電路模型與電路定理.ppt

1、,第1章 電路的基本概念 和基本定理,內(nèi)容提要,本章主要介紹電路模型的概念、關(guān)聯(lián)參考方向、功率和能量、集總參數(shù)元件、基爾霍夫定律。,1.1 電路與電路模型,1.3 電路的功率與能量,1.4 電阻元件,1.5 電壓源與電流源,1.6 基爾霍夫定律,1.7 電位及其計(jì)算,1.2 電路的基本物理量,電路在現(xiàn)代生活領(lǐng)域隨處可見(jiàn)，例如日常生活中常用的手電筒、半導(dǎo)體收音機(jī)、電力傳輸、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等各個(gè)方面都離不開電路。那么什么是電路？給出手電筒照明電路如圖所示。,如何分析流過(guò)小燈泡的電流?,【引例】,實(shí)際電路：由多種電氣元件和器件（例如二極管、晶體管、運(yùn)算放大器、變壓器、電阻、電容、電感等

2、）通過(guò)導(dǎo)線按照一定的方式連接而成的電流通路。,日光燈照明電路 晶體管放大電路示意圖,集總參數(shù)電路：電磁能量在空間傳播，如果實(shí)際電路的幾何尺寸遠(yuǎn)小于其工作電磁波的波長(zhǎng)，可認(rèn)為送到實(shí)際電路各處的電磁能量是同時(shí)到達(dá)的，此時(shí)電路尺寸可忽略不計(jì)。,集總參數(shù)元件：在集總參數(shù)電路中能用一個(gè)參數(shù)或幾個(gè)參數(shù)來(lái)表征的理想化電路元件。,注意：在任何時(shí)刻，流入二端元件的一個(gè)端子的電流 一定等于從另一端子流出的電流，且兩個(gè)端子之間的 電壓為單值量。,1.電流定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。,2.電流表達(dá)式：,3.電流的實(shí)際方向：,很難判斷電流的實(shí)際方向,4.電流的參考方向：任意假定的電流方向。,在規(guī)定的參考方向

3、下，計(jì)算后若 i0 參考方向與實(shí)際方向一致 i0 參考方向與實(shí)際方向相反,1.電壓定義：電場(chǎng)力將單位正電荷由電場(chǎng)中一點(diǎn)按照一定 的路徑移動(dòng)到另一點(diǎn)所做的功。,2.電壓表達(dá)式：,3.電壓的參考方向：,在規(guī)定的參考方向下，計(jì)算后若 u0 參考方向與實(shí)際方向一致 u0 參考方向與實(shí)際方向相反,注意：電壓、電流的參考方向可以任意設(shè)定的。,如果指定流過(guò)元件的電流的參考方向是從標(biāo)以電壓正極性的一端流入，負(fù)極流出，則兩者參考方向一致，稱為關(guān)聯(lián)參考方向。,功率：電路在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)換的電能 。,表達(dá)式：,在關(guān)聯(lián)參考方向下，若 p0 元件吸收功率 p0 元件提供功率,【解】,色環(huán)電阻,金屬電阻,水泥電阻,貼片電

4、阻,精密電位器,歐姆定律：在 、 為關(guān)聯(lián)參考方向的條件下，線性 電阻的伏安特性符合歐姆定律，即有,注意：在直流電路中，,電導(dǎo)：電阻的倒數(shù)，用符號(hào)G 表示，單位為西門子（S）,電阻：用符號(hào)R表示，單位為歐姆（）,電阻元件的功率：,電阻是無(wú)源的耗能元件,電阻元件從 到 時(shí)間內(nèi)吸收的能量為：,電阻元件的額定功率：在規(guī)定的環(huán)境溫度和濕度下， 在長(zhǎng)期連續(xù)負(fù)載而不損壞或基本不改變性能 的情況下，電阻上允許消耗的最大功率。,色環(huán)表示法,【解】根據(jù)歐姆定律有,電阻 消耗的功率為,干電池,蓄電池,直流穩(wěn)壓電源,發(fā)電機(jī),實(shí)際電壓源總是存在內(nèi)阻,實(shí)際電壓源,(2) 其電流由它本身與外電路共同決定，即與它相連接的外電

