中南大学电路与模拟电子技术课件(计算机类专用)-第1章--电路模型与电路定律.ppt

1,第1章电路模型与电路定律,第1章电路的基本元件和电路定律,重点内容1.电流和电压的参考方向；2.基尔霍夫定律：基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。注意：电路分析中，电流和电压全部是针对它们的参考方向来进行考虑。,2,第1章主要内容,本章主要内容,1.1电路和电路模型,1.2电路主要物理量和参考方向,1.6基尔霍夫定律,1.3电阻元件,1.4独立电源：电压源和电流源,1.5受控源,1.7电位的计算,3,1.1电路和电路模型1,1.1电路和电路模型,一、电路的作用1.实现能量的传输与转换（白炽灯照明电路、电力系统等）,2.进行信号的传递与处理（扩音机电路）3.进行信息的存储（计算机的存储器电路）,二、电路的组成与模型1.电路的组成：电路由三个部分组成，即电源、负载和中间环节。,电路是电流的电路，是根据特定需要，由相应的电工设备或电器元件按一定的方式连接而成。,4,实际电路是由电气器件相互联接而构成的电流的通路。如手电筒电路：,电源是产生电能和电信号的装置。负载是取用电能并将其转换为其他形式能量的装置。中间环节是传输、控制电能或信号的部分。,5,1.10基尔霍夫定律,2、电路模型（1）电路模型的特点；1、每一种电路模型所反映的物理性质可以用数学表达式精确地描述；2、任何一个实际器件中所发生的物理现象都可以用各种电路模型的适当组合来表示。,（2）理想电路元件,电气设备的种类很多，即便是很简单的实际器件，在工作时所发生的物理现象也往往是很复杂的。如绕线电阻,有源元件：独立电源（电压源、电流源）；受控源（压控流源、压控压源、流控流源、流控压源）,无源元件：电阻、电容、电感、理想变压器等；,6,1.1电路和电路模型3,1.1电路和电路模型,三、电路分析的目的,由理想元件代替实际电路器件组成的电路叫电路模型。,给定电路结构及电路参数，求各部分的电压、电流以及在电压电流基础上对电路中功率的计算。,1.1电路和电路模型,7,1.2电流和电压的参考方向1,1.2电路主要物理量和参考方向（1）,一、电流和电流的参考方向,电流的参考方向,用箭头表示，如右图；,如iAB=2A，说明参考方向与实际方向一致；,电流（又叫电流强度）,单位时间内通过的电量，即：,正电荷定向移动的方向为电流的实际方向。,用双下标表示，如iAB,iAB=-2A，说明参考方向与实际方向相反。,8,1.2电流和电压的参考方向2,1.2电路主要物理量和参考方向（2）,二、电压和电压的参考方向,电压的参考方向,用箭头表示；,如uAB=2V，说明参考方向与实际方向一致；,电压的实际方向：高电位指向低电位。,电压,单位正电荷在电场力的作用下从A点到B点电场力所做的功为AB两点之间的电压，即：,uAB=-2V，说明参考方向与实际方向相反。,用双下标，如uAB；,用正负符号。,9,1.2电流和电压的参考方向3,1.2电路主要物理量和参考方向（3）,、关联参考方向,注意：在电路分析中，没有特别说明，电压和电流一般为关联参考方向。,在电路分析中，对一个元件既要假设通过它的电流参考方向，又要假设该元件两端电压的参考极性，两个都可任意假定，而且独立无关。,当电压和电流的参考方向一致时，称电压和电流为关联参考方向；,相反，当电压和电流的参考方向相反时，称电压和电流为非关联参考方向。,10,1.3电功率和能量1,三、能量,电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则能量单位为焦耳（J）。