A第一章基本概念和定律ppt课件

1、南昌航空大学电工电子教研部第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律1.1 电路和电路模型电路和电路模型model)定义：电器元件或设备按一定方式衔接而构成的定义：电器元件或设备按一定方式衔接而构成的电流的通路。电流的通路。作用：作用：1能量转换：实现电能传送、分配、控能量转换：实现电能传送、分配、控制、转换等。制、转换等。 2信号处置：实现电信号产生、加工、信号处置：实现电信号产生、加工、传输、变换等。传输、变换等。 1、电路：、电路：发电机发电机升压升压变压变压器器降压降压变压变压器器电灯电灯电动机电动机电炉电炉电力系统电路表示图电力系统电路表示图输电线输电线中间环节中间环节负载负

2、载放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器扩音机电路表示图扩音机电路表示图信号源信号源电源电源1 1电能的传输和转换电能的传输和转换2 2信号的传送和处置信号的传送和处置1电源：供应电能的设备。电源：供应电能的设备。 2负载：负载： 耗费电能的设备。耗费电能的设备。3中间环节又称传输控制环节：中间环节又称传输控制环节：把其它方式的能量转换为电能。把其它方式的能量转换为电能。把电能转换为其它方式的能量。把电能转换为其它方式的能量。 各种控制电器和导线，起传输、分配各种控制电器和导线，起传输、分配、控制电能的作用。、控制电能的作用。组组 成：成：2、电路实际主要研讨电路中发生的电磁景象，、电路实际主要研讨

3、电路中发生的电磁景象，并用电流、电荷、电压、磁通等物理量描画并用电流、电荷、电压、磁通等物理量描画其中的过程。其中的过程。3、电路实际的目的是计算电路中各器件的、电路实际的目的是计算电路中各器件的端子电流和端子间的电压，而不研讨器件端子电流和端子间的电压，而不研讨器件内部发生的物理过程。内部发生的物理过程。4、电路分类：、电路分类：fC线线 性性非非 线线 性性时时 变变时时 不不 变变 集中参数集中参数分布参数分布参数 静静 态态 动动 态态 鼓励与呼应满足叠加性和齐次性的电路。鼓励与呼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。电路元件参数不随时间变化。电路几何尺寸远小于最小任务

4、波长的电路。电路几何尺寸远小于最小任务波长的电路。含有动态元件的电路。含有动态元件的电路。 f(Hz) 5025k500M30G(m)6x10612k 0.60.01C=3108m/sUI开关开关ER0R干电池干电池电珠电珠实践电路实践电路电路模型电路模型开关5. 电路模型电路模型 (circuit model)v电路模型：理想元件组成的电路。电路模型：理想元件组成的电路。？ 理想元件：为了对实践电路进展分析研讨，把各理想元件：为了对实践电路进展分析研讨，把各种各样的实践电路元件根据其主要物理性质，笼统种各样的实践电路元件根据其主要物理性质，笼统成理想化的电路模型元件，这些元件包括电阻元件、成

5、理想化的电路模型元件，这些元件包括电阻元件、电感元件、电容元件、独立电源元件、受控源元件、电感元件、电容元件、独立电源元件、受控源元件、二端口和多端元件等。二端口和多端元件等。理想电阻元件：表示耗费电能的元件理想电阻元件：表示耗费电能的元件理想电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件理想电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件理想电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件理想电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件理想电源元件：表示各种将其它方式的能量转变成电理想电源元件：表示各种将其它方式的能量转变成电能能 的元件的元件留意留意:l 具有一样的主要电磁性能的实践电路部件，具有一样的主要

6、电磁性能的实践电路部件，l 在一定条件下可用同一模型表示；在一定条件下可用同一模型表示；l 同一实践电路部件在不同的运用条件下，其同一实践电路部件在不同的运用条件下，其l 模型可以有不同的方式模型可以有不同的方式例例1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 (reference direction) 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、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磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关怀的物理量是电流、电压和功率。主要关怀的物理量是电流、电压和功率。1. 电流的参考方向电流的参考方向 (current re

