電路第五版1PPT課件

1、二、參考書目：1、電路基本理論 狄蘇爾.葛守仁著 人民教育出版社2、電路及磁路 李翰遜主編 中央廣播電視大學出版社第1頁/共88頁三、線索兩類約束：元件性質(zhì)的約束：VCR(伏安關系)電路連接方式的約束：KL(基爾霍夫定律）第2頁/共88頁四、學習方法：1、預習2、聽講（記筆記）3、復習、做作業(yè)（獨立完成）4、答疑第3頁/共88頁第一章 電路模型和電路定律電路和電路模型1-1電阻元件1-5電流和電壓的參考方向1-2電壓源和電流源1-6電功率和能量1-3受控電源1-7電路元件1-4基爾霍夫定律1-8本章目錄第4頁/共88頁1. 電壓、電流的參考方向3. 基爾霍夫定律l 重點：2. 電阻元件和電源元

2、件的特性第5頁/共88頁1-1 電路和電路模型1.實際電路功能(a) 能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；(b) 信息的傳遞、控制與處理。建立在同一電路理論基礎上。由電工設備和電氣器件按預期目的連接構(gòu)成的電流的通路。共性第6頁/共88頁LRsU 反映實際電路部件的主要電磁 性質(zhì)的理想電路元件及其組合。2. 電路模型sR10BASE-T wall plate導線電池開關白熾燈電路圖l理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件。l電路模型第7頁/共88頁5種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件。電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件。電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件。電壓源和電流源：

3、表示將其他形式的能量轉(zhuǎn)變成 電能的元件。 5種基本理想電路元件有三個特征： （a）只有兩個端子； （b）可以用電壓或電流按數(shù)學方式描述； （c）不能被分解為其他元件。注意第8頁/共88頁 具有相同的主要電磁性能的實際電路部件，在一定條件下可用同一電路模型表示。 同一實際電路部件在不同的應用條件下，其電路模型可以有不同的形式。例電感線圈的電路模型注意第9頁/共88頁1-2 電流和電壓的參考方向 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流的參考方向l電流l電流強度帶電粒子有規(guī)則的定向運動單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷

4、第10頁/共88頁l方向 規(guī)定正電荷的 運動方向為電流的實際 方向l單位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導線)中電流流動的實際方向只有兩種可能: 實際方向AB實際方向AB 對于復雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實際方向往往很難事先判斷。問題第11頁/共88頁+-USRSA+-USR1R2R3R4abcd電流方向bd？電流方向db？i第12頁/共88頁l參考方向 大小方向(正負）電流(代數(shù)量)任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。i 0i 0參考方向u+參考方向u+ 0 吸收正功率 (實際吸收)p0 發(fā)出正功率 (實際發(fā)出)p

5、0 發(fā)出負功率 (實際吸收)l u, i 取非關聯(lián)參考方向+-iu+-iu第27頁/共88頁例3-1 求圖示電路中各方框所代表的元件吸收或發(fā)出的功率。已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1A 。 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1第28頁/共88頁解）（發(fā)發(fā)出出W2W21111IUP22 1( 3) 2W6WPU I （吸吸收收）（吸吸收收W16W28133IUP）（吸吸收收W3W) 1()3(366IUP55 37 ( 1)W7WPU I （吸吸收收）44 2( 4) 1W4W

6、PU I （吸吸收收）對一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率吸收的功率注意564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1第29頁/共88頁練習：求圖中各二端網(wǎng)絡吸收的功率。A -BI=2AU=5V+(c)A -BU=5VI=-2A+(d)A+BI=2AU=5V-(a)A+BI=-2AU=5V-(b)A+BI=-2AU=5V-(e)第30頁/共88頁1-4 電路元件是電路中最基本的組成單元。1. 電路元件5種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件。電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件。電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件。電壓源和電流源：表示將其他形式的能量轉(zhuǎn)變成 電能的元件

7、。注意 如果表征元件端子特性的數(shù)學關系式是線性關系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。第31頁/共88頁2.集總參數(shù)電路由集總元件構(gòu)成的電路集總元件假定發(fā)生的電磁過程都集中在元件內(nèi)部進行。集總條件d 集總參數(shù)電路中u、i 可以是時間的函數(shù)，但與空間坐標無關。因此，任何時刻，流入兩端元件一個端子的電流等于從另一端子流出的電流；端子間的電壓為確定值。注意第32頁/共88頁例iiz集總參數(shù)電路兩線傳輸線的等效電路。當兩線傳輸線的長度 l 與電磁波的波長滿足：l)(tu+-)(tiLCR第33頁/共88頁iiz分布參數(shù)電路當兩線傳輸線的長度 l 與電磁波的波長滿足：l等效電路為：),(tzu+-

