电路分析第五版电子教案第一章.ppt

1、第1章电路模型和电路定律，1。电压和电流的参考方向，3。独立电源和受控电源。部件吸收(发射)功率的鉴别和返回，4。基尔霍夫定律，本章重点，1.1电路和电路模型，1。能量的实际电路、功能、传输、分配和转换。信息传输、控制和处理。基于同样的电路理论。由电气设备和电气装置按照预定目的连接而形成的电流路径。下一页，上一页，共性，返回，由反映实际电路元件的主要电磁特性的理想电路元件连接。电路模型、电路图、理想电路元件构成了电路模型的最小单元，并具有一定的电磁特性。电路模型，下一页，上一页，返回，五个基本理想电路元件：电阻元件：代表功耗的元件；感应元件：产生磁场并储存磁场能量的元件；电容元件：产生电场并储

2、存电场能量的元件；电压源和电流源：指能将其他形式的能量转化为电能的元件。五个基本的理想电路元件有三个特征：(1)只有两个端子；它可以用电压或电流进行数学描述；(c)不能分解成其他成分。下一页，上一页，注，返回，具有相同主要电磁性能的实际电路元件可以用相同电路模型在一定条件下表示；在不同的应用条件下，同一实际电路元件的电路模型可以有不同的形式。下一页，上一页，示例，电感线圈的电路模型，注释，1.2电流和电压的参考方向，电路中的主要物理量是电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中，人们关心的主要物理量是电流、电压和功率。1。电流的参考方向、电流强度、带电粒子的规则定向运动、单位时间

3、内通过导体横截面的电荷量、下一页、上一页、返回、方向，规定正电荷的运动方向是电流的实际方向。单位，1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A，A(安培)，kA，mA，A，元件(导线):中电流的实际方向只有两种可能性，当复杂电路或电路中的电流随时间变化时，通常很难预先判断电流的实际方向。下一页，上一页，问题，返回，参考方向，分析电路前分析师任意设置的电流方向是当前参考方向。i 0，i 0，实际方向，当前参考方向与实际方向之间的关系：下一页，上一页，指示，返回，当前参考方向的两种表示：由箭头指示：箭头的方向是当前参考方向。用双下标表示：例如，iAB，电流的参考方向指从A到b，下一页，

4、上一页，返回，电压u，单位，2。参考电压方向，即单位正电荷q从电路中的一点移动到另一点时，电场力做功的大小(w)。电位v，单位正电荷q从电路中的一点移动到电位参考点(V0)。实际电压方向，以及电势实际下降的方向。下一页，上一页，v(伏特)，kV，mV，v，返回，例如，已知4C正电荷从点a均匀地移动到点b，电场力从点b移动到点c，对于8J，电场力工作12 j。如果点b作为参考点，计算点a、b和c的电势和电压Uab和U bc如果将点C作为参考点，计算上述值。解，(1)，下一页，上一页，返回，解，(2)，下一页，上一页，结论，电路中的潜在参考点可以任意选择；一旦选择了参考点，电路中每个点的电势值就被

5、唯一地确定；当选择不同的电位参考点时，电路中每个点的电位值都会改变，但任意两点之间的电压将保持不变。在复杂电路或交流电路中，两点间电压的实际方向往往难以区分，给实际分析和计算带来困难，下一页，上一页，问题，返回，电压参考方向：(1)带箭头：(2)带正负极性，(3)带双下标，U，U，U，UAB，下一页，上一页，返回，当电压和电流的参考方向为元件(分支)时，相反，它称为非关联参考方向。关联参考方向，非关联参考方向，3。在分析电路之前，必须选择相关的参考方向、I、-、-、-、I、u、u、下一页、上一页、返回、电压和电流的参考方向；一旦选择了参考方向，就必须在图中相应的位置进行标记(包括方向和符号)，

