电路的基本概念及电路元件.ppt

绪言,第一章电路的基本概念及电路元件,本章在物理学的基础上，主要介绍电路模型的概念、电路中的基本物理量及其参考方向、电路的工作状态，还将介绍无源电路元件、有源电路元件及其特性。这些内容都是今后分析和计算电路的基础。,主要内容,第一章电路的基本概念及电路元件,返回,1.1电路的作用与组成部分,1.2电路模型,1.3电路的基本物理量,1.4电气设备的额定值,1.5电路的工作状态,1.6无源电路元件,1.7有源电路元件,1.8电路中电位的概念,1.1电路的组成及其作用,第一章电路的基本概念及电路元件,电路的概念：,电路就是电流的通路，是为了某种需要由电气设备或电路元件按一定方式组合而成。,电路的种类（很多）：,(1)提供能量的电路，如照明及动力系统的供电电路,(2)传送和处理信息的信息处理电路，如电话电路、放大器,(3)测量和转换电量的电路，如万用表与电桥电路,(4)存储与变换信息的电路，如计算机内存与移位寄存器。,实用电路举例,实用电路举例：,第一章电路的基本概念及电路元件,(1)实现电能的传输、分配与转换的电路,(2)实现信号的传递与处理的电路,电路的组成,无论电路有多复杂，它都由3部分组成：电源（或信号源）、负载、中间环节。,电路的组成部分：,电源:电路中电能的来源，是把非电能转化为电能的装置。如：蓄电池、干电池、火力电力发电机等,负载:即用电设备。是将电能转换为其他形式的能量,中间环节：传递、分配和控制电能的作用如：连接导线、开关、测量器件、控制器件保护器件等,第一章电路的基本概念及电路元件,电路的组成部分,第一章电路的基本概念及电路元件,直流电源:提供能源,负载,信号源:提供信息,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。,信号处理：放大、调谐、检波等,电路模型,第一章电路的基本概念及电路元件,1.2电路模型,为了便于分析和用数学模型描述,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,例：手电筒由电池、灯泡、开关和筒体组成。,理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,电池是电源元件，其参数为电动势E和内阻Ro；,灯泡主要具有消耗电能的性质，是电阻元件，其参数为电阻R；,筒体用来连接电池和灯泡，其电阻忽略不计，认为是无电阻的理想导体。,开关用来控制电路的通断。,今后分析的都是指电路模型，简称电路。在电路图中，各种电路元件都用规定的图形符号表示。,常用理想元件种类：,第一章电路的基本概念及电路元件,电荷q,磁通,电压u,电流i,电阻元件,电容元件,电感元件,忆阻元件,返回,1.3电路的基本物理量,第一章电路的基本概念及电路元件,一.电流,电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。,单位时间内通过导体横截面的电荷量,电流强度,单位,1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6A,A（安培）、kA、mA、A,电荷的定向移动形成电流（用电流强度来描述）。,电流的方向,电流的方向及参考方向,第一章电路的基本概念及电路元件,方向,规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。,负电荷流向,q+,q-,分析电路之前，电流的真实方向一般是未知的，在分析与计算电路时，要假定一个方向-参考方向。,参考方向：任意假定的一个方向。分析电路时用箭头或双下标来表示。,iab参考方向,iab参考方向,iab0，即iab为正值,iab0元件吸收正功率，(实际吸收)；P0，则消耗（吸收）电能，表现为负载。,若某元件的PIN，PPN时，叫做“过载”；(设备易损坏),当电路中的iIN，PPN时，叫做“欠载”。(不经济),一般来说电路不能工作在过载状态，但短时少量的过载还是可以的，长时过载可能会引起事故的发生，是绝不允许的。为保证电路安全工作，一般需在电路中接入必要的过载保护装置。,负载状态续,负载工作状态续,第一章电路的基本概念及电路元件,电流的大小由负载决定。,在电源有内阻时，IU。,负载端电压：U=RI或U=EIRo,UI=EIIRo即：,P=PEP,负载取用功率,电源产生功率,内阻消耗功率,电源输出的功率由负载决定。,负载大小的概念:负载增加指负载取用的电流和功率增加(电压一定)。,当R00，则i0，q，p0,电容吸收功率。,当电容放电，u0，du/dt0，则i0，则u0，p0,电感吸收功率。,当电流减小，i0，di/dt0，则u0，p0,电感发出功率。,功率,电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。,从t0到t电感储能的变化量：,电感的储能：,与电压无关,（1）电感的储能只与当时的电流值有关，电感电流不能跃变，反映了储能不能跃变；（2）电感储存的能量一定大于或等于零。,电容电感比较,电容元件与电感元件的比较：,第一章电路的基本概念及电路元件,电容C,电感L,变量,电流i磁链,关系式,电压u电荷q,(1)元件方程的形式是相似的；,(2)若把u-i，q-，C-L，i-u互换,可由电容元件的方程得到电感元件的方程；,(3)C和L称为对偶元件,、q等称为对偶元素。