第一章+集总电路的分析基础.ppt

第1章集总电路的分析基础,本章内容,返回,1.电压、电流的参考方向,3.电路元件的特性,本章重点：,2.基尔霍夫定律,1.1电路和电路模型,1.实际电路,功能,a能量的传输、分配与转换；b信息的传递、控制与处理。,电源：提供能源或信号源。,由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。,下页,上页,组成,返回,负载：消耗能源或处理信号。,中间环节：联系电源和负载。,2.理想电路元件,电路图,理想电路元件,在一定条件下，突出实际器件的主要的电磁性能，忽略其次要的电磁性能，具有单一电磁性能的元件。,下页,上页,返回,5种基本的理想电路元件：,电阻元件：表示消耗电能的元件,电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件,电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件,电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。,5种基本理想电路元件有三个特征：（a）只有两个端子；（b）可以用电压或电流按数学方式描述；（c）不能被分解为其他元件。,下页,上页,注意,返回,具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一电路模型表示；同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。,下页,上页,例,电感线圈的电路模型,注意,返回,由理想元件及其组合代表实际电路元件，与实际电路具有基本相同的电磁性质，称其为电路模型。,*电路模型是由理想电路元件构成的。,例:,3.电路模型,下页,上页,返回,电路图,4.集总假设,集总参数元件：理想电路元件只表现一种电或磁的性能,并认为其电磁过程都集中在元件内部进行,这种元件称为集总参数元件.,集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。,一个实际电路要能用集总参数电路近似，要满足如下条件：即实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波的波长。,=/f,下页,上页,返回,1.2电流和电压的参考方向,电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。,1.电流的参考方向,电流,电流强度,带电粒子有规则的定向运动,单位时间内通过导体横截面的电荷量,下页,上页,返回,方向,规定正电荷的运动方向为电流的实际方向,单位,1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6A,A（安培）、kA、mA、A,元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:,对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。,下页,上页,问题,返回,参考方向,任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。,i0,i0吸收正功率(实际吸收),P0吸收正功率(实际吸收),P0,puii2Ru2/R,功率,下页,上页,表明,返回,从t0到t电阻消耗的能量：,4.电阻的开路与短路,能量,短路,开路,下页,上页,0,0,返回,返回,下页,上页,实际电阻器,设备和器件规定了工作时允许最大电流、最高电压和最大功率等，这些数值统称为额定值，如额定电流、额定电压和额定功率，分别用IN、UN和PN表示。在选用电器设备和器件时，应使其工作时的电流、电压和功率不超过额定值，但一般也不要低于它。由于电流、电压和功率之间存在一定的关系，故IN、UN和PN也不需要全部标出。例如，灯泡只给出UN和PN（如220V，100W），电阻器只标出电阻值和PN（如1K，2W）。,例1-5-1有一个400、1W的电阻，试问该电阻使用时，电流、电压不得超过多大数值？,二、电容元件,电容器,在外电源作用下，正负电极上分别带上等量异号电荷，撤去电源，电极上的电荷仍可长久地聚集下去，是一种储存电能的部件。,下页,上页,电导体由绝缘材料分开就可以产生电容。,注意,返回,1.定义,电容元件,储存电能的两端元件。任何时刻其储存的电荷q与其两端的电压u能用qu平面上的一条曲线来描述。,下页,上页,库伏特性,o,返回,任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压u成正比。qu特性曲线是过原点的直线。,下页,上页,2.线性时不变电容元件,电容器的电容,返回,电路符号,F(法拉),常用F，pF等表示。,单位,下页,上页,1F=106F1F=106pF,返回,3.电容的电压电流关系,电容元件VCR的微分形式,下页,上页,u、i取关联参考方向,返回,当u为常数(直流)时，i=0。电容相当于开路，电容有隔断直流作用；,下页,上页,表明,某一时刻电容电流i的大小取决于电容电压u的变化率,而与该时刻电压u的大小无关。电容是动态元件；,返回,实际电路中通过电容的电流i为有限值，则电容电压u必定是时间的连续函数。,下页,上页,返回,某一时刻的电容电压值与-到该时刻的所有电流值有关，即电容元件有记忆电流的作用，故称电容元件为记忆元件。,表明,下页,上页,研究某一初始时刻t0以后的电容电压，需要知道t0时刻开始作用的电流i和t0时刻的电压u（t0）。,电容元件VCR的积分形式,返回,当电容的u，i为非关联方向时，上述表达式前要冠以负号;,下页,上页,注意,上式中u(t0)称为电容电压的初始值，它反映电容初始时刻的储能状况，也称为初始状态。,返回,4.电容的功率和储能,当电容充电，p0,电容吸收功率。,当电容放电，p0,电感吸收功率。,当电流减小，p0，实际吸收；P0实际发出,5、电阻元件,电压和电流取关联参考方向时,uRi,或iGu,电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线。,电压和电流取非关联参考方向时,uRi或iGu,p吸ui(Ri)ii2Ru(u/R)u2/R,p吸uii2Ru2/R,短路和开路的概念,6、电容元件,电压和电流取关联参考方向时,电容是一个具有记忆的元件。,电容是一个动态元件，对于直流相当于开路。,q=Cu,7、电感元件,电压和电流取关联参考方向时,电感是一个具有记忆的元件。,电感是一个动态元件，对于直流相当于短路。,=Li,8、电压源,特点：,(a)电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；,(b)通过它的电流是任意的，由外电路决定。,电压源允许开路，不允许短路。,p发-uSi(i,us非关联）,电压源既可以发出功率，也可以吸收功率。,9、电流源,特点：,电流源允许短路，不允许开路。,p发-uiS(is,u非关联）,电流源既可以发出功率，也可以吸收功率。,(a)电源电流由电源本身决定，与外电路无关；,(b)电源两端电压是任意的，由外电路决定。,10、受控源,控制量可以是电压或电流，被控制量也可以是电压或电流，共有四种组合。,受控源不能单独作用，但在电路分析时可以作为独立源来处理，一定要注意它的输出（电压或电流）是取决于控制量的。,受控电压源,受控电流源,11、基尔霍夫定律,支路、结点、回路和网孔的概念,电流定律(KCL)：在任何集总参数电路中，在任一时刻，流出(流入)任一节点的各支路电流的代数和为零。,电压定律(KVL)：在任