6、在计算过程中不得随意改变；当参考方向不同时，它们的表达式相差一个负号，但电压和电流的实际方向保持不变。例如，图中标记了电压和电流参考方向。问：电压和电流参考方向是否与甲乙电路相关？答：电压和电流参考方向不相关；b电压和电流参考方向相关。下一页，上一页，注意，返回，1.3电力和能源，1。电功率，功率单位：瓦，能量单位：焦耳，单位时间内电场力所做的功。下一页，上一页，返回，2。元件吸收或发射功率的区分，U，I取相关参考方向，P=ui表示元件吸收的功率，P0吸收正功率(实际吸收)，P0吸收负功率(实际发射)，P=ui表示元件发射的功率，P0发射正功率(实际发射)，P0发射负功率(实际吸收)，U，下一

7、页，上一页，我们知道：U1=1V，U2=-3V，U3=8V，U4=-4V，U5=7V，U6=-3V，I1=2A，I2=1A 任何电路都满足：发射功率所吸收的功率电感元件：产生磁场并存储磁场能量的元件； 电容元件：产生电场并储存电场能量的元件；电压源和电流源：指将其他形式的能量转化为电能的元件。请注意，如果表征一个元素的终端特征的数学关系是线性关系，则该元素称为线性元素；否则，它被称为非线性元件。集总参数电路、由集总元件组成的电路、集总元件和假设的电磁过程都集中在这些元件中。集总条件，下一页，上一页，在集总参数电路中，任何时候流入双端元件一端的电流必须等于流出另一端的电流；端子之间的电压是单一值

8、。注意，返回，下一页，上一页，示例，集总参数电路，双线传输线的等效电路，当双线传输线的长度L和电磁波的波长相遇时：返回，下一页，上一页，分布参数电路，当双线传输线的长度L和电磁波的波长相遇时：返回，1.5电阻元件，2。线性时不变电阻元件，电路符号它的特性可以用ui平面上的曲线来描述：一个电阻元件，它的端电压在任何时候都与电流成正比。1。定义，伏安特性，下一页，上一页，0，返回，ui关系，R称为电阻，单位：(欧姆)，满足欧姆定律，单位：G称为电导，单位：S(西门子)，u和I取相关的参考方向，下一页，上一页，伏安特性是通过原点的直线，表示线性电阻是无记忆元件。欧姆定律只适用于线性电阻(r是常数)；

9、欧姆定律写成，u r I；I G u，公式和参考方向必须一起使用！下一页，上一页，注释，返回，3。功率和能量，电阻元件总是在任何时刻消耗功率。，p ui (r I) ii2r-U2/r，p uii2r2/r，功率，下一页，上一页，指示，返回，从t0到t: 4电阻消耗的能量。电阻开路和短路，能量，短路，开路，下一页，上一页，0，0，回路符号，1。理想电压源，定义，下一页，上一页，两端的电压可以始终保持一个恒定值或某个时间函数，其值与流经它的电流无关的元件称为理想电压源。电源两端的电压由电源本身决定，与外部电路无关；与流经它的电流的方向和大小无关。通过电压源的电流由电源和外部电路决定。理想电压源的

10、电压和电流关系，DC电压源的伏安特性，下一页，上一页，示例，外部电路，电压源禁止短路！0、返回，电压源的功率、电压和电流的实际方向不相关；电流(正电荷)从低电位移动到高电位，外力克服电场力，电源产生电力。发出电源，起到电源的作用，物理意义：下一页，上一页，电压和电流的实际方向是相关的；物理意义：电场力起作用，电源吸收能量，吸收能量，充当负载，然后返回，例如，计算图中所示电路每个元件的能量。求解、发送、吸收、吸收、满足：p(发送)p(吸取)、下一页、最后一页、返回，其输出电流始终保持恒定值或某一时间函数，其值与两端电压u无关，称为理想电流源。电路符号，2。理想电流源，定义，下一页，上一页，理想电

11、流源的电压和电流关系，电流源的输出电流由电源本身决定，与外部电路无关；与它两端电压的方向和大小无关。电流源两端的电压由电源和外部电路决定。DC电流源的伏安特性，下一页，上一页，0，示例，外部电路，电流源禁止开路！返回，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；在一定的光照下，光电池的光电子被激发产生一定的电流值。下一页，上一页，实际电流源的产生：电流源的功率，电压和电流的实际方向无关；发出电源，发挥电源的作用，与电压和电流的实际方向有关；吸收功率、充当负载、返回，例如，计算图中所示电路中每个元件的功率。解决，发送，发送(实际吸收)，满足：p(发送)p(吸取)，下一页，上一页，返回，

