《电路分析基础》PPT课件...ppt

1,电路分析基础,2,本课程的基本要求,明确概念掌握理论学会分析熟悉应用,3,第一章电路的基本概念和基本定律,4,什么是电路(circuit)电流的通路叫电路电路是由若干个电气设备或器件按照一定方式组合起来，亦称电网络或网络（Network）。电路的组成(component)简而言之，电路由电源、负载、中间连接部分构成电路组成部分中的设备或器件，例如供电设备(电源,source)、用电设备(负载,load)、电阻器、电感器、电容器、晶体管、电子管等。激励与响应,1.1电路和电路模型,5,电路的作用：能量和信息两大领域1.电力系统：实现电能的传输和转换。能量是主要的着眼点。涉及大规模电能的产生、传输和转换(为其他形式的能量)，构成现代工业生产、家庭生活电气化等方面的基础。,1.1电路和电路模型,6,1.1电路和电路模型,2.信息与控制系统：信号的传递与处理。信息是主要的着眼点。电具有携带信息的能力，如日常的电话通信，计算机间信息的交流，工业生产的自动化控制等。电用作信息处理和交换的媒介已成为当代社会的显著特征。,7,实际电路部件与理想元件关系实际电路部件可以由一种或几种理想元件进行建模，以便于精确描述其电磁特性。例如，我们可以用电阻元件来描述灯泡，用电阻元件和理想电压源来描述干电池等。实际元件理想化，称为理想原件或集总参数元件。电路模型：由若干理想元件构成的电路即实际电路的电路模型。,1.1电路和电路模型,8,复杂的电路图,9,复杂的电路图,10,电路分析的目的分析计算电路中的某些电路变量及其变化规律。电路变量电流(单位：安培，A)电压(单位：伏特，V)功率(单位：瓦特，W)电流、电压的方向电流方向：正电荷的移动方向。电压方向：电位下降的方向。,1.2电流、电压的参考方向及功率,11,电压与电流的参考方向,参考方向：任意假定的电压、电流方向。为什么规定参考方向？在实际电路中，我们很难准确知道电流和电压在某个瞬时的实际方向。便于建立电路方程。如何表示参考方向？电压参考方向：+、-电流参考方向：如何选择参考方向？电压、电流参考方向可以任意规定，不影响分析结果采用关联参考方向/一致参考方向更为方便，也更为常用,12,电流的参考方向,电流参考方向的表示箭头双下标iab=-iba,13,电流的参考方向,已知电流的参考方向连同它的值，则可知其实际方向。在规定的参考方向下，电流为正值时，其实际方向与其参考方向相同，否则相反。,14,电流的参考方向,思考:已知I1=10A,I2=2A,I3=8A。试确定I1、I2、I3的实际方向。解I10,故I1的实际方向与参考方向相同，I1由a点流向b点。I20,故I3的实际方向与参考方向相同，I3由b点流向d点。,15,电压的参考方向,电压参考方向的表示箭头+-号双下标Uab=-Uba（Uab，a参考极性为+，b参考极性为-）,16,电压的参考方向,已知电压的参考方向连同它的值，则可知其实际方向。在规定的参考方向下，电压为正值时，其实际方向与其参考方向相同，否则相反。,17,关于功率,关联参考方向时功率的意义关联参考方向时，电压电流瞬时值的乘积表示元件吸收的瞬时功率。瞬时功率大于零，表示元件吸收功率，消耗能量。瞬时功率小于零，表示元件发出功率，提供能量。关于电源与负载当元件吸收功率时，称元件为负载。反之，则称元件为电源。,18,答案：该元件起负载作用，吸收功率。,19,1.3基尔霍夫定律KCL/KVL,电路分析中的几个基本术语支路：1）每一个二端元件构成一个支路。（或电路中的每个分支为一个支路）2）电路中的每一个分支为支路，一条支路流过同一个电流。节点：支路的连接点叫做节点。两个或两个以上的支路接于一点叫节点。简单节点：仅仅关联两个元件的节点。回路：由若干支路构成的，其中每一个节点只与两条支路相连接的闭合路径。网孔：内部不含其余支路的回路称作网孔。,20,支路、节点、回路、网孔,支路：1、2、3、4、5、6、7节点：、简单节点：回路：-等等。网孔：-思考:-是网孔吗?网孔一定是回路，但回路不一定是网孔。,21,基尔霍夫简介,基尔霍夫（GustavRobertKirchhoff，18241887），德国物理学家。被誉为“电路求解大师”。1824年3月12日生于普鲁士的柯尼斯堡（今为俄罗斯加里宁格勒），1887年10月17日卒于柏林。基尔霍夫在柯尼斯堡大学读物理，1847年毕业后去柏林大学任教，3年后去布雷斯劳作临时教授。1854年由化学家本生推荐任海德堡大学教授。1875年到柏林大学作理论物理教授，直到逝世。1845年，21岁时他发表了第一篇论文，提出了稳恒电路网络中电流、电压、电阻关系的两条电路定律，即著名的基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL），解决了电器设计中电路方面的难题。