电路模型和电路定理教学课件PPT.ppt

1,电路原理 principal of electric circuits 主讲 乔继红,2,教材及参考书,教材：邱关源 电路（第5版）高教版 参考书：李翰逊 电路分析 高教版,3,教学内容,直流电路,交流电路,基本概念（第1、2、6章）,电路分析方法及定理（第3、4、16章）,1-1 电路与电路模型,1-2 电流和电压的参考方向,1-3 电功率和能量,1-4 电阻元件,l-5 电源元件,1-7 基尔霍夫定律,l-6 受控电源,一、 实际电路,功能,a 能量的传输、分配与转换； b 信息的传递与处理。,共性,建立在同一电路理论基础上,实际电路：为完成某种预期目的而设计、安装、运行的，由实际电路元器件相互连接而成，具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能。,电路模型： 由理想电路元件取代每一个实际电路器件而构成的电路。理想电路元件是组成电路模型的最小单元，具有某种确定的电磁性质的假想元件。,1-1 电路和电路模型（model),反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。,电路模型,理想电路元件,有某种确定的电磁性能的理想元件,电路模型,实际电路,7,本课程涉及的理想元件有八种：,表示消耗电能的元件,表示产生磁场，储存磁场能量的元件,表示产生电场，储存电场能量的元件,表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件,8,一、 电流的参考方向 (current reference direction),电流,带电粒子有规则的定向运动,1.2 电流和电压的参考方向 (reference direction),方向,规定正电荷的运动方向为电流的实际方向,单位,1ka=103a，1ma=10-3a；1 a=10-6a,a（安培）、ka、ma、a,9,问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？,电流方向 ab？,电流方向 ba？,1-2 电流和电压的参考方向 (reference direction),10,对于难以确定电流实际方向的较复杂电路，为了分析计算的方便，假设了每个支路或元件上的电流方向，这种人为假设的电流方向就是电流的参考方向。,（a） i 0,（b） i 0,当选定的参考方向与实际电流方向一致，电流取正值；当选定的参考方向与实际电流方向相反，电流取负值。,i,i,11,二、电压及其参考方向(voltage reference direction),电压u,v (伏)、kv、mv、v,单位正电荷从电路中一点移至另一点时电场力做功（w）的大小,电位v,单位正电荷从电路中一点移至参考点（v0）时电场力做功的大小,实际电压方向,电位真正降低的方向,单位,12,已知：4c正电荷由a点均匀移动至b点电场力做功8j，由b点移动到c点电场力做功为12j， (1) 若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压uab、u bc; (2) 若以c点为参考点，再求以上各值。,解,例1,(1)以b点为电位参考点,13,(2)以c点为电位参考点,结论,电路中各点电位是相对的；,电路中任意两点之间的电压是绝对的；,14,电压参考方向： 电路中某元件上或任意两点间人为假定的电压降方向。,当选定的参考方向与实际电压方向一致，电压取正值；反之，电压取负值 。, u （实际极性）, u （实际极性）,u 0,u 0,15,uab= -5v,问a、b哪点电位高？,答：b点电位高,理解举例,16,uab=u1-u2 = (-6)-4 = -10(v),17,元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称之为关联参考方向(associate reference direction)。反之，称为非关联参考方向(non-associate reference direction)。,三、关联参考方向,18,假设: 与 的方向一致(关联参考方向),假设: 与 的方向相反,19,(4) 为了避免列方程时出错，习惯上把 i 与 u 的方向 按关联参考方向假设。,(1) 方程式u/i=r 仅适用于假设正方向一致的情况。,(2) “实际方向”是物理中规定的，而参考方向则 是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。,(3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定参考方向 然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无 意义的.,提示,20,1-3 电功率(power)和能量(energy),功率：单位时间内电路中的某一器件所产生（或消耗）的电功。 （或称能量对时间的变化率）,用 p 表示,以电阻为例，在关联参考方向下：,根据电压和电路的定义：,结论,p 0时，元件实际在吸收功率；,p 0时，元件吸收的是负功率，即元件实际在释放功率。