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文檔簡介
制作:電工教研室主講:肇巍《電路分析基礎(chǔ)》教材:《電路》(第5版)原著:邱關(guān)源修訂:羅先覺
課程編號:1510064002英文名稱:TheoryofCircuit課程類型:必修學(xué)時:64學(xué)時。(實驗課單獨設(shè)課16學(xué)時,共80學(xué)時)學(xué)分:4(+1)先修課程:高等數(shù)學(xué)、普通物理使用教材:電路?邱關(guān)源?高教出版社(第5版)參考書:電路分析基礎(chǔ)?李翰遜?高教出版社
電路原理?周守昌?高教出版社教學(xué)要求與內(nèi)容1、授課內(nèi)容第一、二、三章全部,第四章1-4節(jié),第六章全部,第七章1-6節(jié),第八、九章全部,第十章1、2、5節(jié),第十一章1-4節(jié),第十二章全部,第十五章1、2、4、5節(jié),第十六章1、2節(jié)第十八章1-4節(jié)。4、要求:(1)實驗共8個,課余時間穿插完成,不認(rèn)真完成者,不允許參加期末考試(2)出勤:不定期抽查點名、記錄注:缺課(曠課、病事假)4次期末不允許考試曠課一次,平時成績扣5分(3)測驗:不定期課堂測驗(4)作業(yè):全部檢查部分批改,不認(rèn)真完成者,每次平時成績扣5分3、期末考核形式平時(出勤、測驗、作業(yè))占20%期末考試占80%第一章電路模型和電路定律本章主要內(nèi)容:電路和電路模型電流和電壓的參考方向功率電路元件:電阻、獨立源和受控源電路的基本定律—基爾霍夫定律基本要求牢固掌握理想元件、電路模型、參考方向及關(guān)聯(lián)參考方向等概念。深刻理解電壓、電流、功率等物理量的意義和各量之間的關(guān)系。牢固掌握和熟練應(yīng)用元件(電阻、電壓源、電流源和受控源)的伏安關(guān)系和基爾霍夫電壓定律及電流定律。樹立用電路基本定律分析電路的觀念。作用:提供能量、傳送和處理信號、
測量電路、存儲信息§1-1電路和電路模型1.
電路—實際電路(電流的通路)定義:由電路部件或器件相互聯(lián)結(jié)而成的電流通路。
電源—提供能量的部件,又稱激勵
電路中的電壓和電流稱為響應(yīng)
負(fù)載—消耗能量的部件
中間環(huán)節(jié)—連接電源與負(fù)載§1-2
電流和電壓的參考方向一、電流和電壓的基本知識(一)電流(電流強度)1、定義:單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量。用符號i表示,即i(t)=dq/dt2、分類:(1)直流(DC):電流的大小和方向不隨時間變化。I=q/t(2)交流(AC):電流的大小和方向都隨時間變化。3、單位:安培(安),符號A4、電流的正負(fù)僅對參考方向有意義。參考方向的假設(shè)是任意的,但一經(jīng)假定就不得更改。abIR參考方向二、電流的參考方向(電流的正方向)1、電流的實際方向—正電荷的運動方向。2、參考方向—人為規(guī)定的電流方向,用箭頭或雙下標(biāo)表示,為代數(shù)量。3、與實際方向的關(guān)系:如果電流的實際方向與參考方向一致,電流為正值;否則,為負(fù)值。+四、電流與電壓關(guān)聯(lián)參考方向(一致參考方向)1、關(guān)聯(lián)參考方向(一致參考方向):電流參考方向從電壓參考高電位端流向參考低電位端。2、非關(guān)聯(lián)參考方向(相反參考方向):電流參考方向從電壓參考低電位端流向參考高電位端。+1、電流與電壓為關(guān)聯(lián)參考方向時p(t)=u(t)i(t)2、電流與電壓為非關(guān)聯(lián)參考方向時p(t)=-u(t)i(t)§1-3電功率和能量一、電功率p(t)=dW/dt二、能量在t0到t的時間內(nèi),元件吸收的能量為:當(dāng)p(t)為正時,元件實際吸收功率(能量),將電能轉(zhuǎn)換為其它能量,負(fù)載作用。