《电路模型和定律》PPT课件.ppt

电路,邱关源主编,课程性质：,电路课程是电子信息、测控、自动化、计,算机等专业学生必修的一门技术基础课。,课程的目的和任务：,通过本课程的学习，使学生掌握,电路的基本理论，学会分析计算电路的基本方法和初,步的实验技能，为后续有关课程准备必要的电路基础,的基础。注重培养学生想象、创新能力。借助电路逻,知识，为今后从事电类各专业的学习和工作打下必备,辑性强，根据章节科学研究的方法，假设、论证、推,理、归纳、结论，使学生得到科学研究的训练。,已知输出输入的条件，,电路理论：,电路分析：,电路综合：,已知电路结构、元件参数，求,电路中的电流、电压和功率。,求元件参数和电路结构。,基础是指基本理论、基本知识和基本技能这三基。,电路理论应具有基础性、应用性和先进性。,应用是指课程内容要理论联系实际，建立系统概念，,培养大家分析和解决问题的能力；重视实验技能的训练。,先修课：,高等数学、普通物理、线性代数、积分变换等。,1-4章：直流电路部分；6-7章：瞬态电路部分；8-14章：交流电路部分；,先进性是指电路课程内容和体系是随着电路理论的发展不断更新的。,学时：总学时共64学时。其中：理论课54学时,实验课10学时。,后续课：,模拟电子技术基础、信号与系统,参考书：李翰荪：电路原理；周庭阳：电路原理等,学习方法：,1、重点放在物理概念和基本分析法。,2、上课注意听讲，下课要看除教材外的其它参考书及做适当的习题。解题前，要对所学内容基本掌握；解题时，要看懂题意，注意分析，用哪个理论和公式以及解题步骤也都要清楚。习题做在本子上，要书写整洁，图要清楚，结果要注明单位。,3、要重视实践技能的培养。,第一章电路模型和电路定律,1.1电路和电路模型1.2电流和电压的参考方向1.3电功率和能量1.4电路元件1.5电阻元件1.6电压源和电流源（理想）1.7受控电源1.8基尔霍夫定律,1.该章的基本要求与基本知识点：,重点：KCL、KVL，关联参考方向。,2.教学重点与难点：,难点：受控源,（1）了解电路模型及理想电路元件的意义；,（2）理解电压、电流参考方向的意义，独立电源、受控源；,（3）理解电路基本定律KCL、KVL并能正确运用；,（4）了解电源的有载工作、开路与短路状态；,（5）掌握分析与计算简单直流电路和电路中各点电位的方法，,功率和能量计算。,1.1电路和电路模型,定义,电路是电流的通路，是为了某种需要由电路部件或,1.电路的作用,(1)实现电能的传输、分配与转换,(2)实现信号的传递与处理,电路器件按一定方式组合而成的。,2.电路的组成部分,电源、负载和中间环节（连接线或控制设备）。电路组成,电源:提供电能的装置,中间环节：传递、分配和控制电能的作用,负载:取用电能的装置,示意图如下：,信号源:提供信息,信号处理：放大、调谐、检波等,直流电源:提供能源,负载,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动,电路工作；,由激励所产生的电压和电流称为响应。,理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电,中间环节,中间环节,电路模型：,用于分析计算的电路图形。由理想电路元件构成的模型。,忽略次要因素，突出其主要电磁性质的元件,（简称电路）,源元件等。,理想电路元件：,1.2.1电压、电流的实际方向,Uab=Va-Vb,1.2电流和电压的参考方向,电流的方向,正电荷运动的方向,电压的方向,电位降的方向,电动势的方向,电位升的方向,电流方向AB？,电流方向BA？,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？,1.2.2电路基本物理量的参考方向,1.参考方向,在分析与计算电路时，对电量任意,2.参考方向的表示方法,电流：,电压：,假定的方向。,3.实际方向与参考方向的关系,实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正值；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负值。,例：,若I=5A，则电流从a流向b；,若I=5A，则电流从b流向a。,若U=5V，则电压的实际方向从a指向b；,若U=5V，则电压的实际方向从b指向a。,注意：在参考方向选定后，电流(或电压)值才有正负之分。