电路基本定律和简单电阻电路.ppt

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1、让我们共同努力学好电路理论,主讲：许爱德,信息科学技术学院Tel:13644110338E-mail：,考核方式：试内,教材：电路基础理论信毓昌 主编,参考资料：电路邱关源 主编,电路分析基础李翰荪,电路原理实验 编,作业按照要求课前收好，一次不交，扣平时成绩5分（作业本要求）实验一次不做，成绩0分，并取消考 试资格无故旷课一次从平时成绩扣5分,实验：实验时理论课停一次,答疑：电航楼224,实 验 内 容,第3周 基尔霍夫定律验证和电位的测定 第5周 电压源与电流源的等效变换 第7周 叠加原理和戴维南定理第11周 受控源VCCS、VCVS、CCVS、CCCS的特性曲线 第13周 交流电路元件参

2、数测量 第15周 R-L-C元件的阻抗特性和谐振电路 第17周 互感电路的研究,实 验 安 排（单周）,地点：电航楼301 指导教师：王维刚 张惠泽,预习、操作、总结考核要求；遵守实验室规章制度。,前言,1、电路课程的重要性：是一门专业基础课，为后续的专业课打基础。,2、学习方法,电路理论,听课,复习、答疑,作业,总复习+,答疑+,习题,3、授课内容,第1章 电路基本定律和简单电阻电路,本章要点：电路分析基本变量电路分析基本元件功率的吸收和发出基尔霍夫定律电路的等效变换,1.1 电路和电路模型,电路：电流的通路。实际电路是将电器元件或设备按一定方式连接起来。,电路模型：理想化元件代替实际电器元

3、件或设备。,电路图,具有某种确定电磁性质并有精确数学定义的基本结构；在一定的条件下，理想元件及组合足以模拟实际电路中器件发生的物理过程。,电路作用：,(1)实现电能的传输、分配与转换,(2)实现信号的传递与处理,电路的组成部分,电源:提供电能的装置,负载:取用电能的装置,中间环节：传递、分配和控制电能的作用,直流电源:提供能源,信号处理：放大、调谐、检波等,负载,信号源:提供信息,电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,1.2 电路分析基本变量,1.2.1 电流,定义：电路中自由电子或带电质点在电场力作用下有规律的运动形成电流。用 或 表示,单位：

4、安培(A).,大小：,单位时间内通过导体横截面的电荷量,方向：用箭头或双下标表示。,作业:P29-4,5,6,问题思考：,电流方向AB？,电流方向BA？,?,电流实际正方向：正电荷移动的方向。,电流假设正方向（参考方向）：任意假定一个方向为正方向。,若参考方向与实际方向一致，,若 I=5A，则电流从 a 流向 b；,若 I=5A，则电流从 b 流向 a。,例,例：如图，导线中，电子从左向右移动产生1mA的电流，请确定 和。,1.2.2 电压,定义：指电场力把单位正电荷从电场的一点移动到另一点所做的功，用 表示，单位：伏特（V）。,电位：选电场中某一点作为参考点，设该点电位为零，其他点相对该点的

5、电压称为电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,方向：,参考方向与实际方向一致电压为“+”，方向不一致为“-”。,（a）a点电位比b点高5V；,（b）a点电位比b点低5V.,例：求电路中的电位,解：,1.2.3 关联参考方向,电流参考方向从电压参考方向的正极流入，负极流出，电压电流参考方向称为关联的；反之称为非关联的。,习惯将无源元件标为关联的，对有源元件标为非关联的。,此处的元件也可是一段电路；,关联还是非关联一定是针对某一个元件。,非关联,关联,1.2.4 电功率,定义:功率是电场力在单位时间内所作的功:,若某段电路的电压为，流过的电流为，则功

6、率为：,实际与定义一致；实际与定义相反。,实际上是吸收还是发出功率？,例：计算图中每一部分的吸收功率。,(a)关联参考方向,（b）非关联参考方向,例,求图示电路中各方框所代表的元件吸收或发出的功率。,已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A,解:,对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率,注意,1.2.5 电动势,非电场力将单位正电荷从低电位移到高电位所作的功定义为电动势，简称电势。,电压是电位降，电势则产生电位升。,图18 电势和电压的方向,1.3 电路基本元件,1.3.1 电阻 R（单位：、k、M）,(一)

7、无源元件,线性电阻,伏-安 特性,伏安关系：,:阻值,主要特性：,电导，单位:西门子（S），；,非关联方向下，,两种特殊情况：,一些有代表性的电阻,吸收的功率：，耗能元件,电阻的四色环表示法：,色环 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑数值 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0,2500 5%,1.3.2 电容,单位电压下存储的电荷,电容符号,有极性,无极性,（单位：）,主要特性：,电容上电流、电压的关系,电容和结构参数的关系,电容的储能,电容是一种储能元件,储存的能量以电场形式存在。,1.3.3 电感,（单位：H,mH,H）,单位电流产生的磁链。,（t)N(t),磁通,磁链,主要特性：,

8、电感中电流、电压的关系,电感和结构参数的关系,电感是一种储能元件,储存的磁场能量为：,电感的储能,无源元件小结,注意,实际元件的特性可以用若干理想元件来表示。,注意,1.3.4 理想电压源（恒压源）,定义：能独立向外提供一个确定电压而与通过的电流无关的元件。,(二)有源元件,主要特性：,（1）电压源外部不能短接；,（2）电流由外电路确定；,（3）电压为零时，电压源相当于一段无阻导线(除源或置零)；,1.3.5 理想电流源（恒流源）,定义：能独立向外提供一个确定电流而与其端电压无关的元件。,主要特性：,（1）电流源外部不能开路；,（3）电流源的电流为零时（除源或置零），相当于开路；,（2）电压

