第一章电路模型和基尔霍夫定律[可修改版]课件.ppt
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- 可修改版 第一章 电路 模型 基尔霍夫定律 修改 课件
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1、第一章电路模型和基尔霍夫定律1.1 电路和电路模型1.2 电路变量1.3 基尔霍夫定律1.4 电阻电路的元件1.5 简单电路分析第一章 电路模型和基尔霍夫定律11 电路和电路模型电路和电路模型 1.电路在日常生活、生产和科学研究工作中得到电路在日常生活、生产和科学研究工作中得到了广泛应用。在收录机、电视机、录像机、音响设备、了广泛应用。在收录机、电视机、录像机、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样计算机、通信系统和电力网络中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。的电路。这些电路的特性和作用各不相同。(1 1)实现电能的传输和转换。例如电力网络将实现电能的传
2、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。户,供各种电气设备使用。(2 2)实现电信号的传输、处理、存储和利用。)实现电信号的传输、处理、存储和利用。电路的作用电路的作用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()的关系,可以将它们分为两大类:的关系,可以将它们分为两大类:(1)集总参数电路:满足集总参数电路:满足d条件的电路。条件的电路。(2)分布参数电路:不满足分布参数电路:不满足d
3、0,表明真实方向与参考方向一致;表明真实方向与参考方向一致;在未标注参考方向时,电流的正、负在未标注参考方向时,电流的正、负无意义。即电流的参考方向是标注的正方无意义。即电流的参考方向是标注的正方向。向。若若i 0,表明真实方向与参考方向相反。表明真实方向与参考方向相反。i任意假定任意假定ba例例选电流选电流i 的参考方向如图。若算出的参考方向如图。若算出 i=1A 则电流的真实方则电流的真实方向是从向是从若算出若算出Ai1则电流的真实方则电流的真实方 向是从向是从。b到到aiaba到到 b,例例ab 已知直流电流的方向由已知直流电流的方向由a a到到b,b,大小为大小为2A.2A.问问如何表
4、示这一电流如何表示这一电流?参考方向与真实方向相反参考方向与真实方向相反I=2Aab 参考方向与真实方向一致参考方向与真实方向一致I=2Aab解:有两种表示法:解:有两种表示法:定义:定义:u(t)=dw/dq u(t)=dw/dq 单位伏(单位伏(V)V)它代表单位正电荷由它代表单位正电荷由a a转移到转移到b b所失去或获得的能量。所失去或获得的能量。1.2.2 1.2.2 电压和电压的参考方向电压和电压的参考方向 a a,b b两点的电位有高、低之分两点的电位有高、低之分,高电高电位用位用“+”+”表示,低电位用表示,低电位用“”表表示。示。也可用箭头表示。也可用箭头表示。能量能量w w
5、的单位的单位:焦耳焦耳 (J)(J)a au(t)u(t)b b 如果图中如果图中a a点是高电位,点是高电位,b b点是低电位,点是低电位,则正电荷是从则正电荷是从abab将失去能量;反之将失去能量;反之(若(若b b点为高电位)则正电荷从点为高电位)则正电荷从abab将获将获得能量。得能量。a au(t)u(t)b b 也可以用负电荷来检验。若也可以用负电荷来检验。若a a点为高点为高电位,当负电荷从电位,当负电荷从abab将获得能量,从将获得能量,从ba ba 将失去能量。将失去能量。电压的参考方向(极性)电压的参考方向(极性)任意假任意假定,在图中用定,在图中用“+”+”和和“”表示。
6、表示。从高电位到低电位,称为从高电位到低电位,称为“电压降电压降”,从低电位到高电位,称为从低电位到高电位,称为“电压升电压升”。在分析电路时,电压的极性也是采用在分析电路时,电压的极性也是采用参考极性。参考极性。+u ab u 0u 0u 0,真实方向与参考方向相同;真实方向与参考方向相同;电压参考方向的另一种表示法:电压参考方向的另一种表示法:u uabab、u ubabau uabab表示从表示从a a到到b b是电压降。是电压降。ab+u U Ubaba表示从表示从b b到到a a是电压降。是电压降。解:两种结果解:两种结果 U=Uab=Ua-Ub=2V 表示实际极性与参考极性一致表示
