第1章电路的基本概念和定律18.ppt
《第1章电路的基本概念和定律18.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第1章电路的基本概念和定律18.ppt(228页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1,电路分析基础,讲授教师:于鹏,,2,绪论,课程简介,重要意义 专业基础课 从通识知识到专业知识的跨越 前导学科 高等数学,大学物理,线性代数 后继学科 电子技术,电机学,电力电子学 多数电类专业课程,3,主要内容 研究电路理论的基本定理和基本分析方法 为学习电气工程技术建立理论基础 课本:电路 邱关源 任务: 保证出勤 课后作业(每人两册作业本,全班统一格式,写好姓名学号。作业抄题写清序号)。 实验 平时抽查 期末考试,4,教学要求 独立完成作业,具备电路理论相关知识综 合运用的能力。 掌握基本实验技能,培养动手能力和对实 验数据分析处理的能力。 培养科学素养树立科学思维观念,5,作业:
2、你可以和同学讨论作业的解决方法,但是不可以抄袭。(雷同等于没交作业) 实验 你要和小组协同工作,但是每个组员都应该具有独立操作的能力,6,应该购买尺,科学计算器 电工实验要注意人身安全。,7,学习方法,充分利用课堂时间,做好课后复习,善于利用参考书籍,知识,技能,勤做习题,多翻课本,不会的问题要请教,8,不会做题的原因 不了解解题思路。解题的过程先分析后计算 不会分析问题。分析问题的步骤是一般不见诸于书本上的,讲解分析过程要注意笔记。 电路习题精解-胡钋-中国科学技术大学出版社 基础知识不掌握。这个就是在做题的时候多翻书来在应用中记忆。,9,增强学习兴趣 学以致用,发现身边的科学 勤于动手,进
3、行课余制作 勤于思考,广泛阅读 利用现代技术辅助学习(计算机仿真技术,网络技术) 增加知识点覆盖密度 增加习题量 增加课本阅读次数 增加参考书阅读广度,10,什么是工程学(engineering)?,对科学(science)有目的应用,11,第一章 电路定律和电路元件,1.1电路和电路模型 1.2电路变量,电流和电压的参考方向 1.3电功率和能量 1.4电路元件,12,学 习 目 标,了解电路课程基本概念如电路、电路模型,理想元件等。 了解电流、电压、电功率等。 深刻理解支路上电流、电压参考方向及电流、电压间关联参考方向的概念。 理解元件在关联参考方向与非关联参考方向情况下,吸收与发出功率的情
4、况。,13,1-1 电路及电路模型,1.1.1电路及其功能,实际电路由电路器件和电路部件构成具有传输电能、处理信号、测量、控制计算等功能。 实际电路的作用有两点:,能量转换,信号处理,14,电路的定义:电器元件或设备按一定方式 连接而成的集合,15,Intel Pentium (IV) microprocessor,16,实际电路种类繁多,几何尺寸相差甚大。 要分析这样的电路就需要合理建模,17,本节的思维导图,18,1.1.2电路模型,19,实 际 电 路 组 成,上图是一个最简单的实际电路。由3部分组成: (1)是提供电能的能源,简称电源; (2)是用电装置,统称其为负载,它将电能转换为其
5、他形式的能量; (3)是连接电源与负载传输电能的金属导线,简称导线。 电源、负载连接导线是任何实际电路都不可缺少的3个组成部分。,20,假设我们希望解决一个问题, 流过这个灯泡的电流是多少?,21,我们可以用比较复杂的方法来解决 比如运用麦克斯韦方程 比如应用量子力学 比如从统一场论开始 。,22,但是我们可以应用更简单的方法,首先我们来建立一种分析问题的方法,F,a,我问你:加速度是多少?,23,你回答:质量是多少 我告诉你们:质量是m 你们很快回答:,F,a,24,分析这个问题时,你忽略了 物体的形状 物体的温度 物体的颜色 力的作用点 运用抽象质点解决问题,F,a,25,考虑这个灯丝的时
