电路模型与电路定理.ppt

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1、http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,第一章 电路模型与电路定理,重 点1、参考方向2、几种元件的基本概念3、基尔霍夫定律 难 点1、深入理解基尔霍夫定律的重要意义2、熟练地解决简单电路的计算问题,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,1-1 电路及电路模型,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,一、电路的作用 1提供能量 2传送及处理信号 3测量 4存储信息,供电电路,电话电路音响放大电路,万用表电路,存储器电路,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,二、电气图用图形符号,实际电路,电气图,电路图（电路模型）,http:/电子发烧友 http:

2、/电子技术论坛,电路研究的理想化假设 在一定条件下，电路中的电磁现象可分别研究，即可用集总元件来构成模型，每一种集总元件均只表现一种基本现象，且可以用数学方法精确定义。采用“集总”概念的条件器件尺寸远小于正常工作频率所对应的波长,三、集总元件与集总假设,如电阻元件为只消耗电能的元件，电容为只存储电场能量的元件，电感为只存储磁场能量的元件等。,在高频、超高频电子线路及电力传输线的分析中就不能采用集总模型,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,概念的引入 应用1)电压、电流的参考方向可以任意指定2)参考方向可使用箭头或双下标两种表示方式参考方向指定后，分析中一般不再任意改变 参考方向的

3、关联关联=所取定的电压电流参考方向一致,四、参考方向,I、UIab、Uab,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,1-2 电路变量,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,1定义单位时间内通过导体横截面的电量，习惯上将正电荷运动方向规定为电流方向。其定义式为：2符号 i(或 I)3单位 安培 A4分类 交流电流与直流电流,一、电流,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,1定义a、b两点间电压表征单位正电荷由a点转移到b点时所获得或失去的能量。其定义式为：2符号 u(或 U)3单位 伏特 V4分类 交流电压与直流电压,二、电压,http:/电子发烧友 http:

4、/电子技术论坛,1定义单位时间内能量的变化。把能量传输（流动）的方向称为功率的方向，定义式为：2符号 p（P）3单位 瓦W4说明:当选取电压电流参考方向关联，功率 p(t)0，为吸收功率，吸收能量功率 p(t)0，为发出功率，发出能量,三、功率,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,1在电压电流取定关联参考方向时，在任意时刻电路部分所吸收的能量为2符号 w（W）3单位焦J,四、电能,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,1-3 电路元件,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,1定义 任何一个二端元件，如果在任意时刻的电压和电流之间存在函数关系，即不论电压和电

5、流的波形如何，它们之间的关系总可以由u-i平面上的一条过原点的曲线所决定，则此二端元件称为电阻元件。,一、电阻元件,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,2符号：R(或 r)3单位：欧姆4 元件符号与图形：5 分类：线性、非线性，时不变、时变,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,6伏安特性曲线,线性非时变电阻,线性时变电阻,非线性非时变电阻,非线性时变电阻,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,7功率分析因为，所以这说明电阻元件始终吸收功率，为耗能元件。,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,电阻器，电阻（值）与电阻性,表示实际的物理器件Res

6、istor,表示电路理想模型 Resistance,表示模型电路的性质Resistive,热敏电阻器 带开关电位器 微调电位器 直滑式电位器,片状电阻 金属膜电阻器 碳膜电阻器 线绕电阻器,电阻器的种类有碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化膜电阻、线绕电阻、金同玻璃釉电阻、实芯电阻、合成碳膜电阻、电阻排、熔断电阻,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,二、电容元件,1定义 任何一个二端元件，如果在任意时刻的电量和电压之间的关系总可以由q-u平面上的一条过原点的曲线所决定，则此二端元件称为电容元件。,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,2符号：C(或 c)3单位：法拉F4 元

7、件符号与图形：5 分类：线性、非线性，时不变、时变,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,6线性非时变电容元件的伏库特性曲线,电容C表征元件储存电荷的能力的 参数，不随电路情况变化。极板电容的大小取决于介电常数、极板相对的面积及极板间距。,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,7电容元件的伏安关系 因为，而，所以电容元件的伏安关系为,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,8电容元件的功率及能量功率：电容元件吸收的电能为当 时，电容吸收能量，充电当 时，电容放出能量，放电,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,9关于电容元件的说明电容为储能元件，并

8、不消耗电能电容为电压记忆元件，电压与初值有关电容为动态元件，电压电流为积分关系电容为电压惯性元件，即电流为有限值时，电压不能跃变电容元件隔直通交，通高阻低,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,电容器，电容（值）与电容性,表示实际的物理器件Capacitor,表示电路理想模型 Capacitance,表示模型电路的性质Capacitive,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,瓷介电容器云母电容器玻璃电容器纸介电容器电解电容器可变电容器,电解电容器 瓷介电容器 玻璃铀电容器,微调电容器 双联可调电容器 涤纶电容器,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,三、电

