电路邱关源第五版课件1第一章直流.ppt

,电路原理,2009年秋季-自控08级,2,Who 谁来教？,张新莲(副教授)信息学院联系方式：手机)个人信箱:zhangxl 公共信箱:buctdianlu 密码:buctdianlu,3,What 学什么？,第一章 电路模型和电路定律第二章 电阻电路的等效变换第三章 电阻电路的一般分析第四章 电路定理第五章 含有运算放大器的电阻电路第六章 储能元件第七章 一阶电路和二阶电路第八章 相量法第九章 正弦稳态电路的分析第十章 含有耦合电感的电路第十二章 三相电路第十三章 非正弦周期电流电路,第十四章 复频域分析第十五章 电路方程的矩阵形式第十六章 二端口网络第十七章 非线性电路简介,4,How 如何学？,四个环节：,听课-动脑,预习+复习,作业-动笔,实验-动手,5,教 学 安 排：,共72学时（4.5学分）考试课-教学(56学时)-实验(12学时)-上机(4学时),教材及参考书：,1、邱关源.电路(第5版)高教出版社 2、刘崇新 电路学习指导与习题分析 高教出版社3、孙立山 电路名师大课堂 科学出版社,6,成 绩 评 定：,作业、考勤及平时测验(20%)实验成绩(10%)期末考试(70%),7,有关规定：,1、课前预习指定章节；2、必须独立完成作业，严禁抄袭；3、在每周的第二次课课前，课代表收本班作业，按学号顺序排好交上来。,8,名 人 名 言,使身体健康，,使思想专注，,使经济充裕。,勤奋：,使心情开朗，,9,电学的发展史,古籍中记载:“慈石召铁”“琥珀拾芥”现象;,1785年-库仑定律(法国物理学家),1826年-欧姆定律(德国物理学家),1834年-第一台电动机(俄国 雅可比),1844年-发明电报(美国 莫尔斯),1876年-发明电话(美国 贝尔),1895年-无线电通话(意大利 俄国),1904年-二极管(美国 弗莱明),1906年-三极管(美国 德福雷斯),1958年-在6mm2硅片上集成计算机（）,.,航空、航天、通信、机器人、生产自动化,10,本门课程的主要目的:,熟练掌握电路的常用分析方法;,学习电路的基本定律和定理;,为后续课程的学习建立必要的理论基础.,11,1.电压、电流的参考方向2.电路元件特性3.基尔霍夫定律,重点：,第1章 电路模型和电路定律（circuit model and circuit laws),12,1.1 电路和电路模型,1.2 电流和电压的参考方向,1.3 电功率和能量,1.4 电路元件,1.5 电阻元件,1.6 电压源和电流源,1.7 受控电源,1.8 基尔霍夫定律,第一章 电路模型和电路定律（Circuit model and circuit laws),13,3 负载,电路是为了传输、转换电能或传递、处理信号，由一些电气设备或元件按一定方式联结起来的电流通路。,1 电源,一、电路的作用与组成,1）.电能的传输与转换（电力系统）,1、电路的作用：,1.1 电路和电路模型（model),14,一、电路的作用与组成,2）.信号的传递与处理,2、电路的组成：,1）电源(source)：提供能量或信号（如：电池、发电机、信号源）；,2）连接导线(line)：联通电路，输送电能；,3）负载(load)：将电量转换为非电量（如：电机、电灯、扬声器）。,1、电路的作用：,15,二、电路的模型（circuit model）,当有电流通过时：,L,实际的电路元件或器件其电磁性质是很复杂的。,例如：白炽灯(lamp),电压电场储存电场能量 C,C,电流磁场储存磁场能量L,16,二、电路的模型,工程上，为了简化计算，常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，而把它看成理想电路元件。,17,构造手电筒的电路模型,18,电路实体,电路模型,用理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路模型。,二、电路的模型,19,电压（U）、电流（I）、电荷（Q）、磁通（）、电功率（P）、电能量（W）等。在线性电路分析中常用电流、电压、电位等。,一、电路中的主要物理量,1.2 电流和电压的参考方向(reference direction),current,voltage,20,21,元件(导线)中电流流动的实际方向有两种可能。,参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。,、电流的参考方向,二、电路中的参考方向(reference direction),i 0,i 0,电流方向的表示方法：i,22,.电压的参考方向,参考方向u,+,1.a、b哪点电位高？,2.I=?,23,电压参考方向的三种表示方式：,(1)用箭头表示：,(2)用正负极性表示：,(3)用双下标表示：,电动势(E)和电压(U)的区别：,电动势(E)的实际方向是由负极指向正极，即电位升的方向；,电压()的实际方向是由高电位指向低电位，即电压降的方向,24,元件的 u，i 通常采用相一致的参考方向，称之为关联参考方向。,3.关联参考方向,看成电源,看成负载,25,试判断下图中的三个元件,哪个是关联参考方向?,26,1.3 电功率和能量(power),一、电功率：单位时间内电场力所做的功。,功率的单位：W(瓦)(Watt，瓦特),能量的单位：J(焦)(Joule，焦耳),27,二、功率的计算和判断,u、i 关联参考方向,P0 吸收正功率(实际吸收),P0 吸收负功率(实际发出),28,功率计算实例,P=87=56W消耗功率的电路器件：电阻（灯泡等）：电能热能 电动机：电能动能,P=-87=-56W释放功率的电路器件：电 池：化学能电能 发电机：机械能电能,29,上述功率计算不仅适用于元件，也适用于任意二端网络。