8、),(tzi) tz,u(z-),(tzzizL 0zC 0zR 0zR 0zL 0zC 0第34頁/共88頁1-5 電阻元件2.線性時不變電阻元件l 電路符號R電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可用u - i平面上的一條曲線來描述：0),(iufiu任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。1.定義伏安特性O第35頁/共88頁l u-i 關系R 稱為電阻，單位： (歐姆)滿足歐姆定律GuRuiiuR l 單位G 稱為電導，單位：S (西門子) u、i 取關聯(lián)參考方向Riu 伏安特性曲線為一條過原點的直線uiORui+第36頁/共88頁 如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯(lián)，公式中應冠以負號。 說

9、明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。歐姆定律 只適用于線性電阻( R 為常數(shù)）。則歐姆定律寫為u R i i G u公式和參考方向必須配套使用！注意Rui-+第37頁/共88頁3.功率和能量電阻元件在任何時刻總是吸收功率的。p u i (R i) i i2 R - u2/ Rp u i i2R u2 / Rl 功率Rui+-表明Rui-+第38頁/共88頁ui從 t0 到 t 電阻吸收的能量：ttttRuipW00dd4.電阻的開路與短路l 能量l 短路0 0ui0 R G或或l 開路0 0ui 0R G 或或uiRiu+u+iOO第39頁/共88頁實際電阻器第40頁/共88頁 1-6 電壓源和

10、電流源l電路符號1.理想電壓源l定義iSu+_其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與流過它的電流 i 無關的元件叫理想電壓源。第41頁/共88頁 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；與流經(jīng)它的電流方向、大小無關。 通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。l理想電壓源的電壓、電流關系uiSu直流電壓源的伏安特性曲線例Ri-+Su外電路RuiS0 ()iR (0)iR電壓源不能短路！O第42頁/共88頁+_iu+_Sul電壓源的功率 電壓、電流參考方向非關聯(lián)。iupS 電流（正電荷 ）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出功率。S0 pu i發(fā)出功率，起電源作用物理意義：

11、+_iu+_Su 電壓、電流參考方向關聯(lián)。物理意義： 電場力作功，電源吸收功率。S0 pu i吸收功率，充當負載。第43頁/共88頁例6-1計算圖示電路各元件的功率。解V5V)510(RuA1A55RuiRW5W152 RipRW10W110S10iupVW5W15S5iupV發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）P（吸）5Ri+_Ru+_10V5V-+第44頁/共88頁其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u 無關的元件叫理想電流源。l 電路符號2.理想電流源l 定義uSi+_l 理想電流源的電壓、電流關系 電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關；與它兩端電壓的方向、大小無關。

12、第45頁/共88頁 電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。uiSi直流電流源的伏安特性曲線O例Ru-+Si外電路SRiu )0( 0Ru ()uR電流源不能開路！第46頁/共88頁 可由穩(wěn)流電子設備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負載無關；光電池在一定光線照射下光電子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。實際電流源的產(chǎn)生：l 電流源的功率u+_SiSuip 電壓、電流的參考方向非關聯(lián)。發(fā)出功率，起電源作用。S0pui 電壓、電流的參考方向關聯(lián)。u+_Si吸收功率，充當負載。S0pui第47頁/共88頁1、當R增大時，I2變不變？R兩端的電壓會不會變？2、當R增大時，U2變不變？ U1變不變？+-+-R10V

13、2VI2I1I3題 1圖4題 2圖思考題10A2AR4+-U1U2+-第48頁/共88頁實際電源干電池鈕扣電池1. 干電池和鈕扣電池（化學電源） 干電池電動勢為1.5V，僅取決于（糊狀）化學材料，其大小決定儲存的能量，化學反應不可逆。 鈕扣電池電動勢為1.35V，用固體化學材料制成，化學反應不可逆。第49頁/共88頁 氫氧燃料電池示意圖2. 燃料電池（化學電源） 燃料電池電動勢為1.23V。以氫、氧作為燃料。約40%45%的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。實驗階段加燃料可繼續(xù)工作。 第50頁/共88頁3. 太陽能電池（光能電源） 一塊太陽能電池電動勢為0.6V。太陽光照射到PN結(jié)上，形成一個從N區(qū)流向P區(qū)的

14、電流。約11%的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，故常用太陽能電池板?一個50cm2太陽能電池的電動勢為0.6V,電流為0.1A。太陽能電池板第51頁/共88頁蓄電池示意圖4. 蓄電池（化學電源） 電池電動勢為2V。使用時，電池放電，當電解液濃度小于一定值時，電動勢低于2V，常需要充電，化學反應可逆。第52頁/共88頁直流穩(wěn)壓源第53頁/共88頁發(fā)電機組第54頁/共88頁風力發(fā)電第55頁/共88頁工業(yè)風力發(fā)電現(xiàn)場第56頁/共88頁1-7 受控電源(非獨立源)l 電路符號受控電壓源1.定義受控電流源 電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某處的電壓(或電流)控制的電源，稱為受控電源。+四端元件第

