武汉理工大学电路学习教案

1、会计学1武汉理工大学电路武汉理工大学电路(dinl)第一页，共49页。1.1 电路(dinl)和电路(dinl)模型（model)1. 实际(shj)电路功能(gngnng)a 能量的传输、分配与转换；b 信息的传递与处理。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。10BASE-T wall plate导线电池开关灯泡第1页/共49页第二页，共49页。激励：电源或信号源的电压或电流(dinli)，也称为输入。响应(xingyng)：由激励在电路各部分产生的电压和电流，也称为输出。电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励和响应(xingyng)间的关系。电路理论：研究

2、电路中发生的电磁现象，并用电流、电荷、电压、磁通等物理量描述其过程。 电路理论主要用于计算电路中各器件的端子电流和端子间的电压，并不涉及内部发生的物理过程。2. 基本概念第2页/共49页第三页，共49页。 反映实际电路部件的主要电磁 性质(xngzh)的理想电路元件及其组合。10BASE-T wall plate导线(doxin)电池(dinch)开关灯泡3. 电路模型 (circuit model)sRLRsU电路图l理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件l电路模型本书讨论的电路不是实际电路，而是其电路模型。第3页/共49页第四页，共49页。注同一实际(shj)电路部件在不同的应用条件下

3、，其 模型可以有不同的形式第4页/共49页第五页，共49页。1.2 电流和电压的参考(cnko)方向 (reference direction) 电路中的主要物理量有电压、电流(dinli)、电荷、磁通、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(dinli)、电压和功率。1. 电流(dinli)的参考方向 (current reference direction)tqitlim)(0deftl电流l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第5页/共49页第六页，共49页。l 方向(fngxing)规定正电荷的运动(yndng)方向为电流的实际方向l 单

4、位(dnwi)1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（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: 实际方向实际方向AABB问题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第6页/共49页第七页，共49页。l参考(cnko)方向i 参考(cnko)方向大小(dxio)方向电流(代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。ABi 参考方向i 参考方向i 0i 0实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：AABB第7页/共49页第八页，共49页。电流参考(cnko)方向的两种表示： 用箭头(jintu)表示：箭头(ji

5、ntu)的指向为电流的参考方向。 用双下标表示：如 iAB , 电流(dinli)的参考方向由A指向B。第8页/共49页第九页，共49页。l电压(diny)U2. 电压(diny)的参考方向 (voltage reference direction)两点之间的电位(din wi)之差。l 实际电压方向 电位真正降低的方向第9页/共49页第十页，共49页。问题(wnt)复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向(fngxing)往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。l 电压(diny)(降)的参考方向U 0参考方向U+实际方向+实际方向参考方向U+U假设的电位降低方向第10页/共49页

6、第十一页，共49页。电压参考方向(fngxing)的三种表示方式：(1) 用箭头(jintu)表示(2) 用正负极性表示(biosh)(3) 用双下标表示UU+ABUAB第11页/共49页第十二页，共49页。 如果指定流过元件的电流的参考(cnko)方向是从标以电压正极性的一端指向负极性的一端，即两者的参考(cnko)方向一致，则称为关联参考(cnko)方向。反之，当两者的参考(cnko)方向不一致时，则称为非关联参考(cnko)方向。关联参考(cnko)方向非关联参考(cnko)方向3. 关联参考方向i+-+-iUU第12页/共49页第十三页，共49页。注(1) 分析电路前必须选定电压和电流

7、(dinli)的参考方向。(2) 参考(cnko)方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。（3）参考方向不同时(tngsh)，其表达式相差一负号，但实际 方向不变。例ABABiU电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？答： A 电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。第13页/共49页第十四页，共49页。1.3 电功率和能量(nngling)1. 电功率twpdd uitqqwtwp dddddd功率的单位(dnwi)：W (瓦) (Watt，瓦特)能量的单位(dnwi)： J (焦) (Joule，

8、焦耳)单位时间内电场力所做的功。qwudd tqidd 第14页/共49页第十五页，共49页。2. 电路吸收(xshu)或发出功率的判断l u, i 取关联(gunlin)参考方向P=ui 表示元件(yunjin)吸收的功率P0 吸收正功率 (实际吸收)P0 发出正功率 (实际发出)P0 发出负功率 (实际吸收)l u, i 取非关联参考方向+-iu+-iu第15页/共49页第十六页，共49页。例564123I2I3I1+-U6U5U4U3U2U1求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生(chnshng)的功率。已知： U1=1V, U2= -3V,U3=8V, U4= -4V,U5=7V,

