（清华）电路原理课件 L2.pdf

1 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 第二讲 电阻性电路的基本分析方法第二讲 电阻性电路的基本分析方法 电阻器电阻器 独立电源独立电源 受控电源受控电源 电路的分类电路的分类 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 难点难点 重点重点 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 一 电阻器 一 电阻器 Resistor 对于线性电阻器来说对于线性电阻器来说 u i 1 电路符号电路符号 R 1 电压电流采用关联参考方向电压电流采用关联参考方向 2 欧姆定律欧姆定律 R i u u R i R 电阻电阻 resistance Unit 欧欧 The opposition of a body or substance to current passing through it resulting in a change of electrical energy into heat or another form of energy A device used to control current in an electric circuit by providing resistance resistor resistance 2 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 关联参考方向下线性电阻器的关联参考方向下线性电阻器的u i关系关系 R tg 令令G 1 RG 电导电导 欧姆定律欧姆定律 关联参考方向下关联参考方向下 i G u Unit S 西西 Siemens 西门子 西门子 u i O 0o和和 90o 代表什么物理意义代表什么物理意义 u R i Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 2 电压电流非关联参考方向电压电流非关联参考方向 Ri u 欧姆定律欧姆定律 u Ri or i Gu 公式的列写必须根据参考方向 公式的列写必须根据参考方向 3 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 R i u 3 开路与短路开路与短路 当当 R 0 G 视其为短路 视其为短路 u 0 i由外电路决定 当 由外电路决定 当 R G 0 视其为开路 视其为开路 i 0 u由外电路决定 由外电路决定 u i0 开路开路 u i0 短路短路 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 4 电阻消耗的功率电阻消耗的功率 R i u R i P发 发 ui Ri i i2R p吸 吸 ui i2R u2 R Power u 无论参考方向如何选取 电阻始终消耗电功率无论参考方向如何选取 电阻始终消耗电功率 u u R u2 R 或或p吸 吸 u i Ri i i2R u2 R 4 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 5 电阻的额定值电阻的额定值 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 S L R T T 1 0 几种常见材料的几种常见材料的0 电阻率与温度系数 电阻率与温度系数 1 6 10 4 5 0 10 45 0 10 34 7 10 34 3 10 34 0 10 3 1 110 10 83500 10 88 7 10 82 5 10 81 6 10 81 5 10 8 0 m 镍铬合金碳铁铝铜银 材料 镍铬合金碳铁铝铜银 材料 6 电阻与温度的关系电阻与温度的关系 5 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 电阻器的大小 主要取决于 什么 电阻器的大小 主要取决于 什么 7 电阻器电阻器 贴片电阻贴片电阻 体积小 重量轻 可靠性高 体积小 重量轻 可靠性高 碳膜电阻碳膜电阻 阻值范围宽 价格低廉 阻值范围宽 价格低廉 金属膜 电阻 金属膜 电阻 稳定性高 精度高 稳定性高 精度高 线绕电阻线绕电阻功率大功率大 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 非线性电阻非线性电阻 1e TH U u S Ii 满足齐次性和可加性 即满足齐次性和可加性 即 Ae1 t Be2 t Ag1 t Bg2 t 成立成立 e1 t g1 t 线性网络线性网络 e2 t g2 t 线性网络 激励响应网络 线性网络 激励响应网络 Riu 含有二极管电路的含有二极管电路的实验实验 线性电阻线性电阻 8 非线性电阻非线性电阻 示波器探头示波器探头 Umsin t 1n4001 10k A B 6 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 线性时变电阻线性时变电阻 u t R t i t R t u t i t 电阻电阻R t 是时间 是时间 t 的函数的函数 e t