[工学]第一章 电路模型和电路定律.ppt

电路分析基础 林科 e-mail: QQ:81781637 教学安排 n课程性质：技术基础课、必修课 n教学要求 掌握电路分析的基本定律和基本分析方法 应用基本定律、方法解决问题 培养实践动手能力 n教学内容及学时分配 理论课 48学时 实验课 16学时 教学安排 n理论课安排（含实验学时） 内容学时时 电路基本概念和电路定 律 6 电阻电路的等效变换4 电阻电路的分析方法6 电路定理8 动态电 路的时域分析10 正弦稳态电 路分析10 谐振电路6 互感电路6 三相电路8 合计64 教学安排 n实验课安排（每次实验2学时） 实验一 电位、电压的测定及基尔霍夫定律 实验二 典型电信号的观察与测量 实验三 RC一阶电路的响应测试 实验四 R、L、C元件阻抗特性的测定 实验五 正弦稳态交流电路相量的研究 实验六 RLC串联谐振电路的研究 实验七 互感电路测量 实验八 三相交流电路电压、电流的测量 教学安排 n考核与成绩评定 期末闭卷考试（120分钟） 成绩评定 n平时成绩（作业+考勤）20% n实验成绩（实验报告+考勤）10% n期末考试 70% 教学安排 n参考书 邱关源 电路 高等教育出版社，2006 陈晓平 电路分析基础 机械工业出版社，2008 张永瑞 电路分析 高等教育出版社，2004 周树南等 电路与电子学基础 科学技术出版社 第一章 电路模型和电路定律 本章内容提要 n1.电路的基本物理量 n2.电路模型 n3.电流和电压的参考方向* n4.电功率和能量 n5.电阻元件 n6.电压源与电流源* n7.受控源* n8.基尔霍夫定律* 1.电路的基本物理量 n电流、电压、电荷、磁通、磁通链、电功 率和电能量 ni,u,q,P,W 2.电路模型 n实际电路 组成 n供电装置（电源） n用电设备 n中间环节（导线、开关） 作用 n能量转换、传输和分配 n各种电信号的传输和处理 n实现信息的储存、数学运算和设备运行控制等 2.电路模型 n电路模型 定义 理想电路元件 n有某种确定的电磁性质 n有精确的数学定义 电路模型的作用 n简化实际电路 n便于计算分析 2.电路模型 n电路模型建模 何谓建模？ 建模需要注意的要点 n适度简化 n按电路实际工作条件选择理想电路元件 灯泡 3.电流和电压的参考方向 n电流的参考方向 电流的定义 n电荷的有规则运动 电流的方向 n正电荷的运动方向 单位：安培，A 3.电流和电压的参考方向 电流的参考方向 n方向可以任意指定 ni成为代数量 电流参考方向的表示方法 n箭头表示 n双下标表示 元件 AB iAB 元件 AB iBA 元件 AB i 元件 AB i 3.电流和电压的参考方向 n电压的参考方向 电压的定义 电位的定义 电压与电位的区别 n电压对应电路中两点，与参考点选取无关 n电位对应电路中某一点，与参考点选择有关 单位：伏特，V 3.电流和电压的参考方向 电压的参考方向 n方向可以任意指定 nu成为代数量 电压参考方向的表示方法 n“+”、“-”极性表示 n双下标表示 元件 AB u -+ 元件 AB u +- 元件 AB u uAB 元件 AB u uBA 3.电流和电压的参考方向 n电流与电压的关联参考方向与非关联参考 方向 关联参考方向 n电流与电压的参考方向一致 非关联参考方向 n电流与电压的参考方向不一致 元件 AB -+ i 元件 AB +- i 4.电功率和能量 n电能 吸收电能 释放电能 电能公式推导 t0到t时间内，元件吸收的能量为： 电能单位：焦耳，J 千瓦时，kWh，俗称度 1kWh=3.6106J 4.电功率和能量 n电功率 功率是能量对时间的导数 由于u和i都是代数量，所以电能W电功率p也是 代数量 电功率单位：瓦特，W 4.电功率和能量 吸收功率与发出功率 n电流与电压为关联参考方向：吸收功率 当p0，元件确实是吸收功率 当p0，元件确实是发出功率 当p0，元件实际上是吸收功率 元件1 AB -+ i 例：若A点电位高于B点电位，AB间的电压为5V，图a、b中 电流i2A，求元件1和元件2的电功率，并指出是吸收功率还 是发出功率。 