电路的基本概念及定律.ppt

电工学,参考教材:电工学(秦曾煌)电工学（唐介）,52学时理论教学12学时实验直流电路：ch1交流电路：ch2动态电路：ch3电动机：ch5半导体：ch7基本放大电路：ch8集成运算放大电路：ch9直流稳压电源：ch10组合逻辑电路：ch11时序逻辑电路：ch12,主要内容（64学时）,学习方法1掌握基本概念、基本理论和基本的分析方法2通过习题来巩固和加深所学理论、培养分析能力和运算能力3在实验中体会电学现象,考核方法平时成绩占30%考试成绩占70%,六、作业1、作业写在活页纸上，不用作业本2、作业请学习委员按学号排序,1-1电路的作用、组成及电路模型,1-2电路变量及电路的参考方向,1-3理想电路元件,1-4电路的状态,第1讲电路的基本概念及定律,1-5基尔霍夫定律,3负载,电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。,1电源,2中间环节,1-1电路的作用、组成及电路模型,1.电能的传输与转换,电路的作用,2.信号的传递与处理,发电机,升压变压器,输电线,降压变压器,电灯电动机,放大器,话筒,扬声器,其它形式的能量电能,电能其它形式的能量,连接电源和负载，传输、分配电能,电路的组成,信号源,负载,话筒把声音（信息）电信号,扬声器把电信号声音（信息）,负载,电源,中间环节,发电机,升压变压器,输电线,降压变压器,电灯电动机,放大器,话筒,扬声器,信号源,负载,电源和信号源的电压或电流称为激励，它推动电路的工作。,激励,响应,由激励在电路中产生的电压和电流称为响应,电路分析是在已知电路结构和参数的条件下，讨论,与,的关系,由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路。,电阻器,电容器,线圈,电池,运算放大器,晶体管,电路实体,电路模型,用理想电路元件组成的电路，称为实际电路的电路模型。,理想电源元件,理想无源元件,理想电压源,理想电流源,电阻R,电感L,电容C,1-2电路变量及电路的参考方向,一、电流和电流的参考方向,电流的参考方向,用箭头表示，如右图；,如iAB=2A，说明参考方向与实际方向一致；,电流（又叫电流强度）,单位时间内通过的电量，即：,正电荷定向移动的方向为电流的实际方向。,用双下标表示，如iAB,iAB=-2A，说明参考方向与实际方向相反。,二、电压和电压的参考方向,电压的参考方向,用箭头表示；,如uAB=2V，说明参考方向与实际方向一致；,电压的实际方向：高电位指向低电位。,电压,单位正电荷在电场力的作用下从A点到B点电场力所做的功为AB两点之间的电压，即：,uAB=-2V，说明参考方向与实际方向相反。,用双下标，如uAB；,用正负符号。,三、关联参考方向,注意：在电路分析中，没有特别说明，电压和电流一般为关联参考方向。,在电路分析中，对一个元件既要假设通过它的电流参考方向，又要假设该元件两端电压的参考极性，两个都可任意假定，而且独立无关。,当电压和电流的参考方向一致时，称电压和电流为关联参考方向；,相反，当电压和电流的参考方向相反时，称电压和电流为非关联参考方向。,四、能量,电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则能量单位为焦耳（J）。,根据电压定律，从t0到t的时间内元件吸收的能量W求得为：,五、功率,电压单位为伏特（V），电流单位为安培（A），则功率单位为瓦特（W）。,在电压和电流为关联参考方向下,功率是单位时间内所做的功，即：,乘积“ui”表示元件吸收功率，即：,p0，表示该元件吸收功率；,p0，表示该元件发出功率；,p0，吸收电能，说明电阻是一个无源元件。,在非关联参考方向下p=ui=-i2R0，充电，以电场能量的形式储存；,WC0，充磁，以磁场能量的形式储存；,WL0，放磁，元件释放电能；,五、非线性电感非线性电感的电感系数L不等于一个常数，即：,1.3.4电压源和电流源,一、电压源,电压源符号为：,电压源的特点,电压源两端电压与外接电路无关；,流过电压源的电流与外电路有关。,R不同，i不同。,电压源的性质,如果一个电压源的电压uS=0，则此电压源的伏安特性为ui平面上的电流轴，此电压源在电路中相当于短路。,电压源的工作状态,电压源uS1工作在电源状态；电压源uS2工作在负载状态。,二、电流源,电流源符号为：,电流源的特点,电流源电流与外接电路无关；,电流源两端的电压与外电路有关。