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文檔簡介
電路與電路分析基礎(chǔ)evilkiller@IIISTHU2015.01.29電路與電路分析基礎(chǔ)1.1
電路和電路模型1.2
電路中的主要物理量1.3
電路的基本元件1.4
基爾霍夫電流定律1.5
基爾霍夫電壓定律1.1
電路和電路模型
(1)實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒1.電路的作用
電路是電流的通路,是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。
發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線2.電路的組成部分電源:
提供電能的裝置負載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié):傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線中間環(huán)節(jié):放大、調(diào)諧、檢波等負載電源\信號源:
提供信息2.電路的組成部分放大器揚聲器話筒電路基本組成:電源,中間傳輸環(huán)節(jié),負載。為便于用數(shù)學方法分析電路,一般將實際電路模型化,用反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件,從而構(gòu)成與實際電路相對應的電路模型。理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。3.電路模型手電筒的電路模型R+RoE–S+U–I電池導線燈泡開關(guān)電池是電源元件,其參數(shù)為電動勢E和內(nèi)阻Ro;
燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì),是電阻元件,其參數(shù)為電阻R;
筒體用來連接電池和燈泡,其電阻忽略不計,認為是無電阻的理想導體。
開關(guān)用來控制電路的通斷。今后分析的都是指電路模型,簡稱電路。在電路圖中,各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號表示。1.2
電路中的主要物理量物理中對基本物理量規(guī)定的方向1.電路基本物理量及其方向物理量實際方向電流I正電荷運動的方向電動勢E
(電位升高的方向)
電壓U(電位降低的方向)高電位
低電位
單位kA、A、mA、μA低電位
高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV(2)參考方向的表示方法電流:Uab
雙下標電壓:
(1)參考方向IE+_在分析與計算電路時,對電量任意假定的方向。Iab
雙下標2.電路基本物理量的參考方向aRb箭標abRI正負極性+–abU
U+_實際方向與參考方向一致,電流(或電壓)值為正值;實際方向與參考方向相反,電流(或電壓)值為負值。(3)
實際方向與參考方向的關(guān)系注意:在參考方向選定后,電流(或電壓)值才有正負之分。若I=5A,則電流從a流向b;例:若I=–5A,則電流從b流向a。abRIabRU+–若U=5V,則電壓的實際方向從a指向b;若U=–5V,則電壓的實際方向從b指向a。
電路的基本元素是元件,電路元件是實際器件的理想化物理模型,應有嚴格的定義。電路中研究的全部為集總元件。最基本的幾個元件:電阻(元件)電容(元件)電感(元件)電源(元件)1.3電路的基本元件實際電阻元件
感性認識電阻元件線性電阻-電路研究的模型1.
符號R2.
歐姆定律(Ohm’sLaw)(1)電壓與電流的參考方向設(shè)定為一致的方向Riu+u
RiR稱為電阻,電阻的單位:(歐)(Ohm,歐姆)一.
電阻元件
伏安特性曲線:
Rtg線性電阻R是一個與電壓和電流無關(guān)的常數(shù)。令G
1/RG稱為電導則歐姆定律表示為
iGu.電導的單位:S(西)(Siemens,西門子)uiO電阻元件的伏安特性為一條過原點的直線Riu+–3.開路與短路對于一電阻R當R=0,視其為短路。
i為有限值時,u=0。當R=,視其為開路。
u為有限值時,i=0。*理想導線的電阻值為零。4.電阻的功率和能量由電功率的定義及歐姆定律可知,電阻吸收的功率實際電容元件感性認識電容元件線性電容-電路研究的模型任何時刻,電容元件極板上的電荷q與電流u成正比。2、電路符號1、電容CC或i+uC-+uC-i二.
電容元件與電容有關(guān)兩個變量:u,q對于線性電容,有:
q=Cu
3.元件特性C
稱為電容器的電容電容C的單位:F(法)(Farad,法拉)
F=C/V=A?s/V=s/常用F,nF,pF等表示。Ciu+–+–4、庫伏特性:線性電容的q~u
特性是過原點的直線tg5、電壓、電流關(guān)系:u,i
取關(guān)聯(lián)參考方向Ciu+–+–或quO動態(tài)特性記憶特性6、電容元件的功率和能量在電壓、電流關(guān)聯(lián)參考方向下,電容元件吸收的功率為到
t從t--時間內(nèi),電容元件吸收的電能為則電容在任何時刻t所儲存的電場能量WC將等于其所吸收的能量。其他電容-全面認識電容元件1、電磁特性實質(zhì):電容是儲存電場能量或儲存電荷能力的度量。電容元件是用來模擬一類能夠儲存電場能量的理想元件模型。2、分類1:線性時變、線性時不變;非線性時變、非線性時不變。3、分類2:二端子、三端子、多端子。4、電容效應——與萬有引力相似,任意兩個物體之間均有電容特性,常見如晶體管中三極管管腳之間的電容。5、實際電容——電容器:集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流值等多種指標的設(shè)備。電容器結(jié)構(gòu)++++––––+q–q++++----兩個極板+介質(zhì)實際電容器制作的材料和結(jié)構(gòu)不盡相同,通常有云母電容器、陶瓷電容器、鉭質(zhì)電容器、聚碳酸酯電容器等等。線性電感-電路研究的模型Li+–u變量:電流i
,
磁鏈1、線性定常電感元件符號與參數(shù)L
稱為自感系數(shù)L的單位:亨(利)符號:H(Henry)2、韋安(~i)特性i0tg三.
