《电路分析》第01单元.ppt
《《电路分析》第01单元.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《电路分析》第01单元.ppt(68页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、,电路分析第一章,嵌入式系统工程系 陈 功,*,1,电路理论的发展历史回顾初期:电路理论的形成在19世纪20世纪40年代,是从物理学的电磁学理论中发展出来的一门创新概念和方法的学科。标志:1827年的欧姆定理、1847年基尔霍夫定理、1894年把复数用于电路计算、1920年实现滤波器、1921年提出四端网络和黑盒子的概念等等。形成:线性网络分析与综合的理论。,*,2,电路理论的基本认识电路理论是研究电路的基本规律及其计算方法的学科;电工和电子科学技术的重要理论基础之一;现代电气和电子工程师知识结构中不可缺少的重要组成部分。,*,3,电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。,电路的组成,1、电
2、路的组成及其功能,电源,连接导线和其余设备为中间环节,负载,1.1 电路及电路模型,*,4,1、电路的组成及其功能,1.1 电路及电路模型,电路的功能,电路可以实现电能的传输、分配和转换。,电力系统中,电子技术中,电路可以实现电信号的传递、变换、存储和处理。,电路是由电工设备和元器件按一定的方式联接起来且为电流流通提供路径的总体。,*,5,1.1 电路及电路模型,2、电路模型,电阻元件只具耗能的电特性,电容元件只具有储存电能的电特性,理想电压源输出电压恒定,输出电流由它和负载共同决定,理想电流源 输出电流恒定,两端电压由它和负载共同决定。,电感元件只具有储存磁能的电特性,理想电路元件是实际电路
3、器件的理想化和近似,其电特性单一、精确,可定量分析和计算。,理想电路元件,*,6,1.1 电路及电路模型,2、电路模型,实体电路,负载,电源,开关,电路模型,电源,负载,中间环节,用抽象的理想电路元件及其组合,近似地代替实际的器件,从而构成了与实际电路相对应的电路模型。,*,7,1.1 电路及电路模型,2、集总假设,集总参数元件:若实际电路的电器装置的几何尺寸与工作波长相比非常小以致可以忽略不计,这样的器件称为集总参数器件或元件。理想化的集总参数器件没有体积大小,即特性集中在空间一个点上,从一端流入的瞬时电流等于从另一端流出的瞬时电流。由集总参数元件构成的电路称为集总参数电路。,*,8,1.1
4、 电路及电路模型,2、集总假设,在集总参数电路中,各种电现象(如电场、磁场)可以分别在不同的元件中考虑,电场只与电容元件有关,磁场只与电感元件有关,电阻只耗能,电场与磁场之间无相互作用,这种现象称为集总假设。(电流与电压只是时间的函数,而不是空间的函数),本课程讨论的电路都是集总假设条件下的集总参数电路。,*,9,1.1 电路及电路模型,2、集总假设,例1:工业用电 f=50Hz 工作波长=C/f(C为波速,一般为3108 m/s)解得:工作波长=6000Km 元件尺寸 集总假设成立。,例2:微波中继频率f=2000MHz 工作波长=C/f(C为波速,一般为3108 m/s)解得:工作波长=0
5、.15m 集总假设不成立。,*,10,1.1 电路及电路模型,电路由哪几部分组成?各部分的作用是什么?,何谓理想电路元件?其中“理想”二字在实际电路的含义?,集总参数元件有何特征?,想想、练练,*,11,1.1电路及电路模型,电路一般由电源、负载和中间环节三大部分组成。电源是电路中提供电能的装置,其作用是将其它形式的能量转换成电能;负载是电路中接收电能的装置,其作用是将电能转换成其它形式的能量;中间环节包括连接导线、开关及控制保护设备及测量机构,它们是电源和负载之间不可缺少的连接和控制部件,起着传输和分配能量、控制和保护电气设备的作用。,电路由哪几部分组成,各部分的作用是什么?,试述电路的分类
