关开关
9、导线导线4.4.激励和响应激励和响应激励激励:响应响应:叫做实际电路叫做实际电路的电路模型,简称电路。的电路模型,简称电路。电路中外加的电源称为激励电路中外加的电源称为激励(输入输入)由激励在电路中产生的电压或电流称为响应由激励在电路中产生的电压或电流称为响应(输出输出)下一页下一页章目录章目录 上一页上一页集总参数电路集总参数电路:一个实际电路要能用集总参数电路近似,要满一个实际电路要能用集总参数电路近似,要满足足三、集总参数元件与集总参数电路三、集总参数元件与集总参数电路 集总参数元件集总参数元件:个端钮之间的电压为单值量。个端钮之间的电压为单值量。个端子的电流一定等于从另一个端子流出的电
10、流,两个端子的电流一定等于从另一个端子流出的电流,两在任何时刻,流入二端元件的一在任何时刻,流入二端元件的一频率下的电磁波的波长频率下的电磁波的波长。如下条件:如下条件:即即实际电路的尺寸必须远小于电路工作实际电路的尺寸必须远小于电路工作由集总参数元件构成的电路。由集总参数元件构成的电路。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页已知电磁波的传播速度与光速相同,即已知电磁波的传播速度与光速相同,即v=3105 km/s(千米千米/秒秒)(1)(1)若电路的工作频率为若电路的工作频率为f f=50 Hz=50 Hz,则,则一般电路尺寸远小于一般电路尺寸远小于 。(2)(2)若电路的工作频率为若电路的
11、工作频率为f f=50 MHz=50 MHz,则,则此时一般电路尺寸均与此时一般电路尺寸均与 可比,所以电路在可比,所以电路在高频情况下不能视为集总参数电路。高频情况下不能视为集总参数电路。周期周期T=1/f=1/50=0.02 s波长波长 =3105 0.02=6000 km周期周期T=1/f =0.02 106 s=0.02 ns波长波长 =3105 0.02 106=6 m 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页一:一:电流、电压的实际方向电流、电压的实际方向电流:正电荷运动的方向电流:正电荷运动的方向低电位低电位二:电流、电压的参考方向二:电流、电压的参考方向 (1)(1)为了便于分析
12、计算电路,为了便于分析计算电路,(2)(2)参考方向与电流、电压的数值,参考方向与电流、电压的数值,电压:高电位电压:高电位电路图中,称参考方向电路图中,称参考方向(正方向正方向)任意假设的方向,任意假设的方向,标在标在电压的实际方向。电压的实际方向。共同说明共同说明电流、电流、为什么要引入参考方向为什么要引入参考方向?下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 i 0 0实际方实际方向向i 参考方向参考方向A AB B实际方向实际方向i 参考方参考方向向A AB B 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页例例1 1:图示电路,求流过电阻图示电路,求流过电阻R R的电流的电流。I II IR R1
13、1U U1 110V10VU U2 25V5V 为了便于分析复杂电路,为了便于分析复杂电路,需假设需假设I I的方向的方向(参考方向参考方向),并标在图中并标在图中解:解:上述两种参考方向的选择均可,其结果都同样正确上述两种参考方向的选择均可,其结果都同样正确说明了电流的大小和方向,所以说明了电流的大小和方向,所以参考方向是任意选择参考方向是任意选择的。的。说明实际方向与参考方向相反说明实际方向与参考方向相反说明实际方向与参考方向相同说明实际方向与参考方向相同 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页结论结论 1.1.在解题前先设定一个参考方向,然后再列方程在解题前先设定一个参考方向,然后再列方
14、程 计算,否则计算没有依据。计算,否则计算没有依据。2.2.电流、电压的正负值,只有相对于参考方向才有电流、电压的正负值,只有相对于参考方向才有意义。意义。5.5.作业要求作业要求:1)1)已知、求、解已知、求、解 2)2)必须画电路图,并在图中标出必须画电路图,并在图中标出U U、I I参考方向参考方向4.4.参考方向一经选定,在整个解题过程中不得中途改变参考方向一经选定,在整个解题过程中不得中途改变若计算结果为正,则实际方向与假设方向一致;若计算结果为正,则实际方向与假设方向一致;若计算结果为负,则实际方向与假设方向相反。若计算结果为负,则实际方向与假设方向相反。下一页下一页章目录章目录
15、上一页上一页R Ra ab b三:参考方向的表示三:参考方向的表示四:关联参考方向四:关联参考方向+-Uab 双下标双下标电压电压:a ab b箭箭 头头U U电流:电流:I I U U、I I在某一元件上的参考方向一致,则称在某一元件上的参考方向一致,则称U U、I I关联。关联。+-I IU U双下标双下标Iab箭头表示箭头表示a ab bU U正负号正负号否则,非关联否则,非关联 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页一一 功率功率:元件产生或消耗能量的速率。元件产生或消耗能量的速率。2 2.功率的计算功率的计算:+元件元件U UI I功率的大小元件的端电压功率的大小元件的端电压 流过元
16、件的电流流过元件的电流即即:P :P U U I I 3 3.如何判断元件是吸收还是发出功率如何判断元件是吸收还是发出功率:(1)(1)(简单电路简单电路)直接观察直接观察:1.1.定义定义:下一页下一页章目录章目录 上一页上一页例例1 1:求图示电路元件的功率。:求图示电路元件的功率。I IR R11U U1 110V10VU U2 25V5VU UR R+解:解:I I5A05A0U UR R=5V=5VP PR RU UR R I I5 5 5 525W25WU U1 1作为电源:作为电源:P PU U1 1U U1 1 I I50W50WU U2 2作为电源:作为电源:P PU U2