r t 时不变元件时不变元件 e t g t 时不变元件时不变元件 即输出响应与输入信号 外加时刻无关 即输出响应与输入信号 外加时刻无关 线性时不变电阻线性时不变电阻 u t R i t 9 时变电阻时变电阻 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 二 独立电源二 独立电源 independent source 1 理想独立电压源 理想独立电压源 ideal independent voltage source 1 特性特性 a 独立电压源两端的电压与电路其余部分无关独立电压源两端的电压与电路其余部分无关 b 独立电压源的电流由外电路决定独立电压源的电流由外电路决定 直流 直流 uS为常数 为常数 US 交流 交流 uS 随时间变化 可以表示为随时间变化 可以表示为 uS Umsin t 电路符号电路符号 R10V U I uS US I 7 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 2 u i 特性特性 US US i u u i0 US 0意味着什么 意味着什么 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 2 理想独立电流源 理想独立电流源 independent current source 1 特性 特性 a 流经独立电流源的电流与电路的其余部分无关流经独立电流源的电流与电路的其余部分无关 直流 直流 iS是常数 是常数 IS 交流 交流 iS随时间变化 可以表示为随时间变化 可以表示为 iS Imsin t 电流符号电流符号 iS iS 8 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 2 u i 特性特性 IS u i0 IS i u U I R 1A A1 1 IR A1 10 IR IS 0意味着什么 意味着什么 b 电流源上的电压由外电路决定电流源上的电压由外电路决定 V1 U V10 U Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 3 独立电源的短路与开路独立电源的短路与开路 R 短路 短路 R 0 iS i u uS i u R 开路 开路 R i iS u 0 i 0 u uS 开路会怎么样 开路会怎么样 短路会怎么样 短路会怎么样 9 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 4 独立电源的功率独立电源的功率 p发 发 uSi p吸 吸 uSi p发 发 u iS p吸 吸 u iS uS i u iS i u Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 5 实际电源实际电源 US i u rS 实际电压源 实际电流源 实际电压源 实际电流源 iS i u rS 哪有电流源 哪有电流源 10 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 三 受控电源三 受控电源 Dependent source 1 定义 定义 受控电压源 该 受控电压源 该电压源电压源的电压的电压由电路中某电压或电流控制由电路中某电压或电流控制 受控电流源 该 受控电流源 该电流源电流源的电流的电流由电路中某电压或电流控制由电路中某电压或电流控制 电路符号电路符号 受控电压源 受控电压源 Controlled voltage source 受控电流源 受控电流源 Controlled current source Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 a 流控电流源流控电流源Current Controlled Current Source CCCS 常数 转移电流比 常数 转移电流比 r 转移电阻转移电阻 u1 0 i2 i1 u1 0 u2 r i1 2 分类分类 b 流控电压源流控电压源Current Controlled Voltage Source CCVS r i1 CCVS u1 i1 u2 i2 u1 i1 u2 i2 CCCS i1 u2 i2 u1 i1 11 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 g 转移电导转移电导 转移电压比转移电压比 i1 0 i2 g u1 i1 0 u2 u1 VCCS gu1 u2 i2 u1 i1 c 压控电流源压控电流源Voltage Controlled Current Source VCCS u1 VCVS u1 i1 u2 i2 d 压控电压源压控电压源Voltage Controlled Voltage Source VCVS 如果如果 r g 和和 是常数 则这些受控源称作是常数 则这些受控源称作线性受控源线性受控源 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 一个受控电流源的例子 一个受控电流源的例子 MOSFET D S G MOSFET UGS UDS IDS 