第一章集总参数电路中电压、电流的约束关系.ppt

电路分析基础,讲述人：陈丹控制工程学院联系方式：科教楼103室E-mail：cdan教师课件：陈丹（cdan）,课程性质：专业基础课课程目标：理解基本概念、基本定律、基本定理；掌握基本分析方法。学时：64学时教材：电路分析基础李瀚荪编高等教育出版社参考书：电路邱关源编高等教育出版社电路分析导论吴锡龙编高等教育出版社,绪论,讲授方法：讲授、讨论学习方法与要求：1）深刻理解:基本概念、基本定律、基本定理。2）熟练掌握各种电路的基本分析方法并灵活运用。3）认真听课，做好笔记。4）学和练有机结合。5）阅读参考书。作业：准备两个作业本,每周上交一次。成绩评定：教、考分离，考试80%（闭卷考试），平时20%。,电路分析基础的基本内容：第一篇：电阻电路分析（14章）第二篇：动态电路的时域分析（57章）第三篇：动态电路的相量分析（812章）,电路分析基础的基本结构：一个假设（集总假设）两类约束（KCL、KVL，VCR）三大基本方法（叠加、分解、变换域）叠加方法的理论基础是叠加定理分解方法的理论基础是置换定理、戴维南定理、诺顿定理变换域方法包含相量分析法,第一章集总参数电路中电压、电流的约束关系,1-1电路及集总电路模型,一、电路（网络）,实际电路,1.定义,若干个电器元件或设备按一定方式连接而构成的电流通路。,1-1电路及集总电路模型,2.作用（1）能量转换：实现电能传送、转换等。（2）信号处理：实现电信号产生、加工、传输、变换等。,电气图用元件图形符号表示的各部、器件相互连接关系的图。,电容器,线圈,电阻器,晶体管,运算放大器,电池,1-1电路及集总电路模型3.实际电路中常见的组成部件和器件,.集总参数元件当实际电路尺寸远小于其最高工作频率所对应的波长时的电路元件，称为集总参数元件，或叫做理想电路元件，只反映一种基本电磁现象。理想电源元件：如独立电压源与电流源理想负载元件：电阻器（消耗电能）、电容器（电场）、电感器（磁场）理想耦合元件，包括受控源、耦合电感器、理想变压器、回转器等。,1-1电路及集总电路模型,二、集总参数电路模型,理想电路,2.电路模型理想元件组成的电路，分为电阻电路和动态电路。电路图用元件图形符号表示的电路模型。,1-1电路及集总电路模型,手电筒电路,常用电路图来表示电路模型,(a)实际电路(b)电原理图（电气图）(c)电路模型（电路图）(d)拓扑结构图,3.电路分类,线性非线性,时变时不变,集总参数分布参数,静态动态,激励与响应满足叠加性和齐次性的电路。,电路元件参数不随时间变化。,电路几何尺寸远小于最小工作波长的电路。,含有动态元件的电路。,C=3x108m/s,1-2电路分析常用基本变量,一、电流定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量单位：安培（库仑/秒）,符号：,分类：,1）恒定电流：电流的大小和方向不随时间变化。简称直流(dc或DC)，一般用符号I表示。2）时变电流：电流的大小和方向随时间变化。一般用符号i表示。3）交流电流:电流的大小和方向随时间作周期性变化且平均值为零的时变电流。简称交流(ac或AC)。,(电流、电压及功率),1-2电路分析常用基本变量,求出电流后，若i0表真实方向与参考方向同，若i0表真实方向与参考方向反。,注意：无参考方向，电流的正负无意义。参考方向一旦选定，中途不得更改。,电流参考方向的表示,方向：1）实际方向：规定为正电荷运动的方向2）参考方向：任意假定的方向。,例1：已知电流的方向由a到b,大小为2A.问如何表示这一电流?,解：有两种表示法：,1、参考方向与实际方向一致,I=2A,2、参考方向与实际方向相反,I=-2A,1-2电路分析常用基本变量,解：,1、i=1A电流的实际方向与参考方向一致,即由b到a。,2、i=-1A电流的实际方向与参考方向不一致，即由a到b。,例2：选电流i的参考方向如图。若算出i=1A或i=-1A,求电流i的实际方向。,1-2电路分析常用基本变量,1-2电路分析常用基本变量,二、电压定义：单位正电荷在电场中从A点移动到B点时所获得或失去的能量,单位：伏特（焦耳/库仑），符号：V,分类：,1）恒定电压：电压的大小和极性不随时时间变化。简称直流(dc或DC)，一般用符号U表示。2）时变电压：电压的大小和方向随时间变化。一般用符号u表示。3）交流电压:电压的大小和方向随时间作周期性变化且平均值为零的时变电压。简称交流(ac或AC)。,方向：实际方向：规定为从高电位指向低电位参考方向：任意假定的方向，用“+”、“-”表示,1-2电路分析常用基本变量,计算出u后，若u0，表真实极性与参考极性同若u0时，元件吸收功率；当p0，则表示该元件或电路吸收功率，p05）无记忆元件：i(t)=u(t)G,G单位：S(西门子),1-4电阻元件,电路符号,作业：P55习题1-13,上节课内容回顾,1.KCL的含义?