7、ference direction)tqtqitddlim) t (0def l电流定义电流定义l电流强度电流强度带电粒子有规那么的定向运带电粒子有规那么的定向运动动单位时间内经过导体横截面的电荷量单位时间内经过导体横截面的电荷量a. 实践正方向即物理中规定的方向实践正方向即物理中规定的方向正电荷挪动的方向正电荷挪动的方向电流方向电流方向电流方向电流方向l 单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA安培、安培、kA、mA、Al 方向方向E1ABRE2IR电路分析中的假设正方向参考方向电路分析中的假设正方向参考方向问题的提出：在复杂电路中难于判别元件中物理量问题的提出：在复杂

8、电路中难于判别元件中物理量 的实践方向，电路如何求解？的实践方向，电路如何求解？电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？b. 参考正方向参考正方向:1.恣意假定恣意假定; 2.假设实践方向与参考正方向一样假设实践方向与参考正方向一样, 那么那么I为正值为正值; 3.假设实践方向与参考正方向相反假设实践方向与参考正方向相反, 那么那么I为负值为负值;I=1AI= - 1A箭箭 头头双下标双下标Iab 电流：电流：c. c. 表示方法表示方法 在分析电路时,首先要假定电流的参考正方向,并以此为准去分析计算,最后从答案的正负来断定电流的实践方向.= - IbabaIRl单位单位l方向方向a. a

9、. 实践方向规定实践方向规定: :从高电位点指向低电位点，即电压降从高电位点指向低电位点，即电压降 的方向。的方向。b.b.参考正方向：参考正方向： ；假设实践方向与参考正方向一样,那么为正值；否那么为负值否那么为负值恣意假定恣意假定2. 电压的参考方向电压的参考方向 (voltage reference direction)l电压定义电压定义单位正电荷单位正电荷q 从电路中从电路中一点移至另一点时电场一点移至另一点时电场力做功力做功W的大小的大小dqdWUdef V (伏伏)、kV、mV、Vc. 表示方法表示方法u_+正负号正负号abUab高电位在前，高电位在前， 低电位在后低电位在后 双下

10、标双下标箭箭 头头uab电压电压 元件的电压和电流取一致的参考方向；元件的电压和电流取一致的参考方向；即满足即满足“水往低处流的方向。水往低处流的方向。3. 关联参考方向关联参考方向u支路电压表达式书写支路电压表达式书写RIU关联方向关联方向U=IRRIU非关联方向非关联方向U=IR电阻上电压电流参考电阻上电压电流参考方向不同时，欧姆定方向不同时，欧姆定律有不同的表达式律有不同的表达式RIUU sU=IRUsRIUU sU=IRUs支路电压表达式支路电压表达式各串联元件电各串联元件电压降之和压降之和abcbcabacUUUU=IRUsU=IRUsRIUU sRIUU s熟练书写一段支路的电压表

11、达式是书写各种熟练书写一段支路的电压表达式是书写各种电路方程的根底，必需熟练掌握！电路方程的根底，必需熟练掌握！留意：参考方向是电路课程的重要概念，电路留意：参考方向是电路课程的重要概念，电路中电压及电流的描画和计算都是在一定参考方中电压及电流的描画和计算都是在一定参考方向下进展，电压及电流的表达式、数值和电路向下进展，电压及电流的表达式、数值和电路中电压及电流的参考方向是亲密相关的。中电压及电流的参考方向是亲密相关的。电路作业解题计算必需画出电路图并标注电压电流参电路作业解题计算必需画出电路图并标注电压电流参考方向！考方向！关于电路中物理量的方向关于电路中物理量的方向 实践正方向：是一种物理

12、景象实践存在的。实践正方向：是一种物理景象实践存在的。 电流：正电荷挪动的方向。电流：正电荷挪动的方向。 电压：高电位指向低电位。电压：高电位指向低电位。 关联参考方向：电压、电流的参考方向相互关联，即关联参考方向：电压、电流的参考方向相互关联，即只能恣意假定两个量中的一个量的参考正方向，只能恣意假定两个量中的一个量的参考正方向，另一个物理量的参考正方向必需以该物理量的方另一个物理量的参考正方向必需以该物理量的方向来确定。向来确定。 参考正方向：为分析电路模型而恣意假设的电流参考正方向：为分析电路模型而恣意假设的电流、电压方向。可从计算结果验证所取参考正方向、电压方向。可从计算结果验证所取参考

