《电路》第五版课件第1章四川理工.ppt

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1、电 路 原 理,陶 雪 容 61637,四川理工学院电子教研室,2012年3月,课程考核：,平时成绩:30%迟到、早退、缺席一次扣3分!上课期间随意讲话被点名一次扣3分!直到扣完30分为止!平时成绩不及格（即小于18分）取消期末 考试资格!作业、实验（作业缺三分之一、实验缺一次，取消期末考试资格!）卷面成绩:70%,电路分析基础 李翰荪,电路基本理论 美.狄苏尔、葛守仁,电路原理 江泽佳,主要参考书,电路原理课程与原来学过的电路有什么区别？,研究对象更复杂研究方法更多样引入很多重要概念工程思想的有效载体,电路是你的第一门工程类课,计算结果的表示 与 哪个大？模型精度与计算方便程度的折中 不是结

2、果越精确越好,什么是电路？,电路就是由若干电气元件相互连接构成的电流通路本课程中接触的电气元件有 电阻、电容、电感、二极管、理想运算放大器、互感线圈、理想变压器等,为什么要学习电路？,从学术的观点来看-电气工程和计算机科学的基础从实际情况来看-电路原理是许多高级课程的先修课-熟练掌握电路原理对现实生活有帮助,电路原理课程与后续课程,电路理论（电路原理）,电路分析,电路综合,第一章 电路模型与电路定理,1-1 电路和电路模型,1-4 电路元件,1-2电流和电压的参考方向,1-5 电阻元件,1-3 电功率和能量,1、参考方向2、几种元件的基本概念 3、基尔霍夫定律,1、参考方向2、电流源、电压源、

3、受控源的特性,重点,难点,1-1 电路和电路模型,1、电路的组成,电路,电源（发电厂、干电池、光电池）,负荷（电动机、扬声器）,导线与开关（输电线路、电路板）,如何看待电路,根据负荷性质,电阻电路（代数方程）,动态电路（微分方程）,暂态分析,稳态分析,根据感兴趣的时段,根据电源性质,直流电路,交流电路,本学期的主要内容,电阻电路,动态电路,直流电路,交流电路,暂态分析,稳态分析,线性电阻电路非线性电阻电路线性动态电路的时域分析正弦激励下线性动态电路的稳态分析,1）理想电路元件,2、电路模型,实际电路元件,抽象,简单的u-i关系,基本理想电路元件,电阻：,u-i是代数 关系,电感：,u是i的微分

4、 关系,电容：,i是u的微分 关系,电源：,u-i相互独立,2）电路建模,抽象,电压，电流，电位，电荷，磁通,3、电路变量,1）电流：电荷的时间变化率,单位时间内从A到B的电荷量,单位:安培 A,直流电流 交流电流,理想直流电流(I)正弦交流电流,2）电压：电场力移动单位电荷做的功,电场力将单位电荷从A移动到B所作的功,经常称为:电压降,3）电位：某点到参考点的电压降,参考点的电位为零,符号:V,单位:伏（V）,C为参考点,已知,（1）任意两点之间的电压,（2）某点的电位是该点到参考点的电压降,两点的电位和两点之间的电压有什么关系？,两点间的电压等于两点间的电位差,KVL,例：，,求，,（1）

5、a为参考点，,（2）b为参考点，,两点间的电压不随参考点的选择而变化,4）电动势：非电场力将单位电荷从B移到A所做的功,单位:伏（V）,电位的升高,电位的降低,电压电流的参考方向,（1）为什么要引入参考方向？,（a）电压或电流的方向不确定,？,（b）电压或电流的方向随时间变化,如何求电流？,实际方向与参考方向相同,实际方向与参考方向相反,（2）电流的参考方向,电流的实际方向,实际方向,实际方向,参考方向,实际方向,实际方向,参考方向,参考方向,A,A,B,B,表示电流参考方向的两种方法：,箭头双下标（iAB）：参考方向从A指向B,例：,实际方向从A到B,如果参考方向为I1，I1=1A,如果参考

6、方向为I2，I2=-1A,实际方向,参考方向,参考方向,实际方向,+,+,-,-,+,+,-,-,（3）电压的参考方向,U,U,例：,实际极性,如果参考方向为U1，U1=10V,如果参考方向为U2，U2=-10V,表示电压参考方向的三种方法：,(1)箭头,(2)正负极性,(3)双下标,表示电动势参考方向的三种方法,e,e,eBA,（4）元件上电压的参考方向和电流参考方向的关系,关联参考方向,非关联参考方向,3、计算值的正负与参考方向结合起来考察才有意义,说明,1、参考方向是电路理论学习的难点,2、参考方向一旦选定不可随意变更,4、电路的功率,(1)、功率：,单位时间内从A到B的电荷量,将单位电

7、荷从A移动到B所作的功,关联,单位时间内从A移动到B所作的功,(2)、功率的计算：,关联,非关联,记忆方法2,关联,非关联,例1,为真实方向,解：,电阻吸收功率：10W,电源发出功率：10W,方法1,电阻吸收功率：10W,电源发出功率：10W,方法2,例2,，求电阻和电源的功率,I,功率守恒,电阻总是吸收功率，电源可能吸收也可能发出功率,解：,电路中被吸收的功率之和一定等于发出的功率之和,问题,所有支路电压与电流均采用关联参考方向。求电流I1I7,KCL+KVL+元件约束,规范地列写方程,等效变换,节点电压法、回路电流法,电路元件是电路最基本的组成单元。,电路元件按与外部连接的端子数目可分为二

