资源描述
,电路原理,32,1,范承志,电路原理,2011年1月,远程教学课件,浙江大学电工电子教学中心范承志,电路原理教程,电路原理课程介绍,1）电路原理是研究电路中发生的电磁现象，利用电路基本理论和基本定律进行分析计算，是理工类学生的一门重要基础课程；,2）本课程研究内容包括电网络分析计算方法,正弦稳态交流电路分析,动态电路分析等；,3）课程知识的应用领域包括电气工程及自动化、电力电子、电气信息工程、通信工程、电子仪器及测量、计算机、光电工程等.,课程特点：本课程定位为理工类学生的基础课，主要讲述电路的一般分析计算方法，具有较强的理论性。,本课程研究内容是电子线路、信号处理、高频电子线路、自动控制理论、微机控制、计算机、电气驱动、电力电子、电力系统等后续课程的基础。,电路原理课程介绍,课程主要内容,基本概念(电路元件,参考方向,基尔霍夫定律);电路分析方法(支路法,回路法,节点法);电路定理(线性定理,戴微南定律,Y转换);正弦交流电路的相量计算,阻抗导纳,功率;电路谐振;正弦交流电路互感现象,对称三相电路计算;一阶过渡过程（换路定律，RL，RC电路，）,主要教材：电路原理浙江大学出版社周庭阳等电路原理机械工业出版社范承志等,电路原理课程介绍,主要参考书：电路高教出版社邱关源,第一章电路的基本概念和基本定律,主要内容:1电路元件;2电压电流的参考方向;3基尔霍夫定律;4无源电阻网络的简化;5Y变换.,第一节电路和电路元件,1）由电气设备以各种方式连接组成的总体称为电路。简单电路如手电筒，包括电池、灯泡、开关及连线,复杂的电路如超大规模集成电路、通信网络、自动控制系统、高压电网等。,2）实际电路元件根据其主要物理性质，抽象成理想化的电路模型元件，这些元件包括电阻元件、电感元件、电容元件、独立电源元件、受控源元件、二端口和多端元件等。,3）电路计算基本物理量及单位：电流（安培）1安培=1库仑/秒1A=103mA=106A电压（伏特）1伏特=1焦尔/1库仑1V=103mV=106V电功率（瓦特）1瓦特=1安培*1伏特1KW=103W电能（焦尔）1焦尔=1瓦特*秒电能（度）1度=1千瓦小时（KWh）=3.6106J,1.1电阻元件,电阻：端电压与电流有确定函数关系，体现电能转化为其它形式能量的二端器件，用字母R来表示，单位为欧姆。实际器件如灯泡，电热丝，电阻器等均可表示为电阻元件。,伏安特性是用图形曲线来表示电阻端部电压和电流的关系，当电压电流成比例时（特性为直线），称为线性电阻，否则称为非线性电阻。,线性电阻的电压电流特性符合欧姆定律U=RI,1.2电容元件,1）电容元件是体现电场能量的二端元件，用字母C来表示，其单位为法拉（F）。,2）电容上储存的电荷与端电压U之间关系,1.3电感元件,1）电感元件是体现磁场能量的二端元件，用字母L来表示，其单位为亨利（F）。,2）电感交链的磁通链与电流i之间有=Li,3）当电压和电流如图方向时，有,电路原理,32,2,范承志,1.4独立电源元件,1）独立电压源独立电压源两端提供一个恒定或随时间按一定规律变化的电压，与流过电压源的电流无关。,右图是电压源的常用符号，Us表示电压源从正到负有Us伏压降。,非零电压源不能直接短路，两个不等值的电压源不能并联。当电压源数值Us=0时，相当于一根短路线。,2）独立电流源独立电流源端部流出一个恒定或随时间按一定规律变化的电流，与电流源端部电压无关。,右图是电流源的常用符号，Is表示电流源端部流出的电流值。,非零电流源不能开路，两个不等值的电流源不能串联。当电流源数值Is=0时，相当于电路开路。,I1=Us1/R1I2=Us2/R2I3=(Us1Us2)/R3I11=I1I3I22=I2I3,电流计算举例,当电压源数值Us=0时，相当于一根短路线。,当Us2=0V时，I2=0I22=I3,受控电源是一些实际电路器件的理想化模型，它们的输出电压和电流受到电路中其它部分电压或电流的控制，故又称非独立电源。受控电源分受控电压源和受控电流源，它们为四端元件。,1.5受控源元件,电流控制电流源CurrentControlCurrentSource简写为CCCS,三极管集电极电流IC受基极电流Ib控制。实际三极管元件等效于一个电流控制的电流源。,受控源物理模型,受控源类型,电流控制电压源,CurrentControlVoltageSource(CCVS),含受控源电路计算,例1图示电路，已知Us=10V,R1=R2=R3=10,=10，求R3上电压为多少？,解：控制变量I=,R3上电压,受控电压源电压I=101=10V,第二节电压电流的参考方向,1）支路电流的参考方向是任意规定的正电荷运动方向，图示电路表示电流参考方向为从a流向b。,电流代数值是在指定参考方向下的数值。,如图电路，若I=1A，则表示实际电流方向与参考方向一致，若I=1A，则表示实际电流方向与参考方向相反。,2）电压参考方向是指电压降落的方向，可用+、符号表示，也可以用带箭头线表示，如图所示。,电路描述和计算时，首先要设定电压电流的参考方向，然后才能写出表达式，并进行计算。