实际电路电路模型电路中的变量电路中的元件课件.ppt

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1、,1、实际电路、电路模型 2、电路中的变量 3、电路中的元件：R、L、C 4、电路中的电源 5、电路中的基本定律,第一章 电路模型和电路定律,本章内容：,独立源,受控源,KCL,KVL,一、实际电路：由实际器件组成的电路 说明：1、实际器件种类非常多 2、举例说明实际电路手电筒电路,1-1 实际电路和电路模型,电源：电池、稳压电源、发电机,负载：电灯、冰箱、电阻器,导线,电池,开关,灯泡,第一章 电路模型和电路定律,二、实际电路的作用1、能量的传输，如供电电路,发电机,350KV,350KV,10KV,380/220V,高压电器,照明,10KV,2、信号的处理，如放大电路3、测量电路，如万用表

2、内部电路4、存贮信息，如计算机存贮器电路,1-1 实际电路和电路模型,三、电路模型 1、理想元件（1）电阻元件：耗能 实际器件中：电阻器、灯泡、电冰箱（2）电感元件：存贮磁场能量 实际器件中：电感线圈、电感器（3）电容元件：存贮电场能量 实际器件中：电容器、极板等,1-1 实际电路和电路模型,三、电路模型 2、电路模型：将实际电路中实际器件用理想元件代替所 得到的模型.,1-1 实际电路和电路模型,*电路模型是由理想电路元件构成的,一、电流 1、电流：单位时间内通过导体横截面积的电量 说明：i安培 A q库仑 C t秒 S,1-2 电流和电压的参考方向,第一章 电路模型和电路定律,2、电流的方

3、向：（1）实际方向：正电荷移动的方向,（2）方向的表示：,（3）参考方向：,如果参考方向与实际方向相反,则,任意选定的一个方向作为参考方向,1-2 电流和电压的参考方向,（4）参考方向应用：利用参考方向判别实际方向,*确定一个方向作为参 考方向*按此参考方向进行电路计算结果,由参考方向和 I0 判别实际方向,例,实际方向!,1-2 电流和电压的参考方向,二、电压 1、电压：电场力将单位正电荷从a点移到b点所做的功,说明：u伏特V q库仑C w焦耳J,2、电压的方向：,（1）实际方向：略（2）方向表示：,箭头+-号 双下标,1-2 电流和电压的参考方向,（3）参考方向应用：*利用参考方向判别实际

4、方向同电流,*正弦电流、电压,1-2 电流和电压的参考方向,3、电压、电流的的关联，非关联参考方向:元件或支路的 u，i 通常采用相同的参考方向以减少公式中负号，称之为关联参考方向；反之，称为非关联参考方向。,说明：*交流 i(t)，u(t)*直流 I，U,关联参考方向,非关联参考方向,本课程以后所有讨论均在参考方向下进行！,1-2 电流和电压的参考方向,说明：*单位 PW(瓦)wJ(焦)ts,1-3 功率,一、电功率：单位时间内能量的变化率,第一章 电路模型和电路定律,二、功率的计算,1-3 功率,1.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),二、功率

5、的计算,2.u,i 非关联参考方向,P0 发出正功率(实际发出),P0 发出负功率(实际吸收),1-3 功率,上述功率计算适用于元件，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。分别求电源、电阻的功率。,PR吸=URI=5 1=5 W,PU1发=U1I=10 1=10 W,PU2吸=U2I=5 1=5 W,P发=10 W，P吸=5+5=10 WP发=P吸(功率守恒),I=UR/5=(U1U2)/5=(105)/5=1 A,1-3 功率,一、特点:耗能（实际器件中只要耗能电能均可用电阻元 件表示）,二、电阻元

6、件定义：,一个二端元件若其电压、电流关系能在 iu 平面上用一曲线表示，则此元件为电阻元件,1-4 电阻元件,第一章 电路模型和电路定律,说明：线性电阻元件,非线性电阻元件,1-3 功率,1-4 电阻元件,1-3 功率,1-3 功率,三、线性电阻：任何时刻端电压与其电流成正比的元件,1、线性电阻元件伏安特性VAR：,1-4 电阻元件,说明,VAR：,VAR：,电阻元件电流只与同一时刻电压有关，与过去电压值无关,1-3 功率,1-3 功率,三、线性电阻,1-4 电阻元件,令 G=1/R,G 称为电导,电导单位：S(西)(Siemens),2、电阻功率,1-3 功率,1-3 功率,1-4 电阻元件