13、正方向能否为实践正方向。能否为实践正方向。1.3 电路元件的功率电路元件的功率 (power)1. 电功率电功率twpdd uitqqwtwp dddddd功率的单位：功率的单位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)能量的单位：能量的单位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳)单位时间内电场力所做的功。单位时间内电场力所做的功。qwudd tqidd aiRub假设假设u u、 i i方向不一致方向不一致结果如何？结果如何？功率有无正负？功率有无正负？2. 电路吸收或发出功率的判别电路吸收或发出功率的判别u u, i 取关联参考方向取关联参考方向, p = uiu u, i 取非关联参考

14、方向取非关联参考方向, p = - ui+-iu p=ui 0 表示该器件吸收功率；表示该器件吸收功率； p=ui 0 表示该器件吸收功率；表示该器件吸收功率； P= -ui 0 5无记忆元件：无记忆元件：u(t)=Ri(t)3. 功率和能量功率和能量上述结果阐明电阻元件在任何时辰总是耗费功率的。上述结果阐明电阻元件在任何时辰总是耗费功率的。p u i (R i) i i2 R u(u/ R) u2/ Rp u i i2R u2 / R功率：功率：Rui+-Rui+-Riu+从从 t 到到t0电阻耗费的能量：电阻耗费的能量： ttttRuipW00dd4. 电阻的开路与短路电阻的开路与短路能量

15、：能量：l 短路短路0 0 ui G or R0l 开路开路00 ui 0 G or Rui5. 其它电阻元件其它电阻元件l 时变：时变：)()()(tRtitul 负电阻：负电阻：ui随时间变化随时间变化伏安特性在二、四象限；伏安特性在二、四象限；实践为一个发出电能的元件；实践为一个发出电能的元件；普通需求专门设计。普通需求专门设计。iuS+_abuab伏安特性伏安特性iuabuS(t1) 1.5 电源元件电源元件 (independent source)1. 理想电压源理想电压源(简称电压源简称电压源)能独立向外电路提供恒定电压的二端元件。能独立向外电路提供恒定电压的二端元件。伏安特性伏安

16、特性iuabUSiUS+_abuab特点：特点：(1(1输出电输出电 压不变，其值恒等于电压不变，其值恒等于电动势。动势。 即即 uab uab uS ( uS (或或uab uab US) US)； 3电压源可以开路，但不能短路；电压源可以开路，但不能短路； 4电压源可以串联运用。电压源可以串联运用。2电源中的电流由外电路决议；电源中的电流由外电路决议；+US1 -+US2 -+US -US=US1 + US2+US1 -US2 +US=US1 -US2电压源中的电流由外电路决议电压源中的电流由外电路决议设设: US=10V当当R1 R2 同时接入时：同时接入时： I=10AR22 当当R1

17、接入时接入时 ： I=5A那么：那么：IUS+_abUab2R1电压源特点续电压源特点续5 5、电压源能够发出功率、电压源能够发出功率, ,也能够电压源吸收功率。也能够电压源吸收功率。IE+_abUR1 R求求I、U与与R1支路无关。支路无关。(6)与电压源并联的电路对其它部分电路来说相当于开路与电压源并联的电路对其它部分电路来说相当于开路.解解:+abU25V(a)+ +abU5V(c)+ (a)a+5V32U+ a+-2V5VU+-b2(c)+ 2.理想电流源理想电流源(简称电流源简称电流源)能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。abiuabisiua