8、端、三端、四端元件等。,电路元件还可分为无源元件和有源元件，线性元件和非线性元件，时不变元件和时变元件,电路元件,书上13页第二行,集总参数元件,如果电路的尺寸远小于工作电磁波的波长，则可将该电路建模为集总参数电路。否则，只能建模为分布参数电路,一、电阻元件,(1)电路符号：,(2)欧姆定律：,a)电压电流取关联参考方向,单位:欧（）,R:电阻,令,G:电导,单位:西门子（S）,欧姆定律（关联参考方向下）,关联参考方向下线性电阻的 关系,代表什么物理意义？,b)电压电流取非关联参考方向,欧姆定律：,或,公式的列写必须根据参考方向！,(3)电阻的功率,无论参考方向如何选取，电阻始终消耗功率,(4

9、)非线性电阻,激励,网络,响应,满足齐次性和可加性，即,线性电阻,非线性电阻,Ae1(t),+Be2(t),Ar1(t),+Br2(t),e1(t),r1(t),(5)时变电阻,即输出响应与输入信号外加时刻无关,线性时不变电阻,线性时变电阻,电阻 是时间t的函数,二、独立电源,1.理想独立电压源,电路符号：,1）特性,a)独立电压源两端的电压与电路其余部分无关,直流：为常数（）,交流：随时间变化，可以表示为,b)独立电压源的电流由外电路决定,2）u-i 特性,意味着什么？,伏安特性（外特性）,与R=0的伏安特性有什么不同吗？,2.理想独立电流源,电路符号：,1）特性,a)流经独立电流源的电流与

10、电路其余部分无关,直流：为常数（）,交流：随时间变化，可以表示为,b)独立电流源上的电压由外电路决定,2）u-i 特性,意味着什么？,3.独立电源的开路与短路,短路：,开路会怎么样？,开路：,短路会怎么样？,4.独立电源的功率,5.实际电源,实际电压源,实际电流源,特性？,三、受控电源,1 定义,受控电压源：,该电压源的电压由电路中其他电压或电流控制,受控电流源：,该电流源的电流由电路中其他电压或电流控制,电路符号：,受控电压源,受控电流源,2 分类,a)流控电流源,b)流控电压源,：常数，转移电流比,：常数，转移电阻,c)压控电流源,d)压控电压源,：常数，转移电导,：常数，转移电压比,如果

11、 为常数，则这些受控源就成为线性受控源,书上19页最后一段,受控源与独立电源的比较,(1)独立电源的电压（或电流）由电源本身决定，而受控源电压（或电流）直接由控制量决定。,(2)独立电源作为电路中的激励，在电路中产生电压、电流。而受控源在电路中不能作为激励。,3讨论,1、与独立源的区别,3、控制量支路要明确标出均不能随意变移，且受控量的大小和方向均受其制约,受控源能扮演独立源的角色,受控源不直接起激励的作用,2、与无源元件的区别,当：I2=2A有：U2=6V,(1)独立电源的电压（或电流）由电源本身决定，而受控源电压（或电流）直接由控制量决定。,1-10 基尔霍夫定律,基尔霍夫定律（Kirch

12、hoffs Laws）,.术语,1.支路：若干元件无分叉地首尾相连构成一条支路（b）,2.节点：三个或更多支路的连接点（n）,3.回路：由支路组成的闭合路径（l）,4.网孔：平面电路中不与其余支路相交的回路,流过同一个电流,a,b,.基尔霍夫电流定律（KCL）:,流入节点的电流的代数和为零,流出节点的电流的代数和为零,书上21页第5行,例,方程列写前提：1）标定各支路电流的参考方向2）确定正负（流出为“+”或流入为“+”）,广义KCL,KCL的推广定理,KCL不但适用于节点也适用于电路中任意假设的包含多个节点的封闭面，即广义节点。,例：求下面电路中I=？,5+4+I=0I=-9(A),.基尔霍

13、夫电压定律（KVL）:,环绕方向：,顺时针,逆时针,顺时针,回路中所有电压（降）的代数和为零,-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0,US4+U2+U3+U4=U1+US1,广义KVL：,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,例1,求如图电路中U1=？,例2,已知,求,KL小结,KCL和KVL是描述集总参数电路的基本规律；KCL和KVL仅与电路元件的相互连接形式有关，与元件本身特性无关；KCL和KVL同样适用于线性或非线性电路。,本章小结,1、理解电压、电流参考方向的概念2、理解功率的意义，掌握功率的计算方法3、熟练

14、掌握和应用基尔霍夫电流、电压定律（KCL、KVL)，包括其推广定理4、掌握电路中电位的计算,例3,求如图电路中的U1、U2、I1、I2,、并求每个元件吸收的功率,I1=-2A,I2=2A,U2=10V,U1=8V,P电流源吸=-16W,P电压源吸=-4W,P电阻吸=20W,U2=10V,U1=10V,P电流源吸=-20W,P电阻吸=20W,I2=2A,从电阻向外看这两个电路有什么区别？,例4,分别求S打开和闭合时的i1和i2,。,S打开 i1=0,i2=i+2i5i+5i2=10,i2=1.5A,S闭合 i2=0,i1=i+2ii=10/5=2A,i1=6A,应用KVL和KCL求解电路时要清楚需要几个方程,