9、U6= -3VI1=2A, I2=1A, I3= -1A 解（发出）WIUP221111），实际发出（吸收WWWIUP6662)3(122（吸收）WIUP1628133（吸收）WIUP3) 1()3(366），实际发出（吸收WWWIUP777) 1(7355），实际发出（吸收WWWIUP4441)4(244第16页/共49页第十七页，共49页。1.4 电路(dinl)元件 1.按与外部连接的端子(dun z)数目可分为：二端、三端、四端元件等2.线性元件和非线性元件3.时不变元件和时变元件4.无源元件和有源元件分类(fn li)集总参数元件在任何时刻，流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另一

10、个端子流出的电流，且两个端子之间的电压为单值量。第17页/共49页第十八页，共49页。1.5 电阻(dinz)元件 (resistor)2 . 线 性 定 常 电 阻(dinz)元件l 电路(dinl)符号R电阻元件对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用ui平面的一条曲线来描述：0 ),(iufiu任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。1. 定义伏安特性第18页/共49页第十九页，共49页。l ui 关系(gun x)R 称为(chn wi)电阻，单位： (欧) (Ohm，欧姆)满足(mnz)欧姆定律 (Ohms Law)GuRui iuR uil 单位G 称为电导，单位： S(西门子) (Si

11、emens，西门子) u、i 取关联参考方向Rui+-伏安特性为一条过原点的直线Riu 第19页/共49页第二十页，共49页。(2) 如电阻上的电压(diny)与电流参考方向非关联 公式中应冠以负号注(3) 说明线性电阻(dinz)是无记忆、双向性的元件欧姆定律(1) 只适用(shyng)于线性电阻，( R 为常数）则欧姆定律写为u R i i G u公式和参考方向必须配套使用！Rui+-第20页/共49页第二十一页，共49页。3. 功率(gngl)上述结果说明(shumng)电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p u i i2R u2 / R功率(gngl)：Rui+-第21页/共49页第二十

12、二页，共49页。Riu+4. 电阻(dinz)的开路与短路l 短路(dunl)00 ui G or R0l 开路(kil)00 ui 0 G or Rui第22页/共49页第二十三页，共49页。 1.6 电压(diny)源和电流源 其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流 i 无关的元件(yunjin)叫理想电压源。l 电路(dinl)符号1. 理想电压源l 定义iSu+_第23页/共49页第二十四页，共49页。 电源两端电压由电源本身决定(judng)， 与外电路无关；与流经它的电流方 向、大小无关。 通过电压源的电流由电源及外 电路(dinl)共同决定。l 理想电压(di

13、ny)源的电压(diny)、电流关系ui)(tuS伏安关系例Ri-+Su外电路RuiS )( Ri0)( 0 Ri电压源不能短路！第24页/共49页第二十五页，共49页。l电压(diny)源的功率（1） 电压、电流(dinli)的参考方向非关联；+_iu+_Su+_iu+_SuiuPS iuPS 发出(fch)功率（2） 电压、电流的参考方向关联； iuPS 吸收功率第25页/共49页第二十六页，共49页。例 5R+_i+_Ru+_10V5V计算图示电路(dinl)各元件的功率。解VuR5510 )(ARuiR155 WRiPR5152 WiuPSV1011010 WiuPSV5155发出(f

14、ch)吸收(xshu)吸收满足：P（发）P（吸）第26页/共49页第二十七页，共49页。 实际电压(diny)源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。usuiOl 实际(shj)电压源i+_u+_SuSR考虑(kol)内阻伏安特性iRuuSS 一个好的电压源要求0SR第27页/共49页第二十八页，共49页。 其输出电流总能保持定值或一定(ydng)的时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。l 电路(dinl)符号2. 理想(lxing)电流源l 定义uSi+_(1) 电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关 电流源两端的电压由