9、感元件,1定义 如果二端元件在任意时刻的电压和电流之间的关系总可以由自感磁通链-电流（-i）平面上的一条过原点的曲线所决定，则此二端元件称为电感元件。,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,2符号：L(或l)3单位：亨利H4 元件符号与图形：5 分类：线性、非线性，时不变、时变,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,6线性非时变电感元件的韦安特性曲线,电感L表征元件线圈储存电磁能能力的参数，是不随电路情况变化 的量。密绕长线圈L的大小取决于磁导率、线圈匝数、线圈截面积及长度。,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,7电感元件的伏安关系 因为，而，所以电感元件

10、的伏安关系为,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,8电容元件的功率及能量功率：电容元件吸收的电能为当 时，电感吸收能量，充电当 时，电感放出能量，放电,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,9关于电感元件的说明电感为储能元件，并不消耗电能电感为电流记忆元件，电流与初值有关电感为动态元件，电压电流为微分关系电感为电流惯性元件，即电压为有限值时，电流不能跃变电感元件隔交通直，通低阻高,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,电感器，电感（值）与电感性,表示实际的物理器件Inductor,表示电路理想模型(或者大小)Inductance,表示模型电路的性质Indu

11、ctive,高频线圈电感器 片式叠层电感器 印制电感器,可调瓷芯电感器 固定电感器 空心电感器,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,四、独立电压源,1定义 端电压为定值或为一定的时间函数，与流过的电流无关，即流过的电流是任意的。2元件符号与图形,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,3伏安特性曲线4说明 电压源为一种理想模型。与电压源并联的元件，其端电压为电压源的值。,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,五、独立电流源,1定义 端电流为定值或为一定的时间函数，与两端的电压无关，即两端的电压是任意的。2元件符号与图形,http:/电子发烧友 http:/电

12、子技术论坛,3伏安特性曲线4说明 电流源为一种理想模型。与电流源串联的元件，流过其的电流为电流源的值。,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,六、受控源,1定义 受控电压源（电流源）的电压（电流）受同一电路的其他支路的电压或电流控制。VCVS：i1=0 u2=u1 为转移电压比 CCVS：u1=0 u12=ri1 为转移电阻 VCCS：i1=0 i2=gu1 为转移电导 CCCS：u1=0 i2=i1 为转移电流比,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,2元件符号与图形 3说明受控源是从晶体管、电子管电路中总结出来的一种双口元件模型受控源其他特性与电压（流）源相同,ht

13、tp:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,1-4 基尔霍夫定律,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,一、拓扑术语,1支路(branch)：电路中的每一个二端元件为一条支路2节点(node)：电路中各支路连接点3回路(loop)：电路中任一闭合路径4网孔(mesh)：内部不含其他支路的回路,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,二、KCL基尔霍夫电流定律,1定律内容 对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流进（或流出）该节点的所有支路电流的代数和为零。如果 表示流入（或流出）节点K 的电流，有下面的式子成立,ht

14、tp:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,另一种描述：对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流进该节点的所有支路电流的和等于流出该节点的所有支路电流的和。即：,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,2关于定律的说明 适用于集总电路，表征电路中各个支路电流的约束关系，与元件特性无关KCL定律可推广到任意闭合面（广义节点、高斯面）使用时，直接用参考方向列写方程,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,二、KVL基尔霍夫电压定律,1定律内容 对于任一集总电路中的任一回路，在任一时刻沿着该回路的所有支路电压降的代数和为零。如果 表示回路中第k条支路电压，K为回路中的支路数

15、，有下面的式子成立,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,另一种描述：对于任一集总电路中的任一回路节点，在任一时刻沿着该回路的所有支路的电压降的和等于沿着该回路的所有支路的电压升的和相等。即：,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,2关于定律的说明 适用于集总电路，表征电路中各个支路电压的约束关系，与元件特性无关由KVL定律可知，任何两点间的电压与路径无关使用KVL定律时，直接用参考方向根据选定的绕行方向列写方程,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,三、基尔霍夫电路方程的独立性,对于具有n个节点、b条支路、m个网孔的平面电路，独立的KCL 方程为 个，独立的KVL方程为m个，其中,http:/电子发烧友 http:/电子技术论坛,小论文(选做一题)：1.查阅资料，列举可以建立成典型的非线性电阻模型的实际器件，并给出其特性。2.简述你对基尔霍夫定律的理解,