《电路C》ppt课件

1、绪绪 论论 在高兴中学习电路！在高兴中学习电路！ 1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型 作用作用a a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换； b b 信息的传送、控制与处置。信息的传送、控制与处置。 尺寸和构造相差很远。尺寸和构造相差很远。 由电工设备和电气器件按预期由电工设备和电气器件按预期 目的衔接构成的电流的通路。目的衔接构成的电流的通路。 特点特点 第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 反映实践电路部件的主要电磁性质反映实践电路部件的主要电磁性质 的理想电路元件及其组合。的理想电路元件及其组合。 二二. . 电路模型电路模型 s R L R s U 1

2、0 BA SE -T w all pl ate 导线导线 电池电池 开关开关 灯泡灯泡 电路图电路图 l理想电路元件理想电路元件 是构成电路模型的最小单元，是构成电路模型的最小单元， 具有某种确定的电磁性质和明具有某种确定的电磁性质和明 确的数学定义。确的数学定义。 理想导线理想导线 R=0R=0 5种根本的理想电路元件：种根本的理想电路元件： 电阻元件：表示耗费电能的元件电阻元件：表示耗费电能的元件 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

3、其它方式的能量转变成电压源和电流源：表示将其它方式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。 理想电路元件三个特征：理想电路元件三个特征： a a只需两个端子；只需两个端子； b b可以用电压或电流按数学方式描画；可以用电压或电流按数学方式描画； c c不能被分解为其他元件。不能被分解为其他元件。 1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 1 1、实践方向、实践方向 规定正电荷的运动方向为电流的实践方向规定正电荷的运动方向为电流的实践方向 l单位单位 1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A A安培、 kA、mA、A i 参考方向参考方向 AB 2、电流参考方向、电

4、流参考方向 恣意假设的电流方向即为电流参恣意假设的电流方向即为电流参 考方向。考方向。 i 0 i 0 参考方向参考方向 U + 参考方向参考方向 U + 0 吸收正功率 (实践吸收 ) P0 发出正功率 (实践发出 ) P0 发出负功率 (实践吸收 ) 2、u, i 取非关联参考方向取非关联参考方向 + + - -i u + + - - i u 例例 求图示电路中各方框所代表的元件吸求图示电路中各方框所代表的元件吸 收或产生的功率。收或产生的功率。 知： U1=1V U2= -3V U3=8V U4= -4V I=2A, 4 1 2 3 I + + + + U 4 U3 U2 U1 解解 W

5、221 11 IUP W62) 3( 22 IUP W1628 33 IUP W82)4( 44 IUP 对一完好的电路，满足：发出的功率吸收的功率对一完好的电路，满足：发出的功率吸收的功率 4 1 2 3 I + + + + U 4 U3 U2 U1 ）（发出发出 （吸收） （吸收） （吸收） 1.4 1.4 电路元件电路元件 是组成电路的最根本单元。是组成电路的最根本单元。 由集总元件构成的电路由集总元件构成的电路 集总元件：集总元件： 假定发生的电磁过程都集中在假定发生的电磁过程都集中在 元件内部进展。元件内部进展。 集总参数电路中集总参数电路中u u、i i 可以是时间的函可以是时间的

6、函 数，但与空间坐标无关。因此，任何时辰，流数，但与空间坐标无关。因此，任何时辰，流 入两端元件一个端子的电流等于从另一端子流入两端元件一个端子的电流等于从另一端子流 出的电流；端子间的电压为单值量。出的电流；端子间的电压为单值量。 特点 1.5 1.5 电阻元件电阻元件 1 1、电路符号、电路符号 R 任何时辰元件的端电压与电流成正比。任何时辰元件的端电压与电流成正比。 二、 ui 关系 R 称为电阻，单位： GuRui G 称为电导，单位：S u、i 取关联参考方向取关联参考方向 Riu u i 0 R u i + u R i i G u u、i 取非关联参考方向取非关联参考方向 电阻元件

7、在任何时辰总是耗费功率的。电阻元件在任何时辰总是耗费功率的。 p u i i2R u2 / R 1、功率、功率 R u i - -+ + 从从 t0 t0 到到 t t 电阻耗费的能量：电阻耗费的能量： t t t t R uipW 00 dd 2、能量、能量 l 短路短路 0 0ui Gor R 0 l 开路开路 0 0ui 0 Gor R R i u + u + i 实践电阻器实践电阻器 实践电阻器实践电阻器 1.6 电压源和电流源电压源和电流源 l电路符号电路符号 一一. .理想电压源理想电压源 1 1、定义、定义 S u + _ 理想的两端元件，两端电压是时间理想的两端元件，两端电压是