,单位：瓦（w）,21,解,（a）（关联）,（吸收）,（b）（非关联）,（c）（非关联）,（d）（关联）,（e）（非关联）,（放出）,（放出）,（放出）,（吸收）,例2 求图示各二端网络吸收的功率。,22,1-4 电阻元件,一、 电阻元件 (resistor),定义：,其端电压u(t)和端电流i(t)取关联参考方向时，满足欧姆定律：,对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用ui平面的一条曲线来描述。,r 单位： (欧) (ohm，欧姆),g 单位： s(西门子) (siemens，西门子),热敏电阻,23,1.5 电源元件 (independent source),一、 理想电压源,理想电压源端钮的伏安关系表示式：,或,电压源 不能短路！,24,电压源的功率：,电场力做功 ， 电源吸收功率。,（1） 电压、电流的参考方向非关联；,物理意义：,电流（正电荷 ）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功电源发出功率。,发出功率，起电源作用,（2） 电压、电流的参考方向关联；,物理意义：,吸收功率，充当负载,25,计算图示电路各元件的功率。,解,发出,吸收,吸收,满足：p（发）p（吸）,例4,26,实际电压源也不允许短路。,实际电压源：,考虑内阻,一个好的电压源要求:,27,二、 理想电流源,理想电流源端钮的伏安关系表示式：,或,电流源 不能开路！,28,电流源的功率：,（1） 电压、电流的参考方向非关联,发出功率，起电源作用,（2） 电压、电流的参考方向关联；,吸收功率，充当负载,计算图示电路各元件的功率。,解,发出,吸收,例5,29,实际电流源也不允许开路。,实际电流源：,考虑内阻,一个好的电流源要求：,30,i,e,r,_,+,a,b,uab=?,is,原则：is不能变，e 不能变。,电压源中的电流 i= is,恒流源两端的电压,理解,31,32,1.6 受控电源 (非独立源) (controlled source or dependent source),电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是 受电路中某个支路的电压(或电流)控制的电源。,电路符号：,一、定义,根据控制量和被控制量是电压u 或电流 i ，受控源可分为 四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被 控制量是电流时，用受控电流源表示。,二、 分类,33,1、 电流控制电流源 ( cccs ), : 电流放大倍数,输出：受控部分,输入：控制部分,g: 转移电导,2、 电压控制电流源 ( vccs ),34,3、 电压控制电压源 ( vcvs ),: 电压放大倍数,4、 电流控制电压源 ( ccvs ),r : 转移电阻,35,电路模型,三、 受控源与独立源的比较,1.独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。,2. 独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为“激励”。,36,例7,图中vcvs的电压，电流源的，求图中电流。,解：,将本例中的独立电流源去掉，重新思考,37,1.7 基尔霍夫定律 ( kirchhoffs laws ),一. 名词,a.电路中通过同一电流的分支。(b),三条或三条以上支路的连接点称为节点。( n ),b=3,n=2,1.支路 (branch),b.电路中每一个两端元件就叫一条支路,2. 节点 (node),b=5,38,由支路组成的闭合路径。( l ),两节点间的一条通路。由支路构成。,对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。,l=3,3,3. 路径(path),4. 回路(loop),5、 网孔(mesh),39,令流出为“+”，有：,在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出或流入该结点电流的代数和等于零。,二. 基尔霍夫电流定律 (kcl),40,三式相加得：,kcl可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面,（1） kcl是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任 意结点 处的反映；,（2）kcl是对支路电流加的约束，与支路上接的是 什么元件 无关，与电路是线性还是非线性无关；,（3）kcl方程按电流参考方向列写，与电流实际方向无关。,注意,41,三、基尔霍夫电压定律（kvl）：,1、定义,对于集总参数电路来说，在任何时刻，沿任一闭合回路绕行一周,各支路电压的代数和等于零。,2、数学表示式,（2）选定回路绕行方向， 顺时针或逆时针.,u1us1+u2+u3+u4+us4= 0,（1）标定各元件电压参考方向,u2+u3+u4+us4=u1+us1,或：,42,注意：,（1）kcl、kvl只用在集中参数电路中（分布参数不适用