电路模型和电路定律(丘关源).ppt

电路基础丘关源主编任课教师 韦东梅QQ 349073356昵称 韦老师 1 2 电能 机械能 热能 光能 2 便于输送3 便于控制二 课程安排第三学期讲课 54学时 1 6章 8 12章 第四学期讲课 54学时 7章 13 17章 实验 36学时 12个实验 独立设课 分两个学期开课 绪论一 概述电的优点 1 便于转换 水能 热能 原子能 电能 1 3 三 基本要求1 掌握所学内容2 做好习题 每次课后必有题 每星期交一次作业 注意 上课前交 每迟交一小节扣作业成绩13分 作业要求 1 抄题抄图 字迹工整 清晰 字不要太小 2 图表要求用铅笔和尺子画线条 3 对于计算题 未知数 公式 代入数值 得数四 成绩评定方法1 原始平时成绩原始平时成绩 作业总平均成绩 3次测验成绩之和 2 考勤成绩 2 9 1 4 其中 1 考勤成绩 满分为100分 从第1周起 每旷课一大节扣18分 即每旷课一小节扣6分 迟到20分钟以内扣分折半 迟到达20分钟或以上者视为旷课 因事请假扣分折半 病假扣分1 6 即每大节3分 每小节1分 2 期中测验 共实行3次 闭卷 随堂考试 3 作业总平均成绩 所有作业成绩的平均值2 最终平时成绩将原始平时成绩从高到低排序 并按高分到低分及其一定的比例评定最终平时成绩 3 期评成绩期评成绩 最终平时成绩 40 期末考试成绩 60 第一章电路模型和电路定律 重点1 电压 电流的参考方向2 电路元件特性3 基尔霍夫定律 1 6 1 1电路和电路模型一 电路 干电池 恒压源 恒流源 恒压源 1 电源 供电装置 变压器 开关 电线等 电灯 二 电路的组成 岩滩 大化等 1 7 2 负载 用电设备 3 中间环节 二 电路模型 最简单的 1 8 1 2电流和电压的参考方向电路分析与计算中常见的物理量 有方向 电流 电压 电动势无方向 功率 电能一 电流定义 电荷有规律运动形成的电子流I i 大小 若 dq dt 常数 则用大写字母I来表示 称为恒定电流 直流单位 A mA uA nA kA1A 103mA 106uA 109nA1kA 103A dqi dt 电流强度 1 9 用参考方向计算得到的结果 若 I 0 则参考方向与实际方向相同 I 0 则参考方向与实际方向相反 今后讲课 作业中的电流方向均为参考方向 电流方向的表示方法 用箭头表示 方向 实际方向 正电荷的运动方向 参考方向 任选方向 用双下标表示 如iAB 电流的参考方向由A指向B 1 10 二 电压 电位 u U 恒定 1 电位 2 电压若将dq从A点移至B点时所做的功为dwAB 则 单位 V mV V kV 则O点电位 uo 0 若将电荷dq自A点沿任意路径移到参考点O所做的功为dw 则A点电位 dwuA dq dwABuAB uA uB dq 两点之间的电位差 1 11 方向 实际方向 实际高电位点 实际低电位点 参考方向 任意假定的方向 用参考方向计算得到的结果 若 u 0 则参考方向与实际方向相同 u 0 则参考方向与实际方向相反 今后讲课 作业均为参考方向电压 电位参考方向的表示方法 三种 双下标Uab 参考方向为左高右低 参考方向为 高 低 参考方向为a高b低 A点电位uA表示参考方向为A高参考点低 1 12 关联参考方向 非关联参考方向 三 关联参考方向元件或支路的u i采用相同的参考方向称之为关联参考方向 反之 称为非关联参考方向 注意 1 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向 2 参考方向一经选定 必须在图中相应位置标注 包括方向和符号 在计算过程中不得任意改变 1 13 电压电流参考方向如图中所标 问 对A B两部分电路电压电流参考方向关联否 答 A电压 电流参考方向非关联 B电压 电流参考方向关联 例1 1 14 1 3电功率和能量一 电功率p 1 定义 在dt时间内电场力做功为dw 则功率 u i 二 所耗电能某时刻t 2 单位 W mW kW J焦耳 dq dw udq i dt 1 15 1 当ui参考方向关联时 2 当ui参考方向不关联时 三 电路吸收或发出功率的判断 四 功率平衡方程式在任一个电路中 P吸收 P产生 用公式 