6、及功能。,工程应用中的实际电路,按照功能的不同可概括为两大类:电力系统中的电路:特点是大功率、大电流。其主要功能是对发电厂发出的电能进行传输、分配和转换。电子技术中的电路:特点是小功率、小电流。其主要功能是实现对电信号的传递、变换、储存和处理。,思考 回答,*,12,1.1电路及电路模型,理想电路元件是从实际电路器件中科学抽象出来的假想元件,由严格的定义来精确地加以阐述、理想电路元件是具有单一电磁特性的简单电路模型单元。电路理论是建立在模型概念的基础上的,用理想化的电路模型来描述电路是一种十分重要的研究方法。由理想电路元件构成的、与实际电路相对应的电路图称为电路模型。,何谓理想电路元件?何谓电
7、路模型?,思考 回答,*,13,集总参数元件有何特征?,集总参数元件的特征就是:在元件中所发生的电磁过程都集中在元件内部进行,其次要因素可以忽略的理想化电路元件。对于集总参数元件,任何时刻从元件一端流入的电流,恒等于从元件另一端流出的电流,并且元件两端的电压值是完全确定的。,1.1电路及电路模型,电路理论中研究的都是由理想元件构成的、与工程应用中的实际电路相对应的电路模型。在实际的电路中,“理想”电路元件是不存在的。白炽灯、电炉等设备,之所以在研究它们时可以把它们作为一个“理想”的电阻元件进行分析和研究,原因就是它们在实际电路中表现的主要电磁特性是耗能,其余电磁特性与耗能的电特性相比可以忽略;
8、工频电路中的电感线圈只所以用一个电阻元件和一个电感元件的串联组合来表征,原因就是:在工频情况下,电感线圈的主要电磁特性就是线圈的耗能和储存磁场能量,其余电磁特性可以忽略。从以上分析可以把“理想”二字在实际电路中的含义解释为:“理想”就是一种与实际电路部件特性的“基本相似”或“逼近”。采用“理想”化模型分析实际问题,就是抓住实际电路中的主要矛盾,忽略其中的次要因素,预测出实际电路的性状,从而根据人们的需要设计出更好的各种电路。,如何理解“理想”二字在实际电路中的含义?,思考 回答,*,14,1.1电路及电路模型,在电路中区分电源和负载的方法,一般是根据计算的结果来看:若元件发出功率(即元件两端电
9、压与通过元件的电流的实际方向为非关联方向),说明元件是电源;若元件吸收功率(即元件两端电压与通过元件的电流的实际方向为关联方向),说明元件是负载。在计算前一般要根据元件两端电压和通过元件中的电流的参考方向来假定,当电路模型中所标示的电压、电流为非关联参考方向时,应按电源处理,若电路模型中标示的电压、电流为并联参考方向时,就要按负载处理,而确定元件的真实性质则要根据分析计算的结果来定。,如何在电路中区分电源和负载?,思考 回答,*,15,1、电流:单位时间内通过导体横截面的电量。,1.2 电路变量、电功率,电流的大小,稳恒直流情况下,1A=103mA=106A=109nA,单位换算,电流的方向,
10、习惯上规定以正电荷移动的方向为电流的正方向。,电路图上标示的电流方向为参考方向,参考方向是为列写方程式提供依据的,实际方向根据计算结果来定。,*,16,1.2 电路变量、电功率,参考方向,是任意假定的方向,在电路中用箭头标明。,若算得 I1 0,则参考方向与真实方向一致,若算得 I1 0,则参考方向与真实方向相反。,*,17,2、电压:单位正电荷从一点移到另一点获得或失去的能量。,1.2 电路变量、电功率,a,电位V是相对于参考点的电压。参考点的电位:Vb=0;a点电位:Va=E-IR0=IR,b,+U,电动势E只存在电源内部,其数值反映了电源力作功的本领,方向规定由电源负极指向电源正极,路端
11、电压U。电压的大小反映了电场力作功的本领;电压是产生电流的根本原因;其方向规定由“高”电位端指向“低”电位端。,1V=103mV=106V,单位换算,*,18,1.2 电路变量、电功率,参考方向,是任意假定的方向,在电路中用参考极性“”、“”标出。,若算得 U1 0,则参考方向与真实方向一致,若算得 U1 0,则参考方向与真实方向相反。,表示为U1或Uab,*,19,1.2 电路变量、电功率,电压 电流的关联参考方向,电压与电流的参考方向一致,即,电流从高电位点流向低电位点,则称u、i为关联参考方向。,采用关联参考方向时,可以省略一套参考方向:如标了电压方向,则电流方向可以不标,反之,如果标了