,根据电压定律，从t0到t的时间内元件吸收的能量W求得为：,1.2电路主要物理量和参考方向（4）,11,1.3电功率和能量2,四、功率,电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则功率单位为瓦特（W）。,在电压和电流为关联参考方向下,功率是单位时间内所做的功，即：,乘积“ui”表示元件吸收功率，即：,p0，表示该元件吸收功率；,p0，表示该元件发出功率；,p0，吸收电能，说明电阻是一个无源元件。,在非关联参考方向下p=ui=-i2R0，吸收电能，同样说明电阻是一个无源元件。,15,1.5电阻元件3,1.3电阻元件（3）,三、伏安特性电阻以电压为纵或横坐标，电流为横或纵坐标，画出的电压和电流的关系曲线叫该元件的伏安特性。,16,1.5电阻元件4,1.3电阻元件（4）,五、开路和短路的概念,无论电压u为多大，i=0A，则电阻R相当于无穷大，等效为开路。,开路,无论电压i为多大，u=0A，则电阻R相当于零，等效为短路。,短路,17,1.8电压源和电流源1,1.4独立电源：电压源和电流源,一、电压源(1),电压源符号为：,电压源的特点,电压源两端电压与外接电路无关；,流过电压源的电流与外电路有关。,R不同，i不同。,18,1.8电压源和电流源3,二、电流源(1),电流源符号为：,电流源的特点,电流源电流与外接电路无关；,电流源两端的电压与外电路有关。,R不同，u不同。,1.4独立电源：电压源和电流源,19,1.8电压源和电流源5,三、独立电源,电压源和电流源，它们不受外界电路的影响，作为电源或输入信号时，在电路中起“激励”作用，在电路中产生相应的电流和电压，这些电压和电流便是“响应”，而这类激励叫独立电源。,1.4独立电源：电压源和电流源,20,支路电路中没有分支的一段电路。结点电路中三条或三条以上支路的连接点。回路由一条或一条以上的支路所组成的闭合电路。网孔电路中的每一个网格，即未被其他支路分割的最简单回路。,1.5基尔霍夫定律（1）,21,1.10基尔霍夫定律3,一、基尔霍夫电流定律（KCL）,定律内容,在任何时刻，对任一结点，所有流出结点的支路电流的代数和恒等于零，即：,对任一结点：,（代数和）,规定：流出结点的电流前面为“+”；流入结点的电流前面为“-”。,流入和流出都是相对于参考方向而言。,22,1.10基尔霍夫定律4,1.5基尔霍夫定律（2）,KCL的推广,在任何时刻，通过任何一个闭合面（广义结点）的电流代数和恒等于零。,KCL的实质,流入结点的电流等于流出结点的电流。,23,1.10基尔霍夫定律5,例1：若I1=9A，I2=2A，I4=8A。求：I3,KCL,电流的参考方向与实际方向相反,I1I2+I3+I4=0,1.5基尔霍夫定律（3）,24,1.10基尔霍夫定律6,1.5基尔霍夫定律（4）,二、基尔霍夫电压定律（KVL）,定律内容,在任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零，即：,对任一回路：,（代数和）,规定：指定回路的绕行方向，支路电压方向与回路绕行方向一致时，前面为“+”；反之，前面取“-”。,注意：支路电压方向也是相对于参考方向来讲。,例：支路（2346）构成的回路1,25,1.10基尔霍夫定律7,1.5基尔霍夫定律（5）,KVL的推广,在任何时刻，通过任何一个闭合结点序列，前后结点之间的全部电压之和恒等于零。,KVL的实质,电压与路径无关。,26,1.10基尔霍夫定律8,1.5基尔霍夫定律（6）,例2：在下图所示直流电路中，I=1A，求电阻R和电压ux。,回路（1）：,回路（2）：,根据欧姆定律：,回路（3）：,27,1.6电位的计算,电位：任选某一结点为参考结点（其电位为零，即零电位点），其它结点与此参考结点之间的电压称为结点电压，简称为电位。,电位的符号为：,us1,us2,I,28,1.9受控电源1,1.7受控源（1）,受