當(dāng)p(t)為負(fù)時,元件實際發(fā)出功率(能量),將其它能量轉(zhuǎn)換為電能,電源作用。三、功率的正負(fù)例1、已知電路如圖(a)、(b)所示,I=2A,求P(1)圖(a)中:I與U是關(guān)聯(lián)參考方向I+(a)+I(b)解:P=UI=1×2=2WP>0,表示元件吸收功率(能量),是負(fù)載(2)圖(b)中:I與U是非關(guān)聯(lián)參考方向P=-UI=-(-1)×2=2WP>0,表示元件吸收功率(能量),是負(fù)載例2、已知如圖所示電路,產(chǎn)生功率為4W,求I。+I注意:功率公式中有兩套“正負(fù)”號。解:I與U是非關(guān)聯(lián)參考方向一個是由電壓、電流的參考方向決定的(選公式),另一個電壓、電流的實際方向決定的(代數(shù)值)。一個二端元件,如其端電壓u和端電流i之間的關(guān)系可用代數(shù)方程
f(u,i)=0表示,該二端元件稱為電阻元件。如f(u,i)=0是線性代數(shù)方程,則該二端元件為線性電阻元件。如f(u,i)=0是非線性代數(shù)方程,則該二端元件為非線性電阻元件?!?5電阻元件線性電阻元件u(t)=Ri(t)i(t)=Gu(t)RΩ西門子(S)滿足歐姆定律電導(dǎo)注意:電流與電壓為關(guān)聯(lián)參考方向。伏安關(guān)系(VAR)(元件特性):u(t)=Ri(t)i(t)=Gu(t)線性電阻元件吸收的功率關(guān)聯(lián)參考方向時p(t)=u(t)i(t)非關(guān)聯(lián)參考方向時p(t)=-u(t)i(t)電流與電壓為非關(guān)聯(lián)參考方向無論參考方向如何線性電阻元件吸收的能量p(t)=Ri2(t)=u2(t)/R2、性質(zhì)(特點)l
該元件電壓不隨電流大小變化,在u-i平面上為一條直線l
電壓為時變時,平面上直線平移l
us(t)=0相當(dāng)于短路l
元件電流由電源與外電路共同決定
3、伏安特性曲線uUSi表明端電壓與電流大小無關(guān)。二、電流源l
該元件電流不隨電壓大小變化,在u-i平面上為一條直線l
電流為時變時,平面上直線平移l
is(t)=0相當(dāng)于開路l
元件電壓由電源與外電路共同決定
1、定義是一個理想的二端元件,通過元件的電流與它兩端的電壓無關(guān),電流總保持為某給定的時間函數(shù)。2、性質(zhì)(特點)4、伏安特性曲線uISi表明通過的電流與端電壓大小無關(guān)。3、元件模型is、IS箭頭表示電流的參考方向注意:1、電壓源不允許短路,電流源不允許開路。2、端電壓不等的電壓源,不允許并聯(lián);電流不等的電流源,不允許串聯(lián)。電流控電流源
CCCS電流控電壓源
CCVSu1=
0i2=i1u1=0u2=rmi1系數(shù)、、
gm、
rm
為常數(shù)時,為線性受控源;否則,稱為非線性受控源。
例、求i解:-++-l除特例外(應(yīng)用疊加定理時,受控源視為電阻處理)受控源在電路分析中,一律視為獨立源處理說明:l線性受控源中的系數(shù)(、、gm、rm)都是常數(shù)l受控源是一個元件涉及兩條支路l
受控源可以吸收功率,也可以發(fā)出功率l
控制變量為零時,受控量無條件為零l
非獨立源(受控源為能量轉(zhuǎn)換元件)具有明確網(wǎng)絡(luò)(受控支路與控制支路必在同一電路中,且同時存在,缺一不可)即:基爾霍夫電流定律和電壓定律電路中所有元件的電流和電壓自應(yīng)遵循的,由元件相互聯(lián)接關(guān)系所規(guī)定的約束關(guān)系。