18、biS(t1)伏伏安安特特性性abiuabIsiuabIS伏伏安安特特性性特点：特点：1输出电流不变，其值恒等于电输出电流不变，其值恒等于电 流源电流流源电流 IS； 2输出电压由外电路决议；输出电压由外电路决议；4电流源可以并联运用；电流源可以并联运用；3电流源不可以开路，但可以短路；电流源不可以开路，但可以短路；5电流源能够发出功率也能够吸收功率。电流源能够发出功率也能够吸收功率。IS1IS2IS1IS2ISIS=IS1+IS2IS=IS1 - IS2电流源两端电压由外电路决议电流源两端电压由外电路决议IUIsR设设: IS=1 A R=10 时，时， U =10 V R=1 时，时， U

19、 =1 V那么那么:电压源中的电流电压源中的电流如何决议？电流如何决议？电流源两端的电压等源两端的电压等于多少？于多少？IUS R_+abUab=?Is原那么：原那么：IsIs不能变，不能变，USUS不能变。不能变。abSUIR U电压源中的电流电压源中的电流 I= IS电流源两端的电压电流源两端的电压 当IS=1A,US=2V,R=1 时,电路中各元件功率耗费情况?假设R=2 ,4 时又怎样?例题例题IUIS求求I、U？I、 U 与与R1无关。无关。R16与电流源串联的电路对其它部分电路来说与电流源串联的电路对其它部分电路来说相当于短路相当于短路.解解:aU 5A23b+ a5AbU3(b)

20、+ 电压源与电流源特性比较电压源与电流源特性比较电压源电压源电流源电流源不不 变变 量量变变 化化 量量US+_abIUabUab = US 常数常数Uab的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 Uab 无影响。无影响。IabUabIsI = Is 常数常数I 的大小、方向均为恒定，的大小、方向均为恒定，外电路负载对外电路负载对 I 无影响。无影响。输出电流输出电流 I 可变可变 - I 的大小、方向均的大小、方向均由外电路决议由外电路决议端电压端电压Uab 可变可变 -Uab 的大小、方向的大小、方向均由外电路决议均由外电路决议 1、定义：受控电压源的电压和受控

21、电流源的电流都、定义：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，而是受电路中某部分的电压或不是给定的时间函数，而是受电路中某部分的电压或电流控制的，故受控源又称为非独立电源。电流控制的，故受控源又称为非独立电源。2、电路构造特征：具有两条支路：、电路构造特征：具有两条支路： 受控电流源或电压源所在支路受控电流源或电压源所在支路 受控支路受控支路 控制电流或电压所在支路控制电流或电压所在支路 控制支路控制支路1.6 受控电源受控电源 (非独立源非独立源)(controlled source or dependent source)3、受控源电路模型四端元件：、受控源电路模型四端元件

22、： 1 电压控制电压源电压控制电压源2 电压控制电流源电压控制电流源U1gU1Voltage Controlled Voltage SourceU1 U1i + _ + _ VCVS) + _VCCS)Voltage Controlled Current SourceU2= U1I2= gU1例例: :电子三极管电子三极管例例: :场效应管场效应管g: 转移电导转移电导 具有电导量纲具有电导量纲 : 电压放大倍数电压放大倍数 量纲为一量纲为一+ +U2U2 _ _I2I2 3 电流控制电压源电流控制电压源4 电流控制电流源电流控制电流源I1 I1 I1I1Current Controlled

23、Voltage SourceCCVS)i + _ + U1 -+U2 _ + U1 - I2 CCCS)Current Controlled Current SourceU2= I1I2= I1例例: :直流发电机直流发电机例例: :晶体三极管晶体三极管: : 电流放大倍数电流放大倍数量纲为一量纲为一r : 转移电阻转移电阻 具有电阻的量纲具有电阻的量纲4、受控源特点：、受控源特点： 1 非独立的电源：不能独立向外电路提供能量。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。具有两重性：电源性、电阻性。留意：独立电源在电路中可以独立地起留意：独立电源在电路中可以独立地起

24、“鼓励鼓励作作用，是实践电路电能或电信号的用，是实践电路电能或电信号的“源泉源泉。 受控源是描画电子器件中某一支路对另一支路受控源是描画电子器件中某一支路对另一支路控制造用的理想模型，表示一处的电路变量与另一控制造用的理想模型，表示一处的电路变量与另一处电路变量之间的耦合关系，本身不直接起处电路变量之间的耦合关系，本身不直接起“鼓励鼓励作用。作用。支路：流过同一电流的分支。支路：流过同一电流的分支。节点：两条以上支路的交节点：两条以上支路的交 汇点。汇点。回路：假设干条支路组成的回路：假设干条支路组成的 闭合途径。闭合途径。6条支路条支路 4个节点个节点 8个回路个回路 Us1 1Us2 2R