电阻元件在电路中总是消耗(吸收)功率，而电源在电路中可能吸收，也可能发出功率。,例 U1=10V，U2=5V。试分别求电源、电阻的功率。,解：I=UR/R=(U1U2)/R=(105)/5=1 A,PR 吸=URI=51=5 W,PU1=U1I=101=10 W,PU2=U2I=51=5 W,P发=10 W，P吸=5+5=10 WP发=P吸(功率守恒),30,理想电路元件(ideal circuit elements）,理想电源元件,理想无源元件,理想电压源,理想电流源,电阻R,电感L,电容C,31,1)电阻的外形图,potentiometers,Surface mounted,1.5 电阻元件(resistor),32,2).符号,电压与电流的参考方向设定为 关联参考方向时：,3).欧姆定律(Ohms Law),u R i,若为非关联参考方向,则,u R i,公式必须和参考方向配套使用！,33,34,电阻的额定功率与电阻值无关，主要取决于其组成材料、尺寸及形状。,4).电阻的功率,p吸 ui i2R u2/R,电阻的用途?,1、限制电流；2、分压；3、电位器收音机中调节音量；4、与其它元件构成滤波电路、移相电路,35,1).理想电压源：,特点：,(a)电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关；,(b)通过它的电流是任意的，由外电路决定。,直流：US为常数,交流：uS是确定的时间函数，如 uS=Umsint,电路符号:,电源两端电压为uS，其值与流过它的 电流 i 无关。,1.6 电压源和电流源(source),36,例：,若直流电源电压US=10V，#对于R=1 的负载，则电流 I=U/R=10/1=10A;#对于R=10 的负载，则电流 I=U/R=10/10=1A;,若交流电源电压为220V，#对于25W的灯泡，则电流 I=P/U=25/220=0.114A;#对于1000W的电炉子，则电流 I=P/U=1000/220=4.55A;,(b)通过它的电流是任意的，由外电路决定。,电压源的两端开路时，I=0，是允许的；但注意：电压源不许短路！,37,(a)电源电流由电源本身决定，与外电路无关；,(b)电源两端电压是任意的，由外电路决定。,直流：iS 为常数,交流：iS 是确定的时间函数，如 iS=Imsint,2).理想电流源：,电源输出电流为iS，其值与此电源的端电压u 无关。,特点：,电路符号:,*,电流源的两端短路时，U=0，是允许的；但注意：电流源不许开路！,注意：不要把电流源和电流表混淆。,38,利用独立电源的定义，说明哪些互连是允许的？哪些由于理想独立电源的影响违反了约束？,39,1.受控电源(非独立源)(controlled source or dependent source),1.定义：电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压(或电流)的控制。,电路符号,受控电压源,受控电流源,40,例:,一个三极管可以用CCCS模型来表示,ic=ib,41,2.分类：根据控制量和被控制量是电压u或电流i，受控源可分为四种类型：,42,哪些互连正确？,43,3.受控源与独立源的比较,(1)独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)直接由控制量决定。,(2)独立源作为电路中“激励”，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的关系，在电路中不能作为“激励”。,44,一、几个名词：,1.支路(branch)：电路中通过同一电流的每个分支。(b),2.结点(node):三条及以上支路的连接点称为结点。(n),3.回路(loop)：由支路组成的闭合路径。(l),b=3,1,2,3,a,b,l=3,n=2,1.基尔霍夫定律(Kirchhoffs laws),45,二、基尔霍夫电流定律（KCL）：在任一时刻，流出(流入)任一结点的各支路电流的代数和为零。即,统一令流入结点的支路电流为正，即其前取“”。,i1 i2+i3 i4=0,例1:,应用KCL的步骤：1、先标定各支路电流的参考方向；2、对结点列KCL方程。,i1+i3=i2+i4,整理得：,列KCL方程：,46,KCL可推广到一个封闭面：,2、对假想的大结点（闭合面）列KCL方程:,i1,i2,1、设定待求支路电流的参考方向，并在图上画出；,3+4+i1 6=0,i1=1A,对左边的结点列KCL 方程：,i2=13A,47,U4,U1,U2,a,b,c,e,d,+,+,+,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,U=0,U1+U2 U3 U4+U5=0,+,U5,U3,+,三、基尔霍夫电压定律（KVL)：,48,KVL推广应用于假想的闭合回路,U=RI+US,=22+12=16V,49,求：1)I和U,2)讨论电路的功率平衡关系,U=RIs+US,=13+3=6V,吸收,发出18,吸收,50,小结：,1、电压和电流的参考方向；2、电源（独立电源和受控源）；3、基尔霍夫定律（、）。,51,作 业,习题：P26 1-5(c)1-8(c),预习：第2章,