1電路基本原理ppt課件.ppt

1、第1章 電路的基本概念和基本定律,1.1 電路及其理論模型,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,1.4 基爾霍夫定律,end,1,電路分析基礎(chǔ),電氣車間：試驗(yàn)班,2,如何學(xué)好電路分析基礎(chǔ),掌握概念的含義和來(lái)龍去脈：除了要理解和記住概念的定義、符號(hào)和單位外，還要了解引入概念的原因，它與類似概念的異同點(diǎn)，以及它在后續(xù)內(nèi)容中所起的作用等。 領(lǐng)會(huì)規(guī)律、方法的導(dǎo)出與應(yīng)用：要做到知其然、知其所以然，不要機(jī)械套用，學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用，舉一反三。 從應(yīng)用要求來(lái)理解電子電路的功能：各種電子電路都有應(yīng)用背景，離開(kāi)應(yīng)用背景對(duì)電子電路的性能分析是沒(méi)有意義的，。 多作練習(xí)，鞏固知識(shí)：各種

2、方法的學(xué)習(xí)都必須通過(guò)不斷練習(xí)才能得以鞏固，因此，學(xué)習(xí)過(guò)程中，要獨(dú)立地完成一定量習(xí)題。 認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)理論知識(shí)理解：本課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，只有理論學(xué)習(xí)是不夠的，實(shí)驗(yàn)可以讓我們更加深刻理解理論知識(shí)，也能從中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，啟發(fā)我們深入學(xué)習(xí)。 多做課外閱讀，拓寬知識(shí)面：電工電子技術(shù)的發(fā)展十分迅速，課程中不可能將所有內(nèi)容都包含進(jìn)去，通過(guò)課外閱讀能夠?qū)Ρ绢I(lǐng)域的先進(jìn)理論、方法有更多了解，豐富自己。,3,1. 電壓、電流的參考方向,3. 基爾霍夫定律,重點(diǎn)：,2. 電路元件特性 （電阻、電源、受控源）,電路分析的基礎(chǔ),第1章 電路的基本概念和基本定律,end,1.1 電路及其理論模型,一、電路的概念 電路是由

3、用電設(shè)備（稱為負(fù)載）、元器件、供電設(shè)備（稱為電源）通過(guò)導(dǎo)線連接而構(gòu)成的提供給電荷流動(dòng)的通路。電路是電場(chǎng)的一種特殊形式，當(dāng)電場(chǎng)被束縛在電荷流動(dòng)的路徑周圍很小的范圍時(shí)，即形成電路。 二、電路的組成 為電路工作提供能量的電源； 完成放大、濾波、移相等功能的元器件； 用電設(shè)備（負(fù)載） 連接電源、元器件和用電設(shè)備的導(dǎo)線； 控制電源接入的開(kāi)關(guān)等。,直流電源: 提供能源,信號(hào)處理： 放大、調(diào)諧、檢波等,負(fù)載,信號(hào)源: 提供信息,電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。,電路的組成,1.1 電路及其理論模型,三、電路的功能 客觀上電路提供了電荷流動(dòng)的通路，電荷攜帶著

4、電能在電路中流動(dòng)，從電源帶走電能，而在用電元器件中又釋放電能，因此電路的工作伴隨著能量的運(yùn)動(dòng)。 電路主要有下列作用： 能量傳輸 將電源的電能傳輸給用電設(shè)備(負(fù)載)。 能量轉(zhuǎn)換 將傳輸?shù)截?fù)載的電能根據(jù)需要轉(zhuǎn)換成其它形式的能量，如光、聲、熱、機(jī)械能等 信息傳輸 信息處理,信息- (載體)-信號(hào)-電路-終端-(去載體)-信息(電流或電壓)。如廣播電路或電視發(fā)射裝置,信號(hào)(接受)-電路（放大、去噪、合成)-信號(hào)。如電視機(jī)。,電路模型,1. 理想電路元件：根據(jù)實(shí)際電路元件所具備的電磁性質(zhì)所設(shè)想的具有某種單一電磁性質(zhì)的元件。,幾種基本的電路元件：,電阻元件：表示消耗電能的元件,電感元件：表示各種電感線圈產(chǎn)