8、时间 的函数，与流过它的电流的函数，与流过它的电流 i 无关。无关。 经过电压源的电流由电源及外电路经过电压源的电流由电源及外电路 共同决议。共同决议。 2 2、理想电压源的特点、理想电压源的特点 u i S u 直流电压源直流电压源 的伏安关系的伏安关系 1电压源不能短路。电压源不能短路。 0 2假设假设uS=0，电压源用短路替代。，电压源用短路替代。 3理想电压源的内阻理想电压源的内阻R=0。 + _ i u + _ V0 i u + _ + _ i u + _ S u 3、电压源的功率、电压源的功率 电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联； + _ i u + _ S u 0

9、 iuP S 发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用 0 iuP S 吸收功率，充任负载吸收功率，充任负载 例例 计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率 解解V5)510( R u A1 5 5 R u i R W515 2 RiP R W10110 10 iuP SV W515 5 iuP SV 发出发出 吸收吸收 吸收吸收 满足：满足：P发发P吸吸 5R i +_ R u + _ 10V5V - + 电路符号电路符号 二二. .理想电流源理想电流源 1 1、定义、定义 理想的两端元件，其输出电流是时理想的两端元件，其输出电流是时 间的函数，与它的两端电压无关。间的函数，与它的两

10、端电压无关。 电流源两端的电压由电源及外电路电流源两端的电压由电源及外电路 共同决议。共同决议。 S i u i S i 直流电流源的直流电流源的 伏安关系伏安关系 0 2 2、理想电流源的特点、理想电流源的特点 1电流源不能开路。电流源不能开路。 2假设假设iS=0，电流源用开路替代。，电流源用开路替代。 3理想电流源的内阻理想电流源的内阻.R u + _ S i u + _ A0 3、电流源的功率、电流源的功率 u + _ S i 电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联； 发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用 0 S uiP 吸收功率，充任负载吸收功率，充任负载0 S

11、uiP 例例计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率 解解 V5u W1052 2 uiP SA W1025 5 SSV iuP 发出发出 吸收吸收 满足：满足：P P发发P P吸吸 u 2A + _ 5V - + 实践电源实践电源 干电池 钮扣电池 1. 1. 干电池和钮扣电池化学电源干电池和钮扣电池化学电源 干电池电动势干电池电动势1.5V1.5V，仅取决于糊状化学资料，其大，仅取决于糊状化学资料，其大 小决议储存的能量，化学反响不可逆。小决议储存的能量，化学反响不可逆。 钮扣电池电动势钮扣电池电动势1.35V1.35V，用固体化学资料，化学反响不可逆。，用固体化学资料，化学反响不

12、可逆。 氢氧燃料电池表示图 2. 2. 燃料电池化学电源燃料电池化学电源 电池电动势电池电动势1.23V1.23V。以氢、氧作为燃料。约。以氢、氧作为燃料。约40-45%40-45%的化学能的化学能 转变为电能。实验阶段加燃料可继续任务。转变为电能。实验阶段加燃料可继续任务。 3. 3. 太阳能电池光能电源太阳能电池光能电源 一块太阳能电池电动势一块太阳能电池电动势0.6V0.6V。太阳光照射到。太阳光照射到P-NP-N结上，结上， 构成一个从构成一个从N N区流向区流向P P区的电流。约区的电流。约 11%11%的光能转变为电能。的光能转变为电能。 一个50cm2太阳能电池的电动势0.6V,

13、电流0.1A 太阳能电池表示图 太阳能电池板太阳能电池板 蓄电池表示图 4. 4. 蓄电池化学电源蓄电池化学电源 电池电动势电池电动势2V2V。运用时，电池放电，当电解液浓度小。运用时，电池放电，当电解液浓度小 于一定值时，电动势低于于一定值时，电动势低于2V2V，常要充电，化学反响可逆。，常要充电，化学反响可逆。 直流稳压源直流稳压源 变频器变频器 函数发生器函数发生器 发电机组发电机组 发电机组发电机组 1.7 1.7 受控电源受控电源( (非独立源非独立源) ) 电路符号电路符号 + 受控电压源受控电压源 一一. .定义定义 受控电流源受控电流源 电压或电流的大小和方向不是给定电压或电流

14、的大小和方向不是给定 的时间函数，而是受电路中某个地方的电压的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电或电 流流)控制的电源，称受控源。控制的电源，称受控源。 g: 转移电导 电压控制电流源电压控制电流源 ( VCCS ) 12 gui 电压控制电压源电压控制电压源 ( VCVS ) 12 uu : 电压放大倍数 gu1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + i1 u1 + _ u2 i2 _ u1 + _ 电流控制电压源电流控制电压源 ( CCVS ) ( CCVS ) 12 riu r : 转移电阻 下 页上 页 ri1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + _ 返 回 b i1 +

15、 _ u2 i2 _ u1 i1 + 电流控制电流源电流控制电流源 ( CCCS ) b b : : 电流放大倍数电流放大倍数 12 iib 例例 b i c i bc ii b 电路模型电路模型 bib icib 3.3.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较 独立源电压独立源电压( (或电流或电流) )由电源本身决议，与电由电源本身决议，与电 路中其它电压、电流无关，而受控源电压路中其它电压、电流无关，而受控源电压( (或或 电流电流) )由控制量决议。由控制量决议。 独立源在电路中起独立源在电路中起“鼓励作用，在电路中产生鼓励作用，在电路中产生 电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电