6、候我们无需考虑 电流如何流过这个灯丝 其温度、材质、形状等因素 我们可以直接用理想电阻取代灯丝,26,我们计算电流时用理想电阻代替灯泡,,在电气工程领域,我们用简单方法解决问题。,27,电路模型的定义:如果把实际电路用足以反映其实际电磁性质的理想元件的组合来替代,这些理想元件的组合就是这个实际电路的电路模型 理想元件:实际电路元件的模型,能完全反映电路元件的电磁特性,28,实际电路到理想电路的转化,1,2,3,29,电路图:将电路元件用其模型符号画在一个平面上构成的图形。,电路图,在电路中将实际电路中的元、器件用理想的模型符号表示。,30,31,电路图,32,电路板,33,电路板,34,1.2
7、.1 几个基本物理量 1电 流(current) 2电流强度(electric current intensity) 3电 压(voltage) 4电 位(potential) 5电 源(source) 6电 动 势(electromotive force),1.2电路变量,电流和电压的参考方向,35,1.2.1 电流 电流定义:在电场作用下,电荷有规则的移动形成电流。 电流强度:为表示电流的强弱,引入了电流强度这个物理量,用符号i(t)表示。 电流强度简称电流。 电流的单位是安培(A)。,36,电流强度,电流强度的定义:单位时间内通过导体横截面的电量。,电流的实际方向:规定为正电荷运动的方向
8、。 电流的参考方向:任意假定的正电荷运动方向。,式中dq(t)为通过导体横截面的电荷量,若dq(t)/dt为常数,这种电流叫做恒定电流,简称直流电流,常用大写字母I表示。电流的单位是安培(A),简称安。电量单位库仑(c)时间单位(秒),37,1.2.2 电 压,电压的定义:A B两点之间的电压在数值上等于单位正电荷在电场力作用下由A点移动到B点电场力所做的功。即电路中两点之间的电位差, 用u表示。单位V伏特。,电压的实际方向由高电位端指向低电位端。 电压的参考方向即为假设的高电位指向低电位的方向。,38,电位:某点A电位等于单位正电荷在电场力作用下由某点A移动到参考点o所做的功。单位V伏特。
9、电源:电源是电路中提供能量的器件或装置。 电动势:电动势是度量电源做功本领的物理量。数值等于单位正电荷在非电场力作用下由电源的负极板移动到正极板非电场力所做的功。单位与电压一致。,39,电压与电动势的比较,40,电压电位电动势例题,E=10V 则,41,1.2.2电压和电流的参考方向,参考方向(reference direction) 电压的实际方向由高电位端指向低电位端。 电压的参考方向即为假设的高电位指向低电位的方向。 注意必须指定电压的参考方向,这样电压的正 负才有意义。,U0时 U实际方向如图,U0时 U实际方向如图,42,43,电流的实际方向电流的实际方向为正电荷流动的方向。 电流的
10、参考方向任意假定的正电荷流动的方向。 注意必须指定电流的参考方向,这样电流的正 负才有意义。,I0时 I实际方向如图,I0时 I实际方向如图,44,1.2.3关联参考方向,关联参考方向 电流的流向是从电压参考方 向的参考“+”极流入,从参考 “-”极流出;则把电压和电流 的这种参考方向称为关联参 考方向。,图1-4 u、i 关联参考方向,u,+,_,i,45,图1- u、i非关联参考方向,_,+,u,i,非关联参考方向 电流的流向是从电压参考方 向的参考“+”极流出,从参考 “-”极流入;则把电压和电流 的这种参考方向称为非关联 参考方向。,46,注意,电路理论推导公式一般是以关联参考方向为前