9、由外电路确定；,恒压源与恒流源特性比较,输出电流 I 可变-I 的大小、方向均由外电路决定,端电压Vab 可变-Vab 的大小、方向均由外电路决定,49,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）,50,计算图示电路各元件的功率,解,发出,吸收,满足：P（发）P（吸）,1.3.6 线性受控源（非独立源）,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。,受控电压源,受控电流源,电流控制电压源(CCVS),电压控制电流源(VCCS),电流控制电流源(CCCS),受控源的分类：,例,电路模型,输入：控制部分,输出：受控

10、部分,:电流放大倍数,例,求：电压v2。,解,1.4 基尔霍夫定律,作业：P301,2,8,14(30 改成20),Gustav Robert Kirchhoff(1824-1887)，基尔霍夫/克西霍夫,基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs Current LawKCL)基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs Voltage LawKVL),名词注释：,支路：ab、ad、.（共6条）,回路：abda、bcdb、.（共7 个）,结点：a、b、.(共4个）,例,1.4.1 基尔霍夫电流定律（KCL）,定律内容:电路中,任何时刻,对任一结点，所有支路电流的代数和恒等于零。,流入:流出:+）,如图

11、,或：,即：流入结点的电流等于由结点流出的电流。,流入,流出,电流定律的依据：电流的连续性,电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,I1+I2=I3,I=0,I=?,KCL与电路元件无关。,广义结点,1.4.2 基尔霍夫电压定律（KVL）,定律内容：电路中,任何时刻,沿任一回路所有元件上电压的代数和恒等于零。,说明：,首先确定绕行方向和各元件电压的参考方向（注意：若电阻电流参考方向已标出，习惯上电压取关联方向）；,(2)列方程时电压方向与绕行方向一致：+，否则：,例如：回路 a-d-c-a,或：,即：电位升等于电位降。,KVL适用于开口电路。,KVL适用于任何电路元件。,Vab,例,例,单回路

12、电路,计算电路中每个元件的电流、电压和功率。,分析：选电流 为待求变量，并标注其参考方向，电阻上电压按关联方向标注，列写KVL即可。,即,单结点对电路,例,即,含受控源的简单电阻电路,处理方法：先把受控源与独立电源一样看待列出方程，受控源的主控量与待求变量之间的关系作为附加方程。,例,计算电路中各元件吸收的功率。,由KVL知：,附加方程：,例,分析步骤同含独立电源的单结点对电路。,KCL知：,附加方程：,解得：,求6V电压源和1A电流源发出的功率。,解：,（a）,（b）,图（b）由KVL：,求6V电压源和1A电流源发出的功率。,（a）,（b）,解：,如图（b）,对o点KCL:,例1,1、求电流

13、 i,2、求电压 u,等效变换,将电路中某一部分，用有利于电路计算的简单电路或元件来替代，而原电路中未被替代的那部分的电流和电压保持不变。,作业：P3117,22,23,1.5 电阻的等效变换,（1）电阻的串联,（a）原电路,（b）等效替代,（c）n2,任一电阻上的电压:,应用：降压、限流、调节电压等。,（2）电阻的并联,(a)原电路,(b)等效替代,电流分配:,应用：分流、调节电流等。,(3)利用等电位点简化电阻电路,等电位点找出后，电流为零的支路相当于开路，电位相同的两点相当于短路。,电路 c、d等对称电位,断路,例,(4)电阻星角等效变换,Y,型网络,Y,Y型网络,1.6 电源的连接与等

14、效变换,1.6.1 理想电源的组合,（1）电压源串联,（a）原电路,（b）等效替代,个电压源串联可以用一个电压源等效代替,且等效电压源的电压是各串联电压源的代数和。,符号取决于等效电压源和原电源各自的参考方向,注意：只有端电压完全相同时才可并联，对外等效为其中一个理想电压源。,(2)电流源并联,（a）原电路,（b）等效替代,符号取决于等效电流源和原电流源的参考方向,注意：电流源作为理想元件只有在电流相等、方向相同时才允许串联，串联后对外等效于其中一个电流源。,（3）几种特殊的组合,当理想电压源与电流源或其他电路并联时，对外电路可等效为一个理想电压源。,理想电流源与电压源或其他电路串联时，对外电

15、路可等效为一个理想电流源。,1.6.2 实际电源模型和等效变换,（1）实际电压源,电压源模型,V=Vs IR0,若 R0=0 V Vs,V0=Vs,电压源的外特性,是由电动势 E(电压Vs）和内阻 R0 串联的电源的电路模型。,若 R0 RL，V Vs，可近似认为是理想电压源。,理想电压源,O,电压源,(2)实际电流源,V0=ISR0,电流源的外特性,理想电流源,O,IS,由电流 IS 和内阻 R0 并联的电源的电路模型。,若 R0=I IS,若 R0 RL，I IS，可近似认为是理想电流源。,电流源,（3）实际电流源和实际电压源的等效变换,V=Vs IR0,V=ISR0 IR0,等效变换时，两电源的参考方向要一一对应。,理想电压源与理想电流源之间无等效关系。,所谓的等效是对外部电路等效，对内部电路是不等 效的。,注意事项：,电压源和电流源的等效，受控电压源和电流源也同样适用。,如何对一个电路进行等效变换？,根据要求，首先看有没有特殊组合，有的话先等效成一个理想电压源或理想电流源；然后进行实际电源的转换和电阻的串并联。,I=0.5A,求受控源的功率和电压。,（a）,（b）,（c）,例,解：,图（c）中，对上端结点应用KCL,（c）,第一章,结 束,小 结,