15、电源及外电路共同决定l 理想电流源的电压、电流关系ui)(tiS伏安关系第28页/共49页第二十九页，共49页。例外电路)( 00 Ru)( Ru电流(dinli)源不能开路！Ru-+Si实际电流(dinli)源的产生可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线(gungxin)照射下光电池被激发产生一定值的电流等。SRiu 第29页/共49页第三十页，共49页。l电流(dinli)源的功率（1） 电压(diny)、电流的参考方向非关联；SuiP 发出功率，起电源(dinyun)作用（2） 电压、电流的参考方向关联；吸收功率，充当负载u+_SiSuiP SuiP u+

16、_Si第30页/共49页第三十一页，共49页。例计算(j sun)图示电路各元件的功率。解Ai2 Vu5 WuiPSA10522 WiuPSV10255 )(发出(fch)发出(fch)满足：P（发）P（吸）+_u+_2A5Vi第31页/共49页第三十二页，共49页。 实际电流源也不允许开路。因其内阻(ni z)大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。isuiOl 实际(shj)电流源考虑(kol)内阻伏安特性SSRuii 一个好的电流源要求 SRu+_SiSRi第32页/共49页第三十三页，共49页。1.7 受控电源(dinyun) (非独立源)(controlled source or dep

17、endent source) 电压或电流的大小和方向(fngxing)不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源l 电路(dinl)符号+受控电压源1. 定义受控电流源第33页/共49页第三十四页，共49页。(1) 电流(dinli)控制的电流(dinli)源 ( CCCS ) : 电流(dinli)放大倍数 根据控制量和被控制量是电压u 或电流i ，受控源可分四种(s zhn)类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。2. 分类四端元件 i1+_u2i2_u1i1+12ii 输出：受控部分输入：控制部分第34页/共49

18、页第三十五页，共49页。g: 转移(zhuny)电导 (2) 电压(diny)控制的电流源 ( VCCS )u1gu1+_u2i2_i1+12gui (3) 电压(diny)控制的电压(diny)源 ( VCVS )u1+_u2i2_u1i1+-12uu : 电压放大倍数 第35页/共49页第三十六页，共49页。ri1+_u2i2_u1i1+-(4) 电流(dinli)控制的电压源 ( CCVS )12riu r : 转移(zhuny)电阻 例bicibcii bi bi ci电路(dinl)模型第36页/共49页第三十七页，共49页。3. 受控源与独立(dl)源的比较(1) 独立源电压(或电

19、流)由电源本身(bnshn)决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。(2) 独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压(diny)、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为“激励”。例求：电压u2。解5i1+_u2_u1=6Vi1+-3Ai2361 Viu46106512 第37页/共49页第三十八页，共49页。1.8 基尔霍夫定律(dngl) ( Kirchhoffs Laws )基尔霍夫定律(dngl)包括基尔霍夫电流定律(dngl) ( KCL )和基尔霍夫电压定律(dngl)( KVL )。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循

20、的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律(dngl)。基尔霍夫定律(dngl)与元件特性构成了电路分析的基础。第38页/共49页第三十九页，共49页。1. 几个(j )名词电路中通过(tnggu)同一电流的分支。(b)三条(sn tio)或三条(sn tio)以上支路的连接点称为结点。( n )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路 (branch)i3i2i1(2) 结点 (node)第39页/共49页第四十页，共49页。由支路组成的闭合(b h)路径。( l )l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3) 回路(hul)(loop)第40页/共49页第四十一页，共

21、49页。2. 基尔霍夫电流(dinli)定律 (KCL)令流出为“+”，有：例 在集总参数电路中，任意(rny)时刻，对任意(rny)结点流出或流入该结点电流的代数和等于零。 mkti10)( 出出入入 iior 流进的电流(dinli)等于流出的电流(dinli)1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 第41页/共49页第四十二页，共49页。1 3 25i6i4i1i3i2i0641 iii例0542 iii0653 iii三式相加得：0321 iii表明KCL可推广应用于电路中包围(bowi)多个结点的任一闭合面明确(mngqu)（1） KCL是电荷守恒(shu hn)和电流连续性原理在电路中任 意结点处的反映；（2） KCL是对支路电流的约束，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；（3）KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际 方向无关。第42页/共49页第四十三页，共49页。（2）选定回路(hul)绕行方向， 顺时针或逆时针.U1US1+U2+U3+U4+US4= 03. 基尔霍夫电压(diny)定律 (KVL) 在集总参数电路中，任一时刻(shk)，沿任一闭合路径绕行，各支路电压的代数和等于零。 mktu10)( 升升降降 uuor I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1）标定各元件电压参