理想电路元件课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,下 页,1.5 理想电路元件,是电路中最基本的组成单元。,1. 电路元件,返 回,5种基本的理想电路元件：,电阻元件：表示消耗电能的元件,电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件,电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件,电压源和电流源：,表示将其它形式的能量转变成电能的元件。,注意,如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。,1,下 页1.5 理想电路元件是电路中最基本的组成单元。1.,一.电阻元件,2.线性时不变电阻元件,电路符号,R,电阻元件,对电流呈现阻力的元件。其特性可用,u,i,平面上的一条曲线来描述：,i,u,任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。,1.定义,伏安,特性,下 页,上 页,0,返 回,2,一.电阻元件2.线性时不变电阻元件电路符号R电阻元件对电流呈,ui,关系,R,称为电阻，单位：,(,Ohm,),满足欧姆定律,单位,G,称为电导，单位,：,S,(,Siemens,),下 页,上 页,伏安特性为一条过原点的直线,u,i,0,R,u,i,+,返 回,3,ui 关系R 称为电阻，单位： (Ohm)满足欧姆定律,如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号；,说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。,欧姆定律,只适用于线性电阻,(,R,为常数,）；,则欧姆定律写为,u, ,R i i, ,G u,公式和参考方向必须配套使用！,下 页,上 页,注意,R,u,i,-,+,返 回,4,如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号；说明线,3.功率和能量,电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。,p,-,u i, -(,R i) i,i,2,R,u,2,/ R,p,u i,i,2,R,u,2,/ R,功率,R,u,i,+,-,下 页,上 页,表明:,R,u,i,-,+,返 回,5,3.功率和能量电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p -u,u,i,4.电阻的开路与短路,短路,开路,u,i,下 页,上 页,R,u,+,i,0,0,返 回,6,ui4.电阻的开路与短路短路开路ui下 页上 页Ru+i0,二.,电压源和电流源,电路符号,1.理想电压源,定义,i,+,_,下 页,上 页,其两端电压总能保持,定值,或,一定的时间函数,，其值与流过它的电流,i,无关的元件叫理想电压源。,返 回,7,二. 电压源和电流源电路符号1.理想电压源定义i+_下 页上,电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。,通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。,理想电压源的电压、电流关系,u,i,直流电压源的伏安关系,下 页,上 页,例,R,i,-,+,外电路,电压源不能短路！,0,返 回,8,电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向,电压源的功率,电压、电流参考方向非关联；,下 页,上 页,+,_,i,u,+,_,电压、电流参考方向关联；,返 回,+,_,i,u,+,_,负载,负载,9,电压源的功率电压、电流参考方向非关联；,例,计算图示电路各元件的功率,解,?发出,吸收,吸收,满足,：,P,（,发,）,P,（,吸,）,下 页,上 页,i,+,_,+,_,10V,5V,-,+,返 回,10,例计算图示电路各元件的功率解?发出吸收吸收满足：P（发）P,其输出电流总能保持定值或一定的,时间函数，其值与它的两端电压,u,无关的元件叫理想电流源。,电路符号,2.理想电流源,定义,u,+,_,下 页,上 页,理想电流源的电压、电流关系,电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。,返 回,11,其输出电流总能保持定值或一定的电路符号2.理想电流源定义u+,电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。,u,i,直流电流源的伏安关系,下 页,上 页,0,例,R,u,-,+,外电路,电流源不能开路！,返 回,12,电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。ui直流电流源的伏安,可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电子被激发产生一定值的电流等。,下 页,上 页,实际电流源的产生：,电流源的功率,u,+,_,电压、电流的参考方向非关联；,发出功率，起电源作用,电压、电流的参考方向关联；,u,+,_,吸收功率，充当负载,返 回,13,可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与,例,计算图示电路各元件的功率,解,发出,吸收,满足,：,P,（发）,P,（吸）,下 页,上 页,u,i,s=,2A,i,+,_,5V,-,+,返 回,14,例计算图示电路各元件的功率解发出吸收满足：P（发）P（吸）,实际电源,干电池,钮扣电池,1. 干电池和钮扣电池（化学电源）,干电池电动势,1.5V,，仅取决于（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。,钮扣电池电动势,1.35,V，用固体化学材料，化学反应不可逆。,下 页,上 页,返 回,15,实际电源干电池钮扣电池1. 干电池和钮扣电池（化学电源）,氢氧燃料电池示意图,2. 燃料电池（化学电源）,电池电动势,1.23V,。以氢、氧作为燃料。约,40-45%,的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。,下 页,上 页,返 回,16,氢氧燃料电池示意图2. 燃料电池（化学电源） 电池电,3. 太阳能电池（光能电源）,一块太阳能电池电动势,0.6V,。太阳光照射到,P-N,结上，形成一个从,N,区流向,P,区的电流。