11、提,千万不可离开此前提。,47,48,1.2.3 电 功 率,电功率:即单位时间内电场力所做的功, 用p表示。W(瓦特),49,电功率的计算: 当电流与电压为关联参考方向时,一段电路(或元件)吸收的功率为:,支路吸收功率(实际),支路发出功率(实际),50,电功率的计算: 当电流与电压为非关联参考方向时,一段电路(或元件)发出的功率为:,支路发出功率(实际),支路吸收功率(实际),51,52,1.4电路元件,集总(参数)元件假定:在任何时刻流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另一端子流入的电流,两个端子之间的电压为单值量。 集总电路:由集总元件构成的电路也可以称为具有集总参数的电路。,53,
12、集总电路也可解释为:电路元件尺寸远小于工作波长,电路为分列的元件联结而成的电路,称为集总电路,54,元件分类:,按端子数目分为二端,三端,四端 无源和有源元件 线性和非线性元件 时变和时不变元件,55,1.4.2电路的基本定理,元件的约束关系:一般指元件端口电流电压的关系式。 电路的拓扑约束(元件的联接关系):由元件的互联形式确定,又称基尔霍夫定律。共两条: 1.KCL 基尔霍夫电流定律 2.kVL 基尔霍夫电压定律,56,电路基本元件,电阻器 电容器 电感器 忆阻器,57,1.5 电 阻 元 件,58,注意: 电阻模型不只是描述电子线路中的电阻元件 电阻元件用于描述电子线路中的电阻现象,59
13、,线性非时变电阻:在电流和电压取关联参考方向情况下,在任何时刻元件两端的电压和电流关系服从欧姆定律。,1.5.1 线性非时变电阻,60,图-8 线性非时变电阻模型及伏安特性,61,电阻的表示法,62,G的单位西门子S,简称西,63,开路:当一个线性电阻元件不论电压为何值,电流恒为零。,64,短路:当一个线性电阻元件不论电流为何值,电压恒为零。,65,1.4.2 电阻元件上吸收的功率与能量,1 U、I取关联参考方向时R吸收的功率为:,对于正电阻来说,吸收的功率总是大于零。 什么情况下等于零,什么情况下小于零,66,2 设在to-t区间R吸收的能量为w(t)、它等于从t0- t对它吸收的功率作积分
14、。即:,上式中是为了区别积分上限t 而新设的一个表示时间的变量。,67,电阻元件小结,对于电阻元件特性的描述都基于电压电流取关联参考方向。 线性电阻元件是二端元件,特点为从一端流入电流等于另一端流出的电流。 线性电阻元件为耗能元件 是双方向性元件 实际电路中电阻可用线形电阻元件近似模拟 当伏安特性不是过原点的直线时这类电阻元件称为非线性电阻元件。 伏安特性曲线不随时间变化称为非时变元件。随时间变化称为时变。,68,1.5.2电阻元件的一点补充,电阻元件一般把吸收的电能转变为热能.从 到 的时间内吸收电能为 非线性电阻元件:非线性电阻元件的伏安特性不是一条通过原点的直线,69,电阻器的分类 1、
15、线绕电阻器:通用线绕电阻器、精密线绕电阻器、大功率线绕电阻器、高频线绕电阻器。 2、薄膜电阻器:碳膜电阻器、合成碳膜电阻器、金属膜电阻器、金属氧化膜电阻器、化学沉积膜电阻器、玻璃釉膜电阻器、金属氮化膜电阻器。 3、实心电阻器:无机合成实心碳质电阻器、有机合成实心碳质电阻器。 4、敏感电阻器:压敏电阻器、热敏电阻器、光敏电阻器、力敏电阻器、气敏电阻器、湿敏电阻器。,碳膜电阻器,金属氧化膜电阻器,70,电阻的型号命名方法: 国产电阻器的型号由四部分组成(不适用敏感电阻) 第一部分:主称 ,用字母表示,表示产品的名字。如R表示电阻,W表示电位器。 第二部分:材料 ,用字母表示,表示电阻体用什么材料组
16、成,T-碳膜、H-合成碳膜、S-有机实心、N-无机实心、J-金属膜、Y-氮化膜、C-沉积膜、I-玻璃釉膜、X-线绕。 第三部分:分类,一般用数字表示,个别类型用字母表示,表示产品属于什么类型。1-普通、2-普通、3-超高频 、4-高阻、5-高温、6-精密、7-精密、8-高压、9-特殊、G-高功率、T-可调。 第四部分:序号,用数字表示,表示同类产品中不同品种,以区分产品的外型尺寸和性能指标等 例如:R T 1 1 型普通碳膜电阻,71,线性负电阻:如果R0则它实际是个发出电能的元件,称为线性负电阻,可通过专门设计获得.,72,73,1.6电容元件,电容元件定义:电容器是一种能储存电场能量的部件