,电路原理,32,3,范承志,支路电压表达式书写,参考方向是电路课程的重要概念，电路中电流的描述和计算都是在一定参考方向下进行，电流的表达式、数值和电路中电流的参考方向是密切相关的。,电路作业解题计算必须画出电路图,并标注电压电流参考方向！,注意：,电路及参考方向如图，已知R1=R2=R3=10，Us1=Us2=Us3=12V,Is1=1A,Is2=2A,Is3=3A,求Uad。,参考方向应用举例,解：Uad=U1U2U3U1=Us1+I1R1=Us1Is1R1=12110=22V,例1：,U2=I2R2Us2=Is2R2+Us2=21012=8V,U3=Us3I3R3=Us3Is3R3=12310=18V,Uad=U1U2U3=22(8)(18)=12V,功率,直流电路中某器件的功率是电压(伏）和电流（安）的乘积,注意:上式中U、I均需设定参考方向,P=UI功率的单位是瓦(W),电路原理,32,4,范承志,若器件电压电流参考方向一致（称作关联参考方向），如图所示,关联参考方向,P=UI,若器件电压电流参考方向不一致（称作非关联参考方向），如图所示,注意：式中U、I均为对应参考方向下的电压电流代数值。,非关联参考方向,P=UI,功率计算,例1.电路及方向如图，已知Us=10V,Is=2A,R=10R,求电压源、电流源和电阻的功率。,电阻功率：PR=URI=20(2)=40W（消耗功率）电压源功率：PU=USI=10(2)=20W（消耗功率）电流源功率：PI=UIIS=302=60W（发出功率）,解：I=Is=2AUR=IR=210=20VUI=URUs=2010=30V,最大功率传输,如图电路，R0和U0已知，负载R可变，问当R为多大时它吸收的功率最大？,当R变化时，为求P的最大值，对P求导，并令,解：电阻R吸收的功率为,第三节基尔霍夫定律,支路：单个或若干个二端元件所串联成的电路。节点：两条以上支路的交汇点。回路：若干条支路组成的闭合路径。,6条支路4个节点3条回路注意：该电路除上述3条回路外，还可选择多条不同的回路。,支路、节点、回路的概念,KIRCHHOFFSLAW,1）基尔霍夫电流定律,电路中任一节点电流的代数和为零,其中流出节点的电流取正号，流入节点的电流取负号。,节点1：I1I2I3=0节点2：I3I4I5=0,节点3：I2I4I6=0节点4：I1I5I6=0,KirchhoffsCurrentLaw(KCL),2）基尔霍夫电压定律,回路1：U2U3U4=0回路2：U1U5U3=0回路3U4U6U5=0注意：支路电压方向取为与支路电流方向一致。,KirchhoffsVoltageLaw(KVL),回路1：I3R3I4R4Us2=0回路2：Us1I5R5I3R3=0回路3：I4R4I6R6I5R5=0,把支路电压用支路元件电压来表示，得：,利用基尔霍夫定律解复杂电路,右图电路，若电阻和电压源的数值均已知，则由KCL和KVL得方程：,回路1：I3R3I4R4Us2=0回路2：I5R5I3R3Us1=0回路3：I4R4I6R6I5R5=0,由上面6个方程可解出6个支路电流变量。,第四节无源电阻网络的简化,1）一端口网络的简化一端口网络：任一复杂电路通过两个连接端子与外电路相连。,无源一端口网络：一端口网络内无独立电源，称为无源一端口网络，常用方框加P来表示一个无源网络。,无源一端口网络可简化为一等值电阻。,2利用电路的对称性简化,例1图示电路，R1=1，R2=2，R3=2，R4=4，R5=1，求Rab？,解：由于R1/R3=R2/R4，一端口网络为平衡电桥，电阻R5上的电压和电流为零，在电路计算时可移去R5电阻，可得,简化规则：电路中某一条支路电流为零，则该支路可开路电路中某一条支路电压为零，则该支路可短路,2）Y变换,Y等效转换,如果左图中连接的三个电阻R12、R23、R31用右图Y连接的三个电阻R1、R2、R3来替换，并使流入三个端部的电流和端部电压保持不变，对于外电路来说，Y或电路等效，这种变换为Y等效转换。,为使得变换后外电路状况不变，Y和连接的电阻数值要满足一定转换关系。,Y变换电阻等效公式,断开3端，12端电阻应相等,同理，分别断开2和1端，有等式,由上面三式，解得,上式为Y变换式，已知电阻，可由上式求Y电阻。,由上面三式可求出逆变换,上式为Y变换式，已知Y电阻，可由上式求电阻。,等效变换记忆法,特别当Y和三个电阻相等时，有R=3RY,例1已知R1=20，R2=10，R3=50，R4=30，R5=5，R6=4，US=10V，求支路电流I6=？,解：把连接R1、R3、R4转换为Y连接，如下图所示，由Y转换式，转换后电阻为：,由Ra=10,Rb=6,Rc=15,得,例:,电阻网络的简化.,求图示电路的等效电阻.,(1),(2),（3）,（4）,（5）,本章小结,1）电路基本器件：电阻，电容，电感；独立电压源，独立电流源；受控电源：VCVS，VCCS，CCVS，CCCS,2）参考方向：电路分析与计算必须先标出参考方向，功率判别。,3）基尔霍夫定律：KCLKVL,4）电路的等效和简化：电压源/电流源、Y/、对称性等。,
展开阅读全文