7、,3、特例,1-3 功率,1-3 功率,1-4 电阻元件,四、非线性电阻,VAR：,说明：例,非线性电阻的阻值与电压电流方向有关非线性电阻要用整个VAR表示,1-3 功率,1-3 功率,1-4 电阻元件,i,O,u,一、理想电压源提供电压,1、特点：端电压为固定函数与外电路无关,端电流随外电路不同而不同,1.5V,U=1.5V,I=0,+,-,例:,1-7 理想电压源和理想电流源,第一章 电路模型和电路定律,1.5V,I=0.015A,+,-,U=1.5V,100,0W,2、分类,0,0,t,(2)分类,直流电压源,交流电压源,+,-,(1)符号,1-7 理想电压源和理想电流源,Us,Us,U

8、s,t,Us,3、电压源的VAR,VAR：,说明：开路,开路电压,外接负载,1-7 理想电压源和理想电流源,Us,功率,1-7 理想电压源和理想电流源,短路,U,二、电流源提供电流,1、特点：i 为固定函数与外电路无关,端电压 u 随外电路不同而不同,2、符号,1-7 理想电压源和理想电流源,3、分类：,1-7 理想电压源和理想电流源,iS,iS,4、电流源的VAR,1-7 理想电压源和理想电流源,说明：理想电流源的短路与开路,(2)开路：R，i=iS，u。若强迫断开电流源回路，电路模型为病态，理想电流源不允许开路。,(1)短路：R=0，i=iS，u=0，电流源被短路。,外接负载,功率,吸收功

9、率,1-7 理想电压源和理想电流源,5.实际电流源的产生：可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。,一、受控源：大小受其它支路iu控制的电源非独立源 说明：*受控源特点：非独立,1-8 受控源,第一章 电路模型和电路定律,电路符号,受控电压源,受控电流源,1-8 受控源,第一章 电路模型和电路定律,例:,ic=b ib用以前讲过的元件无法表示此电流关系,为此引出新的电路模型电流控制的电流源.,一个三极管可以用CCCS模型来表示CCCS可以用一个三极管来实现.,控制部分,受控部分,受控源是一个四端

10、元件:,输入端口是控制支路，,输出端口是受控支路.,ib,b ib,二、受控源分类：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：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。,1-8 受控源,(a)电流控制的电流源(Current Controlled Current Source),二、受控源分类：,1-8 受控源,r:转移电阻,(b)电流控制的电压源(Current Controlled Voltage Source),g:转移电导,(c)电压控制的电流源(Voltage Controlled Current Source),二、受控源分类：,

11、1-8 受控源,(d)电压控制的电压源(Voltage Controlled Voltage Source),:电压放大倍数,u2=u1,说明：受控源与独立源的比较,1-8 受控源,(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”。,1-9 基尔霍夫定律,第一章 电路模型和电路定律,简单电路：一个电源和多个电阻组成的，可以用电阻的串、并联简化并利用欧姆定律进行计算的电路。,复杂电路：两个以上含有电源的支路组成的多回

12、路电路，不能运用电阻的串、并联分析方法简化成一个简单回路的电路。,知识回顾 引入新课,1-9 基尔霍夫定律,第一章 电路模型和电路定律,基尔霍夫定律给出了分析这类复杂电路的方法。基尔霍夫(Gustav Robert Kirchhoff)：德国著名物理学家、化学家、天文家（18241887）。1845年发表了基尔霍夫定律，发展了欧姆定律，对电路理论具有重大作用。其后与一位化学家本生共同创立光谱分析学，并发现了铯和锶两种元素，贡献卓著。,19世纪40年代，电气技术的发展使电路变得越来越复杂，不能用串、并联电路的公式解决。刚从德国哥尼斯堡大学毕业，年仅21岁的基尔霍夫在他的第1篇论文中提出了适用于这

