电路理论 (1).ppt

1 总体看 电路是研究能量系统的一个很好的模型 是研究电能在各个电子技术领域中应用的基础课程 其中包括应用数学 物理学和拓扑学等诸多内容 正是工程技术改变了世界 电子工程的两大基础理论 电路理论 电磁理论基本电路理论课程是电子工程最重要的课程 也是学习电子工程的最好起点 2 第一章电路模型和电路定律 本章主要内容 电路电量的基本概念 基尔霍夫定律 基本概念 电路模型基本电量电路元件独立电源及受控电源 历史人物 伏特 安培 欧姆 基尔霍夫 欧姆定律 基尔霍夫定律构成了电路分析理论的基础 3 4 电路组成 电源 产生电能及电信号的装置负载 取用 消耗电能的元件中间环节 导线 开关及相应的电器元件 借助电路模型 便于对实际电路进行分析和数学描述 二 电路模型 将实际的电路元件近似看作理想电路元件 用规定符号画出的电路图 5 1 2电路的基本物理量及其参考方向 一 电流大小 单位时间内穿过导体某截面S的电荷量或是电荷随时间的变化率交流 i dq dt直流 I q t 方向 正电荷运动的方向作为电流实际方向 参考方向 分析计算电路时假定的某一电流方向 单位 库仑 秒 安培 A 毫安mA 微安 A 等 6 二 电压大小 电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功u dw dq或电场内两点间的电位差uab ua ub方向 由高电位指向低电位 参考方向 分析计算电路时假定的某一电压方向 极性 单位 焦耳 库仑 伏特 V 毫伏mV 千伏 kV 7 三 电位在电路中选择一参考点 假设其电位为零 则电路中所有点相对该参考点的电压即为这些点的电位 单位与电压相同 当电流与电压的参考方向一致 称为关联参考方向当电流与电压的参考方向不一致 称为非关联参考方向注意 电流或电压的参考方向可以独立的任意设定 在国际单位制 SI 中 倍率及词头名称词见表1 1 p4 8 1 3电功率和能量 一 功率 是消耗或吸收能量的速率大小 单位时间元件所吸收或发出的电能p dW dt 正电荷从元件上电压的 极运动到 极 电场力做正功 元件吸收电能正电荷从元件上电压的 极运动到 极 电场力做负功 元件释放电能 9 注意 当p 0 表明电场力作正功 为消耗功率 负载 当p 0 表明电场力作负功 即外力作正功 为发出功率 电源 10 例1 1 有一个以2A的恒定电流流过灯泡10秒时间 如果灯泡发光 发热消耗了2 3kJ 试计算灯泡两端的电压 例1 2 若流入某元件正端的电流i 5cos60 tA 该元件的电压为 u 3i 求在t 3ms时传到该元件的功率 11 1 4电路元件 电路元件是电路中的最基本的组成单元分为 二端 三端 四端 多端元件 有源元件 无源元件线性元件 非线性元件 时不变元件 时变元件等 12 1 5 电阻元件 消耗电能的元件 欧姆定律描述线性电阻两端电压与流过电流之间的关系 消耗电能的元件如电阻器 灯泡 电炉等在一定条件下 常用二端线性电阻表示 13 线性电阻元件的伏安 V A 特性 由伏安特性可得电阻 电导 mu mi分别为单位长度的电压值和电流值 14 电阻的电功率p ui Ri2 u2 R Gu2 i2 G 电阻从t0到t时间内吸收的电能为 对于非线性电阻 u f i 即R不是一个常数 而与电流 或电压 有关 若R随时间变化 则成为时变电阻 若R 0 则相当于是发出电能的元件 15 1 6电容元件 储能元件 电容是一种能够储存电荷或储存电场能的部件 显然 电容是一种记忆元件 也是动态元件 同时 当u不变时 比如直流 电容电流i 0 所以在直流电路中 电容相当于开路 可以隔断直流 16 电容能量 当电压与电流为关联参考方向时 电容功率 17 i 1 7电感元件 储能元件 显然 电感是一种记忆元件 也是动态元件 同时 当i不变时 比如直流 电感电压u 0 所以在直流电路中 电感相当于短路 L 18 电感能量 当i 0时 电感功率 从t1到t2 电感元件的磁场能 线性电感电压 19 1 8独立电压源和电流源 正弦电压源 uS t Umcos 2 T t Umcos 2 ft Umcos t 在图示参考方向情况下 对于电源uS与i为非关联方向 电压源发出的功率 p t uS t i t 实际电源有电池 发电机 信号源等 由实际电源抽象出电压源和电流源 20 u i IS iS i u 伏安特性 二 理想电流源 恒流源 正弦电流源 iS t Imcos 2 T t Imcos 2 ft Imcos t 在图示参考方向情况下 对于电源iS与u为非关联方向 电流源发出的功率 p t iS t u t 外电路 电流源发出的电流 i t iS t 与电压u无关 端电压u的大小由外电路决定 21 电压源的电压或电流源的电流受其他部分的电压或电流的控制 这种电源称为受控电源 1 9受控电源 非独立电源 22 受控电源反映电路中某处电压 或电流 控制另一处电压 或电流 的现象 也是表示一处电路变量与另一处电路变量之间的耦合关系 23 例 1 3 求图示电路中的电流i 已知u2 0 5u1 iS 2A 24 1 10基尔霍夫定律 基尔霍夫电流定律 KCL 基尔霍夫电压定律 KVL 支路 每一个二端元件结点 支路连结点回路 由支路构成的闭合路径网孔 中间不含有支路的回路 VCR 元件的组成关系或电流电压关系 25 一 基尔霍夫电流定律 KCL 电路中任一节点 有 I 0 如节点a I1 I2 I3 0 US2 US1 26 二 基尔霍夫电压定律 KVL 电路中任一回路 有 U 0 对于网孔1 U1 U3 US1 0或代入VCR 有 I1R1 I3R3 US1 27 例1 2 电路如图所示 已知u1 u3 1V u2 4V u4 u5 2V 求电压ux 28 例1 4 电路如图所示 已知R1 0 5 R2 1 R3 2 uS 10V CCCS的电流ic 50i1 求电压u3 由以上两个方程解出 29 本章小结 1 电子电路由若干个相互连接在一起的电路元件组成2 电流是电荷流动的变化率3 电压是移动1C电荷通过元件所需要的电能4 电功率是电位时间内所提供 发出 或吸收的能量5 理想电压源输出恒定不变的电压 理想电