第一 電路元件和電路定律PPT課件

1、 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 (circuit model)sRLRsU10BASE-T wall plate導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡電路圖l理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件l電路模型下 頁上 頁返 回第1頁/共68頁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源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件注l 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模型表示；l 同一實際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其 模型可以有不同的形式下 頁上 頁返

2、 回第2頁/共68頁例3. 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(jìn)行集總條件d注集總參數(shù)電路中u、i可以是時間的函數(shù)，但與空間坐標(biāo)無關(guān)下 頁上 頁返 回第3頁/共68頁1.2 電流和電壓的參考方向 (reference direction) 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(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1. 電流的參考方向 (current reference direction)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(dǎo)體橫截面的電荷量下 頁上 頁返 回第4頁/共68頁l 方向規(guī)定正電荷

3、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(dǎo)線)中電流流動的實際方向只有兩種可能: 實際方向?qū)嶋H方向AABB問題復(fù)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下 頁上 頁返 回第5頁/共68頁l參考方向i 參考方向大小方向(正負(fù)）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。ABi 參考方向i 參考方向i 0i 0參考方向U+實際方向+實際方向參考方向U+ 0 吸收正功率 (實際吸收)P0 發(fā)出正功率 (實際發(fā)出)P0，d u/d t0，則i0，q ， p0, 電容吸收功率。(2)

4、當(dāng)電容放電，u0，d u/d t0，則i0，q ，p0，d i/d t0，則u0， p0, 電感吸收功率。(2) 當(dāng)電流減小，i0，d i/d t0，則u0，p0, 電感發(fā)出功率。l 功率表明 電感能在一段時間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為磁場能量儲存起來，在另一段時間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電感元件是無源元件、是儲能元件，它本身不消耗能量。u、 i 取關(guān)聯(lián)參考方向下 頁上 頁返 回第36頁/共68頁（1）電感的儲能只與當(dāng)時的電流值有關(guān)，電感 電流不能躍變，反映了儲能不能躍變；（2）電感儲存的能量一定大于或等于零。從t0到 t 電感儲能的變化量：)()()()(02202221212121tLt

5、LtLitLiWL 02121212121220222 )()()()()(ddd)(tLtLiLitLiLiiLiWittL 若若l 電感的儲能表明下 頁上 頁返 回第37頁/共68頁電容元件與電感元件的比較：電容 C電感 L變量電流 i磁鏈 關(guān)系式電壓 u 電荷 q (1) 元件方程的形式是相似的；(2) 若把 u-i，q- ，C-L， i-u互換,可由電容元件的方程得到電感元件的方程；(3) C 和 L稱為對偶元件, 、q等稱為對偶元素。* 顯然，R、G也是一對對偶元素:I=U/R U=I/GU=RI I=GU222121 LLiWtiLuLiL dd結(jié)論222121ddqCCuWtuC

6、iCuqC 第38頁/共68頁 1.7 電源元件 (independent source) 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(guān)的元件叫理想電壓源。l 電路符號1. 理想電壓源l 定義iSu+_下 頁上 頁返 回第39頁/共68頁(1) 電源兩端電壓由電源本身決定， 與外電路無關(guān)；與流經(jīng)它的電流方 向、大小無關(guān)。(2) 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(guān)系ui)(tuS伏安關(guān)系例Ri-+Su外電路RuiS )( Ri0)( 0 Ri電壓源不能短路！下 頁上 頁返 回第40頁/共68頁l電壓源的功率電場力做功 ， 電源吸收功率。

7、（1） 電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；物理意義：+_iu+_Su+_iu+_SuiuPS 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。 iuPS 發(fā)出功率，起電源作用（2） 電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；物理意義： iuPS 吸收功率，充當(dāng)負(fù)載 iuPS 或：發(fā)出負(fù)功下 頁上 頁返 回第41頁/共68頁例 5R+_i+_Ru+_10V5V計算圖示電路各元件的功率。解VuR5510 )(ARuiR155 WRiPR5152 WiuPSV1011010 WiuPSV5155 )(發(fā)出發(fā)出吸收滿足：P（發(fā)）P（吸）下 頁上 頁返 回第42頁/共68頁 實際電壓源也不允許短路。因

8、其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。usuiOl 實際電壓源i+_u+_SuSR考慮內(nèi)阻伏安特性iRuuSS 一個好的電壓源要求0SR下 頁上 頁返 回第43頁/共68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(guān)的元件叫理想電流源。l 電路符號2. 理想電流源l 定義uSi+_(1) 電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān)(2) 電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定l 理想電流源的電壓、電流關(guān)系ui)(tiS伏安關(guān)系下 頁上 頁返 回第44頁/共68頁例外電路)( 00 Ru)( Ru電流源不能開路！Ru-+Si實際電流源的產(chǎn)

9、生可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。SRiu 下 頁上 頁返 回第45頁/共68頁l電流源的功率（1） 電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；SuiP 發(fā)出功率，起電源作用（2） 電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；吸收功率，充當(dāng)負(fù)載 uiPS 或：發(fā)出負(fù)功u+_SiSuiP SuiP u+_Si下 頁上 頁返 回第46頁/共68頁例計算圖示電路各元件的功率。解AiiS2 Vu5 WuiPSA10522 WiuPSV10255 )(發(fā)出發(fā)出滿足：P（發(fā)）P（吸）+_u+_2A5Vi下 頁上 頁返 回第47頁/共68頁 實際電流源也不允許開路