,22,基尔霍夫电流定律（KCL）,基尔霍夫电流定律是电荷守恒法则运用于集总电路的结果，反映电路中各支路电流间的约束关系。定律内容：对于集总参数电路中的任意节点，在任意时刻，该节点的电流代数和等于零。数学表达式：基尔霍夫电流方程也叫节点电流方程（KCL方程）,23,基尔霍夫电流定律（KCL）,基尔霍夫电流定律的另一种描述：任意瞬时，流入某节点的电流之和等于流出电流之和。基尔霍夫电流定律不仅适用于节点，同样适用于任一假想的封闭面。（如课本例题）基尔霍夫电流定律阐述了电路中任意一点的电流必须服从的规律，是电荷守恒定律的体现。,24,KCL示例,注意：首先需规定各支路电流的参考方向，可规定流入节点为，流出为+。,节点：,节点：,25,KCL定律的应用,思考：如图所示，两个电阻都为3，电源为3V,求图中电流I的值。,26,基尔霍夫电压定律（KVL）,基尔霍夫电压定律是能量守恒法则和电荷守恒法则运用于集总电路的结果，反映电路中各支路电压间的约束关系。定律内容：对于任一集总参数电路中的任一回路，在任意时刻，沿着该回路所有支路电压的代数和为零。数学表达式：基尔霍夫电压方程也叫回路电压方程（KCL方程）,27,基尔霍夫电压定律（KVL）,基尔霍夫电压定律的另一种描述：集总参数电路中，沿任意闭合回路绕行一周，电压降的代数和=电压升的代数和。基尔霍夫电压定律是能量守恒的结果，体现了电压与路径无关这一性质，是任一回路内电压必须服从的约束关系。,28,KVL示例,注意：首先需规定各支路电压的参考方向和回路的绕行方向。,回路1：,回路2：,回路3：,29,1.4电阻元件,电阻元件(电阻)电阻元件是从实际电阻器抽象出来的模型，反映电阻器对电流呈现阻力的性能。电阻元件的基本属性：“耗能”电阻的表示以符号R表示，电阻值单位：欧姆(Ohm)以符号G表示，电导值单位：西门子(Seimens)电阻与电导关系：,30,1.4电阻元件,电阻元件的U-I特性U-I特性：亦称伏安特性，反映元件电压与电流的关系。电阻元件在任一时刻的电压值(电流值)仅取决于电阻值和电阻元件的瞬时电流值（电压值），与其余时刻的电流值(电压值)无关。因此，电阻元件是一种“无记忆元件”。电阻元件分类线性电阻元件与非线性电阻元件（根据U-I曲线）非时变电阻元件与时变电阻元件（根据阻值的特性）分析重点：线性非时变电阻元件线性电阻元件的U-I特性(欧姆定律)：前提：电压和电流取关联参考方向,31,电阻元件分类,线性电阻元件的符号表示注意为一致参考方向,32,电阻元件的功率,电压电流参考方向不一致时的欧姆定律电阻消耗的瞬时功率电阻消耗的能量,参考方向一致时,参考方向不一致时,33,1.5独立电源,术语电路中的电源：独立电源：就是电压源的电压或电流源的电流不受外电路的控制而独立存在的电源。受控电源：是指电压源的电压和电流源的电流，是受电路中其它部分的电流或电压控制的电源。电压源和电流源,34,电压源,电压源(voltagesource)是一个二端元件，其端电压在任意瞬时与其端电流无关，（或者恒定不变-直流情况，或者按照某一固有的函数规律随时间变化）。电压源的端电流取决于负载电路电压源吸收的瞬时功率P=ui，当P0时，电压源吸收功率，起负载作用，反之起电源作用。在电压源旁并联电阻或其他元件不影响电压输出。,35,电压源的符号与U-I特性（VCR）,36,电流源,电流源是一个二端元件，其端电流在任意瞬时与其瑞电压无关，或者恒定不变(直流情况)，或者按照某一固有的函数规律随时间变化。电流源的端电压取决于外接负载电流源吸收的瞬时功率P=ui,当P0时，电流源吸收功率，起负载作用，反之起电源作用。在电流源旁串联电阻或其他元件不影响电流输出。,37,电流源的符号与U-I特性（VCR）,38,例题,分析电压源和电流源，哪个是负载？哪个是电源？,39,例题,负载电路中的电流及其两端的电压各为多少？分析功率平衡关系。,40,1.6受控源,受控源又称非独立源，与独立源不同，其电压(或电流)依赖于电路中另一支路的电压或电流。用于晶体管、场效应管等器件的建模和电路分析。受控源的组成受控源是一个双口元件，其输入端口为控制支路的端口，输出端为受控支路的端口。受控源的控制支路或为开路(输入电流为零)或为短路(输入电压为零)；受控源的受控支路的电压或电流受输入端口电压或电流的控制。线性受控源与非线性受控源线性受控源：受控源的电压(或电流)是控制支路电压或电流的线性函数。是我们学习的重点。非线性受控源：受控源的电压(或电流)是控制支路电压或电流的非线性函数。,41,4种受控源类型,电压控电压源（VCVS）控制变量、受控变量均为电压，常用作三极管电路模型的基本元件。输入端口和输出端口特性u-转移电压比或电压放大系数,42,4种受控源类型,电压控电流源（VCCS）控制变量为电压，受控变量为电流，常用作五极电子管和场效应管电路模型中的基本元件。输入端口和输出端口的特性g-转移电导,43