第一章-基尔霍夫定律和电阻元件课件.ppt（114页）

1、学习难点学习难点:1 1）电压电流的实际方向和参考方向的）电压电流的实际方向和参考方向的联系和区别联系和区别;2 2）电路功率的计算）电路功率的计算;3)3)独立电源与受控电源的联系和区别，独立电源与受控电源的联系和区别，识别受控源的类型。识别受控源的类型。本章内容是所有章节的基础，学习时要本章内容是所有章节的基础，学习时要1 1 1 1 电路和电路模型电路和电路模型 一一.什么是电路？什么是电路？若干个电气设备或器件按照一定方式组合起来，若干个电气设备或器件按照一定方式组合起来，构成电流的通路，叫做电路构成电流的通路，叫做电路(circuit)。电路也称为电网络或网络电路也称为电网络或网络(

2、network)二二.实际电路举例实际电路举例1.照明电路照明电路 电源电源负载负载中间控制环节中间控制环节.2.电力系统电力系统3.收音机收音机信号源信号源负载负载三三.电路模型电路模型(circuit model)电路模型：电路模型：由理想元件构成的电路。由理想元件构成的电路。便于用数学的方法分析电路和设计电路便于用数学的方法分析电路和设计电路。理想元件理想元件(element)：在在一定条件下一定条件下能足够准能足够准确地反映实际部件（确地反映实际部件（component）主要）主要电磁电磁性能性能的抽象模型。的抽象模型。实际通电螺线管实际通电螺线管具体物理过程具体物理过程 1.发热（能

3、量损耗）发热（能量损耗）2.磁场储能磁场储能 3.电场储能电场储能 理想元件及参数理想元件及参数电阻元件电阻元件(resistor)：电容元件电容元件(capacitor)：电容电容C(capacitance):反映反映电场储能电场储能性质的电路参数性质的电路参数电感元件电感元件(inductor)：电感电感L(inductance):反映反映磁场储能磁场储能性质的电路参数性质的电路参数电阻电阻R(resistance):反映反映能量损耗能量损耗的电路参数的电路参数四.集中参数电路(lumped circuit)判断：判断：电路的部件及电路的各向几何尺寸电路的部件及电路的各向几何尺寸 电路工作

4、频率对应的波长电路工作频率对应的波长处理：处理：认为能量损耗、电场储能、磁场储能认为能量损耗、电场储能、磁场储能 分别集中在电阻元件、电容元件、电分别集中在电阻元件、电容元件、电 感元件中进行感元件中进行1010cf集中的电阻、电容和电感等二端元件中的电流集中的电阻、电容和电感等二端元件中的电流及其端电压，在任一瞬时，具有完全确定的数及其端电压，在任一瞬时，具有完全确定的数值（即为时间的单值函数）。集中参数电路中值（即为时间的单值函数）。集中参数电路中任意两点间的电压数值，在任一瞬时，也是任意两点间的电压数值，在任一瞬时，也是完全确定的。完全确定的。同一个实际电路的器件，在不同工作条件下同一个

5、实际电路的器件，在不同工作条件下可以抽象成不同形式的集中参数电路模型可以抽象成不同形式的集中参数电路模型一个实际线圈的理想化模型一个实际线圈的理想化模型 R L R 线圈的低频模型线圈的低频模型线圈的直流模型线圈的直流模型C L R 线圈的高频模型线圈的高频模型对实际工程问题的解决通常需要对实际工程问题的解决通常需要4个步骤：个步骤：1.对实际器件电磁特性和实际电路功能的分析对实际器件电磁特性和实际电路功能的分析2.问题建模问题建模3.模型分析模型分析4.将分析结果用于解决实际问题将分析结果用于解决实际问题1 1 2 2 电流与电压的参考方向电流与电压的参考方向 l电流的定义及其参考方向电流的

6、定义及其参考方向 (current)(reference direction)dtdqi 单位：单位：A方向：正电荷运动的方向方向：正电荷运动的方向 实际方向实际方向大小：单位时间通过导体截面的电荷数大小：单位时间通过导体截面的电荷数参考方向参考方向假设的电流方向，可以假设的电流方向，可以随意随意规定；但是一经规定，规定；但是一经规定，在计算过程中便不得随意改变。在计算过程中便不得随意改变。在规定的参考方向下，计算后若在规定的参考方向下，计算后若 I0 参考方向与实际方向一致参考方向与实际方向一致 I0 参考方向与实际方向一致参考方向与实际方向一致 u Y 7135.125.121RAI147