16、电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电 压或电流对另一处的电压或电流的控制关系，压或电流对另一处的电压或电流的控制关系， 在电路中不能作为在电路中不能作为“鼓励。鼓励。 例例求：电压求：电压u2u2 解解 Ai2 3 6 1 Viu10 255 12 5i1 + _ u2 _ i1 + +- 3 u1=6V 1.8 1.8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律 KCLKCL和基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电压定律( KVL )( KVL )。它反。它反 映了电路中一切支路电流和电压所遵照的根映了电路中一切支路电流和电压所遵照的根 本规律，是分

17、析集总参数电路的根本定律。本规律，是分析集总参数电路的根本定律。 基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的 根底。根底。 下 页上 页返 回 一一. .常用术语常用术语 电路中经过同一电流的分支。电路中经过同一电流的分支。 a b + _ R1 uS1 + _ uS2 R2 R3 支路支路 i3 i 2 i1 结点结点 三条或三条以上支路的衔接三条或三条以上支路的衔接 点称为结点。点称为结点。 由支路组成的闭合途径。由支路组成的闭合途径。 对平面电路，其内部不含任何支对平面电路，其内部不含任何支 路的回路称网孔。路的回路称网孔。 12 3 回路回路 网孔网孔

18、 网孔是回路，但回路不一定是网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。 + _ R1 uS1 + _ uS2 R2 R3 留意 二二. .基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)(KCL) 令流出为令流出为“+ +，有：，有： 在集总参数电路中，恣意时辰，任一结点电流在集总参数电路中，恣意时辰，任一结点电流 的代数和等于零。的代数和等于零。 m ti 1b 0)(出入 ii or 1 i 4 i 3 i 2 i 0 4321 iiii 4321 iiiior 0 641 iii 0 542 iii 0 653 iii 三式相加得：三式相加得： 0 321 iii KCL可推行运用于电路中包围多

19、个结点 的任一闭合面。 1 3 2 5 i 6 i 4 i 1 i 3 i 2 i 阐明 KCL是电荷守恒和电流延续性原理在电路中 恣意结点处的反映； KCL是对结点处支路电流加的约束，与支路 上接的是什么元件无关，与电路是线性还是 非线性无关； KCL方程是按电流参考方向列写的，与电 流实践方向无关。 总结 三三. .基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 (KVL)(KVL) m tu 1b 0)( 标定各元件电压参标定各元件电压参 考方向考方向 选定回路绕行方向，选定回路绕行方向， 顺时针或逆时针顺时针或逆时针. . 在集总参数电路中，任一时辰，沿任一回路，在集总参数电路中，任一时辰，沿任一回

20、路， 一切支路电压的代数和恒等于零。一切支路电压的代数和恒等于零。 US 4 U3 U 2 + US 1 _ + _ US1+U2+U3+US4= 0 KVL也适用于电路中任一假想的回路。 例例 0 12 UUUU Sba a U s b _ _ - + + + U 2 U 1 KVL的本质反映了电路服从能量守恒定律; KVL是对回路中的支路电压加的约束，与回路 各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性 还是非线性无关； KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实践 方向无关。 总结 Ai i KCL 5)2(3 03)2( 所以 解：列 A3 A2 ? i 3 3 5 1 4 1。 四、例题分

21、析四、例题分析 Vu u KVL 15 010205 解：列 V5 ? u V10 V20 2。 Vu u KVL 12 05413 解：列 + +- - - 4V 5V 1A +- u =? 3.3. 3 求：求：u=?u=? p1A=? p4V=? p1A=? p4V=? 吸收 发出 WP WP V A 414 12112 4 1 01010 1 I KVL列解解 AI1 1 A II KCL 211 1 1 列 I 1 10V + - 1A I =? 10 4. 求：求： I=？ P1A =？ P10V = ？ 功率发出 WWP WP V A 1010) 1(10 001 10 1 解解

22、 A I KCL 7 310 列 024IUI KVL列 V I IIU 14 2 42 4I + - 10A U =? 2 5.+ - 3A I=？ 求：求：I=? U=? P4I发出发出=? W。 WIP 84 8434 发出功率 吸收 解解AI1 55 10 2 VI IIIUKVL 22 2553 2 222 列 10V + + - - 3I2 U=? I =05 6. 5 - + 2I2 I2 5 + - 求：求：I2=? U=? 受控电流源受控电流源 P2I2发出发出 =? W IP 20 45 )2(5 2 2 发出 US 解解 12 IRU 111 RUII S 又 )1( 1 1 R U I S )1 ( 1 2 R UR U S )1 ( 1 2 1 R U IUP S SUS 22 1 2 2 2 2 122 )1 ( )( R U RIRP S R + + - I1 U=? 7. R2