5、生的磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的作用,電容元件：表示各種電容器產(chǎn)生的電場(chǎng)，儲(chǔ)存電能的作用,電源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件,1.1 電路及其理論模型,無(wú)源元件,2. 電路模型：由理想元件及其組合代表實(shí)際電路元件，與實(shí)際電路具有基本相同的電磁性質(zhì)，稱其為電路模型。,* 電路模型是由理想電路元件構(gòu)成的。,導(dǎo)線,電池,開(kāi)關(guān),燈泡,例 .,1.1 電路及其理論模型,建模時(shí),工作條件不一樣,其模型也不一樣。,直流狀態(tài),僅消耗能量,交流低頻狀態(tài),消能,儲(chǔ)能,交流高頻狀態(tài),消耗能量,儲(chǔ)磁場(chǎng)能量和電場(chǎng)能量,實(shí)際線圈,1.1 電路及其理論模型,如：,end,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,1.

6、2.1 電路變量,在電路理論中涉及的變量主要有電流、電壓、電位、電荷、磁通、磁通鏈、功率和能量。其中電流、電壓、電位、能量和功率最為常用。,1.電流,形成：,國(guó)際單位制單位:A(安培）常用單位:mA(10-3A), A(10-6A),分類,直流(DC) 電流:大小和方向不隨時(shí)間改變, 通常用I 表示,交流(AC) 電流: 大小和方向隨時(shí)間改變,通常用i 表示,電流的大小用電流強(qiáng)度表示。,帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。,度量：,單位：,表示單位時(shí)間流過(guò)電路中某一截面的凈電荷量。,2.電壓,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,形成：,電荷由電路中的a點(diǎn)移到b點(diǎn)所發(fā)生的能量變化。,V(伏特) kV

7、(103V),m(10-3V)，V(10-6V）,分類,直流電壓 :大小和方向不隨時(shí)間改變，通常用U表示,交流電壓 ：大小和方向隨時(shí)間改變，通常用u表示,度量：,單位電荷由電路中的a點(diǎn)移到b點(diǎn)所發(fā)生的能量變化，即,單位：,電路中兩點(diǎn)間的電壓（降）就等于這兩點(diǎn)的電位差，即,設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則 Vc= 0,Va= Uac， Vb=Ubc， Vd= Udc,Uab = Va- Vb,3.電 位,選擇電路中某一點(diǎn)作為參考點(diǎn)，電路中其他各點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)之間的電壓稱為該點(diǎn)的電位，用V表示。,參考點(diǎn)的電位為0。參考點(diǎn)可以任意選擇，用符號(hào)“”表示。,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,例 .,已知 Uab

8、=1.5 V，Ubc=1.5 V，求Va,Vb, Vc, Uac,(1) 以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，Va=0, Vb = Va Uab= 1.5 V,Ubc= VbVc,(2) 以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，Vb=0,Uab= VaVb Va = Vb +Uab= 1.5 V,Ubc= VbVc Vc = Vb Ubc= 1.5 V,Uac= VaVc = 1.5 (1.5) = 3 V,結(jié)論：電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；當(dāng)選擇不同的電位參考點(diǎn)時(shí)，電路中各點(diǎn)電位均不同，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,Uac = Va-Vc= 3 V,Uab= VaVb, Vc = Vb Ubc=-

9、1.5 1.5 V=-3V,4.能量和功率,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,在t0到t的時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)力將單位正電荷由A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)所做的功，用W表示：,能量:,單位：焦耳（J）,功率:,單位時(shí)間內(nèi)能量的變化率：,單位： 瓦（特）（W）,常用單位: kW(103W ), mW(10-3W),1.2.2 參考方向,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,實(shí)際方向：正電荷移動(dòng)的方向,參考方向：在進(jìn)行電路分析時(shí)，假定的電流方向。,1.電流的參考方向（流向）,為什么要引入?yún)⒖挤较?(a) 復(fù)雜電路的某些支路事先無(wú)法確定實(shí)際方向。,中間支路電流的實(shí)際方向無(wú)法確定，為分析方便，只能先任意標(biāo)一方向（

