第1章电路模型和电路定律.ppt
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1、电路原理 Principle of Electric Circuits,主 讲:张 艳 机电学院自动化系,张艳,机电学院自动化系 办公室:机电楼B408 Tel: 13795145871 E-mail:,学科基础课必修课程 后续课程为:模拟电子技术、数字电子技术 成绩考核与评定 总成绩分为期末考试和平时成绩,期末考试为闭卷考试,其比例: 期末考试: 70% 平时成绩: 30%,课程概述,课程概述,讨论的对象 电路理论只讨论电路的电气行为,只预测和解释在装置两端的电压电流 主要内容 电路的分析 网络的综合与设计 网络故障的诊断,教材和参考书,教材 电路,邱关源编,高等教育出版社 建议参考书 电路
2、原理,徐国凯编著,机械工业出版社 电工学,唐介编著,高等教育出版社 电路原理,周守昌编著,高等教育出版社,第一章电路模型和电路定律,(circuit model),(circuit laws),1.2 电流和电压的参考方向,1.6 电压源和电流源,1.3 电功率和能量,本章内容,1.1 电路和电路模型,1.8 基尔霍夫定律,1.5 电阻元件,1.7 受控源,返回总目录,下一章,1. 电压、电流及其参考方向;,4. 基尔霍夫定律的内容及应用。,重点,2. 功率的计算及其性质的判定;,下 页,上 页,返回本章,3. 电路元件特性;,1. 负载与电源的判定;,难点,2. 独立源和受控源的区别。,本章
3、要求,充分理解和掌握电流和电压的参考方向及关联参考的概念; 明确电阻、电源等电路元件的电压与电流间的关系; 熟练掌握基本定律,并做到灵活运用.,下 页,上 页,返回本章,1.1 电路和电路模型 (circuit) (circuit model),电路的组成,电源(source): 提供电能或发出电信号的设备,负载(load): 消耗电能或接收电信号的装置,传输控制器件:电源和 负载中间的连接部分,下 页,上 页,返回本章,电路的作用 实现电能的传输、分配与转换 实现信号的传递与处理,下 页,上 页,返回本节,电路模型(circuit model),电路图,由理想电路元件相互连接而成。,理想电路
4、元件,具有某种确定电磁性质并有精确数学定义的基本结构。,电路模型,下 页,上 页,返回本节,几种基本的电路元件:,电阻元件:表示消耗电能的元件 (resistor),电感元件:表示产生磁场,储存磁场能量的 (inductor) 元件,电容元件:表示产生电场,储存电场能量的 (capacitor)元件,电源元件:表示各种将其它形式的能量转变 (source) 成电能的元件,下 页,上 页,返回本节,电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。,1.2 电流和电压的参考方向 (reference direction),下 页,
5、上 页,返回本章,1. 2.1 电流的参考方向 (current reference direction),产生原因,电流强度,带电粒子有规则的定向运动,单位时间内通过导体横截面的电荷量,下 页,上 页,返回本节,单位: A(安培)、kA、mA、A,方向:规定正电荷的运动方向为电流的实际方向,元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:,实际方向,实际方向,A,A,B,B,问题,复杂电路或电路中的电流随时间变化时,电流的实际方向往往很难事先判断,下 页,上 页,返回本节,参考方向,i 参考方向,任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。,A,B,下 页,上 页,返回本节,i 参考方向,
6、i 参考方向,i 0,i 0,实际方向,实际方向,电流的参考方向与实际方向的关系:,A,A,B,B,下 页,上 页,返回本节,电流参考方向的表示方法: 用箭头表示:箭头的指向为电流的参考方向 用双下标表示:如 iAB , 电流的参考方向由A 指向B,下 页,上 页,返回本节,1.2.2 电压的参考方向 (voltage reference direction),电压单位:V (伏)、kV、mV、V,电压方向:电位真正降低的方向,电压:单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时电场力做功(W)的大小,电位:单位正电荷q 从电路中一点移至参考点(0)时电场力做功的大小,下 页,上 页,返回本节,参考方
7、向 引用原因:复杂电路或交变电路中,两点间电压的实际方向往往不易判别,给实际电路问题的分析计算带来困难 定义:假设的电压降低的方向 参考方向与实际方向的关系:,下 页,上 页,返回本节,电压参考方向的表示方法:,用箭头表示,用正负极性表示,用双下标表示,下 页,上 页,返回本节,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。,关联参考方向,非关联参考方向,关联参考方向:,i,+,-,+,-,i,U,U,下 页,上 页,返回本节,注,(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
8、过程中不得任意改变,(3) 参考方向不同时,其表达式相差一负号,但实际 方向不变。,A,B,A,B,i,例,U,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,下 页,上 页,返回本节,1.3 功率(power),电功率,功率的单位: W (瓦) (Watt,瓦特),能量的单位: J (焦) (Joule,焦耳),单位时间内电场力所做的功。,下 页,上 页,返回本章,电路吸收或发出功率的判断,u, i 取关联参考方向,P=ui 表示元件吸收的功率,P0 吸收正功率 (实际吸收),P0 吸收负功率 (实际发
9、出),p = ui 表示元件发出的功率,P0 发出正功率 (实际发出),P0 发出负功率 (实际吸收),u, i 取非关联参考方向,下 页,上 页,返回本节,例,求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功率。已知: U1=1V, U2= -3V, U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V, I1=2A, I2=1A, I3= -1A,解,注,对一完整的电路,发出的功率消耗的功率,下 页,上 页,返回本节,1.5 电阻元件 (resistor),对电流呈现阻力的元件,定义,电路符号,单位,下 页,上 页,返回本章,ui 关系,满足欧姆定律 (Ohms Law),u、i 取关
10、联参考方向,伏安特性为一条过原点的直线,下 页,上 页,返回本节,(2) 如电阻上的电压与电流参考方向非关联公式中应冠以负号,注,(3) 说明线性电阻是无记忆、双向性的元件,欧姆定律,(1) 只适用于线性电阻,( R 为常数),则欧姆定律写为,u R i i G u,公式和参考方向必须配套使用!,下 页,上 页,返回本节,上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。,p u i (R i) i i2 R u(u/ R) u2/ R,p u i i2R u2 / R,功率:,下 页,上 页,返回本节,可用功表示。从 t 到t0电阻消耗的能量:,电阻的开路与短路,能量:,短路,开路,下 页,上
11、页,返回本节,1.6 电源元件 (independent source),其两端电压总能保持定值或一定的时间函数,其值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。,电路符号,理想电压源(voltage source ),定义,下 页,上 页,返回本章,(1) 电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关;与流经它的电流方向、大小无关。,(2) 通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。,理想电压源的电压、电流关系,伏安关系,下 页,上 页,返 回,返回本节,例,外电路,电压源不能短路!,下 页,上 页,返回本节,电压源的功率,电场力做功 , 电源吸收功率,吸收功率,充当负载或发出负功,电压、电流的参
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- 电路 模型 定律
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