电路和电路模型-课件.ppt
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- 电路 模型 课件
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1、电路基础电路基础石家庄理工职业学院石家庄理工职业学院计算机与信息技术系计算机与信息技术系 葛葛 莉莉主要内容主要内容电路和电路模型电路的基本物理量电路的参考方向无源元件的介绍项目一项目一认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律认识电路的基本物理量和基尔霍夫定律电路的概念电路的概念 由实际元器件构成的电流的通路称为电路。由实际元器件构成的电流的通路称为电路。1 1、电路的组成及其功能、电路的组成及其功能电路是电流的通路电路通常由电路通常由电源电源、负载负载和和中间环节中间环节三部分组成。三部分组成。电路的组成电路的组成1 1、电路的组成及其功能、电路的组成及其功能.电路可以实现电能的传输、分配和电路可
2、以实现电能的传输、分配和转换。转换。电力系统中电力系统中电子技术中电子技术中电路可以实现电信号的传递、变换、电路可以实现电信号的传递、变换、存储和处理。存储和处理。1 1、电路的组成及其功能、电路的组成及其功能电路的功能电路的功能2 2、电路模型、电路模型连接导线连接导线负载负载电源电源开关开关SRL+UIUS+_R0 用抽象的理想电路元件及其组合,近似地代替实用抽象的理想电路元件及其组合,近似地代替实际的器件,从而构成了与实际电路相对应的电路模型。际的器件,从而构成了与实际电路相对应的电路模型。理想电路元件理想电路元件R+US电阻元件电阻元件只具耗能只具耗能的电特性的电特性电容元件电容元件只
3、具有储只具有储存电能的存电能的电特性电特性理想电压源理想电压源输出电压恒输出电压恒定,输出电定,输出电流由它和负流由它和负载共同决定载共同决定理想电流源理想电流源 输出电流输出电流恒定,两端电恒定,两端电压由它和负载压由它和负载共同决定。共同决定。L电感元件电感元件只具有储只具有储存磁能的存磁能的电特性电特性IS 理想电路元件是实际电路器件的理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似化理想化和近似化,其电其电特性特性单一、精确单一、精确,可定量分析和计算可定量分析和计算。C3 3、理想元件、理想元件5种种基本理想电路元件有三个特征:基本理想电路元件有三个特征:(a a)只有两个端子;)只有两个端
4、子;(b b)可以用电压或电流按数学方式描述;)可以用电压或电流按数学方式描述;(c c)不能被分解为其他元件。)不能被分解为其他元件。注意注意v电路元件按照其与电路其他部分相连接的端钮电路元件按照其与电路其他部分相连接的端钮数,可以分为数,可以分为二端元件二端元件和和多端元件多端元件。二端元件。二端元件通过两个端钮与电路其他部分连接;多端元件通过两个端钮与电路其他部分连接;多端元件通过三个或三个以上端钮与电路其他部分连接。通过三个或三个以上端钮与电路其他部分连接。3 3、理想元件、理想元件电路由哪几部分电路由哪几部分组成?各部分的组成?各部分的作用是什么?作用是什么?何谓理想电路元件?何谓理
5、想电路元件?其中其中“理想理想”二字在二字在实际电路的含义?实际电路的含义?理想元件有何理想元件有何特征?特征?如何在电路如何在电路中区分电源中区分电源和负载?和负载?试述电路的功试述电路的功能?何谓能?何谓“电电路模型路模型”?学好本课程,应注意抓好四个主要环节:学好本课程,应注意抓好四个主要环节:还要处理好三个还要处理好三个基本关系:基本关系:1.2 1.2 电路基本物理量及参考方向电路基本物理量及参考方向 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁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
6、流、电压和功率。关心的物理量是电流、电压和功率。1.1.电流的参考方向电流的参考方向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=10-3A1 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AB实际方向实际方向AB 对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时,对于复杂电路或电路中的电流
7、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。问题l参考方向参考方向 大小大小方向方向(正负)正负)电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。向即为电流的参考方向。i 0i 0参考方向参考方向U+参考方向参考方向U+0 吸收正功率吸收正功率(实际吸收实际吸收)负载负载P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P0 发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收)l u,i 取非取非关联参考方向关联参考方向+-iu+-iu例例 求图示电路中各求图示电路中各方框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或产生的功率。收
8、或产生的功率。已知:已知:U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V,I1=2A,I2=1A,,I3=-1A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1解解:)(发发出出W221111IUP)(发出发出W62)3(122IUP)(吸收吸收W1628133IUP)(吸收吸收W3)1()3(366IUP)(发出发出W7)1(7355IUP)(发出发出W41)4(244IUP对一完整的电路,满足:对一完整的电路,满足:发出的功率吸收的功率发出的功率吸收的功率564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1注意注意已知:已知:U1=1V,U2=-3V,U3=