17、.由绝缘介质隔开的极板构成.,电容元件就是反映电容器这种物理现象的模型.,金属化膜电容,74,q是正(负)极性所在极板上储存的电荷为+q(-q)。q的单位为库c u是电容器两端的电压。 C为单位电压下电容所能包含的电荷量。称为电容。 当q的单位为库仑c。u的单位为伏特v。电容单位为F法拉。,线形电容元件的库伏特性.,75,法拉的单位比较大, 地球的电容为0.0064 F(法拉), 一个半径为1m的金属球的电容大约为100PF(微微法)。 常用F(微法)、pF(微微法)。,76,线形电容元件的库伏特性.,电容元件的库伏特性为q-u平面一条过原点的直线。,77,电容元件的表示法,78,电容元件的特
18、性,公式 库伏特性为q-u平面过原点的一条直线 U变化大,I大,U变化小,I小。 当U是直流电压时U不变,I=0 电容相当于开路(OPEN CIRCUIT)。电容元件具有隔直作用。,79,电容元件VCR,80,电容是一种两端元件(two-termind)。 线性电容是双向性元件。 电容两端u-i关系是在关联参考方向下取定的,不关联则不可用。,81,无源元件:对电路不提供能量 动态元件:只有u(t)变化才有电流.,82,电容元件是储能元件,其中 为t时刻储存的电能。当 时,升高时,电容器为充电器, 吸收电能转变为电场能。 下降时,电容元件不会放出多于自身吸收的能量,为无源元件。,83,(了解内容
19、)用于储能的超大电容,超级电容器整体安全性能良好,无毒、无污染,是一种环保型的新型储能元器件。,84,电容是记忆元件:,t时刻电荷电量,上式含义为t时刻电容所具有的电荷量等于 时的电荷量加以 到 时刻时间间隔内增加的电荷量。,85,如指定 为时间起点,并设为则,由于 因此有,或,86,87,时刻电容吸收的能量,上述公式与下列两个公式重要,88,89,90,分段函数分段处理,91,92,93,94,电容效应在很多场合存在(比如海底电缆,架空线中)实际电路中经常用到。,95,(了解内容)传输电缆的等效电路,96,97,98,1.7电感元件,电感元件是实际线圈的模型,反映电流产生磁通和磁场能量储存这
20、一物理现象。,99,N为线圈匝数。 为磁通。 为磁通链。,电感元件定义:韦安特性为 平面上过原点直线的二端元件,式中L代表电感元件和电感量,100,电感元件的韦安特性,线性电感元件 为一个常数. 为单位电流所产生的磁链,国际单位制中磁通的单位是韦伯 ;电流单位为A,自感或电感的单位是H(亨利),101,电感的表示法,102,下列讨论均是在u i 取关联方向时选定的。 公式 电感元件是两端元件。 韦安关系(WAR)为 平面过原点的一条直线。,103,伏安关系(VCR):电流产生磁通,交变磁通产生感应电压,104,电感元件是动态元件,直流电通过时相当于短路(short circuit),电感元件支
21、路VCR,105,电感元件是无源元件,不能提供能量 电感元件是储能元件,当 时,106,大电感全部是绕线的,按结构分为空心电感和磁心电感, 空心电抗器线性度好,但受外界干扰严重; 磁心电抗器存在饱和现象,磁化曲线的弯曲使得电感值不固定。 其他的电感分为固定电感和可调电感, 固定电感如小磁环,小引线等; 可调电感如中周等,中周在检波和发射电路中使用,必须带屏蔽罩,克服干扰。 带骨架的电感也是一种绕线电感,骨架起固定作用,如果骨架是磁心,则为磁心电感。,107,1.8 电压源和电流源,1.8.1 电压源(voltage source) 理想电压源定义:不论外部电路如何变化,其两 端电压总能保持定值
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电路 基本概念 定律 18
链接地址:https://www.31doc.com/p-2251785.html