P ui 表示计算元件吸收功率若P 0 该元件 吸收正功率 负载 若P 0 该元件 吸收负功率 电源 用公式 P ui 表示计算元件发出功率若P 0 该元件 发出正功率 实际发出 若P 0 该元件 发出负功率 实际吸收 1 16 1 4电路元件电路元件是电路中最基本的组成单元 电路元件的分类如下 1 按元件与外部连接的端子数分 二端 三端 四端 2 按元件上的电压与电流之间的关系分 线性元件 非线性元件3 按元件参数与时间之间的关系分 时不变元件 时变元件4 按是否含独立电源分 无源元件 有源元件 1 17 1 5电阻元件一 电阻元件定义 对电流呈现阻力的元件 电路符号 u 二 电阻上的伏 安特性 电阻上u i关系曲线 简称VCR 1 18 三 线性定常电阻元件 任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件 电路符号 其中 R称为电阻 G称为电导 u 若电阻上u i取关联参考方向 其伏安特性 四 单位电阻R的单位 k M 电导G的单位 S 西门子 Siemens 西门子 伏安特性为一条过原点的直线 其数学表达式 1 19 注意 用欧姆定律列方程时 一定要在图中标明参考方向 五 欧姆定律流过线性电阻上的电流与该电阻两端的电压成正比 与电阻值成反比 其实是线性电阻上的u i关系 简称VCR 参考方向关联时 参考方向非关联时 1 20 六 电阻上的功率和能量 上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的 1 功率 参考方向关联时 参考方向非关联时 p ui u2 R p ui i2R u2 R 0 0 i2R R吸收功率 R产生功率 1 21 七 电阻开路与短路 2 能量 为从t到t0电阻消耗的能量 短路 R 0 G 此时 i 0 u 0伏安特性图示 电阻短路伏安特性 电阻开路伏安特性 开路 R G 0此时 i 0 u 0伏安特性图示 1 22 1 6电压源和电流源一 电压源1 理想电压源 恒压源 定义 其两端电压总能保持定值或一定的时间函数 与流过它的电流i无关的元件叫理想电压源 理想电压源符号 理想电压源的伏安特性 VCR 1 23 理想电压源的特点 1 恒压源两端电压由电源本身决定 与外电路无关 2 通过恒压源的电流由恒压源及外电路共同决定 理想电压源不能短路 例1 i 0 R i R 0 外电路 线性电阻 1 24 一个好的电压源要求 RS 0实际电压源也不允许短路 因其内阻小 若短路 电流很大 可能烧毁电源 内阻 伏安特性 2 实际电压源实际电压源模型 RS越小特性越平 VCR u uS RS i 1 25 二 电流源1 理想电流源 恒流源 定义 输出电流总能保持定值或一定的时间函数 与它的两端电压u无关的元件叫理想电流源 理想电流源符号 理想电流源的伏安特性 VCR 1 26 理想电流源的特点 1 恒流源的输出电流由电源本身决定 与外电路无关 2 恒流源两端的电压由恒流源及外电路共同决定 理想电流源不能开路 实际电流源的产生 可由稳流电子设备产生 如晶体管的集电极电流 光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等 例2 u 0 R 0 u R u R iS 外电路 线性电阻 1 27 一个好的电流源要求 RS 实际电流源也不允许开路 因其内阻大 若开路 电压很高 可能烧毁电源 伏安特性 2 实际电流源实际电流源模型 RS越大特性越平 内阻 VCR 1 28 电压源中的电流如何决定 电流源两端的电压等于多少 原则 Is不能变 US不能变 电压源中的电流 恒流源两端的电压 I IS Uab IR US 例3 1 29 1 7受控电源 非独立源 controlledsourceordependentsource 一 定义 电压或电流的大小和方向受电路中某个地方的电压 或电流 控制的电源 称受控源 二 电路符号 受控电压源 受控电流源 1 30 i2 i1 电流放大倍数 三 分类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 1 电流控制的电流源 CCCS 四端元件 受控部分 