9、8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V,I1=2A,I2=1A,,I3=-1A 已知某电路中已知某电路中UabUab=-=-5V,5V,试说明试说明a,ba,b两点哪两点哪点电位高?点电位高?一个元件的功率为一个元件的功率为P=100WP=100W,试讨论关联与,试讨论关联与非关联参考方向下,该非关联参考方向下,该元件吸收还是发出功率?元件吸收还是发出功率?I3132+-+-I1I2U1U2U3如图所示的电路中有三个元件。电流、电压的参考方向如图中箭头所示,如图所示的电路中有三个元件。电流、电压的参考方向如图中箭头所示,实验测得:实验测得:I1=3A,I2=-3A,I3=-3A,U1=-
10、120V,U2=70V,U3=-50V试指出各元件电流、端电压的实际方向,计算元件的功率,并指出哪个试指出各元件电流、端电压的实际方向,计算元件的功率,并指出哪个元件吸收功率,哪个元件发出功率。元件吸收功率,哪个元件发出功率。1.4 1.4 电路元件电路元件是电路中最基本的组成单元。是电路中最基本的组成单元。1.1.电路元件电路元件5种基本的理想电路元件:种基本的理想电路元件: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
11、元件电压源和电流源:表示将其它形式的能量转变成电压源和电流源:表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。注意 如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关系,如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关系,该元件称为线性元件,否则称为非线性元件。该元件称为线性元件,否则称为非线性元件。1.4.1 1.4.1 电阻元件电阻元件2.2.线性时不变电阻元件线性时不变电阻元件l 电路符号电路符号R电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可对电流呈现阻力的元件。其特性可用用ui平面上的一条曲线来描述: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。任何时刻端电压与电
12、流成正比的电阻元件。1.1.定义定义伏安伏安特性特性0l ui 关系关系R 称为电阻,单位:称为电阻,单位:(Ohm)满足欧姆定律满足欧姆定律GuRuiiuR l 单位单位G 称为电导,单位称为电导,单位:S(Siemens)u、i 取关联取关联参考方向参考方向Riu 伏安特伏安特性为一性为一条过原条过原点的直点的直线线ui0Rui+如电阻上的电压与电流参考方向如电阻上的电压与电流参考方向非关联,公式中应冠以负号;非关联,公式中应冠以负号;说明线性电阻是无记忆、双向性说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。的元件。欧姆定律欧姆定律只适用于线性电阻只适用于线性电阻(R 为常数为常数););则欧姆定律
13、写为则欧姆定律写为u R i i G u公式和参考方向必须配套使用!公式和参考方向必须配套使用!无特殊说明一般均使用关联参考方向无特殊说明一般均使用关联参考方向注意注意Rui-+3.3.功率和能量功率和能量电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p -u i(-R i)i i2 R -u2/Rp u i i2R u2/Rl 功率功率Rui+-表明表明Rui-+ui从从 t0 到到 t 电阻消耗的能量:电阻消耗的能量:ttttRuipW00dd4.4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路l 能量能量l 短路短路0 0uiGor R 0l 开路开路0 0ui0 Gor Ru
14、iRiu+u+i00实际电阻器实际电阻器5.5.线性电阻元件的串、并联线性电阻元件的串、并联1.1.串联串联特点:特点:1.流过所有电阻的电流流过所有电阻的电流i相同相同2.u=u1+u2+un3.Req=R1+R2+Rn分压公式:分压公式:uRRueqii 2.2.并联并联特点:特点:1.1.所有电阻的电压所有电阻的电压u相同相同2.i=i1+i2+in3.neqiiiuiuR 21nneqeqGGGuiiiGR 21211分流公式:分流公式:iGGuGieqnnn 1.4.2 1.4.2 电容元件电容元件 (Capacitor)(Capacitor)电容器电容器_q+q 在外电源作用下,两
15、极板在外电源作用下,两极板上分别带上等量异号电荷上分别带上等量异号电荷,撤去电源,板上电荷仍,撤去电源,板上电荷仍可长久地集聚下去,是一可长久地集聚下去,是一种储存电能的部件。种储存电能的部件。1.定义定义电容元件电容元件储存电能的元件。其特储存电能的元件。其特性可用性可用uq 平面上的平面上的一条曲线来描述一条曲线来描述0),(qufqu库伏库伏特性特性 任何时刻,电容元件极板上的电荷任何时刻,电容元件极板上的电荷q与电压与电压 u 成正比,成正比,q u 特性是过原点的直线。特性是过原点的直线。电路符号电路符号2.线性电容元件线性电容元件 tan uqCorCuqC 称为电容器的电容称为电
16、容器的电容,单位:单位:F(法法)(Farad,法拉,法拉),常用常用 F、pF、nF等表示。等表示。1F=103 F=106 pF=109 nFquO 单位单位Cudtdqi 线性电容的电压、电流关系线性电容的电压、电流关系电容元件电容元件VCR的微分形式的微分形式表明表明:(1)i 的大小取决于的大小取决于 u 的变化率的变化率,与与 u 的大小无关,的大小无关,电容电容是动态元件;是动态元件;(2)当当 u 为常数为常数(直流直流)时,时,i=0。电容相当于开路,电容。电容相当于开路,电容 有隔断直流作用;有隔断直流作用;(3)实际电路中通过电容的电流实际电路中通过电容的电流 i 为有限
17、值,则电容电压为有限值,则电容电压u 必定是时间的连续函数。必定是时间的连续函数。Cu+q-qu、i 取关联取关联参考方向参考方向dtduC i电容元件有记忆电流的作用,故称电容为记忆元件电容元件有记忆电流的作用,故称电容为记忆元件(1)当)当 u,i 为非关联方向时,上述微分和积分表为非关联方向时,上述微分和积分表达式前要冠以负号达式前要冠以负号;电容元件电容元件VCR的积分形式的积分形式表明表明:注注 tidCtu 1)(01tidC ttidCtu01)(0(2)上式中)上式中 u(t0)称为电容电压的初始值,它反映称为电容电压的初始值,它反映电容初始时刻的储能状况,也称为初始状态。电容
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