中南大学电工学ppt第1讲电路的基本概念.ppt

电工学,52学时理论教学12学时实验理论内容有：1：直流电路2：交流电路3：三相电路4：一阶电路5：变压器6：电动机及继电器控制系统7：半导体二极管及应用8：三极管及基本放大电路9：集成运算放大电路10：组合逻辑电路11：时序逻辑电路,主要内容（64学时）,学习方法1掌握基本概念、基本理论和基本的分析方法2通过习题来巩固和加深所学理论、培养分析能力和运算能力3在实验中体会电学现象,考核方法平时成绩占30%考试成绩占70%,参考教材:电工学（多学时）电工学(秦曾煌)电工学（唐介）,作业做电工学1练习册上的作业。交作业时，写明专业班级、学号、姓名,1-1电路的作用、组成及电路模型,1-2电路变量及电路的参考方向,1-3理想电路元件,第1讲电路的基本概念及定律,1-1电路的作用、组成及电路模型,(1)实现电能的传输、分配与转换,(2)实现信号的传递与处理,1.电路的作用,电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。,2.电路的组成部分,电源:提供电能的装置,负载:取用电能的装置,中间环节：传递、分配和控制电能的作用,直流电源:提供能源,信号处理：放大、调谐、检波等,负载,信号源:提供信息,2.电路的组成部分,激励：电源或信号源的电压或电流，推动电路工作;响应:由激励所产生的电压和电流;,电路分析：在电路结构、电源和负载等参数已知的条件下，讨论激励和响应之间的关系。,3.电路模型,为了便于用数学方法分析电路，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。,电源,负载,负载,S,中间环节,手电筒的实体电路,手电筒的电路模型,用理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路模型。,理想电源元件,理想无源元件,理想电压源,理想电流源,电阻元件R,电感元件L,电容元件C,理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性惟一、精确，可以定量分析和计算。,1-2电路变量及电路的参考方向,一、电流和电流的参考方向,电流（又叫电流强度）,电流在数值上等于单位时间内通过导体截面积的电荷量，即：,电流的实际方向：正电荷定向移动的方向,若电流的大小和方向不随时间变化，则这种电流叫做恒定电流，也称为直流电流，常用大写字母I表示。,若电流的大小和方向都随时间变化，则称为交流电流，用小写字母i表示,电荷的定向移动形成电流。,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AB？,电流方向BA？,电流的参考方向,(1)在解题前先设定一个方向，作为参考方向；,解决方法,(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；,电流参考方向的表示方法,用箭头表示，如右图；,用双下标表示，如iAB,(1)“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。,(2)在以后的解题过程中，注意一定要先假定物理量的参考方向，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,例,已知：E=2V,R=1问：当U分别为3V和1V时，IR=?,二、电压和电压的参考方向,电压的参考方向表示,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。,若电压的大小和方向不随时间变化，则这种电压叫做恒定电压，也称为直流电压，常用大写字母U表示。,若电流的大小和方向都随时间变化，则称为交流电压，用小写字母u表示,三、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。,结点电位的概念：,四、电路中电位的概念,电压的概念：两点间的电压就是两点的电位差,某点电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。,注意：电位和电压的区别,五、能量,电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），时间单位为秒（s），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为：,指在一定时间内所吸收或发出功率的总量，用字母w表示。,六、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）。,功率是单位时间内所做的功，即：,七、电源与负载的判别,方法一：根据U、I的实际方向判别,电源：U、I实际方向相反（非关联）即电流实际从U“+”端流出，（发出功率）；,负载：U、I实际方向相同（关联）即电流实际从U“+”端流入，（吸收功率）。,方法二：由U、I参考方向判别：,(1)当U和I参考方向选择一致的前提下,()当U和I参考方向选择不一致的前提下,例：,已知：方框代表电源或负载，U=220V，I=-1A试问：哪些方框是电源，哪些是负载？,解：,(a)电压、电流实际方向非关联，故为电源；,(b)电压、电流实际方向关联，故为负载；,(c)电压、电流实际方向关联，故为负载；,(d)电压、电流实际方向非关联，故为电源。,1.3.1电阻元件,一、线性电阻（简称电阻）,根据欧姆定律：,电压单位为伏特，电流单位为安培，则电阻R单位为欧姆（W）。,G为电导，单位为西门子（S）。,欧姆定律在非关联参考方向情况下,电阻符号为：,1-3电路元件,二、电阻消耗的功率电阻一般把吸收的电能转换成热能消耗掉。,在关联参考方向下p=ui=i2R0，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，充电，以电场能量的形式储存；,WC0，充磁，以磁场能量的形式储存；,WL0，放磁，元件释放电能；,五、非线性电感非线性电感的电感系数L不等于一个常数，即：,电感是储能元件,不消耗有功功率,1.3.4电压源和电流源,一、电压源,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。,电压源的工作状态,电压源uS1工作在电源状态；电压源uS2工作在负载状态。,二、电流源,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。,电流源的工作状态,电流源iS1工作在电源状态；电流源iS2工作在负载状态。,无内阻的电压源即是理想电压源,输出电压恒定,即,特点,特点,有内阻的电压源即是实际电压源,输出电压不再恒定！,理想电压源,实际电压源,输出电流任意（随RL而定）,无内阻的电流源即理想电流源,特点,输出电流恒定,输出电压随RL而定,有内阻的电流源即实际电流源,特点,输出电压和电流均随RL而定,理想电流源,实际电流源,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，这类电源叫独立电源。,1.3.5受控电源,受控源又称为“非独立”电源。受控电压源的电压和受控电流源的电流都不是给定的时间函数，而是受电路中某一部分的电流或电压的控制。如：,受控源分为四类，分别如下图所示：,电压控制电压源（VCVS）,电压控制电流源（VCCS）,电流控制电