约,11%,的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。,一个,50cm,2,太阳能电池的电动势,0.6V,电流,0.1A,太阳能电池示意图,太阳能电池板,下 页,上 页,返 回,17,3. 太阳能电池（光能电源） 一块太阳能电池电动势0.,蓄电池示意图,4. 蓄电池（化学电源）,电池电动势,2V,。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于,2V,，常要充电，化学反应可逆。,下 页,上 页,返 回,18,蓄电池示意图4. 蓄电池（化学电源） 电池电动势2V。,直流稳压源,函数发生器,下 页,上 页,返 回,19,直流稳压源函数发生器下 页上 页返 回19,发电机组,下 页,上 页,返 回,20,发电机组下 页上 页返 回20,草原上的风力发电,下 页,上 页,返 回,21,草原上的风力发电下 页上 页返 回21,受控电源,电路符号,+,受控电压源,受控电流源,1.定义:,电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压,(,或电流,),控制的电源，称受控源。,下 页,上 页,返 回,22,受控电源电路符号+受控电压源受控电流源1.定义:电压或电流,电流控制的电流源,( CCCS ),:,电流放大倍数,根据控制量和被控制量是电压,u,或电流,i,，受控源,可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压,源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。,2.分类,四端元件,输出：受控部分,输入：控制部分,下 页,上 页,b,i,1,+,_,u,2,i,2,_,u,1,i,1,+,返 回,23,电流控制的电流源 ( CCCS ) : 电流放大倍数,g,:,转移电导,电压控制的电流源 (,VCCS,),电压控制的电压源 (,VCVS,),:,电压放大倍数,gu,1,+,_,u,2,i,2,_,u,1,i,1,+,下 页,上 页,i,1,u,1,+,_,u,2,i,2,_,u,1,+,+,_,返 回,24,g: 转移电导 电压控制的电流源 ( VCCS )电压控制的,电流控制的电压源 (,CCVS,),r,:,转移电阻,例,电路模型,i,b,i,c,i,b,下 页,上 页,ri,1,+,_,u,2,i,2,_,u,1,i,1,+,+,_,返 回,25,电流控制的电压源 ( CCVS )r : 转移电阻 例电路模,3.受控源与独立源的比较,独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。,独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电压或电流对另一处的,电压或电流,的控制关系，在电路中不能作为“激励”。,下 页,上 页,返 回,26,3.受控源与独立源的比较独立源电压(或电流)由电源本身决定，,三、理想电容元件,储存电场,q=Cu,C,+q,-q,直流,电压电流的关系为,功率,27,三、理想电容元件储存电场q=CuC+q-q直流电压电流的关系,一段时间吸收的能量为,电容是储能元件,：,28,一段时间吸收的能量为电容是储能元件：28,四 理想电感元件,定义：磁链数与通过的电流成正比,对上式积分：,能量和功率：,29,四 理想电感元件定义：磁链数与通过的电流成正比对上式积分：能,求：电压,u,2,解,5,i,1,+,_,u,2,_,i,1,+,+,-,3,u,1,=6V,下 页,上 页,返 回,30,求：电压u2解5i1+_u2_i1+-3u1=6V下 页,1.6 基尔霍夫定律,基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律 （,KCL,）和基尔霍夫电压定律(,KVL,)。,它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。,下 页,上 页,返 回,31,1.6 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律,1.几个名词,电路中通过同一电流的分支。,元件的连接点称为结点。,b,=3,a,n,=4,b,+,_,R,1,u,S1,+,_,u,S2,R,2,R,3,支路,电路中每一个两端元件就叫一条支路,i,3,i,2,i,1,结点,b,=5,下 页,上 页,或三条以上支路的连接点称为结点。,n,=2,返 回,32,1.几个名词电路中通过同一电流的分支。元件的连接点称为结点。,由支路组成的闭合路径。,两结点间的一条通路。由支路构成,对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。,l,=3,1,2,3,路径,回路,网孔,网孔是回路，但回路不一定是网孔。,下 页,上 页,+,_,R,1,u,S1,+,_,u,S2,R,2,R,3,注意,返 回,33,由支路组成的闭合路径。两结点间的一条通路。由支路构成对平面电,2.基尔霍夫电流定律,(KCL),令流出为“,+,”，有：,例,在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出（或流入）该结点电流的代数和等于零。,下 页,上 页,返 回,34,2.基尔霍夫电流定律 (KCL)令流出为“+”，有：例,例,三式相加得：,KCL,可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。,下 页,上 页,1,3,2,表明,返 回,35,例三式相加得：KCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合,KCL,是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；,KCL,是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,KCL,方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。,下 页,上 页,明确,返 回,36,KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；K,3,.基尔霍夫电压定律,(KVL),U,3,U,1,U,2,U,4,下 页,上 页,标定各元件电压参考方向,选定回路绕行方向，顺时针或逆时针.,I,1,+,U,S1,R,1,I,4,_,+,U,S4,R,4,I,3,R,3,R,2,I,2,_,在,集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。