集总参数电路中电压电流的约束关系.ppt
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1、电 路 分 析 基 础,讲述人:陈丹 控制工程学院联系方式:科教楼103室E-mail:教师课件:陈丹(cdan),课程性质:专业基础课课程目标:理解基本概念、基本定律、基本定理;掌握基本分析方法。学时:64学时参考教材:电路分析基础李瀚荪编 高等教育出版社电路邱关源编 高等教育出版社电路分析导论吴锡龙编 高等教育出版社,绪论,讲授方法:讲授、讨论学习方法与要求:1)深刻理解:基本概念、基本定律、基本定理。2)熟练掌握各种电路的基本分析方法并灵活运用。3)认真听课,做好笔记。4)学和练有机结合。5)阅读参考书。作业:准备两个作业本。成绩评定:教、考分离,考试80%(闭卷考试),平时20%。,电
2、路分析基础的基本内容:第一篇:电阻电路分析(14章)第二篇:动态电路的时域分析(57章)第三篇:动态电路的相量分析(812章),电路分析基础的基本结构:一个假设(集总假设)两类约束(KCL、KVL,VCR)三大基本方法(叠加、分解、变换域)叠加方法的理论基础是叠加定理分解方法的理论基础是戴维南定理、诺顿定理、置换定理变换域方法包含相量分析法,第一章 集总参数电路中电压、电流的约束关系,1-1 电路及集总电路模型,一、电路(网络),实际电路,1.定义,若干个电器元件或设备按一定方式连接而构成的电流通路。,1-1 电路及集总电路模型,2.作用(1)能量转换:实现电能传送、转换等。(2)信号处理:实
3、现电信号产生、加工、传输、变换等。,电气图 用元件图形符号表示的各部、器件相互连接关系的图。,电容器,线圈,电阻器,晶体管,运算放大器,电池,1-1 电路及集总电路模型3.实际电路中常见的组成部件和器件,.集总参数元件 当实际电路尺寸远小于其最高工作频率所对应的波长时的电路元件,称为集总参数元件,或叫做理想电路元件,只反映一种基本电磁现象。理想电源元件:如独立电压源与电流源 理想负载元件:电阻器(消耗电能)、电容器(电场)、电感器(磁场)理想耦合元件,包括受控源、耦合电感器、理想变压器、回转器等。,1-1 电路及集总电路模型,二、集总参数电路模型,理想电路,2.电路模型 理想元件组成的电路,分
4、为电阻电路和动态电路。电路图 用元件图形符号表示的电路模型。,1-1 电路及集总电路模型,手电筒电路,常用电路图来表示电路模型,(a)实际电路(b)电原理图(电气图)(c)电路模型(电路图)(d)拓扑结构图,3.电路分类,线 性非 线 性,时 变时 不 变,集总参数分布参数,静 态 动 态,激励与响应满足叠加性和齐次性的电路。,电路元件参数不随时间变化。,电路几何尺寸远小于最小工作波长的电路。,含有动态元件的电路。,C=3x108m/s,1-2 电路分析常用基本变量,一、电流定义:单位时间内通过导体横截面的电荷量单位:安培(库仑/秒),符号:,分类:,1)恒定电流:电流的大小和方向不随时间变化
5、。简称直流(dc或DC),一般用符号I表示。2)时变电流:电流的大小和方向随时间变化。一般用符号i表示。3)交流电流:电流的大小和方向随时间作周期性变化且平均值为零的时变电流。简称交流(ac或AC)。,(电流、电压及功率),1-2 电路分析常用基本变量,求出电流后,若i0表真实方向与参考方向同,若i0表真实方向与参考方向反。,注意:无参考方向,电流的正负无意义。参考方向一旦选定,中途不得更改。,电流参考方向的表示,方向:1)实际方向:规定为正电荷运动的方向 2)参考方向:任意假定的方向。,例1:已知电流的实际方向由a到b,大小为2A.问如何表示这一电流?,解:有两种表示法:,1、参考方向与实际
6、方向一致,I=2A,2、参考方向与实际方向相反,I=-2A,1-2 电路分析常用基本变量,解:,1、i=1A电流的实际方向与参考方向一致,即由b到a。,2、i=-1A电流的实际方向与参考方向不一致,即由a到b。,例2:选电流i的参考方向如图。若算出i=1A或i=-1A,求电流i的实际方向。,1-2 电路分析常用基本变量,1-2 电路分析常用基本变量,二、电压定义:单位正电荷在电场中从A点移动到B点时 所获得或失去的能量,单位:伏特(焦耳/库仑),符号:V,分类:,1)恒定电压:电压的大小和极性不随时时间变化。简称直流(dc或DC),一般用符号U表示。2)时变电压:电压的大小和方向随时间变化。一
7、般用符号u表示。3)交流电压:电压的大小和方向随时间作周期性变化且平均值为零的时变电压。简称交流(ac或AC)。,方向:实际方向:规定为从高电位指向低电位 参考方向:任意假定的方向,用“+”、“-”表示,1-2 电路分析常用基本变量,计算出u后,若u0,表真实极性与参考极性同 若u0,表真实极性与参考极性反,注意:无参考方向,电压的正负无意义。参考方向一旦选定,中途不得更改,电压参考方向的表示,例3,已知:Ua=3V,Ub=1V,求元件两端的电压U=?,解:两种结果,(1),+U,U=Uab=Ua-Ub=2V,表示真实极性与参考极性一致。,(2),U,U=Uba=Ub-Ua=-2V,表示真实极