10、參考方向），根據(jù)計(jì)算結(jié)果，才能確定電流的實(shí)際方向。,(b) 實(shí)際電路中有些電流是交變的，無(wú)法標(biāo)出實(shí)際方向。,當(dāng),電流實(shí)際方向與參考方向(紅色箭頭）相同,i,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,電流參考方向的兩種表示：, 用箭頭表示：箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较颉? 用雙下標(biāo)表示：如 iAB , 電流的參考方向由A指向B。,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,例,I1 = 1A,I1 = -1A,：參考方向與實(shí)際方向一致,：參考方向與實(shí)際方向相反,電流的參考方向可以任意選定。規(guī)定相反的參考方向時(shí)，相應(yīng)的電流表達(dá)式和計(jì)算結(jié)果差一個(gè)符號(hào)。,參考方向: 假定的方向,實(shí)際方向：從高電位端指向低電位

11、端,電壓參考方向的表示：,一個(gè)箭頭,“+”、”-”極性,“雙下標(biāo)”表示,2. 電壓(降)的參考方向(極性),1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,電壓的參考方向可以任意選定，如果電壓的參考方向與實(shí)際方向一致，則電壓為正值，反之為負(fù)。,例：,UR= -5V,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,3. 關(guān)聯(lián)參考方向,元件或支路的u，i通常采用相同的參考方向稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,功率的計(jì)算,(1) u, i 取關(guān)聯(lián)參考方向,p = u i,(2) u, i 取非關(guān)聯(lián)參考方向,p = - u i,功率的判斷,1.2 電路變量及電流和

12、電壓的參考方向,若某元件電功率大于零，在電路中消耗電能，表現(xiàn)為負(fù)載。 若某元件電功率小于零，向電路提供電能，表現(xiàn)為電源。,例 U1=10V， U2=5V。 分別求電源、電阻的功率。,解：設(shè)電路中電流及電阻電壓參考方向如圖,吸收功率,發(fā)出功率,吸收功率,-功率平衡,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,電源和負(fù)載的概念 若某元件電功率大于零，在電路中消耗/吸收電能，表現(xiàn)為負(fù)載。 若某元件電功率小于零，向電路提供/發(fā)出電能，表現(xiàn)為電源。 舉例：由5個(gè)元件組成的電路如圖，各元件上電壓、電流參考方向采用關(guān)聯(lián)參考方向，標(biāo)在圖上如下。,確定各元件的功率，指出哪些是電源、哪些是負(fù)載？,元件1,是負(fù)載,元件

13、2,是負(fù)載,元件3,是電源,元件4,是負(fù)載,元件5,是電源,注意：,電路中所有元件的功率之和為 0 ！這一規(guī)則稱為功率平衡原理。常用作對(duì)分析結(jié)果的檢 驗(yàn)準(zhǔn)則。功率平衡實(shí)際上是能量守恒的體現(xiàn)，任意時(shí)刻，電源發(fā)出的電能恰為負(fù)載所消 耗。,小結(jié)：,(1)電壓和電流的參考方向是任意假定的。分析電路前必須標(biāo)明。,(2)參考方向一經(jīng)假定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注 (包括方向和符號(hào)），在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式符號(hào)也不同，但實(shí)際方向不變。,1.2 電路變量及電流和電壓的參考方向,(3)元件或支路的u，i通常采用關(guān)聯(lián)參考方向，以減少公式中負(fù)號(hào)。,(4)參考方向也稱為假定方向、正方向，以后

14、討論均在參考方向下進(jìn)行，不考慮實(shí)際方向。,end,作業(yè)：1-1 練習(xí)：1-2,集總參數(shù)元件：每一個(gè)具有兩個(gè)端鈕的元件中有確定的電流，端鈕間有確定的電壓。,集總參數(shù)電路：由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路。,一個(gè)實(shí)際電路要能用集總參數(shù)電路近似，要滿足如下條件：即實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小于電路工作頻率下的電磁波的波長(zhǎng)。,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,本書主要研究的是集總參數(shù)元件和集總參數(shù)電路。,u=f(i)或i=f(u)為一條過(guò)原點(diǎn)的直線,線性電阻,R是一個(gè)與電壓和電流無(wú)關(guān)的常數(shù)。,元件符號(hào),1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,1.3.1 電阻元件,電壓與電流取非關(guān)聯(lián)參考方向,u Ri 或 i Gu, 公式