13、种网络状电路计算的两个定律，即著名的基尔霍夫定律。该定律能够迅速地求解任何复杂电路，从而成功地解决了阻碍电气技术发展的难题。,1-9 基尔霍夫定律,第一章 电路模型和电路定律,基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs Current LawKCL)和基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs Voltage LawKVL)。它反映了电路中所有支路电压和电流的约束关系，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。,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、节点(node):三条或三条以上支路的连接点称为节点。(n),

14、4、回路(loop)：由支路构成的闭合路径。(l),1-9 基尔霍夫定律,第一章 电路模型和电路定律,3、路径(path)：两节点间的一条通路。路径由支路构成。,a,b,1-9 基尔霍夫定律,a,b,说明：对平面电路，每个网眼即为网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。,6、两类约束：电路中各 i.u 须受到两类约束,1-9 基尔霍夫定律,1-9 基尔霍夫定律,电路中有几条支路？CD段是不是支路？（5）,2.有几个节点？（3）,3.有几个回路？（6）,4.有几个网孔？（3）,A,B,C,D,二、KCL：集总电路中任一时刻，流入任一节点的支路 电流等于流出该节点的支路电流,1-9 基尔霍夫定律,物

15、理基础:电荷守恒，电流连续性,i1+i3=i2+i4,i1 i2 i3 i4=0,+,+,流出为+，流入为-,？,二、KCL：集总电路中任一时刻，对任一节点，所有 流出节点的支路电流代数和等于零,1-9 基尔霍夫定律,i1+i3=i2+i4,+,+,代数和：流出为+，流入为-,二、KCL：集总电路中任一时刻，对任一节点，所有 流出节点的支路电流代数和等于零,1-9 基尔霍夫定律,代数和：流出为+，流入为-,二、KCL：集总电路中任一时刻，对任一节点，所有 流出节点的支路电流代数和等于零,1-9 基尔霍夫定律,i1 i2 10(12)=0,4 7 i1=0,方程列写前提：1）标定各支路电流的参考

16、方向2）确定正负（流出为“+”或流入为“+”）,i1=3A,+,i2=2A,+,+,1-9 基尔霍夫定律,KCL可推广到一个封闭面：,对于封闭面S来说，有 I1+I2=I3 或 I1+I2-I3=0,1-9 基尔霍夫定律,思考：,1-9 基尔霍夫定律,例：求电路中的电流I1和I2,I1,I2,解：,对节点A：,I1=-3A+10A+5A,对节点B：,5A=I2+2A+10A,=12A,整理：,I2=5A-2A-10A,=-7A,可知：I1的实际方向与参考方向相同；I2的实际方向与参考方向相反,是流向节点B的。,1-9 基尔霍夫定律,例：求下面电路中I=？,5+4+I=0I=-9(A),三、KV

17、L：集总电路中任一时刻，沿任一回路所有支路 电压的代数和恒等于零，即,说明：,1-9 基尔霍夫定律,三、KVL：集总电路中任一时刻，沿任一回路所有支路 电压的代数和恒等于零，即,例：,1-9 基尔霍夫定律,首先选定一个绕行方向:顺时针,R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4,U1 US1 U2 U3 U4 US4=0,-U1+U2+U3+U4=US1-US4,-,-,+,+,+,+,四、广义KVL：,1-9 基尔霍夫定律,电路中任意两点间的电压等于两点间任意一条路径经过的各元件电压的代数和,（沿l1)=,（沿l2),电压的唯一性,1-9 基尔霍夫定律,1-9 基尔霍夫定律,解,1-9 基尔霍夫定律,小结,支路、结点、回路和网孔的概念,电流定律(KCL)：在任何集总参数电路中，在任一时刻，流出(流入)任一节点的各支路电流的代数和为零。,电压定律(KVL)：在任何集总参数电路中，在任一时刻，沿任一闭合路径(按固定绕向)，各支路电压的代数和为零。,KCL 可以适用于包围几个结点的闭合面，KVL可以适用于某一路径的电压。（与路径无关）,