10、。因其內(nèi)阻大，若開路，電壓很高，可能燒毀電源。isuiOl 實際電流源考慮內(nèi)阻伏安特性SSRuii 一個好的電流源要求 SRu+_SiSRi下 頁上 頁返 回第48頁/共68頁1.8 受控電源 (非獨立源)(controlled source or dependent source) 電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。l 電路符號+受控電壓源1. 定義受控電流源下 頁上 頁返 回第49頁/共68頁(1) 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：當(dāng)被控制量

11、是電壓時，用受控電壓源表示；當(dāng)被控制量是電流時，用受控電流源表示。2. 分類四端元件 i1+_u2i2_u1i1+12ii 輸出：受控部分輸入：控制部分下 頁上 頁返 回第50頁/共68頁g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo) (2) 電壓控制的電流源 ( VCCS )u1gu1+_u2i2_i1+12gui (3) 電壓控制的電壓源 ( VCVS )u1+_u2i2_u1i1+-12uu : 電壓放大倍數(shù) 下 頁上 頁返 回第51頁/共68頁ri1+_u2i2_u1i1+-(4) 電流控制的電壓源 ( CCVS )12riu r : 轉(zhuǎn)移電阻 例bicibcii bi bi ci電路模型下 頁上 頁返 回第52頁/

12、共68頁3. 受控源與獨立源的比較(1) 獨立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。(2) 獨立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關(guān)系，在電路中不能作為“激勵”。例求：電壓u2。解5i1+_u2_u1=6Vi1+-3Ai2361 Viu46106512 下 頁上 頁返 回第53頁/共68頁1.9 基爾霍夫定律 ( Kirchhoffs Laws )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電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集

13、總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。下 頁上 頁返 回第54頁/共68頁1. 幾個名詞電路中通過同一電流的分支。(b)三條或三條以上支路的連接點稱為節(jié)點。( n )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路 (branch)電路中每一個兩端元件就叫一條支路i3i2i1(2) 節(jié)點 (node)b=5下 頁上 頁返 回第55頁/共68頁由支路組成的閉合路徑。( l )兩節(jié)點間的一條通路。由支路構(gòu)成。對平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3) 路徑(path)(4) 回路(loop)(5) 網(wǎng)孔(me

14、sh)網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔下 頁上 頁返 回第56頁/共68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。 mkti10)( 出出入入iior 流進(jìn)的電流等于流出的電流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 下 頁上 頁返 回第57頁/共68頁1 3 25i6i4i1i3i2i0641 iii例0542 iii0653 iii三式相加得：0321 iii表明KCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個結(jié)點的任一閉合面明確（1） 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

15、映；（2） KCL是對支路電流加的約束，與支路上接的是 什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)；（3）KCL方程是按電流參考方向列寫，與電流實際 方向無關(guān)。下 頁上 頁返 回第58頁/共68頁（2）選定回路繞行方向， 順時針或逆時針.U1US1+U2+U3+U4+US4= 03. 基爾霍夫電壓定律 (KVL) 在集總參數(shù)電路中，任一時刻，沿任一閉合路徑繞行，各支路電壓的代數(shù)和等于零。 mktu10)( 升升降降uuor I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1）標(biāo)定各元件電壓參考方向 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：R1I1+R2I2R3I3+R4

16、I4=US1US4下 頁上 頁返 回第59頁/共68頁例KVL也適用于電路中任一假想的回路aUsb_-+U2U1SabUUUU 21明確（1） KVL的實質(zhì)反映了電路遵 從能量守恒定律;（2） KVL是對回路電壓加的約束，與回路各支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)；（3）KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實際 方向無關(guān)。下 頁上 頁返 回第60頁/共68頁4. KCL、KVL小結(jié)：(1) KCL是對支路電流的線性約束，KVL是對回路電壓的線性約束。(2) KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。(3) KCL表明在每一節(jié)點上電荷是守恒的；KVL是能量守恒的具體體現(xiàn)(

17、電壓與路徑無關(guān))。(4) KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。下 頁上 頁返 回第61頁/共68頁思考：i1=i2?3.AB+_1111113+_2i2i1UA =UB?I = 01.？AB+_1111113+_22.i1下 頁上 頁返 回第62頁/共68頁Ai523 )(A3A2 ? i 3 3 5 1 41。Vu1552010 V5 ? u V10 V202。+-4V5Vi =?3.+-4V5V1A+-u =?4.Aii3543 Vu1275 33下 頁上 頁返 回第63頁/共68頁10V+-1A-10VI =?105.4V+-10AU =?26.+-3AI1I10V+-3I2U=?I =057.5-+2I2 I25+-下 頁上 頁返 回第64頁/共68頁0)10(10101 I解AI21 AII31211 10V+-1A-10VI =?105.4V+-10AU =?26.+-3AI解AI731