15、必須和參考方向配套使用！,電導(dǎo)(S),線性電阻元件的伏安特性,電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向,u Ri,i Gu,或,電阻(),1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,p ui (R i ) i i 2 R u(u/ R) = u2/ R,功率：,能量：可用功表示。從t0 到 t電阻消耗的能量,不管電壓、電流是否為關(guān)聯(lián)參考方向，都有 p=i2R=u2/R (p始終為正）,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,非關(guān)聯(lián)參考方向下，吸收的功率,定義：,一個(gè)二端元件，其電荷q(t)和電壓u(t)之間的關(guān)系，可以用q-u平面上的一條曲線來(lái)確定，則稱為電容元件。,對(duì)于線性電容，有 q =Cu,常數(shù)C稱為電容器的電容,電容

16、 C 的SI單位：F (法) (Farad，法拉),常用單位：F（10-6F)，nF(10-9F)，pF(10-12F),1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,1.3.2 電容元件,符號(hào)：,伏安關(guān)系,電容對(duì)直流相當(dāng)于開(kāi)路,微分關(guān)系:,積分關(guān)系:,兩端的電壓與電路對(duì)電容的充電過(guò)去狀況有關(guān),因此是一種記憶元件.,初始值,設(shè)為關(guān)聯(lián)參考方向,則,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,電容的儲(chǔ)能,結(jié)論:電容為儲(chǔ)能元件，具有存儲(chǔ)電場(chǎng)能量的作用,因?yàn)殡娙菹牡墓β蕿?所以吸收能量為,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,常數(shù)L稱為電感,L 的單位名稱：亨（利） H (Henry),一個(gè)二端元件，若其電流i(t)和磁鏈(

17、t)之間的關(guān)系，可以用i- 平面上的一條曲線來(lái)確定，則稱為電感元件。,對(duì)線性電感元件，有 =Li,定義：,常用單位：mH（10-3H),符號(hào)：,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,1.3.3 電感元件,電感電流的記憶性質(zhì),伏安關(guān)系,微分關(guān)系:,積分關(guān)系:,電感對(duì)直流相當(dāng)于短路,初始值,由電磁感應(yīng)定律,（設(shè)為關(guān)聯(lián)參考方向）,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,電感的儲(chǔ)能,結(jié)論:電感為儲(chǔ)能元件，具有存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量的作用,因?yàn)殡姼邢牡墓β蕿?所以吸收能量為,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,1、理想電壓源：電源兩端電壓為uS，其值與流過(guò)它的電流i 無(wú)關(guān)。,（1） 特點(diǎn)：,(a) 電源兩端電壓由電源本身決

18、定，與外電路無(wú)關(guān)；,(b) 通過(guò)它的電流是任意的，由外電路決定。,電路符號(hào),1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,1.3.4 電壓源和電流源,R=10,I=1A,R=1, I=10A,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,(2)伏安特性,US,（3） 理想電壓源的開(kāi)路與短路,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,(1) 開(kāi)路,（2）短路,I=0，U=Us,流過(guò)的電流無(wú)窮大，因此不允許直接短路,2.理想電流源：電源輸出電流為iS，其值與此電源的端電壓 u 無(wú)關(guān)。,(1) 特點(diǎn)：,(a) 電源電流由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；,(b) 電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。,電路符號(hào),1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,例如,R=10,R=1,U=20V,U=2V,(2) 伏安特性u(píng)=f(i),1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,IS,(3) 理想電流源的短路與開(kāi)路,1.3 電路元件及其伏安特性關(guān)系,(2) 開(kāi)路：,(1) 短路：,I= IS ，U=0,不允許開(kāi)路,1. 定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)支路的電壓(或電流)的控制。,1.3.5 受控