大學(xué)電路課 第一章演示稿(邱關(guān)源)課件

1.電壓、電流的參考方向4.基爾霍夫定律

重點(diǎn)：第1章電路元件和電路定律(circuitelements)

(circuitlaws)

3.電路元件特性2.電功率和能量1.1電路和電路模型（model)

由理想電路元件及其組合代替實(shí)際電路部件而得到的電路2、電路模型1、實(shí)際電路

由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路功能a能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b信息的傳遞與處理。理想電路元件具有某種確定的電磁性質(zhì)的假想元件電阻：表示消耗電能的元件電感：表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件電容：表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件電源：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡電路圖例1、手電筒的電路和電路模型

具有相同的主要電磁性能的實(shí)際電路部件，在一定條件下可用同一模型表示；同一實(shí)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注：1.2電壓和電流的參考方向

(referencedirection)一.電流(current)1.電流實(shí)際方向：正電荷移動(dòng)的方向2、電流參考方向：任意假定的電流的方向。i

參考方向BA0itT/2T問題復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷標(biāo)定參考方向后，電流成為代數(shù)量。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Ｓ秒p下標(biāo)表示：如

iAB

,電流的參考方向由A指向B。電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：i

參考方向i

參考方向i>0i<0實(shí)際方向?qū)嶋H方向AABB1.電壓的實(shí)際方向：高電位指向低電位二.電壓(voltage)2.電壓的參考方向:任意假定的電壓方向UAB

<0+實(shí)際方向+（參考方向）UUAB>0+實(shí)際方向+（參考方向）UAB電壓參考方向的三種表示：1）+-表示；2）箭頭表示；3）下標(biāo)表示。三、電位abcd設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則c=0a=Uac，b=Ubc，d=UdcUab=

a-b注：電位與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)，而電壓與參考點(diǎn)無關(guān)。3、關(guān)聯(lián)參考方向和非關(guān)聯(lián)參考方向以后討論均在參考方向下進(jìn)行，不考慮實(shí)際方向。關(guān)聯(lián)參考方向+UI非關(guān)聯(lián)參考方向U+I2.u,i

取非關(guān)聯(lián)參考方向i+–u例2按給定的參數(shù)方向和表達(dá)式，指出u,i的實(shí)際方向，并計(jì)算元件的功率，注明吸收還是發(fā)出。+–AB3cosωt10cosωt0itT/2TT/4T3/4cosωt解：由余弦曲線可知0<t<T/4,3T/4<t<Tu,i的實(shí)際方向A→BT/4<t<3T/4u,i的實(shí)際方向B→Ap=ui=30cos2ωt>0吸收功率3.1＃U1,I1非關(guān)聯(lián)P1=U1I1=1×2=2W>0

發(fā)出

2＃U2,I1關(guān)聯(lián)P2=U2I1=(–3)

×2=–6W<0發(fā)出

3＃U3,I1關(guān)聯(lián)P3=U3I1=8

×2=16W>0吸收補(bǔ)充作業(yè)：在本例中計(jì)算(1)Ude(7V),Udb(–1V),Uce(5V)(2)P4(發(fā)4W),P5(發(fā)7W),P6(發(fā)3W)并驗(yàn)證功率平衡164235–+U1–+U6–+U3–+U2+–U4–+U5cbaedI1I3I2–++–+–+–+–+–1.5電阻元件(resistor)線性電阻元件定義：在電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，其伏安關(guān)系服從歐姆定律R+ui

電路符號(hào)：

電導(dǎo):G

1/R單位名稱：西門子(S)R和G都是電阻元件的參數(shù)，是正實(shí)常數(shù)。ui02.線性電阻的線性

伏安特性為過原點(diǎn)的直線

注意：電流電壓為非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)歐姆定律：u

–Ri

或i

–GuRi+u功率：p吸

ui(Ri)ii2R

u(u/R)=u2/R≥0R+ui3.功率和能量能量：可用功表示。從t0

到

t電阻消耗的能量說明電阻元件是無源、耗能元件Riu+–4.開路與短路當(dāng)R=(G=0)，視其為開路。

無論u為何值時(shí)，i=0。當(dāng)R=0(G=

)，視其為短路。

無論

i為何值時(shí)，u=0。1.6電壓源和電流源1.理想電壓源定義：2.特點(diǎn)：(a)電壓源端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與電源中通過的電流無關(guān)(b)電壓源中的電流由外電路決定。電路符號(hào)uS(c)電壓源的功率是任意的端電壓總保持為給定的時(shí)間函數(shù)，而與流過它的電流無關(guān)的二端元件。3.伏安特性USui0以直流電壓源為例注意：一般用大寫字母表示直流量、常量。用小寫字母表示交流量、時(shí)變量。4.理想電壓源的開路與短路(1)開路

i=0，u＝us(2)理想電壓源不允許短路。(3)零值電壓源相當(dāng)于短路。uS+_iu+_5.功率i,us非關(guān)聯(lián)p發(fā)=uSii,uS關(guān)聯(lián)

uS+_iu+_多電源電路中，有些電源也可吸收能量，相當(dāng)于“負(fù)載”p吸=uSi1.理想電流源的定義：如果一個(gè)二端發(fā)出的電流總為給定的時(shí)間函數(shù)，而與它兩端的電壓無關(guān)。2.特點(diǎn)：(a)電流源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與電流源兩端電壓無關(guān)。(b)電流源兩端電壓是由外電路決定。電路符號(hào)iS(c)電壓源的功率是任意的3.伏安特性iISu+_ISui0以直流電壓源為例:解：1）沒有1Ω電阻時(shí)PV=1×1=1W吸收PI=1×1=1W發(fā)出功率平衡+_1V1A例：求電源吸收或發(fā)出的功率。