5、路有關(guān)。,2.理想電壓源,電路如圖所示，電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，電壓源的功率為,P0 電源吸收功率，起負(fù)載作用 P0 電源提供功率，起電源作用,3.理想電壓源的功率,1.實(shí)際電流源,實(shí)際電流源是由實(shí)際電壓源轉(zhuǎn)換的,(2) 其電壓由它本身與外電路共同決定，即與它相 連接的外電路有關(guān)。,2.理想電流源,電路如圖所示，電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，電流源的功率為,P0 電流源吸收功率，起負(fù)載作用 P0 電流源發(fā)出功率，起電源作用,3.理想電流源的功率,古斯塔夫羅伯特基爾霍夫 （Gustav Robert Kirchhoff，1824 1887 ） 德國(guó)物理學(xué)家，柏林科學(xué)院院士,1847年發(fā)表的兩個(gè)

6、電路定律 （基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律）， 發(fā)展了歐姆定律，對(duì)電路理論有重大作用。,與化學(xué)家本生一同開拓出一個(gè)新的學(xué)科領(lǐng)域 光譜分析，并發(fā)現(xiàn)了銫和鍶兩種元素。,提出熱輻射中的基爾霍夫輻射定律，這是輻射 理論的重要基礎(chǔ)。,基爾霍夫定律，闡明了集總參數(shù)電路中與各結(jié)點(diǎn) 相連的所有支路電流所滿足的關(guān)系和與各回路相 關(guān)的所有支路電壓所滿足的關(guān)系?；鶢柣舴蚨?是分析集總參數(shù)電路的重要定律，是電路理論的 奠基石。,支路,結(jié)點(diǎn),回路,網(wǎng)孔,基爾霍夫電流定律（KCL）表述為：在集總參數(shù)電路中，在任一時(shí)刻，流入或流出任一結(jié)點(diǎn)或封閉面的所有支路電流的代數(shù)和等于零，即,KCL實(shí)質(zhì)上是電流連續(xù)性的體現(xiàn)，即在任

7、何瞬間，流入該結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。,結(jié)點(diǎn),結(jié)點(diǎn),結(jié)點(diǎn),結(jié)點(diǎn),結(jié)點(diǎn),KCL電流方程,廣義的結(jié)點(diǎn),對(duì)結(jié)點(diǎn)b，根據(jù)KCL列出方程：,代入數(shù)據(jù),解得：,代入數(shù)據(jù),解得：,基爾霍夫電壓定律（KVL）：在集總參數(shù)電路中，在任一時(shí)刻沿任一回路，任一瞬時(shí)沿該回路繞行一周，則該回路的各段支路電壓的代數(shù)和為零，即,KVL實(shí)質(zhì)上是電位單值性的體現(xiàn)，即當(dāng)電路選定電位參考點(diǎn)以后，其余各結(jié)點(diǎn)都具有一定的電位值。,回路1,回路2,回路3,KVL電壓方程,廣義的回路,【解】 列結(jié)點(diǎn)a的KCL電流方程，有,選擇繞行方向，列回路1的KVL方程,解得,解得,【例1.5】 試寫出下圖所示支路電壓 和支路電流 之間的關(guān)系。,【解】 根據(jù)繞行方向列回路1的KVL方程,列節(jié)點(diǎn)a的KCL方程,解上面兩個(gè)方程得,【解】 設(shè)三個(gè)回路的繞行參考方向如圖b所示。,a) 二極管的正向伏安特性的電位測(cè)量,b) 晶體管的輸入特性的電位測(cè)量,兩點(diǎn)的電位差,電位的計(jì)算步驟如下： (1) 任選電路中某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，設(shè)其電位為零； (2) 標(biāo)出各電流和電壓的參考方向； (3) 計(jì)算各點(diǎn)至參考點(diǎn)間的電壓即為各點(diǎn)的電位。,【例1.8】 電路如圖a所示，分別設(shè)a、b為參考點(diǎn)。 試求a、b、c、d各點(diǎn)的電位。,【解】 根據(jù)電位的概念，設(shè)a點(diǎn)為參考點(diǎn)如圖b所示。,設(shè)b點(diǎn)為參考點(diǎn)如圖c所示。,習(xí)慣上在電路圖