控制部分 1 31 i2 gu1g 转移电导 2 电压控制的电流源 VCCS 3 电压控制的电压源 VCVS u2 u1 电压放大倍数 1 32 4 电流控制的电压源 CCVS u2 ri1r 转移电阻 四 受控源与独立源的比较 1 独立源的大小 方向由电源本身决定 与电路中其它电压 电流无关 而受控源的大小 方向由控制量决定 2 独立源在电路中起 激励 作用 即产生电压 电流的作用 而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系 在电路中不能作为 激励 1 33 求下图中电压u2 解 i1 6 3 2Au2 5i1 6 5 2 6 4V 例1 1 34 1 8克希荷夫定律 基尔霍夫定律 Kirchhoff sLaws 基尔霍夫定律反映了电路中电压和电流所遵循的基本规律 基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础 基尔霍夫定律包括 基尔霍夫电流定律 KCL 基尔霍夫电压定律 KVL 一 名词注释支路 branch 电路中通过同一电流的分支 在网络图论中 支路为电路中的每一个二端元件 节点 node 三条或三条以上支路的联结点路径 path 任意两节点间的一条通路 由支路构成 回路 loop 无重复节点的任一闭合路径网孔 mesh 没有支路穿过的回路 平面电路中 1 35 支路b ab ad b 6节点n a b n 4回路l abda bcdb l 7网孔m abda m 3 例1 1 36 二 克氏电流定律KCL1 定义 对任何节点 在任一瞬间 流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和 或在任一瞬间 任一节点上电流的代数和为0 i1 i3 i2 i4 i1 i3 i2 i4 0 i入 i出 i 0 例 1 37 2 KCL的扩展应用KCL还可应用于电路中包围多个结点的任意封闭面 i1 i2 i3 i 0 i 广义节点 例1 例2 3 注意 1 KCL适用于任何电路 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 2 KCL方程是按电流参考方向列写 与实际方向无关 1 38 三 克氏电压定律KVL1 定义 对电路中的任一回路 在任一瞬间 沿任意循行方向转一周 回路中各段电压的代数和恒等于0 即 注意 1 标定各元件电压或电流名称及参考方向 2 选定回路绕行方向 顺时针或逆时针 当u的参考方向与绕行方向一致时 u取 当i的参考方向与绕行方向一致时 iR取 例如 回路a d c a u4 i5R5 i3R3 i4R4 u3 0 u iR 0 1 39 R1I1 US1 2 注意 1 KVL适用于任何电路 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 2 KVL方程是按电压参考方向列写 与实际方向无关 R2I2 R3I3 R4I4 US4 0 1 40 3 KVL的扩展应用KVL也适用于电路中任一假想的回路 如开口电路 例3 解 Uab I R U 0 Uab U I R Uab 解 Uab U1 U2 US 例4 求ab两端的VCR 电压电流关系 1 41 1 9电路中电位的概念及计算电压 两点之间的电位差某点电位 该点与参考点之间的电位差参考点的电位 0一 电位 电压的计算 I1 4A I2 6A I3 10AR1 20 R2 5 R3 6 E1 140V E2 90V 以b点为参考点 各点电位 Ub 0Ua I3R3 60VUc E1 140VUd E2 90Va c之间的电压 Uac Ua Uc 80V 1 42 以a点为参考点 各点电位 Ua 0Ub I3R3 60VUc I1R1 80VUd I2R2 30Va c之间的电压 Uac Ua Uc 80V 结论 当参考点变化时 电位变 电压不变 I1 4A I2 6A I3 10AR1 20 R2 5 R3 6 E1 140V E2 90V 1 43 二 简化电路的绘制方法 2 略去恒压源及接地线 用符号 极性 数字等代替 1 44 第一章电路模型和电路定律结束