8、性与参考极性相反。,1-2 电路分析常用基本变量,+u(t)-,i(t),-u(t)+,i(t),电压与电流关联参考方向:电流参考方向是从电压参考正极流入,负极流出,即电流与电压降参考方向一致,1-2 电路分析常用基本变量,三、关联参考方向 P8,电压与电流为非关联方向:电流参考方向是从电压参考负极流入,正极流出,即电流与电压降参考方向相反,关联参考方向,非关联参考方向,1-2 电路分析常用基本变量,说明:为了电路分析和计算的方便,常采用电压电流的关联参考方向,也就是说,当电压的参考极性已经规定时,电流参考方向从“+”指向“-”;当电流参考方向已经规定时,电压参考极性的“+”号标在电流参考方向
9、的进入端,“-”号标在电流参考方向的流出端。,电流和电压参考方向的表示方法:,电流:1)箭头 2)双下标法iab(方向由a指向b),电压:1)正负号 2)箭头 3)双下标法uab(高电位在前,低电位在后),计算:,(2)电压与电流采用非关联参考方向:p(t)=-u(t)i(t),1-2 电路分析常用基本变量,四、功率,定义:电路中的二端元件或二端网络所吸收或提供能量的速率,(1)电压与电流采用关联参考方向:p(t)=u(t)i(t),单位:瓦特(焦耳秒),符号:,当p0时,元件吸收功率;当p0时,元件提供(产生)功率。,例4 已知:u(t)=5(V),i(t)=-2(A)求元件的吸收功率和提供
10、功率,1-2 电路分析常用基本变量,提供功率10W,该元件的吸收功率为-10W,注意:(1)计算功率时,一定要根据u、i 方向的相互关系(关联或非关联),选用相应的计算公式。(2)不论用哪个公式算出的功率,只要p 0,则表示该元件或电路吸收功率,p 0,则表示该元件或电路提供功率。(3)对同一元件,当u、i一定时,不论电压、电流是选取关联,还是非关联方向,算出的功率结果必定相同。(4)一般在计算功率时,不需标出功率的参考方向,功率的正、负只需用功率是吸收或提供来表示。,1-2 电路分析常用基本变量,例5 在下图电路中,已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,U4=5V,U5=-10V,I1
11、=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,I5=-3A。,整个电路吸收的功率为,解:各二端元件的功率为,作业:P52 1-3,上节课内容回顾,1.集总参数元件、集总参数电路模型的定义。2.电压与电流参考方向的选择,参考方向与实际方向的关系是什么?3.什么是关联和非关联参考方向?4.功率计算的步骤,1-3 基尔霍夫定律(Kirchhoffs Law),基尔霍夫电流定律(Kirchhoff s current Law)(缩写为KCL),是电路中所有元件的电流和电压应遵循的相互联接所规定的约束关系,基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs voltage Law)(缩写为KVL),拓扑约束,一、
12、名词定义支路:一个二端元件视为一条支路支路电流:流经支路的电流支路电压:支路两端的电压节点:两个或两条以上支路的连接点,1-3 基尔霍夫定律(Kirchhoffs Law),网孔:,回路:,由支路构成的闭合路径,在回路中不另含有支路的回路。只适用于平面电路。,二、基尔霍夫电流定律(KCL),1.KCL 对于任一集总参数电路,在任一时刻,流出(或流入)任一节点的支路电流代数和等于零。记为:,注意:KCL应用于节点时应首先指定电流的参考方向。,1-3 基尔霍夫定律(Kirchhoffs Law),KCL方程:以基尔霍夫电流定律在电路各节点处列写的方程式。,节点A:,I1-I2-I3=0,节点B:,
13、I2-I4-I5=0,节点C:,节点D:,I3+I4-I6=0,-I1+I5+I6=0,(I1=I5+I6),1-3 基尔霍夫定律(Kirchhoffs Law),流入该节点的支路电流取正号,流出该节点的支路电流取负号。,2.推广,推广1:对于任一集总参数电路,在任一时刻,流出任一节点的电流和等于流入该节点的电流和。即:,推广2:对于任一集中参数电路,在任一时刻,流出(或流入)任一闭合面的电流代数和等于零。即:,图示电路,求I1和I2,1-3 基尔霍夫定律(Kirchhoffs Law),假想的包围着电路的部分节点和支路的闭合面 又叫高斯面,也称为广义节点,I1=-3A,I2=9A,3.定律物
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- 关 键 词:
- 总参 电路 电压 电流 约束 关系
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