元件2 AB +- i 5.电阻元件 n电路元件 电路的最基本的组成单元 元件特性 n线性、非线性元件 n时不变、时变元件 n有源、无源元件 集总（参数）元件 n电流有向，电压单值量 n元件外部不存在任何电场与磁场 集总电路 5.电阻元件 n电阻元件 定义：对电流产生阻力的元件 n电压与电流取关联参考方向 nuRi，单位：欧姆， 电磁性质 n把电能转化成为热能 电导 n衡量电阻元件导电能力强弱的参数 nG1/R，单位：西门子，简称西，S 5.电阻元件 n电阻元件的伏安特性 线性电阻元件 n伏安特性曲线：过原点的直线 i uR + - O u i U I 直线上每点电阻值相等，为常量，也就是说R（或G）是与u、i无关的常数 5.电阻元件 n电阻元件的伏安特性 非线性电阻元件 nu=f(i) 或i=h(u) 时变电阻元件 nu(t)=R(t)i(t) 或i(t)=G(t)u(t) 5.电阻元件 n电阻元件的开路与断路 开路：电流恒为0（R或G0） 断路：电压恒为0（R0或G） O u i O u i 1 1 开路 1 1 短路 5.电阻元件 n电阻元件的能量与电功率计算 电压与电流为关联参考方向 吸收的功率 吸收的电能 6.电压源与电流源 n理想电压源 定义 n两端电压总能保持定值或一定的时间函数 n两端电压的值与流过它的电流无关 电路符号 +- us(Us) i 6.电压源与电流源 理想电压源的电压、电流关系 n电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与 流经它的电流方向、大小无关。 n通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。 理想电压源的伏安特性 us + - 外 电 路 i1 1 + - u 注意：电压源不能短路！ u i O 伏安特性曲线 6.电压源与电流源 理想电压源的电功率 n电压与电流取非关联参考方向 n电压与电流取关联参考方向 i us + - + - u 发出功率，起电源作用 吸收功率，充当负载 us + - + - u i 6.电压源与电流源 n实际电压源 us + - + u i - Rs us u i O 一个好的电压源要求 实际电压源也不允许短路。 因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。 6.电压源与电流源 n理想电流源 定义 n输出电流总能保持定值或一定的时间函数 n输出的电流与它两端的电压u无关 电路符号 +- u is 6.电压源与电流源 理想电流源的电压、电流关系 n电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关 ；与它两端电压方向、大小无关 n电流源两端的电压由外电路共决定 理想电流源的伏安特性 is 外 电 路 i1 1 + - u 注意：电流源不能开路！ u is(t) i O 6.电压源与电流源 理想电流源的电功率 n电压与电流取非关联参考方向 n电压与电流取关联参考方向 is + - u is + - u 发出功率，起电源作用 吸收功率，充当负载 6.电压源与电流源 n实际电流源 is + - u i Rs is u i O 伏安特性曲线 一个好的电流源要求 实际电流源也不允许开路。 因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。 例 计算图示电路各元件的功率。 解 发出 发出 满足：P（发）P（吸） + _ u + _ 2A5V i 7.受控源 n定义 电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数 受电路中某个地方的电压(或电流)控制 n电路符号 + 受控电压源受控电流源 i 7.受控源 n分类 根据控制量和被控制量是电压u 或电流i ， 受控源可分四种类型 电压控制电压源（VCVS） 电压控制电流源（VCCS）