推广?2.KVL的含义?推广?3.线性时不变电阻和电导元件的特性,1-5理想电压源元件（有源二端元件）,激励和响应：,作为能源形式向电路输入的u,i,在电路的任意部分引起的u,i,激励电压，激励电流,响应电压，响应电流,激励源（独立源)分：,+us1-,+us2-,+u1-,Is1,-u5+,+u2-,-u6+,I2,I1,I6,独立电压源（电压激励）,独立电流源（电流激励）,1.定义能独立向外电路提供恒定电压的二端元件。,2.符号表示,3.伏安关系平行于i轴的一条直线。,+Us-,4.特点：恒压不恒流,UsuS（t）,（端电压u与i无关，电流i由外电路确定）。,Us=10V,1-5理想电压源元件（有源二端元件）,串联时u=us1+us2-us3,5.电压源的串并联,1-5理想电压源元件（有源二端元件）,+u-,并联时u=us1=us2=us3并联时，电压源的电压应极性相同，大小相等,+u-,例11,计算图示电路各元件的功率。,解：,提供,吸收,吸收,满足：P（提供）P（吸收）,1-5理想电压源元件（有源二端元件）,注意：电压源既可产生功率，也可吸收功率。,1.定义能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。,2.符号表示,3.伏安关系平行于u轴的一条直线。,Is,4.特点：恒流不恒压,Is,（电流i与u无关，端电压u由外电路确定）。,Is=2A,1-6理想电流源元件（有源二端元件）,串联时i=is1=is2电流源极性相同，大小相等，否则不允许并联时i=is1+is2,5.电流源的串并联,1-6理想电流源元件（有源二端元件）,例12,计算图示电路各元件的功率。,解,提供,吸收,满足：P（提供）P（吸收）,1-6理想电流源元件（有源二端元件）,作业：P55习题1-15（右图）、1-20,1.定义电压或电流的大小和方向受电路中其他地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。,1-7受控源元件（有源多端元件）,受控电压源,受控电流源,2.符号表示,3.电路结构特征：具有两条支路：受控电流源或电压源所在支路受控支路控制电流或电压所在支路控制支路,4.受控源电路模型,（1）电压控制电压源,（2）电压控制电流源,（VCVS),（VCCS),I1=0U2=U1:转移电压比,I1=0I2=gU1g:转移电导,例:电子三极管,例:场效应管,1-7受控源元件（有源多端元件）,I1,I1,I2,（3）电流控制电压源,（4）电流控制电流源,I1,I1,I1,I1,（CCVS),（CCCS),U1=0U2=I1：转移电阻,U1=0I2=I1：转移电流比,例:直流发电机,例:晶体三极管,+U2_,1-7受控源元件（有源多端元件）,1-7受控源元件（有源多端元件）,5、线性时不变受控源特点：,（1）非独立的电源：不能独立向外电路提供能量。,（2）具有两重性：电源性、电阻性。,注意：独立电源在电路中可以独立地起“激励”作用，是实际电路电能或电信号的“源泉”。,受控源是描述电子器件中某一支路对另一支路控制作用的理想模型，本身不直接起“激励”作用。,例13：,图示电路，求电压U和电流I。,解：,-2-2I-2I-6U+10=0,由KVL，有,-4I-6U=-8,又有,U=2I+2,联立解得,U=1.5v,I=-0.25A,受控源:,(具有电源性),P=6UI,=-2.25W,若受控源:6UU,U=4vI=1A,(具有电阻性),1-7受控源元件（有源多端元件）,解：根据KVL,u4=u3+u2,u3=104i=u4,u4=u4+u2=u420u1,因为,所以,由此可得,求u4与u1之比。,例14：,1-7受控源元件,作业：P57习题1-24、1-25,1-8分压公式和分流公式,1.分压电路,串联电阻电路对总电压有分压作用,2.分压公式,并联电阻电路对总电流有分流作用,1-8分压公式和分流公式,3.分流电路,4.分流公式,两类约束（1）拓扑约束（KCL，KVL）：与电路支路性质无关，只取决于电路的连接结构（结构约束）,（2）元件约束（支路VCR)：取决于支路元件的性质（支路约束）,说明：利用两类约束可以直接列写电路方程求解电路，因此这两类约束是电路分析的基本依据。,1-9两类约束及KCL、KVL的独立性,例：,图示电路，求电压u、电流I1和电阻R。,I1,I2,I3,I4,解：,I3=-1A,I2=3A,u=2I2-2,=4v,由KVL，有,u-U1-2I3+2=0,U1=8vI4=1A,I1=I+I4,由KCL，有,=2A,由KVL，有,U1=3U1RI1,故R=8,练习：图示电路，i1=3A,u2=4V。求电流i、电压u、us和电阻R,并求电源、受控源发出的功率。,