7、实际极性与参考极性一致。(1)ab +U U=Uba=Ub-Ua=-2V表示实际极性与参考极性相反。表示实际极性与参考极性相反。(2)abUab例例已知:已知:U Ua a=3V,U=3V,Ub b=1V,=1V,求元件两端的电压求元件两端的电压U=?U=?电流与电压的电流与电压的参考参考方方 向取成一致,向取成一致,电流从电流从“”流入,流入,从从“”流出流出。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电流与电压的电流与电压的参考参考方方 向取成相反,向取成相反,电流从电流从“”流入,流入,从从“”流出流出。电压与电流为关联参考方向电压与电流为关联参考方向电压与电流为非关联参考方向
8、电压与电流为非关联参考方向例例+u iab u+iab1.2.3 1.2.3 功率功率研究二端元件或二端网络的吸收功率研究二端元件或二端网络的吸收功率p(t).p(t).p(t)=dw/dt表示单位时间内该元件吸收的电能。表示单位时间内该元件吸收的电能。单位:瓦单位:瓦 (W)(W)+u iab 所谓所谓“吸收吸收”是指:在单位时间是指:在单位时间dt 内内,单位正电荷单位正电荷 dq 从从 ab 将失去能量,这一将失去能量,这一电能消耗于元件之中。即元件吸收电能,吸电能消耗于元件之中。即元件吸收电能,吸收功率。收功率。p 和和 i、u 一样,也是代数量,一样,也是代数量,可正、可负。可正、可
9、负。p0 表示吸收功率,外电路将向该元表示吸收功率,外电路将向该元件提供功率。件提供功率。p0 p0时,该元件吸收功率,时,该元件吸收功率,p0 p0 p0时,该元件发出功率,时,该元件发出功率,p0 p0时,该元件吸收功率。时,该元件吸收功率。计算结果是吸收还是发出功率要分计算结果是吸收还是发出功率要分两种情况两种情况:(3)对同一元件,当对同一元件,当u u、i i一定时,不一定时,不论是选取关联,还是非关联方向,算论是选取关联,还是非关联方向,算出的结果必定相同。出的结果必定相同。(功率守恒功率守恒)0P (4)+u=1Vi2Aab p=u i=12=2W 关联(关联(吸收)吸收)p=u
10、i=(-1)2=2W非关联(吸收)非关联(吸收)+u=1Vi2Aab例例例例 已知下图元件产生已知下图元件产生W W功率,求功率,求u=?u=?P=ui=4 WP=ui=4 W u=P/i4/2=2V u +i2Aab非关联参考方向,非关联参考方向,P P为正,所以为正,所以u u为正为正2V2V。例例.已知已知 i=i=-4A-4A,u u=6V=6V,求其功率。求其功率。解:解:)(24)4(6)(Wiutp是非关联参考方向是非关联参考方向,p0实际吸收实际吸收2424W W功率。功率。例例.已知已知i=i=2A2A,u u=-5V=-5V,求其产生的求其产生的功率和功率和0 02 2秒产
11、生的电能。秒产生的电能。解:解:)(10)5(2)(Wiutp0 02 2秒产生的电能为秒产生的电能为2020)(2010)(2,0Jdtdttpw关联参考方向,关联参考方向,P0 ,产生的电功率为产生的电功率为10W作练习作练习 习题一习题一(19(19页)页)1 11 11 12 12 13 3 1-7 1 1-7 18 8 书面作业书面作业 15 16 1111.3 基尔霍夫定律 1.3.1 基尔霍夫电流定律 1.3.2 基尔霍夫电压定律 重点和难点重点和难点基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 几个术语几个术语支路:支路:一个二端元件称为一条支路。同时将由
12、一一个二端元件称为一条支路。同时将由一些元件组成的一段些元件组成的一段2 2端电路也看成为一条支路。端电路也看成为一条支路。节点:节点:支路的联接点。支路的联接点。回路:回路:由支路构成的闭合路径。由支路构成的闭合路径。网孔:网孔:内部没有其它支路的回路。内部没有其它支路的回路。例:右图电路中,例:右图电路中,有有6 6条支路条支路 4 4个节点个节点 7 7个回路个回路 3 3个网孔个网孔 1.3.1 1.3.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL)vKCLKCL:集总电路中,任何时刻,对任一节点,联集总电路中,任何时刻,对任一节点,联接到该节点的所有支路的电流代数和为零。接到该节点的