受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较 1 独立源电压独立源电压 或电流或电流 由电源本身决定 而受控源电压由电源本身决定 而受控源电压 或 电流 或 电流 直接由控制量决定 直接由控制量决定 2 独立源作为电路中独立源作为电路中 激励激励 在电路中产生电压 电流 而受控源在电路中不能作为 在电路中产生电压 电流 而受控源在电路中不能作为 激励激励 IDS UDS 12 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 1 线性与非线性线性与非线性 线性电路 线性电路 负荷由线性电阻 线性受控源等线性元件构成的 电路 用 负荷由线性电阻 线性受控源等线性元件构成的 电路 用线性方程线性方程描述 描述 四 电路的分类 非线性电路 四 电路的分类 非线性电路 负荷中包含 非线性元件的电路 用 负荷中包含 非线性元件的电路 用非 线性方程 非 线性方程描述 描述 时不变 定常 电路 时不变 定常 电路 负荷由时不变元件构成的电路 负荷由时不变元件构成的电路 时变电路 时变电路 负荷中包含时变元件的电路 负荷中包含时变元件的电路 2 时变与时不变时变与时不变 3 集总参数与分布参数集总参数与分布参数 例 例 乌鲁木齐 发电站发出的正 弦电磁波需要多 少时间才能传输 到长沙 乌鲁木齐 发电站发出的正 弦电磁波需要多 少时间才能传输 到长沙 ms10103103 86 50Hz的正弦波周期为的正弦波周期为20ms 经过经过10ms以 后 乌鲁木齐发出的电磁波刚刚到达长 沙 而此时乌鲁木齐发电机的电压与长沙 的电压正好反相 以 后 乌鲁木齐发出的电磁波刚刚到达长 沙 而此时乌鲁木齐发电机的电压与长沙 的电压正好反相 Usin 314t 乌鲁木齐 长沙 乌鲁木齐 长沙 3000公里公里 C 3 108米米 秒秒 关键在哪里 关键在哪里 50Hz电磁波的波长电磁波的波长 3 108 0 02 6000 km 如果电路尺寸的远小于其工作电磁波的波长如果电路尺寸的远小于其工作电磁波的波长 则可将该电 路建模为 则可将该电 路建模为集总参数电路集总参数电路 否则只能建模为 否则只能建模为分布参数电路分布参数电路 Usin 314t R 13 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 I 术语术语 1 支路支路branch 若干元件无分叉地首尾相连构成一个支路若干元件无分叉地首尾相连构成一个支路 b 2 节点节点node 3个或更多支路的连接点个或更多支路的连接点 n 4 回路回路loop 由支路组成的闭合路径由支路组成的闭合路径 l b 3 3 路径路径path 两个节点间包含的支路两个节点间包含的支路 5 网格网格mesh 平面电路中不与其余支路相交的回路平面电路中不与其余支路相交的回路 1 2 3 a b R1 uS1 uS2 R2 R3 l 3 n 2 1 2 3 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 Kirchhoff s Laws Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 II Kirchhoff s Current LawsKCL 流入节点的流入节点的电流电流的代数和为零的代数和为零 流出节点的流出节点的电流电流的代数和为零的代数和为零 i1 i4 i2 i3 i1 i2 i3 i4 0 0 ti i1 i3 i2 i4 titi outin 14 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 7A 4A i1 10A 12A i2 i1 i2 10 12 0 4 7 i1 0 例 例 i1 3A i2 1A 4 7 i1 i1 i2 10 12 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 广义广义 KCL A B i A B i3 i2 i1 0 321 iii i A B i i 0 KCL的物理基础的物理基础 电荷守恒 电流连续性方程 电荷守恒 电流连续性方程 15 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 两种方向 顺时针 逆时针两种方向 顺时针 逆时针 例例 顺时针顺时针 III Kirchhoff s Voltage LawsKVL 回路中所有回路中所有电压电压的代数和为零的代数和为零 U3 U1 U2 U4 U1 US1 U2 U3 U4 US4 0 I1 US1 R1 I4 US4 R4 I3 R3 R2 I2 0 tu tutu risedrop U2 U3 U4 US4 U1 US1 Principles of Electric Circuits Lecture 2 Tsinghua University 2005 A B l1l2 UAB 沿沿 l1 UAB 沿沿 l2 电压的唯一性电压的唯一性 I1 US1 R1 I4 US4 R4 I3 R3 R2 I2 U3 U1 U2 U4 A B Ex 32AB UUU 44S11SAB UUUUU 广义广义KVL 电路中任意两点间的电压等