17、2U U2 2 I I25W25W (2)(2)根据电流、电压的参考方向与功率的正、负值根据电流、电压的参考方向与功率的正、负值判断判断:(吸收吸收)(发出发出)(吸收吸收)下一页下一页章目录章目录 上一页上一页计算功率表达式计算功率表达式U、I 关联(求吸收功率)U、I 非关联时(求发出功率)+IU+IU-I 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页I IR R11U U1 110V10VU U2 25V5V+U UR R解:解:A5I V5UR)(0W25IUPRR吸收 例例2 2:例:例1 1中选参考方向如图示,再求各元件功率。中选参考方向如图示,再求各元件功率。)(0W50IUP1U1发
18、出 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页练习:计算下列元件的功率。练习:计算下列元件的功率。U U10V10VI I5A5A1.1.解:解:1.1.下一页下一页章目录章目录 上一页上一页 发出关联、00.2W102010IUPIU3 2.2.3.3.吸收关联、00.05W10105IUPIU3-I20mAU10V2.2.I10mAU5V3.3.解:解:下一页下一页章目录章目录 上一页上一页二二.能量能量从从t t0 0到到t t的时间内,元件吸收的电能可根据电压的时间内,元件吸收的电能可根据电压的定义求得为的定义求得为 )()(0tqtqudqW电能量的单位:电能量的单位:J(焦焦)()(J
19、oule,焦耳,焦耳)由于由于dtdqi 所以所以 diuWtt0作 业作 业:P 2 5:P 2 5 页页 1-1(1)(3)1-1(1)(3),1 1 3 3 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页1.1.电位电位:电路中为分析的方便,常在电路中选某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一点为参考点,把任一点到参考点的电压称为该点的电位。点的电位。参考点的电位一般选为参考点的电位一般选为零零,所以,参考点也称为零所以,参考点也称为零电位点。电位点。电位用电位用 表示,单位与电压相同,也是表示,单位与电压相同,也是V V(伏伏)。a ab bc cd d
20、设设c c点为电位参考点,则点为电位参考点,则 c c=0=0 a=Uac,b=Ubc,d=Udc补充:补充:下一页下一页章目录章目录 上一页上一页两点间电压与电位的关系:两点间电压与电位的关系:abcd仍设仍设c c点为电位参考点,点为电位参考点,c c=0=0Uac=a,Udc=dUad=Uac Udc=a d前例前例结论:结论:电路中任意两点间的电压等于该两电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。点间的电位之差。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页例例.abc1.5 V1.5 V已知已知 Uab=1.5 V,Ubc=1.5 V。求。求 a;b;c;Uac(1)以以a a点为参考点
21、点为参考点,a=0Uab=a b b=a Uab=1.5 VUbc=b c c=b Ubc=1.51.5=3 VUac=a c =0(3)=3 V(2)以以b b点为参考点点为参考点,b=0Uab=a b a=b+Uab=1.5 VUbc=b c c=b Ubc=1.5 VUac=a c =1.5(1.5)=3 V结论:电路中电位参考点可任意选择;当选择不结论:电路中电位参考点可任意选择;当选择不同的电位参考时,电路中各点电位均不同同的电位参考时,电路中各点电位均不同,但任意两点间电压保持不变。,但任意两点间电压保持不变。下一页下一页章目录章目录 上一页上一页2.2.电动势电动势(eletro
22、motiveeletromotive force force):局外力克服电场力把: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。为电源的电动势。e e 的单位与电压相同,也是的单位与电压相同,也是 V(V(伏伏)根据能量守恒:根据能量守恒:U UABAB=e eBABA。电压表示电位。电压表示电位降,电动势表示电位升,即从降,电动势表示电位升,即从A A到到B B的电压的电压,数值上等于从,数值上等于从B B 到到A A 的电动势。的电动势。电场力把单位正电荷从电场力把单位正电荷从A A移到移到B B所做的功所做的功
23、(U UAB AB),与,与外力克服电场力把相同的单位正电荷从外力克服电场力把相同的单位正电荷从B B经电源内经电源内部移向部移向A A所做的功所做的功(e eBABA )是相同的,所以是相同的,所以U UABAB=e eBABA。BA 下一页下一页章目录章目录 上一页上一页练习:练习:方块表示电路元件,方块表示电路元件,(1)(1)已知元件已知元件A A吸收的功率为吸收的功率为5W5W,确定,确定I IA A值;值;(2)(2)已知元件已知元件B B产生的功率为产生的功率为6W6W,确定,确定U UB B值。值。A A1V1VI IA A(1)(1)U UB BB B1A1A(2)(2)5A
24、I5I1IUPIUAA非关联、解:解:(1)(1)6VU61UIUPIUBBB关联、(2)(2)下一页下一页章目录章目录 上一页上一页1 14 4 电路元件及其特性电路元件及其特性一:电阻元件一:电阻元件 1.1.定义定义:任何一个二端元件任何一个二端元件,在任意时刻端口电压在任意时刻端口电压u u与与流过元件的电流流过元件的电流i i之间的关系之间的关系,可以由可以由u u、i i平面上过原点平面上过原点的一条直线所决定,该元件叫电阻元件。的一条直线所决定,该元件叫电阻元件。+元元 件件uiui0 元件端口的电压、电流关元件端口的电压、电流关系称为伏安特性系称为伏安特性此曲线称伏安特性曲线此
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