13、所有支路的电流代数和为零。可表达为:可表达为:0)(ti(对任一节点)(对任一节点)(代数和是指流入、流出某节点的电流取不(代数和是指流入、流出某节点的电流取不同的符号。)同的符号。)我们约定我们约定:流出节点的电流取流出节点的电流取“”,流入,流入节点的电流取节点的电流取“”。例:例:04321iiii若已知Ai51Ai42Ai83,则有08)4(54i求得Ai74(注意计算中的两套正负号。),i1i2i3i4.几点说明:几点说明:(1)(1)式中各项前的正、负号取决于各电流的式中各项前的正、负号取决于各电流的参考方向对结点的关系(流出或是流进);参考方向对结点的关系(流出或是流进);(2)
14、KCL (2)KCL是对连接结点各支路电流的线性约束;是对连接结点各支路电流的线性约束;(3)KCL (3)KCL的实质是电荷守恒;的实质是电荷守恒;(4)KCL (4)KCL与电路元件的性质无关;与电路元件的性质无关;(5)KCL (5)KCL可推广用于电路中任意假想封闭面。可推广用于电路中任意假想封闭面。vKCL推广至闭合面:集总电路中,任何时刻,联接到任一闭合面的集总电路中,任何时刻,联接到任一闭合面的所有支路的电流代数和为零。所有支路的电流代数和为零。(我们约定我们约定:流出节点的流出节点的电流取电流取“”,流入节点的电流取,流入节点的电流取“”。)例:0321iii对封闭面有i1i2
15、i3i4i5i6acb证:0641iii节点a上面3式相加,得节点b0542iii0653iii节点c0321iii0321iii 又如,当两个单独的电路只用一条导线相又如,当两个单独的电路只用一条导线相连时此导线中的电流连时此导线中的电流i i必定为零。必定为零。N1 N2ii=0 练习练习 20页页 112 KVLKVL:集总电路中,任何时刻,沿任一集总电路中,任何时刻,沿任一回路,所有支路电压的代数和为零。回路,所有支路电压的代数和为零。(代数和是指与回路绕行方向一致的支(代数和是指与回路绕行方向一致的支路电压取正号,相反的取负号。)路电压取正号,相反的取负号。)可表达为:可表达为:0)
16、(tu(沿任一回路)(沿任一回路)1.3.2 1.3.2 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 例例:04321uuuu若已知若已知Vu61Vu22Vu33,可求得可求得Vu54(注意计算中的两套正负号注意计算中的两套正负号。)。)u2u3u1u40)5()2()6(3u顺时针方向为绕行方向U4_+_+_U3U1ab+_+U2几点说明:几点说明:(1)(1)式中每一项前的正、负式中每一项前的正、负号取决于绕行方向遇到的电号取决于绕行方向遇到的电压极性,凡电压降取正,凡压极性,凡电压降取正,凡电压升取负;电压升取负;(3 3)KVLKVL的实质是能量守恒,且与元件的性的实质是能量守恒,且与元件的性
17、质无关;质无关;(4 4)KVLKVL可推广用于任一假想回路。可推广用于任一假想回路。(2 2)KVLKVL是对回路各支路电压的线性约束;是对回路各支路电压的线性约束;例如右图电路,可写出:例如右图电路,可写出:U4 U1 Uab 0即,即,U Uabab与所经路径无关。利用这一结论,可求与所经路径无关。利用这一结论,可求电路中任意两点之间的电压。电路中任意两点之间的电压。电路中任意两节点之间的电压电路中任意两节点之间的电压U Uabab等于从等于从a a点点到到b b点沿任一条路径上所有元件电压降的代数和。点沿任一条路径上所有元件电压降的代数和。U44_+_+_U3ab+_+U2U1U3 U
18、2 Uab 0或或 UabU4U1U3U2即即顺时针绕行方向逆时针绕行方向练习1 115151 11616C 1.4.1 电阻元件C 1.4.2 电压源C 1.4.3 电流源C 1.4.4 四种受控源1.4 电阻电路的(理想)元件(线性时不变电阻(线性时不变电阻)(非线性时不变电阻(非线性时不变电阻)i 0 u 0 u i i1.4.1 1.4.1 电阻元件电阻元件1,1,二端电阻二端电阻 定义定义:由由uiui平面上一条曲线所确定的平面上一条曲线所确定的 二端元件称为二端电阻。其数学表达式为:二端元件称为二端电阻。其数学表达式为:)()(1ufi or ifu 电阻可分时变电阻和非时变电阻;
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