,*显然，R、G也是一对对偶元素:,I=U/RU=I/G,U=RII=GU,结论,有源元件之电压源,1.7有源电路元件,第一章电路的基本概念及电路元件,电路符号,一.理想电压源,定义：其两端电压总能保持定值或一定的时间函数值与流过它的电流i无关的元件叫理想电压源。,理想电压源的电压、电流关系,电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。,通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。,一般电压源：,直流电压源或恒压源：,理想电压源两端的电压值不随电流变化，因此，理想电压源的两端不能被短路，否则，将流过无穷大电流。常用的电池在正常工作范围内近似为理想电压源（恒压源）。使用中不能将其两个电极短路，否则将损坏。,例子,实际电压源,例1,第一章电路的基本概念及电路元件,外电路,电压源不能短路！,例2,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）,返回,实际电压源,第一章电路的基本概念及电路元件,实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。,考虑内阻,伏安特性：,一个好的电压源要求：,理想的电压源和电流源是不存在的，实际电源不能输出无穷大的功率。实际电压源（简称电压源）随着输出电流的增大，端电压将下降，可以用理想电压源和一个内阻RS串联来等效。,理想电流源,二.理想电流源,第一章电路的基本概念及电路元件,若流过二端元件的电流不随它两端电压变化，保持固定的数值（或变化规律），称此元件为理想（独立）电流源。,理想电流源的伏安特性为一条平行于电压轴的直线。,不随电压变化,电流源电路符号,流过理想电流源的电流值不随电压变化，因此，理想电流源的两端不能被开路，否则，将产生无穷大电压。,(1)电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关,电流源两端的电压由电源及外电路共同决定,例子,实际电流源,例子1,第一章电路的基本概念及电路元件,外电路,电流源不能开路！,实际电流源的产生可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。,例2,计算图示电路各元件的功率。,解,释放,吸收,满足：P（发）P（吸）,返回,实际电流源,第一章电路的基本概念及电路元件,实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。,考虑内阻,伏安特性：,一个好的电流源要求,理想的电流源同样是不存在的。实际电流源（简称电流源）可以用理想电流源与内阻并联来表示，当电流源两端电压愈大，其输出的电流就愈小。当实际电流源的内阻比负载电阻大得多时，往往可以近似地将其看作是理想电流源。,两种独立电源的转换,两种独立电源模型的转换,第一章电路的基本概念及电路元件,电压源模型和电流源模型都是对实际电源的近似，两种电源模型之间可以互相转换。,电流源模型,电压源模型,电位的概念即计算,1.8电路中电位的概念及计算,第一章电路的基本概念及电路元件,在电路的分析与计算时，常常要用到电位的概念。电压是两点电位之差，它只能说明一点的电位高，另一点的电位低，并不能知道某一点的电位究竟为多少。在很多情况下，我们需要知道某点的电位。,电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”通常设参考点的电位为零。,电位的计算步骤：（例子）(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(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。,利用电位简化电路,电位计算举例,第一章电路的基本概念及电路元件,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=E1=140VVd=Udb=E2=90V,b,a,Uab=106=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90V,Uab=106=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90V,返回,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。,借助电位简化电路,利用电位的概念，还可以简化电路图，也可使计算更为简单。在电子电路中，为简化电路，一般不画出直流电源，而只标出各点的电位值。,I,例：求图示电路中A点的电位,第一章电路的基本概念及电路元件,例1:图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA,第一章电路的基本概念及电路元件,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，电位VA=0V。,电流I1=I2=0，电位VA=6V