7、1326 例例2.求解等效电阻求解等效电阻R解：解：Y 1 1 5 5 独独 立立 源源l激励激励（excitation）：l响应响应（response）：）：由信号源由信号源输入输入电路的信号或由电源电路的信号或由电源输入输入电路电路的电压或电流。的电压或电流。经过电路传输或处理后经过电路传输或处理后输出输出的信号。的信号。一一.基本概念基本概念l激励源又称为激励源又称为 独立源独立源(independent source)l独立源独立源独立电压源（电压激励）独立电压源（电压激励）独立电流源（电流激励）独立电流源（电流激励）二二.电压源电压源是一个二端元件，其端电压总能保持定值或一是一个二端

8、元件，其端电压总能保持定值或一定的时间函数，在任意瞬时与其端电流无关。定的时间函数，在任意瞬时与其端电流无关。u(t)us(t)与端电流与端电流i(t)无关无关 i(t)由外部电路决定由外部电路决定u 直流电压源：输出电压为一恒定数值。直流电压源：输出电压为一恒定数值。u 交流电压源：输出电压为确定的时间函数表达式交流电压源：输出电压为确定的时间函数表达式 （幅值、频率、初相角都不变）。（幅值、频率、初相角都不变）。u如果电压源的电压为零，它相当于如果电压源的电压为零，它相当于短路短路导线。导线。各种稳压电源设备等可以近似认为是电压源。各种稳压电源设备等可以近似认为是电压源。三三.电流源电流源

9、是一个二端元件，其端电流总能保持定值或一是一个二端元件，其端电流总能保持定值或一定的时间函数，在任意瞬时与其端电压无关。定的时间函数，在任意瞬时与其端电压无关。i(t)is(t)与端电压与端电压u(t)无关无关 u(t)由外部电路决定由外部电路决定u 直流电流源：输出电流为一恒定数值。直流电流源：输出电流为一恒定数值。u 交流电流源：输出电流为确定的时间函数表达式交流电流源：输出电流为确定的时间函数表达式 （幅值、频率、初相角都不变）。（幅值、频率、初相角都不变）。u如果电流源的电流为零，它相当于如果电流源的电流为零，它相当于开路开路导线。导线。光电池、太阳能发电厂、电子电路中的恒流源光电池、

10、太阳能发电厂、电子电路中的恒流源电路、各种恒流源设备等可以近似认为是电流源电路、各种恒流源设备等可以近似认为是电流源 例例1.求解下图电路中的电流、电压，并验证功率求解下图电路中的电流、电压，并验证功率 平衡平衡1）10VU 105A2I 电压源电压源发出发出的功率：的功率：10(52)30WsUP电流源电流源发出发出的功率：的功率：10 220WsIP 电阻电阻吸收吸收的功率：的功率：10 550WRP 2AI 224VU 电压源电压源发出发出的功率：的功率：10 220WsUP 电流源电流源发出发出的功率：的功率：(410)212WsIP 电阻电阻吸收吸收的功率：的功率：428WRP 2）

11、+-例例2.求解下图电路中的电流、电压求解下图电路中的电流、电压1）242V22U 21A63I 1112AI 344A363I 468V3U 2）16 4832VU 1 6 受受 控控 源源 受控源的电压受控源的电压(或电流或电流)依赖于依赖于电路中电路中另一支路另一支路的电压或电流。的电压或电流。只要电路中有一个支路的电压只要电路中有一个支路的电压(或电流或电流)受另一受另一个支路的电压或电流控制，这个支路的电压或电流控制，这两个支路两个支路就构成一个就构成一个受控源。受控源。电压控电压源电压控电压源（voltage-controlled voltage source）电压控电流源电压控电

12、流源（voltage-controlled current source）电流控电流源电流控电流源（current-controlled current source）电流控电压源电流控电压源（current-controlled voltage source）根据控制变量和受控变量的不同组合，受控源可分为根据控制变量和受控变量的不同组合，受控源可分为 ：1.电压控电压源电压控电压源 VCVSu2=u1电压放大倍数电压放大倍数 无量纲无量纲2.电压控电流源电压控电流源 VCCSi2=gm u1gm 转移电导转移电导 具有电导的量纲具有电导的量纲 3.电流控电流源电流控电流源 CCCS i2=i

13、1 电流放大倍数电流放大倍数 无量纲无量纲4.电流控电压源电流控电压源 CCVSu2=rm i1rm 转移电阻转移电阻 具有电阻的量纲具有电阻的量纲 系数系数 、gm、rm 为为常数常数时，为线性受控源；时，为线性受控源；否则，称为非线性受控源否则，称为非线性受控源特例：特例：控制变量为零时，受控变量一定为零，此时，控制变量为零时，受控变量一定为零，此时，若是若是受控电压源受控电压源则相当于一个则相当于一个短路短路元件元件；若是若是受控电流源受控电流源则相当于一个则相当于一个开路开路元件元件。受控源是电子线路中一些具有控制特性的受控源是电子线路中一些具有控制特性的元器件的理想化模型元器件的理想