電感元件3、電壓、電流關(guān)系:Li+–uVCR常用VCR次常用動態(tài)記憶4、電感的儲能也是無損元件L是無源元件(1)u的大小與i
的變化率成正比,與i的大小無關(guān);(3)電感元件是一種記憶元件;(2)電感在直流電路中相當于短路;(4)當u,i為關(guān)聯(lián)方向時,u=Ldi/dt;
u,i為非關(guān)聯(lián)方向時,u=–Ldi/dt。5
、小結(jié):(5)L既表示元件,也表示參數(shù)動態(tài)記憶其他電感-全面認識電感元件1、電磁特性實質(zhì):導體中有電流流過時,導體周圍將產(chǎn)生磁場。變化的磁場可以使置于磁場中的導體產(chǎn)生電壓,這個電壓的大小與產(chǎn)生磁場的電流隨時間的變化率成正比。這里所討論的電感元件就是用來模擬實際電磁器件的理想元件。2、分類1:線性時變、線性時不變;非線性時變、非線性時不變。3、分類2:二端子、三端子、多端子。4、電感效應——與萬有引力相似,任意兩個物體之間均有電感特性,常見如同軸電纜有重要參數(shù)就是其電感,長距離傳輸線之間的電感等。5、實際電感——電感器:集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流值等多種指標的設(shè)備。更多的是理想電感元件與電阻的組合,因而不可能是無損元件。實際電感線圈
結(jié)構(gòu):由具有絕緣外包線繞制成有心或空心的線圈構(gòu)成感性認識電源1、任何實際電路正常工作必須要有提供能量的電源。2、實際電源多種多樣,圖給出了幾種實際電源的圖片。如手電筒和收音機上用的干電池和計算器中用的紐扣電池圖(a),實驗室中用的穩(wěn)壓電源圖(b)。還有其它種類的電源,如機動車上用的蓄電池和人造衛(wèi)星上用的太陽能電池,工程上使用的直流發(fā)電機,交流發(fā)電機等等。
實際電源
(a)電池(b)穩(wěn)壓電源規(guī)定:電源兩端電壓為uS,其值與流過它的電流i
無關(guān)。(2)特點:(a)
電源兩端電壓由電源本身決定,與外電路無關(guān);(b)
通過它的電流是任意的,由外電路決定。直流:uS為常數(shù)交流:uS是確定的時間函數(shù),如uS=Umsint(1)電路符號uS+_i四.
電壓源五.
電流源規(guī)定:電源輸出電流為iS,其值與此電源的端電壓u
無關(guān)。(2).特點:(a)
電源電流由電源本身決定,與外電路無關(guān);(b)
電源兩端電壓是任意的,由外電路決定。直流:iS為常數(shù)交流:iS是確定的時間函數(shù),如iS=Imsint(1).電路符號iS+_u
支路:電路中流過同一電流的幾個元件互相連接起來的分支稱為一條支路。結(jié)點:三條或三條以上支路的連接點叫做結(jié)點?;芈罚河芍方M成的閉合路徑稱為回路。網(wǎng)孔:將電路畫在平面圖上,內(nèi)部不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。本圖中有?條支路本圖中有3條支路本圖中有?個結(jié)點本圖中有2個結(jié)點本圖中有?個回路本圖中有3個回路本圖中有?個網(wǎng)孔本圖中有2個網(wǎng)孔①②Us1+-R1Us2+-R2Is1.4
基爾霍夫定律一.
支路、結(jié)點、回路、網(wǎng)孔圖中有6個節(jié)點
+abdcef圖中有4個節(jié)點圖中有6條支路圖中有8條支路圖中有3個回路圖中有7個回路聰明的腦瓜ADF4
在任一時刻,流出任一結(jié)點的支路電流之和等于流入該結(jié)點的支路電流之和∑I=0。(KCL)在任一時刻,流出一封閉面的電流之和等于流入該封閉面的電流之和。KCL推廣應用把以上三式相加得:封閉面二.基爾霍夫電流定律選定回路的繞行方向,電壓參考方向與回路繞行方向一致時為正,相反時為負。在任一瞬間,沿任一閉合回路繞行一周,各部分電壓降的代數(shù)和等于零,即∑U=0。與繞向一致的電壓取正,反之取負。-U3–
U4+U1-U2=0U1U2U3U4U1-U3-U2+
U4=0Us1Us2+-R2+-R1U2IU1U4U3三.基爾霍夫電壓定律(KVL)
以支路電流為待求量,應用KCL、KVL列寫電路方程組,求解各支路電流的方法稱為支路電流法。
支路電流法是計算復雜電路最基本的方法。需要的方程個數(shù)與電路的支路數(shù)相等。U
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