电路模型和电路定理教学课件PPT.ppt

1 电路原理principalofelectriccircuits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 currentreferencedirection 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 referencedirection 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a b 电流方向b a 1 2电流和电压的参考方向 referencedirection 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 voltagereferencedirection 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 v 0 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 ubc 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 associatereferencedirection 反之 称为非关联参考方向 non associatereferencedirection 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u i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 independentsource 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 controlledsourceordependentsource 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 kirchhoff slaws 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 u1 us1 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