集总参数电路中电压、电流的约束关系1.ppt

电 路 分 析 基 础 讲述人： 付克昌 办公室： 科教楼控制工程系102室 E-mail： 教师课件：付克昌 密码： abc123 课程性质：电类学科基础课 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。 教授方法：讲授、讨论 学时： 64学时 教材： 电路分析基础李瀚荪编 高等教育出版社 参考书： 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 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。讲课内容会与教科书不一 样。 4）学和练有机结合。 5）阅读参考书和电子资源。 成绩评定：教、考分离，考试80%（闭卷考试）， 平时20%。 作业要求:每周上交一次。 电路分析基础的基本结构 全书分上、下册,共三篇： 上册：总论和电阻电路的分析；动态电路的时域分析。 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） 下册：动态电路的相量分析法和S域分析法。 第三篇：动态电路的相量分析（812章） 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） 第一篇第一篇 总论和电阻电路的分析总论和电阻电路的分析 第一章 集总参数电路中电压电流的约束关系 常用电路元件： 基本概念： 基本变量： 基本定律： 集总参数电路、集总参数元件、两类约束等。 电压、电流、功率。 常用电路元件的VCR定律； 基尔霍夫定律。 重点：电流、电压的参考方向与关联参考方向，基尔霍夫定律。 电阻元件、独立电压源和独立电流源、受控源。 1-1 电路及集总电路模型 一、电路（网络 ） 实际电路 由电阻器、电容器、电感、电容等实际部件 或晶体管等实际器件按一定方式连接而构成的电流 通路。主要由电源、负载和中间环节组成。 1.定义： 电容器 线圈 电阻器 晶体管 运算放大器 电池 实际电路中常见的组成部件和器件 2. 作用 （1）能量转换：实现电能传送、转换等。 （2）信号处理：实现电信号产生、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 。 3、分类： 线 性 非线性 激励与响应满足叠加性和齐次性的电路。 时 变 时不变 电路元件参数不随时间变化。 集总参数 分布参数 实际电路几何尺寸远小于最高工作频率所 对应的波长的电路。（ d0;或若i0， 表明实际方向与参考方向一致。 反之: 若电流i的实际方向与参考方向不一致，则若i 0，真实极性与参考极性相同 2）若u 0;或若P0， 表示功率的真实方向与参考方向一致。 反之: 若功率的真实方向与参考方向相反，则P 0 ，吸收功率（消耗功率）； P0，则表示 该元件或电路吸收功率，p 0 有源元件：w(t)0 5）无记忆元件：u(t)=Ri(t) R单位： (欧姆) 4、线性时不变电导： 1）伏安关系为i-u平面过坐标原 点的一条直线，斜率为G。 2）通过的电流与端电压成正比 即： i = uG 或 I= UG 注意：电流、电压为关联参 考方向 3）具有双向性: 伏安特性对原 点对称 4）耗能元件：p=ui=i2 /G =u2G0 5）无记忆元件：i(t)= u(t)G G单位：S(西门子) 1-5 电 压 源 1、定义：能独立向外 电路提供恒定电压的二 端元件。 2、符号表示 3、伏安关系： 平行于i轴的一条直线。 + Us - 4、特点： 恒压不恒流 Us i ( A) u(V) 0 i + u - （端电压u与i无关，电流i由外电路确定）。 R R( ) 251 0 20 i(A) 5210. 5 u(v ) 1 0 1 0 1 0 10 Us=10v 1-6 电 流 源 1、定义：能独立向 外电路提供恒定电流的 二端元件。 2、符号表示 3、伏安关系： 平行于u轴的一条直线。 Is 4、特点： 恒流不恒压 Is u( v) i(A) 0 i + u - R （电流i与u无关，端电压u由外电路确定）。 Is=2A R() 251020 i(A) 2222 u(v)410 2040 1-7 受 控 源 1、定义： 依靠其它支路的电流或电压向外电路提供恒定电流或 电压的元件。 2、电路结构特征：具有两条支路： 电流源或电压源所在支路 受控支路 控制电流或电压所在支路 控制支路 线 性 非线性 时 变 时不变 3、分类： 4、线性时不变受控源电路模型： （1） 电压控制电压源 （2） 电压控制电流源 Voltage Controlled Voltage Source （VCVS) （VCCS) Voltage Controlled Current Source I1=0 U2= U1 I1=0 I2= gU1 例:电子三极管 例:场效应管 i1 U1 U1 i + _ + _ + _ U2 U2 U1 gU1 + _ i1 + _ i2i1 （3） 电流控制电压源 （4） 电流控制电流源 I1I1 I1I1 Current Controlled Voltage Source （CCVS) i + _ + U1 - + U2 _ + U1 - I2 （CCCS) Current Controlled Current Source U1=0 U2= I1 U1=0 I2= I1 例:直流发电机 例:晶体三极管 5、线性时不变受控源特点： （1） 非独立的电源：不能独立向外电路提供能量。 （2） 具有两重性：电源性、电阻性。 注意：独立电源在电路中可以独立地起“激励”作用，是 实际电路电能或电信号的“源泉”。 受控源是描述电子器件中某一支路对另一支路控制作用 的理想模型，本身不直接起“激励”作用。 -2-2I -2I -6U +10=0 由KVL，有 -4I -6U = - 8 又有 U = 2I+2 联立解得 U = 1.5vI = - 0.25A 受控源: (具有电源性)P = 6UI = - 2.25W 若受控源: 6UU U U = 4v I=1A(具有电阻性) 例1-11：图示电路，求电压U、电流I和受控源功率 。 解： 1、分压电路 串联电阻电路对总电压有分压作用： R1 + + + u1 uS R2u2 分压公式： 1-8 分压公式和分流公式 并联电阻电路对总电流有分流作用： R2IS G1 G2 R1 i1i2 2.分流电路 分流公式： 1-9 两类约束 两类约束的概念： （1） 拓扑约束（KCL，KVL）： 与电路支路性质无关，只取决于电路的连接结构。 （2） 支路约束（支路VCR)： 取决于支路元件的性质。 说明： 利用两类约束可以直接列写电路方程求解电路， 因此这两类约束是电路分析的基本依据。 I1 I2 I3 I4 I2=3A I3=-1A u=2I2 -2= 4 v 由KVL，有 u - U1-2I3 + 2=0 U1=8v I4 =1A I1=I+I4 由KCL，有 =2A 由KVL，有 U1=3U1 RI1 故 R=8 例1-12：图示电路，求电压u、电流I1和电阻R。 解： + u1 -+ u2 - 4u1 i i1 L1 L2 us us=30v u=20v i=2A R=10 Pus=-90w 发出90w P4u1=24w 发出-24w 练习： 图示电路，i1 =3A, u2 =4V。求电流i、电压u、us 和电 阻R,并求电源、受控源发出的功率