,4.关联与非关联参考方向,若电压参考方向与电流参考方向取得一致，称为关联参考方向；,问题：参考方向不同会不会使得结果不同呢？,设E=4V，R=2，求U、I？,可知R上电压大小为4V，,U=4V、I=-2A,U=-4、I=2A,习惯取法：负载取关联参考方向、电源取非关联参考方向,若电压参考方向与电流参考方向取得相反，称为非关联参考方向。,流过电流大小为2A。,1.3.1能量,t0t时间内，电场力将单位正电荷从A点移动,1.3.2功率,单位时间内的能量变化率称为电功率,1.3电功率和能量,对于直流：P=UI,到B点所做的功等于电压uAB。,注:上式是在电压、电流为关联参考方向下推得的,在关联参考方向下：如果p0，表示元件吸收功率；,如果p0，表示元件发出功率；,如果p0，表示元件吸收功率。,例1.2,已知i=1A，u1=3V，u2=7V，u3=10V，,求ab、bc、ca三部分电路吸收的功率P1、P2、P3。,解：,（吸收）,（吸收）,（发出）,功率平衡,1.u、i取关联参考方向,2.u、i取非关联参考方向,结论：当u、i的实际方向相同是负载当u、i的实际方向相反是电源,功率是有释放、吸收，用以判断此元件是电源还是负载,1.4电路元件,集总元件：在任何时刻，流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另一个端子流出的电流，且两个端子间的电压为单值量,对较长的输电线称为分布电路,电路中的重要假设：,电路尺寸远远小于电磁波(electromagneticwave)的波长，称集总电路(LumpedCircuit),电路元件的分类：,1.按与外部连接端子的数目分：二端、三端、四端和多端等。2.按能量分：有源元件和无源元件。3.按元件的特性分：线性和非线性、时变和非时变等。,1.5.1线性电阻元件：,电阻单位：欧姆、,定义：电导G=1/R，G单位：西门子、S,欧姆定律：,u、i关联参考方向u=Ri,u、i非关联参考方向u=Ri,1.5电阻元件,u、i关联参考方向i=Gu,功率与能量,p(t)=u(t)i(t)=Ri2(t)=Gu2(t)=u2(t)/R=i2(t)/G,在关联参考方向下,对于通常所说的电阻（即R0，G0）恒有,从-直到时刻t，电阻吸收的能量,电阻不仅是无源元件而且是耗能元件。,p(t)0，w(t)0,1.5.2非线性电阻,非线性电阻元件的伏安特性不是通过原点的一条直线。u=f(i),或i=h(u),电压源,电流源,定义,理想二端元件,理想二端元件,特性,1、端电压是特定的时间函数，与其中的电流无关。2、电压源中电流取决于外电路。,1、其中的电流是特定的时间函数，与其端电压无关。2、电流源的端电压取决于外电路。,电路符号,特例,直流电压源,直流电流源,1.6电压源和电流源,1.6.1独立电压源：,特点：,（1）任何时候，电压源两端电压与通过他的电流无关。,（2）电源中的电流由外电路决定。,设:US=10V,当R1R2同时接入时，I=10A,电压源不能短路！,1.6.2独立电流源（恒流源):,特点：（1）输出电流与电流源两端电压无关,伏安特性,（2）输出电压由外电路决定。,iS(t1),设:IS=1A,R=10时，U=10V,R=时，U=,电流源不能开路！,电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。,1.7受控源(非独立电源),1.定义,2.电路符号,受控电压源,受控电流源,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：,3.分类,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。,受控电源的分类比较,代号,VCVS,VCCS,CCVS,CCCS,名称,电压控制电压源,电压控制电流源,电流控制电压流,电流控制电流源,符号,控制量,被控量,i2,u2,i2,u2,被控支路关系,u1,i1,i1,u1,例：,u1=6V，求电压u2,解：,例:,求开路电压U。,1.8基尔霍夫定律,支路：电路中流过同一电流的分支（支路电流）。,结点：三条或三条以上支路的联接点。,回路：由支路组成的闭合路径。,网孔：对平面电路，内部不含支路的回路。