25、5R4R6I2I4I6I5I1R3I31 12 23 3支路、节点、回路的概念支路、节点、回路的概念1.7 1.7 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 ( Kirchhoffs Laws )( Kirchhoffs Laws )(一一) 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律KCL 对任何集总参数电路的任何节点，在任一瞬间，流入对任何集总参数电路的任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由节点流出的电流节点的电流等于由节点流出的电流,基尔霍夫电流定律的根据：电流的延续性基尔霍夫电流定律的根据：电流的延续性 I =0即：即：例例 或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代

26、数和为 0。 I 入入= I 出出即：即：Us1 1Us2 2R5R4R6I2I4I6I5I1R3I3u节点节点1： I1I2I3=0u节点节点2：I3I4I5=0u节点节点3： I2I4I6=0u节点节点4： I1I5I6 =0*正负号商定正负号商定电流定律还可以扩展到电路的恣意封锁面。电流定律还可以扩展到电路的恣意封锁面。例例I1+I2=I3例例I=0基尔霍夫电流定律的扩展基尔霍夫电流定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R(二二) 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律KVL在集总参数电路中，对电路中的任一回路，沿恣意循在集总参数电路中，对电路中的任一回路，沿恣意循行方向

27、转一周，其电位升等于电位降。行方向转一周，其电位升等于电位降。或各电压的代数和为或各电压的代数和为 0。即：即：0 U U 升升= U 降降Us1 1Us2 2R5R4R6I2I4I6I5I1R3I31 12 23 3u回路回路1： I3R3+I4R4+US2=0u回路回路2： - I3R3-I5R5+US1=0u回路回路3: I4R4+I6R6-I5R5=0u 留意：支路电压方向与支路留意：支路电压方向与支路电流方向尽量选取一致。电流方向尽量选取一致。*正负号商正负号商定定基尔霍夫电压定律的推行：可运用于回路的部分电路基尔霍夫电压定律的推行：可运用于回路的部分电路+-ABC-UABUAUBE

28、R+-+-UI U UUAUAUBUBUAB=0UAB=0或或 UAB UABUAUAUBUB E=U+RI或或 UERI注注列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或列方程时，要先在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向。电动势的参考方向。Rui第二类是元件衔接关系第二类是元件衔接关系(拓扑约束拓扑约束) 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 0i0u+-+-E3E1E2-R1RRRI1I2I3I4I5I6求各支路电流求各支路电流？ 例题例题图示电路，求电压图示电路，求电压U和电流和电流I及受控源的功率。及受控源的功率。解：解：-2-2I -2I -6U +10=0由由KVL，有，有-4I -6U =

29、- 8又有又有U = 2I+2联立解得联立解得U = 1.5vI = - 0.25A受控源受控源:(具有电源性具有电源性)P = 6UI = - 2.25W假设受控源假设受控源: 6UU UU = 4V I=1A(具有电阻性具有电阻性)例题例题P = UI= 4W例：电路及参考方向如图，例：电路及参考方向如图，知知R1=R2=R3=10 ，Us1=Us2=Us3=12 V, Is1=1A, Is2=2A, Is3=3A, 求求Uad。解：解：Uad=U1U2U3 U1=Us1+I1R1 =Us1Is1R1 =12110=22 V a ab bc cd dIs1Us1 1R1U1R2Is2R3Is3I1I2I3Us2 2Us3 3U2U3例题例题U2=I2R2Us2 =Is2R2+Us2 =21012=8 VU3=Us3I3R3 =Us3Is3R3 =12310=18 VUad =U1U2U3 = 22(8) (18) =12 Va ab bc cd dIs1Us1 1R1U1R2Is2R3Is3I1I2I3Us2 2U