电路的基本知识..ppt

第一章电路的基本知识,Chapter1,1-1电路模型一、电路的基本概念实际电路是由各种电器按一定的方式互相连接而成的电流通路。如：手电筒电路,Chapter1,电路的功能：是实现电能或电信号的产生、传输、转换和处理一般来说，不管电路复杂与否，都可将它分为三部分：一是提供动力的电源，二是消耗或转换电能的负载，三是联接和控制电源与负载的导线、开关等中间环节。这三个部分在任何电路中都是缺一不可的。,Chapter1,二、电路的基本元件1、电阻,电阻是物体（或说材料）本身的一种性质，我们可以利用材料的这种性质制成各式各样的“电阻器”。例如我们日常生活中使用的电炉，其发热丝就是用导体绕制而成的“电阻器”，电炉直接利用电阻的电流热效应来工作。单位：,Chapter1,2、电容电容元件符号如图示：,Chapter1,电容器就是“容纳电荷的容器”，它是一种储存能量的元件，简称为储能元件。单位是“法拉”，用符号“F”表示,Chapter1,3、电感电感元件符号如图示。,电感器和电容器一样，也是一种储能元件，它能把电能转变为磁场能，并在磁场中储存能量。单位：H（亨利）,三、电路模型电路模型：由理想电路元件组成的电路。理想电路元件：是实际电气器件主要电磁特性的科学抽象。如：电阻R：是模拟实际电气器件中消耗电能的特性并将其抽象出的理想电路元件；电感L：是模拟实际电气器件中建立磁场的特性并将其抽象出的理想电路元件；电容C：是模拟实际电气器件中建立电场的特性并将其抽象出的理想电路元件；,Chapter1,Chapter1,四、电路的类型1.电力电路：主要用于电能生产、传送、分配与转换。例如电厂的发电机生产电能，通过变压器、输电线等送到用户，用户再通过各种负载将电能转换成其它形式的能量，如前面所讲的光能、机械能等。这类电路的特点一般是电压高、电流大。对这类电路的要求往往是传输的功能要大、效率要高等。2.信号电路：这类电路则侧重于对信号传递与处理。例如各种测量仪器、计算机、自动控制设备中的控制电路以及日常生活中的收音机、电视机等电子电路。通常这类电路的电压较低、电流较小。对这类电路的要求往往是电信号失真要小、抗干扰能力要强等。,Chapter1,【小结】1.电路是由电源、负载和中间控制环节构成的电流通路。2.电路的基本元件有电阻器、电容器、电感器。3.在电路分析中，将元件的主要电磁特性提取出来成为理想元件，由理想元件构成的电路称为电路模型。4.电路可分为电力电路、信号电路等。,1-2电路变量一、电流定义：电荷的定向运动称为电流。其大小用电流强度表示。人们规定，正电荷的移动方向为电流的实际方向。1、电流强度：单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。可表为：,Chapter1,若电流或电荷随t变化，用i(t)、q(t)或i、q表示。则电荷随t的变化率可近似表为,因此电流可定义为,单位及换算,其精确值为：,Chapter1,2.方向（1）实际方向：规定为正电荷的移动方向。（2）参考方向：人为规定。二者关系：i0,相同，i0相同，u0为吸收功率，p0为发出功率，p0，方框内电路总体在消耗电能。图(b)中，P=UI=6(-2)=-12W0，方框内电路总体在消耗电能,例1.2试求图1-18（a）电路中各元件上的功率与电路的总功率。,解：,小结：,电荷的定向移动形成电流，规定正电荷的移动方向为电流的方向，与电子移动的方向相反。电流的大小由电流强度表示。在电路中任意选定一个电位参考点后，某点的电位在数值上等于将单位正电荷从该点移到参考点时电场力所做的功。电路中a、b两点之间的电压等于这两点间的电位差，在数值上等于电场力将单位正电荷从a点搬到b点所做的功的大小。电压的方向规定为高电位点指向低电位点。对于实际方向未知的电流或电压，可以用参考方向来假定，如果由此计算出来的值大于零，表示电流或电压的实际方向与参考方向一致；如果小于零，则表示实际方向与参考方向相反。一般把电流和电压的参考方向选得一致，并称它们为关联参考方向。电功率是一个表示元件消耗或提供电能快慢的物理量。在电压与电流参考方向相关联的情况下，若表示元件在消耗功率；若则表示元件提供电能。1.实际电路或实际电路元件可以用理想电路元件或理想电路元件组合的电路模型进行模拟。,Chapter1,1-3电源一、独立电压源所谓独立电源是指其对外特性由电源本身的参数决定，而不受电源之外的其它参数的控制。,Chapter1,1.实际电源的电压源模型实际电源是存在内阻的，电源的输出电压随着输出电流的增加而减小,Chapter1,特例：（1）不接负载时，a，b端开路，此时,Chapter1,开路电压,短路电流,i=0。