§18基爾霍夫定律電路中所有元件的電流和電壓受到兩類約束:1、元件特性約束由元件特性決定的,為元件的組成關(guān)系,即電壓電流關(guān)系(伏安關(guān)系VCR、VAR)。2、拓?fù)浼s束(幾何約束)電路術(shù)語:支路:在集總參數(shù)電路中,每一個二端元件構(gòu)成一個支路。b節(jié)點:每條支路的端點。兩條或兩條以上支路接于一點時,此連接點只算做一個節(jié)點。n回路:任一閉合路徑。網(wǎng)孔(獨立回路):內(nèi)部不包含任何支路的回路。m或:流經(jīng)同一電流的路徑?;颍喝龡l以上之路匯聚點。例:b=7n=3m=5b、n、m=?6、4、3abcdi1i2i3i4i5ei6KCL:對于集中參數(shù)電路中的任何一個節(jié)點而言,在任一瞬時,流入此節(jié)點的電流之和等于流出此節(jié)點的電流之和。
使用條件——集中參數(shù)電路
任意瞬時——必須是同一時刻
任何一個節(jié)點
流入、流出——參考方向
基爾霍夫電流定律,縮寫為KCLl
電路中可列的KCL方程不是全部獨立的,獨立方程數(shù)為節(jié)點數(shù)減一。l
該定律與所接支路中元件無關(guān)l
數(shù)學(xué)形式:i入(t)=i出(t)i(t)=0流出或流入此節(jié)點的電流之代數(shù)和為零。l
KCL不僅可用于任意節(jié)點,而且可以推廣到任意閉合曲面中——廣義節(jié)點節(jié)點1:節(jié)點2:節(jié)點3:節(jié)點4:節(jié)點5:例:廣義節(jié)點:假想的閉合面包圍著的節(jié)點和支路的集合。
KCL是電流連續(xù)性原理在集中參數(shù)電路中的表現(xiàn)形式。
KCL與元件的性質(zhì)無關(guān)。
i1=3Ai2=-2Ai3=?強調(diào):(3)列KCL方程與支路中元件的性質(zhì)無關(guān),只與電路的幾何形狀有關(guān),稱為幾何約束。(2)KCL方程有兩套正負(fù)號(公式、電流本身)。(1)列KCL方程時,應(yīng)先設(shè)定各支路電流的參考方向。例:KVL:在集總參數(shù)電路的任何一個回路中,任一瞬時,沿著任意選定的回路繞行方向,各支路電壓的代數(shù)和恒等于零。
使用條件——集總參數(shù)電路
任意瞬時——必須是同一時刻回路繞行方向——支路電壓參考方向(電壓降方向)與回路繞行方向一致時取正,反之取負(fù)。
基爾霍夫電壓定律,縮寫為KVLl該定律與所接元件性質(zhì)無關(guān)
電路中可列的KVL方程不是全部獨立的,獨立方程數(shù)為b-(n-1)。b為支路數(shù),n為節(jié)點數(shù)。
回路1:l
KVL不僅可用于任意回路,而且可以推廣到假想回路中(廣義回路)。強調(diào):(1)列KVL,應(yīng)先設(shè)定回路中各支路電壓的參考方向及回路繞行方向。(2)注意方程中有兩套正負(fù)號。(參考方向與繞行方向一致性,電壓本身的符號。)(3)KVL方程與元件性質(zhì)無關(guān)(幾何約束)。(4)電路中任意兩點間電壓與計算路徑無關(guān)。
回路2:
回路3:例1、求節(jié)點①到節(jié)點⑤的電壓和各節(jié)點的電位。
電壓大小與計算路徑無關(guān)。
(廣義回路)計算各節(jié)點的電位時,要先選擇一個電位參考點,即零電位點。
(1)如以節(jié)點④作為電位參考點v①=u①④=20Vv②=u②④=u②①+u①④
=(2+20)V=18V
v③=u③④=12V
v⑤=u⑤④=24V
即v④=0V(2)如以節(jié)點①作為電位參考點v②=u②①=2Vv③=u③①=u③②+u②①
=(62)V=8Vv④=u④①=20Vv⑤=u⑤①=u⑤②+u②①
=(62)V=4V各點電位將隨所選擇的電位參考點的不同而改變,但任意兩點間的電壓(即電位差)則不隨電位參考點的改變而改變。
即v①=0
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