,术语,支路：ab、bc、ca、,回路：abda、abca、adbca,结点：a、b、c、d,网孔：,（共6条）,(共4个）,（共7个）,（共3个）,abd、abc、bcd,两类约束,分析图(a),(b)中的u1,i1,u2,i2?,元件性质约束关系,元件性质约束关系与拓扑约束关系是互为独立的,拓扑约束关系（联接方式约束）,1.8.1基尔霍夫电流定律(KCL定律),（2）公式：入=出,（1）内容：在任一瞬间，流入电路中任一结点电流,（3）实质:电流连续性。,或:=0,对结点a：,I1+I2=I3,或：I1+I2I3=0,基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一,的和等于流出该结点电流的和。,结点处各支路电流间相互制约的关系。,例1如图所示电路，已知i1、i2、i6，求i3i4i5？,解：,结论：基尔霍夫定律不仅适用于结点，也适用于闭合面,(4)KCL的推广,任何时刻，流入任意闭合面的电流之和等于流出该闭合面,广义结点,的电流之和。,I=?,例,I=0,计算图示电路中的未知电流I。,解：,2+(-3)-4-I=0,I=2-3-4=-5A,利用扩挂广的KCL列方程,例,规定：支路电压参考方向与回路绕行方向一致为正，反之为负。,1.8.2基尔霍夫电压定律：（KVL）,对回路1：,对回路2：,US1=I1R1+I3R3,I2R2+I3R3=Us2,或I1R1+I3R3US1=0,或I2R2+I3R3US2=0,（1）内容：在集总电路中，任何时刻，沿任一回路循行一,（2）公式：,在任何时刻，沿任一回,周电位升之和等于电位降之和。,路循行方向，回路中所有支路电压的代数和恒等于零。,给定回路绕向,（3）实质:电压与路径无关。,如图，已知u1=u3=1V，u2=4V，u4=u5=2V，求ux、u6。,解：,对回路有,对回路有,例：,电位升=电位降,推广：开口电压可按回路处理,对回路1：,US2=UBE+I2R2,U=0I2R2US2+UBE=0,例：,求电流i,解：,例：,求电压u,例:,求电流i,例:,求电压u,解:,解:,要求,能熟练求解含源支路的电压和电流。,例：求图中I、US、R,解：I=6-5=1A,I1=12+6=18A,I3=18-15=3A,US-3I1-12I3=0,US-3I115*1-UR=0,IR=15-1=14A,US=90V,UR=21VR=1.5,作业1-10：电路如图所示，试求(1)电流i1和uab【图a】(2)电压ucb【图b】,解：（1）图a中因为,所以i12.222A,（2）图b中因为,所以,解：,例:,求开路电压U,1.8.3电路中电位的概念及计算,电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点；(2)标出各电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,电位的概念：,Va=5V,a点电位：,Vb=-5V,b点电位：,为参考点。,标记），此点称,其它各节点对参考点的电压，便是该节点的电位。,记为：“VX”（注意：电位为单下标）。,例求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。,解：设a为参考点，即Va=0V,Vb=Uba=106=60VVc=Uca=420=80VVd=Uda=65=30V,设b为参考点，即Vb=0V,Va=Uab=106=60VVc=Ucb=US1=140VVd=Udb=US2=90V,b,a,Uab=106=60VUcb=US1=140VUdb=US2=90V,Uab=106=60VUcb=US!=140VUdb=US2=90V,结论：,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中,(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考,借助电位的概念可以简化电路作图,各点的电位也将随之改变；,点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。,例图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA,解:(1)当开关S断开时,(2)当开关闭合时,电路如图（b）,电流I2=0，,电流I1=I2=0，,电流在闭合路径中流通,电位VA