15、57頁/共88頁 電流控制的電流源 ( CCCS ) : 電流放大倍數(shù) 根據(jù)控制量和被控制量是電壓u或電流i，受控源可分四種類型：電壓控制電流源、電壓控制電壓源、電流控制電流源、電流控用電壓源。2.分類12 ii輸出：受控部分輸入：控制部分 i1+_u2i2_u1i1+第58頁/共88頁g: 轉(zhuǎn)移電導 電壓控制的電流源 ( VCCS )12gui 電壓控制的電壓源 ( VCVS )12 uu: 電壓放大倍數(shù) gu1+_u2i2_u1i1+i1u1+_u2i2_u1+_第59頁/共88頁 電流控制的電壓源 ( CCVS )12riu r : 轉(zhuǎn)移電阻 例bc ii電路模型ibicibri1+_u

16、2i2_u1i1+_bici第60頁/共88頁3.受控源與獨立源的比較 獨立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其他電壓、電流無關，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。 獨立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的電壓或電流的控制關系，在電路中不能作為“激勵”。第61頁/共88頁例7-1求電壓u2。解A2A361iV4V)610( 6512iu5i1+_u2_i1+-3u1=6V第62頁/共88頁例：計算獨立源和受控源各自發(fā)出的功率1I5V+-+-2I110I25AI1551VI10101AI52102WPV5155WPI505101

17、10解：有沒有電流？第63頁/共88頁1-8 基爾霍夫定律 基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律 （KCL）和基爾霍夫電壓定律( KVL )。它反映了電路中所有支路電壓和支路電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律。基爾霍夫定律與元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎。第64頁/共88頁+_R1uS1+_uS2R2R31.幾個名詞電路中通過同一電流的分支。元件的連接點稱為結(jié)點。b=3an=4b 支路電路中每一個兩端元件就稱為一條支路。i3i2i1 結(jié)點b=5或三條以上支路的連接點稱為結(jié)點。n=2注意 兩種定義分別用在不同的場合。第65頁/共88頁由支路組成的閉合路徑。兩結(jié)點間的一條通路。由支路構(gòu)成

18、。對平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3123 路徑 回路 網(wǎng)孔網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。+_R1uS1+_uS2R2R3注意第66頁/共88頁2.基爾霍夫電流定律 (KCL)令流出為“+”，有：例 在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意結(jié)點流出（或流入）該結(jié)點電流的代數(shù)和等于零。mbti10)(出入ii 或或流進的電流等于流出的電流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 第67頁/共88頁0641iii例0542iii0653iii三式相加得：0321iiiKCL可推廣應用于電路中包圍多個結(jié)點的任一閉合面。 5i6i4i1i3i2i表明第68頁/共88

19、頁 KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)點處的反應。 KCL是對結(jié)點處支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關，與電路是線性還是非線性無關。 KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電流實際方向無關。明確第69頁/共88頁 練習：圖示節(jié)點處有四個支路電流，在不同時刻其中三個電流的數(shù)值如表中所示。試填寫該表所缺各項。i1i2i3i42255-1-5-1-2-40.5 3-3177實際流出節(jié)點的電流實際流入節(jié)點的電流i1i2i3i4第70頁/共88頁 練習：圖示節(jié)點處有四個支路電流，在不同時刻其中三個電流的數(shù)值如表中所示。試填寫該表所缺各項。i1i2i3i42255-1-5-1-2-40

20、.5 3-3177實際流出節(jié)點的電流實際流入節(jié)點的電流i1i2i3i41.502334455第71頁/共88頁3.基爾霍夫電壓定律 (KVL)mbtu10)(升降uu 或或U3U1U2U4 標定各元件電壓參考方向。 選定回路繞行方向，順時針或逆時針。在集總參數(shù)電路中，任一時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_第72頁/共88頁U1US1+U2+U3+U4+US4= 0U2+U3+U4+US4=U1+US1 或R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4KVL也適用于電路中任一假想的回路。注意U3U1U2U4I1+US1R1I4

21、_+US4R4I3R3R2I2_第73頁/共88頁例S21baUUUU KVL的實質(zhì)反映了電路遵從能量守恒。 KVL是對回路中的支路電壓加的約束，與回路各支路上接的是什么元件無關，與電路是線性還是非線性無關。 KVL方程是按電壓參考方向列寫的，與電壓實際方向無關。明確aUSb_-+U2U1第74頁/共88頁 練習：圖中電壓U3的參考極性已確定，若該電路的兩個KVL方程分別為：U1-U2-U3=0；-U2-U3+U5-U6=0試確定U1、U2、U5及U6的極性；能否進一步確定U4的參考極性；若給定U2=10V，U3=5V，U6=-4V，試確定其余各電壓。124356+-U3第75頁/共88頁4. KCL、KVL小結(jié)KCL是對支路電流的線性約束，KVL是對回路電壓的線性約束。KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關。KCL表明在每一結(jié)點上電荷是守恒的；KVL是能量守恒的具體體現(xiàn)(電壓與路徑無關)。 KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。第76頁/共88頁思考：UA =UB?I = 01.？AB+_1111113+_22.i1第77頁/共88頁Ai523 )(A3A2 ? i 3 3 5 1 43。Vu1552010 V5 ? u V10 V204。+-4V5Vi =?5.+-4V5V1A+-u =?6.Aii3543 Vu1275 33第78頁/共88頁0)