12、电流方向,则电压方向可以不标。,*,20,1.2 电路变量、电功率,关联和非关联,关联参考方向,实际电源上的电压、电流方向总是非关联的,实际负载上的电压、电流方向是关联的。因此,假定某元件是电源时,其电压、电流方向应选取非关联参考方向;假定某元件是负载时,其电压、电流方向应选取关联参考方向。,非关联参考方向,*,21,1.2 电路变量、电功率,关于参考方向的有关注意事项,(1)分析电路前应选定电压电流的参考方向,并标在图中;,(2)参考方向一经选定,在计算过程中不得任意改变。参考方向是列写方程式的需要,是待求值的假定方向而不是真实方向,因此不必追求它们的物理实质是否合理。,(4)参考方向也称为
13、假定正方向,以后讨论均在参考方向下进行,实际方向由计算结果确定。,(3)电阻、电抗或阻抗一般选取关联参考方向,独立源上一般选取非关联参考方向。,(5)在分析、计算电路的过程中,出现“正、负”、“加、减”及“相同、相反”这几个名词概念时,不可混为一谈。,*,22,1.2 电路变量、电功率,仔细理解下面的例题,图示电路,若已知元件吸收功率为20W,电压U为5V,求电流I。,解,图示电路,已知元件中通过的电流为100A,电压U为10V,电功率P。并说明元件性质。,解,元件吸收正功率,说明元件是负载。,例,例,*,23,1.2 电路变量、电功率,3、电功和电功率,电流能使电动机转动、电炉发热、电灯发光
14、,说明电流具有做功的本领。电流做的功称为电功。,单位:U【V】;I【A】;t【s】时,电功W为焦耳【J】,若U【KV】;I【A】;t【h】时,电功W为度【KWh】,1度电的概念,1000W的电炉加热1小时,100W的灯泡照明10小时,40W的灯泡照明25小时,日常生活中,用电度表测量电功。当用电器工作时,电度表转动并且显示电流作功的多少。显然电功的大小不仅与电压电流的大小有关,还取决于用电时间的长短。,W=UIt,电功,*,24,1.2 电路变量、电功率,3、电功和电功率,单位时间内电流所作的功称为电功率,电功率的大小表征了设备能量转换的本领。,P=UI=I2R=U2/R,国际单位制:U【V】
15、,I【A】,电功率P用瓦特【W】。,用电器的铭牌数据值称为额定值,额定值指用电器长期、安全工作条件下的最高限值,一般在出厂时标定。,额定电功率反映了设备能量转换的本领。例如额定值为“220V、1000W”的电动机,是指该电动机运行在220V电压时、1秒钟内可将1000焦耳的电能转换成机械能和热能;“220V、40W”的电灯,表明该灯在220V电压下工作时,1秒钟内可将40焦耳的电能转换成光能和热能。,电功率,*,25,1.2 电路变量、电功率,3、电功和电功率,无论关联还是非关联,都有:P 0时,表明电路吸收或消耗能量 P 0时,表明电路产生能量或提供能量,当u、i为关联参考方向时,当u、i为
16、非关联参考方向时,求功率时一定要注意符号:一是判断是否为关联参考方向,来确定公式前是否加负号;二是电压电流本身的正负号,*,26,1.2 电路变量、电功率,例,已知:U=15v,I=3A,求功率P。,解:P=UI=15*3=45(W),已知:U=15v,I=-3A,求功率P。,解:P=-UI=-15*(-3)=45(W),例,例,已知:u=-5v,I=3A,求功率P。,解:P=UI=-5*3=-15(W),解:P=UI=6*(-3)=-18(W),为关联方向,求P。,例,*,27,1、电阻的分类,1.3 电阻元件,*,28,如果电阻元件的VCR在任意时刻都是通过ui平面坐标原点的一条直线,如图
17、(a)所示,则称该电阻为线性时不变电阻,其电阻值为常量,用R表示。,若直线的斜率随时间变化(如图(b)所示),则称为线性时变电阻。,若电阻元件的VCR不是线性的(如图(c)所示),则称此电阻是非线性电阻。,本书重点讨论线性时不变电阻,简称为电阻。,2、线性电阻(主要研究对象),1.3 电阻元件,*,29,欧姆定律:(关联参考方向)(非关联参考方向),伏安关系:元件上电压和电流的关系(Voltage Current Relation),简写为VCR。在u-i平面上画出的电压和电流的关系曲线称为伏安特性曲线,元件上的电压电流关系也常称为伏安关系(VAR)或伏安特性,3、电阻的单位,1.3 电阻元件
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电路分析 电路 分析 01 单元
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6528324.html