1 电路基本概念和基本分析方法12006.ppt

1、电 工 学06:8003,顾 伟 驷 (6001 电路的基本概念与分析方法,1.1 电路的基本概念 1.2 无源电路元件 1.3 有源电路元件 1.4 基尔霍夫定律 1.5 支路电流法 1.6 叠加原理 1.7 等效电源定理 1.8 受控源 1.9 一阶电路的过度过程,1.1.1 电路,电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工、电子器件或设备组合而成的 。,翻页,实际电路,电路模型,第1章,上页,下页,返回,电力系统,扩音器,电路的作用,翻页,上页,下页,返回,第1章,1.1.2 电压、电流及其参考方向,1. 基本物理量,翻页,

2、上页,下页,返回,第1章,2. 电压、电流参考方向,a,b,R5,R2,R1,R3,R4,R6,+,+,E1,E2,E,U,R,I,a,b,电压、电流实际方向：,翻页,上页,下页,返回,第1章,在解题前先任意选定一个方向，称为参考方向（或正方向）。依此参考方向，根据电路定理、定律列电路方程，从而进行电路分析计算。,解决方法:,翻页,上页,下页,返回,第1章,解：,假定I 的参考方向如图所示。,则：,（实际方向与参考方向相反！）,已知：E =2V, R =1 问：当Uab为1V时，I = ?,翻页,上页,下页,返回,第1章,例1.1.1,假定U 、I 的参考方向如图所示，若 I = -3A ，E

3、 =2V , R =1 Uab=？,（实际方向与参考方向一致）,解：,翻页,上页,下页,返回,第1章,UR,E,I,R,a,b,d,=-(-3）1+2V = 5V,例1.1.2,3.为方便列电路方程，习惯假设I与U 的参 考方向一致（关联参考方向）。,2.在解题前，先假定电压电流的“参考方向 ”，然后再列方程求解。当参考方向与实际方 向一致时为正，否则为负。,翻页,上页,下页,返回,第1章,1.电压电流“实际方向”是客观存在的物理现象，“参考方向” 是人为假设的方向。,设电路任意两点间的电压为U，电 流为 I , 则这部分电路消耗的功率为,3 电路功率,如果假设方向不一致怎么办？ 功率有无正负

4、？,问题：,翻页,上页,下页,返回,第1章,P = UI,若计算的结果P 0, 此部分电路吸收电功率 （消耗能量）,为负载 。,若计算结果P 0, 此部分电路输出电功率（提供能量）,为电源 。,P = U I,翻页,上页,下页,返回,第1章,已知：U = 10 V, I = 1 A 。按图中,P =10 W (负载性质）,假设的正方向列式：P = UI,1 ) P 为“”表示该元件吸收功率； P 为“” 则表示输出功率。,2）在同一电路中，电源产生的总功率和负 载消耗的总功率是平衡的。,小结：,若：U = 10 V, I = 1 A 则 P =10 W （电源性质）,上页,下页,第1章,返回,

5、本节结束,例1.1.3,1.2 电阻、电感和电容元件,1.2.1 电阻元件,1.2.2 电感元件,1.2.3 电容元件,第1章,上页,下页,返回,1.2.4 额定值,翻页,上页,下页,第1章,返回,1.2.1 电阻元件,电阻（R）：具有消耗电能特 性的元件。,伏安特性：电阻元件上电压与电流间的关系称为伏安特性。,i,u,当电压与电流之间不是线性函数关系时，称为非线性电阻。,当 恒定不变时，称为线性电阻。,翻页,第1章,上页,下页,返回,翻页,第1章,上页,下页,返回,实际的金属导体的电阻与导体的尺寸及材料的导电性能有关。,式中称为电阻率，是表示材料对电流起阻碍作用的物理量。l 是导体的长度，

6、S 为导体的截面积。,电阻的单位是欧姆（），千欧（k）。,翻页,第1章,上页,下页,返回,几种常见的电阻元件,普通金属膜电阻,绕线电阻,电阻排,热敏电阻,1.2.2 电感元件,单位：H, mH, H,单位电流产生的磁链,电感：能够存储磁场能量的元件。,翻页,上页,下页,第1章,返回,电感元件的基本关系式,翻页,其中：,第1章,上页,下页,返回,u,i,+,-,电感是一种储能元件，储存的磁场能量为,电感元件在直流电路中,相当于一根无阻导线 !,翻页,第1章,上页,下页,返回,翻页,第1章,上页,下页,返回,线圈的电感与线圈的尺寸、匝数以及附近介质的导磁性能等有关。,对于一个密绕的N 匝线圈，其电