12、实际电源，干电池，纽扣电池，1。干电池和纽扣电池(化学电源)，干电池的电动势是1.5V，它只取决于(糊状)化学物质，它的大小决定了储存的能量和化学反应。纽扣电池的电动势是1.35V，用固体化学物质，化学反应是不可逆的。下一页，上一页，返回，氢氧燃料电池示意图，2。燃料电池(化学电源)，电动势为1.23伏.使用氢和氧作为燃料。大约40-45%的化学能转化为电能。在实验阶段，加油可以继续工作。下一页，上一页，返回，3。太阳能电池(光伏电源)，一个太阳能电池的电动势为0.6V。太阳光照射到磷氮结，形成从氮区流向磷区的电流。大约11%的光能被转换成电能，因此太阳能电池板被普遍使用。50cm2太阳能电池

13、的电动势为0.6V，电流为0.1A，太阳能电池示意图，太阳能电池板，下一页，上一页，返回，蓄电池示意图，4。蓄电池(化学电源)，电动势为2V。使用时，电池会放电。当电解液浓度低于一定值时，电动势低于2V，这通常需要充电，并且化学反应是可逆的。下一页，上一页，返回，DC电压调节器，变频器，频率计，函数发生器，下一页下一页，上一页，返回，电流控制电流源(CCCS)，电流放大，根据被控量和被控量是电压U还是电流I，被控源可分为四种类型：当被控量是电压时，由被控电压源表示；当受控量为电流时，由受控电流源表示。2.分类，四端元件，输出：受控部分，输入：控制部分，下一页，上一页，返回，g:传输电导，电压控

14、制电流源(VCCS)，电压控制电压源(VCVS)，电压放大，下一页，上一页，返回，电流控制电压源(CCVS)电路模型，下一页，上一页，返回，3。受控源与独立源相比，独立源的电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其他支路的电压和电流无关，而受控源的电压(或电流)由控制量决定。独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压和电流，受控源反映电路中一个位置的电压或电流与另一个位置的电压或电流之间的控制关系，不能作为电路中的“激励”。下一页，上一页，返回，例如，请求电压u2。解决方案，下一页，上一页，返回，1.8基尔霍夫定律，包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。它反映了电路中所

15、有支路的电压和电流的几何约束，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律和录像机构成了电路分析的基础。下一页，上一页，返回，1。相关概念，电路中通过相同电流的支路。组件的连接点称为节点。b=3，a，n=4，b，分支，电路中的每个双端元件称为分支。node，b=5，下一页、上一页或三个以上分支的连接点称为节点。n=2。请注意，这两个定义在不同的情况下使用。由树枝组成的封闭路径。任意两个节点之间的路径。由树枝组成。对于平面电路，内部没有任何分支的电路称为网格。L=3，3，路径，环，网格，网格是环，但环不一定是网格。下一页，上一页，注释，返回，2。基尔霍夫电流定律(KCL)，假设流出量为“”，那么，

16、例如，在集总电路中，在任何时间，对于任何节点，流出该节点的所有支路电流的代数和总是等于零。流入的电流等于流出的电流，下一页，上一页，返回，例如，通过将三个公式相加得到的广义KCl:可以被推广并应用于电路中多个节点周围的任何虚闭合表面(广义节点)。下一页和上一页显示KCL是电路中任何节点的电荷守恒和电流连续性原理的反映；KCL是节点处支路电流的约束，与支路连接的元件以及电路是线性还是非线性无关；KCL方程是根据当前参考方向编写的，与实际的当前方向无关。下一页，上一页，显式，返回，3。基尔霍夫电压定律(KVL)，下一页，上一页，指示每个元件的电压参考方向，选择电路旁路方向，顺时针或逆时针。在集总电路中，在任何时间，沿着任何电路，所有分支电压的代数和总是等于零。返回，u1u 1u 3u 4u 4=0，u2u3u4us4=u1 us1，或：r1i1 r2r3i