,返 回,37,3.基尔霍夫电压定律 (KVL)U3U1U2U4下 页上 页,U,1,U,S1,+U,2,+U,3,+U,4,+U,S4,=,0,U,2,+U,3,+U,4,+U,S4,=,U,1,+U,S1,或：,R,1,I,1,+R,2,I,2,R,3,I,3,+R,4,I,4,=U,S1,U,S4,下 页,上 页,U,3,U,1,U,2,U,4,I,1,+,U,S1,R,1,I,4,_,+,U,S4,R,4,I,3,R,3,R,2,I,2,_,KVL,也适用于电路中任一假想的回路。,注意,返 回,38,U1US1+U2+U3+U4+US4= 0U2+U3+U,例,KVL,的实质反映了电路遵从能量守恒定律;,KVL,是对回路中的支路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,KVL,方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。,下 页,上 页,明确,a,U,s,b,_,_,-,+,+,+,U,2,U,1,返 回,39,例KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律;KVL是对回路中的,4.,KCL、KVL,小结,：,KCL,是对支路电流的线性约束，,KVL,是对回路电压的线性约束。,KCL、KVL,与组成支路的元件性质及参数无关。,KCL,表明在每一节点上电荷是守恒的；,KVL,是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)。,KCL、KVL,只适用于集总参数的电路。,下 页,上 页,返 回,40,4. KCL、KVL小结：KCL是对支路电流的线性约束，KV,i,1,=i,2,?,U,A,=U,B,?,下 页,上 页,思考,I,= 0,1.,？,A,B,+,_,1,3V,+,_,2V,2.,i,1,1,1,1,1,1,i,2,返 回,41,i1=i2?UA =UB?下 页上 页思考I = 01.？A,下 页,上 页,例,1,求电流,i,解,例,2,解,求电压,u,返 回,42,下 页上 页例1求电流 i解例2解求电压 u返 回42,下 页,上 页,+,+,-,-,4V,5V,i,=?,3,+,+,-,-,4V,5V,1A,+,-,u,=?,3,例,3,求电流,i,例,4,求电压,u,解,解,要求,能熟练求解含源支路的电压和电流。,返 回,43,下 页上 页+-4V5Vi =?3+-4V5V1A,解,I,1,下 页,上 页,-10V,10V,+,+,-,-,1A,I,=?,10,例,5,求电流,I,例,6,求电压,U,解,4V,+,-,10A,U,=?,2,+,-,3A,I,返 回,44,解I1下 页上 页-10V10V+-1AI =?10例,解,下 页,上 页,10V,+,+,-,-,3,I,2,U,=?,I,=0,5,5,-,+,2,I,2,I,2,5,+,-,例,7,求开路电压,U,返 回,45,解下 页上 页10V+-3I2U=?I =055-+,1. 6,基尔霍夫定律,支路：,电路中的每一个分支。,一条支路流过一个电流，称为支路电流。,结点：,三条或三条以上支路的联接点。,回路：,由支路组成的闭合路径。,网孔：,内部不含支路的回路。,I,1,I,2,I,3,1,2,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,46,1. 6 基尔霍夫定律支路：电路中的每一个分支。结点,1.6.1,基尔霍夫电流定律(,KCL定律),1定律,即:,入,=,出,在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。,实质:,电流连续性的体现。,或: ,= 0,对结点,a,：,I,1,+,I,2,=,I,3,或,I,1,+,I,2,I,3,= 0,基尔霍夫电流定律,（KCL）,反映了电路中任一结点处各支路电流间相互制约的关系。,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,I,1,I,2,I,3,47,1.6.1 基尔霍夫电流定律(KCL定律)1定律 即:,例1：,支路：ab、bc、ca、,（共6条）,回路：abda、abca、 adbca ,（共7 个）,结点,：,a、 b、c、d,(共4个）,网孔：abd、 abc、bcd,（共3 个）,a,d,b,c,E,+,G,R,3,R,4,R,2,I,2,I,4,I,G,I,1,I,3,I,R,1,48,例1：支路：ab、bc、ca、 （共6条）回路：abda、,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。,2推广,I,=?,例:,I,= 0,I,A,+,I,B,+,I,C,= 0,2,+,_,+,_,I,5,1,1,5,6V,12V,I,A,I,B,I,CA,I,BC,I,AB,A,C,B,I,C,广义结点,49,电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。,1.6.2,基尔霍夫电压定律（,KVL,定律),1,定律,即：,U,= 0,在任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则在这个方向上电位升之和等于电位降之和。,对回路1,：,对回路2,：,E,1,=,I,1,R,1,+,I,3,R,3,I,2,R,2,+,I,3,R,3,=,E,2,或,I,1,R,1,+,I,3,R,3,E,1,= 0,或,I,2,R,2,+,I,3,R,3,E,2,= 0,1,2,基尔霍夫电压定律,（KVL,）,反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。,I,1,I,2,I,3,b,a,+,-,E,2,R,2,+,-,R,3,R,1,E,1,50,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数,1列方程前,标注,回路循行方向；,电位升 = 电位降,E,2,=,U,BE,+,I,2,R,2,U,= 0,I,2,R,2,E,2,+,U,BE,= 0,2应用,U,= 0,列方程时,，,项前符号的确定：,如果规定电位降取正号，则电位升就取负号。,3. 开口电压可按回路处理,注意：,1,对回路1,：,E,1,U,BE,E,+,B,+,R,1,+,E,2,R,2,I,2,_,51,1列方程前标注回路循行方向； 电位升 = 电位降 U =,