7、感可表示为,式中即为线圈附近介质的磁导率（H/m)，S 为线圈的横截面积（m2)，l 是线圈的长度（m）。,翻页,第1章,上页,下页,返回,几种常见的电感元件,带有磁心的电感,陶瓷电感,铁氧体电感,1.2.3 电容元件,C 相当于开路!,电容元件在 直流电路中：,电容：具有存储电场能量特性的元件。,翻页,i = 0,第1章,上页,下页,返回,电容是一种储能元件，储存的电场能量为：,第1章,上页,下页,返回,翻页,电容器的电容与其极板的尺寸及其间介质的介电常数有关。,式中即为其间介质的介电常数（F/m)，S 为极板的面积（m2)，d 是极板的距离（m）。,翻页,第1章,上页,下页,返回,几种常见

8、的电容器,普通电容器,电力电容器,电解电容器,理想元件的伏安关系,第1章,上页,下页,返回,翻页,（u与i参考方向一致）,第1章,上页,下页,返回,1.2.4 电气设备的额定值,任何电气设备的电压、电流和功率都有一定的 限额，额定值是电气设备的最合理的使用值。,额定转速 nN,本节结束,1.3 有源电路元件,1.3.1 理想电压源和理想电流源,1.3.2 实际电源模型及等效互换,下页,上页,返回,第1章,1.3.1 理想电压源和理想电流源,理想电压源简称电压源。,特点：,1.输出电压恒定不变或随时间变化us(t) 2.输出电流由负载的大小决定,理想电流源简称电流源。,特点：,1.输出电流恒定不

9、变或随时间变化is(t) 2.端电压由负载的大小决定,分析：IS 固定不变, US 固定不变。,翻页,上页,下页,第1章,返回,解：1. Uab = US ,2. 若R 减小为1，,电流源的功率不变！,电压源的功率,IUs = I Is=3A,翻页,上页,下页,第1章,返回,2.若使R 减小为1，I 如何变？两个电源的功率如何变？,1.I 等于多少？,1.3.2 实际电源的模型,1.实际电源的模型,下页,上页,翻页,第1章,返回,I,U,+,-,b,a,2.电压源模型,翻页,第1章,下页,上页,返回,R,外特性曲线,3.电流源模型,翻页,上页,下页,第1章,返回,外特性曲线,b,a,R,1.3

10、.3 两种电源的等效互换,翻页,上页,下页,返回,第1章,等效互换条件,U = UsIR0,U = IR0R0,= IsR0 I R0,= ( Is I ) R0,翻页,上页,下页,第1章,返回,电压源模型 电流源模型,下页,上页,第1章,翻页,返回,2）所谓“等效”是指“对外电路”等效（即对外电 路的伏安特性一致），对于电源内部并不 一定等效。例如，在电源开路时：,1）电压源模型与电流源模型互换前后电流的 方向保持不变，即IS和Us方向一致。,R0 不消耗能量,上页,下页,第1章,翻页,返回,1.4 基尔霍夫定律,基尔霍夫定律是电路作为一个整体所服从的基本规律，它阐述了电路各部分电压或各部分

11、电流相互之间的内在联系。,翻页,返回,名词注释：,支路：连接两个结点之间电路。同一支路流过电流相同。,回路：电路中任一闭合路径称为回路。,支路：acb, ab, adb(b=3）,回路：adbca,abca,abda (L=3）,结点：a, b,(n=2）,结点：三个或三个以上电路元件的联结点。,网孔：单孔回路。,翻页,返回,1.基尔霍夫电流定律(KCL),依据 ：电流的连续性。,内容 ：在任何电路中，任何结点上的所有支路电流的代数和在任何时刻都等于零。即,翻页,返回,i入i出 i0,广义结点 包围部分电路的任意封闭面,基尔霍夫电流定律的扩展应用 -用于包围部分电路的任意封闭面,翻页,返回,I = ?,KCL的扩展应用举例,翻页,I,返回,定律:在任何电路中，任一回路沿同一绕行方向电压降的代数和在任何时刻都等于零。,应用步骤：,翻页,返回,2.基尔霍夫电压定律(KVL),或：在任一时刻，沿电路内