,（2）a，b短路时，,当RS很小时，iSC很大,此种情况不允许出现。,一般情况下，电源与负载连接处于工作状态。如图所示：,2.电压源模型理想电压源是指电源内阻等于零（即r=0）的电压源,当实际电源的内阻不能勿略时，那么它的电路模型就可以看成是恒压源与电阻的串联,例1.3在图1-23电路中，当开关S置于位置“1”时，测得电压为12V；当开关S置于位置“2”时，测得电流为4A，试求实际电源的电动势Us和内阻r。,解：电压表的内阻可以看成是无穷大，因此开关置于位置“1”时，电路处在开路状态，此时电压表的读数就是电源的电动势，即,3.电源的功率电源作为电路中的一个元件，一般情况下总是充当电路的能量源，即电源输出功率；但是在一定的条件下电源也会成为一个吸收电能的“负载”，日常生活中对各种蓄电池进行充电就是一个典型例子。当电源两端电压与电流参考方向相关联时，它与其它元件一样，当其功率p0则表示电源在吸收电能，当其功率p0则表示电源在输出电能。,Chapter1,二、独立电流源,电压源的输出电流令，则上式可以写成以下形式,三、受控源,受控源是非独立电源，其输出电压或电流受电路中其它部分的电压或电流控制，是电路的一部分,1、受控源的分类,电压控制电压源VCVS电流控制电压源CCVS电压控制电流源VCCS电流控制电流源CCCS,2、受控源与独立源的区别,独立源为电路提供输入量，代表的是外界对电路的激励作用，是电路的“源泉”,受控源是电路中部分电子元件物理现象发生变化的一个模型，它反映了电路中一个地方电压或电流控制另一个地方的电压或电流的关系；在电路中，受控源不是激励。,例1.5图1-28是一个放大电路的等效电路，求输出电压U2及电压放大倍数AU。,解：由电路图知：,由欧姆定律得,电路的电压放大倍数AU是输出电压与输入电压的比值：,【小结】,1、由于内阻的存在，实际电源在不同的电路中呈现出不同的特点，分析电路时主要用电流源和电压源两种形式。2、电压源的输出电压与输出电流之间关系：电流源的输出电流与输出电压之间关系：3、独立电源是指不受电源之外的参数控制的电源。4、理想电压源是指端电压恒定不变或始终按一给定规律变化而与通过它的电流的大小、方向无关的电源，其外特性是U=US。5、理想电流源是指输出电流恒定不变或始终按一给定规律变化而与它两端电压的大小、方向无关的电源，其外特性是I=IS。6、受控源是非独立电源，其输出电压或电流受电路中其它部分的电压或电流控制，是电路的一部分。7、受控源可分为四种类型：即电压控制电压源（VCVS）、电流控制电压源（CCVS）、电压控制电流源（VCCS）、电流控制电流源（CCCS）。,1-4基尔霍夫定律电路中常用的几个术语,Chapter1,1.支路：一般来讲，电路中流过同一电流的通路称为支路。2.节点：三条或三条以上支路的联结点称为节点。如电路中的a点和c点。3.回路：电路中的任何闭合路径都称为回路。4.网孔：内部不含支路的回路称为网孔回路，简称网孔。5.网络：原指支路较多的电路，现与电路互称，涵义相同。,i=0,Chapter1,二、基尔霍夫电流定律内容：在电路中，对任何节点或闭合面来说，流入节点或闭合面的电流恒等于流出节点或闭合面的电流。,若规定流出节点的电流为正，流入的为负，则KCL又可表示为：,例如图中节点a的KCL为：或,Chapter1,说明1：基尔霍夫电流定律是针对任一瞬间电流而言的，瞬间电流就是电流的瞬时值。显然，无论对直流还是交流，甚至对动态电路的瞬时值，基尔霍夫电流定律都是成立的。但是对非瞬时值就不一定成立了，例如对交流电流的有效值就不成立。,说明2：电流是由于电荷的移动而产生的，对电路中任何一个节点或一个闭合面，电荷在任何情况下都不会堆积，因此有多少电荷（电流）流入一个节点（或一个闭合面）就会有多少电荷（电流）流出；这实际上是体现了电流的连续性。如：,建立KVL方程步骤：1、确定回路的绕行方向（顺时针或逆时针）；2、确定每条支路电流的参考方向；3、沿绕行方向确定回路上元件（除电源外）两端电压的参考方向，一般情况下可取电压参考方向与电流参考方向相关联；4、确定电源电压的方向。如果电源电压的方向与回路绕行方向一致，则取正号，相反则取负号。也可以沿绕行方向，如果先碰到电源的正极就取正，先碰到负极就取负。,u=0,Chapter1,三、基尔霍夫电压定律内容：在任意时刻，在任意闭合回路中，沿任意环形方向，回路中电压的代数和恒等于零。其数学表达式为,+,_,Chapter1,对回路aecda有或,Chapter1,基尔霍夫电压定律不仅适应于回路，也可推广应用到一个假想的闭合回路或部分电路。,Chapter1,【小结】1支路、节点、回路、网孔是常用的电路术语。2.基尔