14、化模型bcii u含有受控源的集中参数电路仍然要遵循含有受控源的集中参数电路仍然要遵循 KVL、KCL例例1.试求图示电路中的电压试求图示电路中的电压u，并计算各元件的，并计算各元件的功率。功率。解：解：V1243 u+-独立电流源独立电流源发出发出的功率：的功率：W1863)2(3 uuPsI电阻元件电阻元件吸收吸收的功率：的功率：W36432 RPVCVS发出发出的功率：的功率：W183212 VCVSP例例2.图示电路，求电流图示电路，求电流Ix、Iy和电压和电压U1。解解:2(22)xyxxIIIUI 0124 UIx解得解得V76 UA72 xI22162A77yxII V720)7

15、6(2)72(42141 UIUx例例3 求图示电路中各支路电流和各电源发出的功率。求图示电路中各支路电流和各电源发出的功率。解：解：1)由由KVL可得可得010501011 iiA5.4212 iiA5.21 i3)2A电流源电流源发出发出的功率的功率12(5 210)70W1 1Pi4)50V电压源电压源发出发出的功率的功率2150125WPi 2)由由KCL可得可得例例4 求图示电路求图示电路a、b端口的等效电阻端口的等效电阻Rab。1）在端口施加一激励源，在端口施加一激励源，求解端口求解端口VCRSSIUR 214(4)33sssUII 1123ssIII 2(3)2ssUIII143

16、sabsURI 解：解：2）I解：解：1 22(3)12UUII 815UI 815abURI 小结小结1.受控源并不是真正的电源，受控源并不是真正的电源，受控电压源的电压和受控电压源的电压和受控电流源的电流均受另一支路的电压或电流受控电流源的电流均受另一支路的电压或电流（即控制变量）的控制（即控制变量）的控制;2.受控源不能起激励的作用，受控源不能起激励的作用，没有独立源受控源无没有独立源受控源无法工作。法工作。3.对含有受控源的线性电路，仍遵循对含有受控源的线性电路，仍遵循KCL，KVL定定律。律。求图示电路中各支路电流和各电源发出的功率。求图示电路中各支路电流和各电源发出的功率。解：解：

17、1)由由KVL可得可得050101011 iiA5.4212 iiA5.21 i3)2A电流源电流源发出发出的功率的功率12(5 210)70W1 1Pi4)50V电压源电压源发出发出的功率的功率2150125WPi 2)由由KCL可得可得课堂练习课堂练习6)受控源受控源发出发出的功率的功率31 21025 4.5112.5WPi i 7)电阻电阻吸收吸收的功率的功率224125102062.582.5WPi 1234PPPP 由此看出：所有电源发出的功率等于所有电阻吸收的功率，由此看出：所有电源发出的功率等于所有电阻吸收的功率，整个电路的功率达到平衡。整个电路的功率达到平衡。1 1 7 7

18、运算放大器运算放大器 运算放大器是由具有高放大倍数的直接耦合运算放大器是由具有高放大倍数的直接耦合放大电路组成的半导体多端器件。放大电路组成的半导体多端器件。(operational amplifier)集成运算放大器的电路框图 1、运算放大器的电路符号及转移特性 反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端 uuuddef差分输入电压差分输入电压 duuA0def 开环电压增益开环电压增益 运算放大器的转移特性运算放大器的转移特性 正饱和电压正饱和电压负饱和电压负饱和电压2、有限增益运算放大器 条件：条件：1)i =0，i+=0 2)A为有限的常数为有限的常数 当当 ，线性工作区，线

19、性工作区|dudoAuu 当当 ，正饱和区，正饱和区 dusatouu 当当 ，负饱和区，负饱和区 dusatouu 电路模型电路模型 doAuu VCVS应用举例应用举例 11Ruuids 22Ruuido 21ii 212121211RRAuRRRAuRRussd 2121RRAuARAuusdo oduAu 倒向放大器倒向放大器 121221211RRAARRRRAARuuAsou 12RR 闭环电压增益闭环电压增益 3、理想运算放大器 条件：条件：1)i =0，i+=0，“虚断路虚断路”2)A，ud=0，“虚短路虚短路”应用举例应用举例1 1 is=i+=0u0=us电压跟随器电压跟随