1）沒有1Ω電阻時(shí)2）有1Ω電阻時(shí)1V+_1A1V+_1Ω1A+_UI+_1V1ΩI1A+_1V1ΩI1APV=1×1=1W吸收PI=2×1=2W發(fā)出功率平衡

PV=1×2=2W

發(fā)出PI=1×1=1W吸收功率平衡

UI=1×1+1=2VPR=1×1=1W吸收I=1/1=1AIV=1+1=2A2）有1Ω電阻時(shí)1V+_1Ω1A+_UIPR=12/1=1W吸收r:轉(zhuǎn)移電阻Ω

{u1=0u2=ri1(2)電流控制的電壓源(CurrentControlledVoltageSource)i2i1CCVSr

i1+_u2+_u1+_g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo){i1=0i2=gu1(3)電壓控制的電流源(VoltageControlledCurrentSource)VCCSgu1+_u2i2+_u1i1:電壓放大倍數(shù),純數(shù){i1=0u2=u1(4)電壓控制的電壓源(VoltageControlledVoltageSource)VCVSu1+_u2+_u1+_i2i1注意：2)控制系數(shù)（μ,β,r,g)為常數(shù)時(shí)，受控源為線性受控源。1)受控源是為反映電路中某處的電壓、電流控制另一處的電壓、電流而引入的理想元件。3)特有的菱形符號(hào)和控制系數(shù)的量綱。4)控制量u或i為零，則受控源為零—開路或短路。5)電路中無獨(dú)立源時(shí)，受控源不能單獨(dú)對(duì)電路起激勵(lì)作用，這是稱其為非獨(dú)立源的原因。一.幾個(gè)名詞b=3l=3n=2_2R2ab+R1uS1+_uS2R3123131、支路(branch)：電路中流過同一電流的每個(gè)分支。(b)2、結(jié)點(diǎn)(node):

支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。(n)4、回路(loop)：由支路組成的閉合路徑,但除起點(diǎn)與終點(diǎn)外，其余結(jié)點(diǎn)只能經(jīng)過一次。(l)3、路徑(path)：兩節(jié)點(diǎn)間的一條通路。路徑由支路構(gòu)。有時(shí)也定義為：每個(gè)二端元件稱為一條支路。二.基爾霍夫電流定律(KCL)：物理基礎(chǔ):

電荷守恒，電流連續(xù)性。i1i4i2i3?例–i1+i2–i3+i4=0i1+i3=i2+i4代數(shù)和：規(guī)定電流參考方向流入(出)為正。內(nèi)容：在集總電路中，任何時(shí)刻，對(duì)任一結(jié)點(diǎn)，所有流出結(jié)點(diǎn)的支路電流的代數(shù)和恒等于零。上式表明，在任何時(shí)刻流出某一結(jié)點(diǎn)的支路電流等于流入該結(jié)點(diǎn)的支路電流。??7A4Ai110A-12Ai2i1+i2–10–(–12)=0i2=1A

4–7–i1=0i1=–3A

例KCL通常用于結(jié)點(diǎn)，但對(duì)包圍多個(gè)結(jié)點(diǎn)的閉合面也是適用的KCL的推廣：定律也適用于廣義結(jié)點(diǎn)或閉合面。ABi只有一條支路相連，則i=0。ABii兩條支路電流大小相等，一個(gè)流入，一個(gè)流出。三、基爾霍夫電壓定律(KVL)內(nèi)容：在集總電路中，任何時(shí)刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。

上式求和時(shí)，需要任意指定一個(gè)回路的繞行方向，凡支路電壓的參考方向與回路的繞行方向一致者，該電壓前面取“＋”號(hào)，支路電壓參考方向與回路繞行方向相反者，取“–”號(hào)。數(shù)學(xué)表達(dá)式：代數(shù)和例US1+U3+I4_R3I2I1R1US4R4I3R2_U1U2U4–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0電阻壓降電源壓升-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0順時(shí)針方向繞行:–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4UAB(沿l1)=UAB(沿l2）物理基礎(chǔ)：電位的單值性推論：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于兩點(diǎn)間沿任一條路徑經(jīng)過的各元件電壓降的代數(shù)和。(定律對(duì)不閉合的回路也適用)ABl1l2R2_I1+US1R1I4_+US4R4I3R3I2U3U1U2U4A