,R不同，u不同。,电流源的性质,如果一个电流源的电流iS=0，则此电流源的伏安特性为ui平面上的电压轴，此电流源在电路中相当于开路。,电流源的工作状态,电流源iS1工作在电源状态；电流源iS2工作在负载状态。,三、独立电源,电压源和电流源，它们不受外界电路的影响，作为电源或输入信号时，在电路中起“激励”作用，在电路中产生相应的电流和电压，这些电压和电流便是“响应”，而这类激励叫独立电源。,1.3.5受控电源,受控源又称为“非独立”电源。受控电压源的电压和受控电流源的电流都不是给定的时间函数，而是受电路中某一部分的电流或电压的控制。如：,受控源分为四类，分别如下图所示：,电压控制电压源（VCVS）,电压控制电流源（VCCS）,电流控制电压源（CCVS）,电流控制电流源（CCCS）,1分类-4类,3控制量-其他支路中的uori,4控制系数,受控源为四端元件.其输出电压或电流均受其他支路电流与电压的控制,故为非独立电源,或称受控源.它不能在电路中产生响应,它不是激励源.,注意:,(1)受控源与独立电源之区别;,(2)受控源仍有存在的价值.,2符号-棱形框,1-4电路的状态,E,I,U,1电压与电流,R0,R,a,b,c,d,电源的外特性曲线,当R0R时，则UE,说明电源带负载能力强,+,_,+,_,U=RI,或U=ER0I,1.4.1电源有载工作,2功率与功率平衡,UI=EIR0I2,P=PEP,电源产生功率,内阻消耗功率,电源输出功率,功率的单位：瓦特(W)或千瓦(kW),电源产生功率,=,负载取用功率,+,内阻消耗功率,功率平衡式,1.4.2电源开路,电源开路时的特征,I=0,U=U0=E,P=0,当开关断开时，电源则处于开路(空载)状态。,1.4.3电源短路,U,IS,U=0,I=IS=E/R0,P=0,PE=P=R0IS2,E,R0,R,b,c,d,+,_,电源短路时的特征,a,当电源两端由于某种原因连在一起时，电源则被短路。,为防止事故发生，需在电路中接入熔断器或自动断路器，用以保护电路。,1-5基尔霍夫定律,基尔霍夫定律是分析计算电路的基本定律，又分为：,基尔霍夫电压定律,基尔霍夫电流定律,电路中通过同一电流的每个分支称为支路。用b表示其数量。,图示电路有3条支路，2个节点，3个回路,2个网孔。,一、术语：,电路中任一闭合的路径称为回路。,3条或3条以上支路的连接点称为节点（结点）。用n表示其数量。,不包含其它回路的独立回路称为网孔，或单孔。用l表示其数量。且有右式成立：b=l+(n-1),电路图中的每条支路都有支路电压和电流，且通常情况下假定其参考方向为关联参考方向，如上右图所示。,电路中的支路电压和支路电流一般受到两类约束：,元件本身电压和电流的约束，如欧姆定律，简称VCR；,支路电压之间或支路电流之间满足的约束关系，简称“拓扑”关系，这类约束用基尔霍夫定律来表达。,二、基尔霍夫电流定律（KCL）,定律内容,在集总电路中，在任何时刻，对任一结点，所有流出结点的支路电流的代数和恒等于零，即：,对任一结点：,（代数和）,规定：流出结点的电流前面为“+”；流入结点的电流前面为“-”。,流入和流出都是相对于参考方向而言。,KCL的推广,在集总电路中，在任何时刻，通过任何一个闭合面（广义结点）的电流代数和恒等于零。,KCL的实质,流入结点的电流等于流出结点的电流。,例1：若I1=9A，I2=2A，I4=8A。求：I3,KCL,电流的参考方向与实际方向相反,I1I2+I3+I4=0,三、基尔霍夫电压定律（KVL）,定律内容,在集总电路中，在任何时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零，即：,对任一回路：,（代数和）,规定：指定回路的绕行方向，支路电压方向与回路绕行方向一致时，前面为“+”；反之，前面取“-”。,注意：支路电压方向也是相对于参考方向来讲。,例：支路（2346）构成的回路1,根据U=0,KVL推广应用于假想的闭合回路,Us+IRUAB=0,UAB=Us+IR,或,根据KVL可列出,UB,UA,UAB,UAB=UAUB,UAUBUAB=0,广义运用：KVL通常用于闭合回路，但也可推广应用到任一不闭合的电路上。,例：列出下图的KVL方程,求图示电路中U和I。,KCL：3+12+I=0I=-2A,VCR:U1=3I=3(-2)=-6V,KVL：U+U1+3-2=0U=5V,求Va。,Va=(-4)1+3=-1V,第1讲结束,