20、器 应用举例应用举例2 22011iRuRuis 120RRuuAsu 倒相放大器倒相放大器 应用举例应用举例3 fnsnssRuRuRuRu02211 nsnssfRuRuRuRu22110fnRRRR 21若若 snssuuuu 210加法器加法器 应用举例应用举例4 23230101sffsuRRRuRRRuu 11213230)1(sfsfuRRuRRRRRu 321,RRRRf 若若120ssuuu 减法器减法器 1-8 1-8 支路分析法支路分析法 l电路方程法电路方程法 建立方程和求解方程的方法建立方程和求解方程的方法 电路方程法电路方程法支路分析法支路分析法节点分析法节点分析法

21、回路分析法回路分析法支路电压法支路电压法支路电流法支路电流法根据所采用的根据所采用的网络变量网络变量分类：分类：一一.支路电流法介绍支路电流法介绍基本思路：基本思路：以以支路电流为变量支路电流为变量v列写列写独立节点的独立节点的KCL 方程方程v列写列写独立回路的独立回路的KVL方程方程 v联立求解方程组，得到各支路电流联立求解方程组，得到各支路电流 注：注：利用元件的利用元件的VCR关系，可将未知的支路电压关系，可将未知的支路电压用未知的支路电流来表示用未知的支路电流来表示假设电路有假设电路有nt个节点、个节点、b条支路，若采用条支路，若采用支路电流法，一般求解变量的个数为支路电流法，一般求

22、解变量的个数为b个，个，则需列写则需列写b个独立方程个独立方程(1)选定各支路电流的参考方向选定各支路电流的参考方向,列写列写独立独立的的KCL方程方程0321 iii0641 iii0652 iii0543 iii独立的独立的KCLKCL方程数目方程数目 n=nt 1 022255333 iRuiRuiRss0445566 iRiRiR0333s441s11 iRuiRuiR独立回路方程数目独立回路方程数目 l=b n=b(nt 1)对平面网络一组网孔是相互独立的对平面网络一组网孔是相互独立的(2)选择回路，标出回路绕行方向，选择回路，标出回路绕行方向，列写列写独立独立的的KVL方程方程回路

23、回路1回路回路2回路回路3二含有二含有电流源电流源的电路的处理的电路的处理1 1）选回路时不选含有电流源支路的回路。）选回路时不选含有电流源支路的回路。由于含电流源支路的支路电流等于电流源电由于含电流源支路的支路电流等于电流源电流，故总方程数为流，故总方程数为（b-1）2）增设电流源端电压，即增加一个未知量，）增设电流源端电压，即增加一个未知量，方程总数为方程总数为b例例.采用支路电流法求各支路电流采用支路电流法求各支路电流 解解1.221 II432III 0100101032 II01050232 II联立求解得：联立求解得：123457A5A7A02AIIIII ，0254 II解解2.

24、221 II432III 0100101032 II01050232 II0254 II01022524 IIUa联立求解得：联立求解得：123457A5A7A02A40VaIIIIIU ，电路中的受控源在列写方程时与独立源一样对待，电路中的受控源在列写方程时与独立源一样对待，如果控制变量不是支路电流，还应增加用支路电如果控制变量不是支路电流，还应增加用支路电流流表示控制变量的补充方程。表示控制变量的补充方程。例：求各支路电流例：求各支路电流 621III 432III 0546 III05020532 II042075043 IIU.05410246 IIIKCLKVL补充方程：补充方程：3

25、20IU 三含有三含有受控源受控源的电路的处理的电路的处理例例.用用支路分析法求解图示电路中的各支路电支路分析法求解图示电路中的各支路电流、受控电流源的端电压和输出端电压流、受控电流源的端电压和输出端电压u0，设，设R1=500 ,R2=R3=1000 ,=50,us=5 V。解法一：见教材解法一：见教材P25suiiRiR )(11311 A)10709951 .(iV 95164 230.iRumA 9516.42 i解法二解法二.不选择网孔，避免回路中含有受控不选择网孔，避免回路中含有受控电流源支路，从而减少了未知量。电流源支路，从而减少了未知量。121ii 课堂练习：课堂练习：P24

26、练习题练习题1-8-1、1-8-2、1-8-3 eqR1-8-3练习题练习题1-8-1 21213010202IIII121AII+-U23030VUI电流源发出功率：电流源发出功率：2 3060WsIP 电压源发出功率：电压源发出功率：1 1010WsUP 20电阻吸收电阻吸收功率：功率：22012020WP 30电阻吸收电阻吸收功率：功率：23013030WP 练习题练习题1-8-2 04412607448740004562524653542641IIIIIIIIIIIIIIII练习题练习题1-8-3I1 1122IUUIUII11AIIeqR 212UReq1VU 113谢谢！谢谢！114