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1、1. 電壓、電流的參考方向3. 基爾霍夫定律l 重點(diǎn)：2. 電阻元件和電源元件的特性返 回第1頁/共68頁1.1 電路和電路模型1.實(shí)際電路功能a 能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b 信息的傳遞、控制與處理。建立在同一電路理論基礎(chǔ)上。由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。下 頁上 頁共性返 回第2頁/共68頁 反映實(shí)際電路部件的主要電磁 性質(zhì)的理想電路元件及其組合。2. 電路模型sRLRsU10BASE-T wall plate導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡電路圖l理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件。l電路模型下 頁上 頁返 回第3頁/共68頁5種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元
2、件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成 電能的元件。 5種基本理想電路元件有三個(gè)特征： （a）只有兩個(gè)端子； （b）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述； （c）不能被分解為其他元件。下 頁上 頁注意返 回第4頁/共68頁 具有相同的主要電磁性能的實(shí)際電路部件， 在一定條件下可用同一電路模型表示； 同一實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其電路模型可以有不同的形式。下 頁上 頁例電感線圈的電路模型注意返 回第5頁/共68頁1.2 電流和電壓的參考方向 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線
3、性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流的參考方向l電流l電流強(qiáng)度帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量下 頁上 頁返 回第6頁/共68頁l方向 規(guī)定正電荷的運(yùn)動方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向l單位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導(dǎo)線)中電流流動的實(shí)際方向只有兩種可能: 實(shí)際方向AB實(shí)際方向AB 對于復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷。下 頁上 頁問題返 回第7頁/共68頁l參考方向 大小方向(正負(fù)）電流(代數(shù)量)任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動的方向即為電流的參考方向。i 0i 0參考方向U
4、+參考方向U+ 0 吸收正功率 (實(shí)際吸收)P0 發(fā)出正功率 (實(shí)際發(fā)出)P0 發(fā)出負(fù)功率 (實(shí)際吸收)l u, i 取非關(guān)聯(lián)參考方向下 頁上 頁+-iu+-iu返 回第18頁/共68頁例 求圖示電路中各方框所代表的元件吸收或產(chǎn)生的功率。下 頁上 頁已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1返 回第19頁/共68頁解）（發(fā)發(fā)出出W221111IUP）（發(fā)發(fā)出出W62)3(122IUP（吸收）W1628133IUP（吸收）W3) 1()3(366I
5、UP）（發(fā)發(fā)出出W7) 1(7355IUP）（發(fā)發(fā)出出W41)4(244IUP對一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率吸收的功率下 頁上 頁564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1注意返 回第20頁/共68頁下 頁上 頁1.4 電路元件是電路中最基本的組成單元。1. 電路元件返 回5種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成 電能的元件。注意 如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系式是線性關(guān)系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。第21頁/共68頁2.集總參數(shù)電路
6、由集總元件構(gòu)成的電路集總元件假定發(fā)生的電磁過程都集中在元件內(nèi)部進(jìn)行。集總條件d下 頁上 頁 集總參數(shù)電路中u、i 可以是時(shí)間的函數(shù)，但與空間坐標(biāo)無關(guān)。因此，任何時(shí)刻，流入兩端元件一個(gè)端子的電流等于從另一端子流出的電流；端子間的電壓為單值量。注意返 回第22頁/共68頁下 頁上 頁例iiz集總參數(shù)電路) t (u+-) t ( iLCR兩線傳輸線的等效電路當(dāng)兩線傳輸線的長度 l 與電磁波的波長滿足：l返 回第23頁/共68頁下 頁上 頁iiz),(tzu+-),(tzi) tz,u(z-),(tzzizL 0zC 0zR 0zR 0zL 0zC 0分布參數(shù)電路當(dāng)兩線傳輸線的長度 l 與電磁波的波
7、長滿足：l返 回第24頁/共68頁1.5 電阻元件2.線性時(shí)不變電阻元件l 電路符號R電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可用ui平面上的一條曲線來描述：0),(iufiu任何時(shí)刻端電壓與電流成正比的電阻元件。1.定義伏安特性下 頁上 頁0返 回第25頁/共68頁l ui 關(guān)系R 稱為電阻，單位： (Ohm)滿足歐姆定律GuRuiiuR l 單位G 稱為電導(dǎo)，單位：S (Siemens) u、i 取關(guān)聯(lián)參考方向Riu 下 頁上 頁伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線ui0Rui+返 回第26頁/共68頁 如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)聯(lián)，公式中應(yīng)冠以負(fù)號； 說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。歐姆定律
8、 只適用于線性電阻( R 為常數(shù)）；則歐姆定律寫為u R i i G u公式和參考方向必須配套使用！下 頁上 頁注意Rui-+返 回第27頁/共68頁3.功率和能量電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。p u i (R i) i i2 R - u2/ Rp u i i2R u2 / Rl 功率Rui+-下 頁上 頁表明Rui-+返 回第28頁/共68頁ui從 t0 到 t 電阻消耗的能量：ttttRuipW00dd4.電阻的開路與短路l 能量l 短路0 0uiGor R 0l 開路0 0ui0 Gor Rui下 頁上 頁Riu+u+i00返 回第29頁/共68頁下 頁上 頁實(shí)際電阻器返 回第30頁
9、/共68頁 1.6 電壓源和電流源l電路符號1.理想電壓源l定義iSu+_下 頁上 頁其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與流過它的電流 i 無關(guān)的元件叫理想電壓源。返 回第31頁/共68頁 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)。 通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。l理想電壓源的電壓、電流關(guān)系uiSu直流電壓源的伏安關(guān)系下 頁上 頁例Ri-+Su外電路RuiS)( 0Ri)0( Ri電壓源不能短路！0返 回第32頁/共68頁l電壓源的功率 電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；+_iu+_SuiuPS 電流（正電荷 ）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功
10、，電源發(fā)出功率。 iuPS發(fā)出功率，起電源作用物理意義：下 頁上 頁+_iu+_Su 電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；物理意義：電場力做功，電源吸收功率 iuPS吸收功率，充當(dāng)負(fù)載返 回第33頁/共68頁例計(jì)算圖示電路各元件的功率解V5)510(RuA155RuiRW5152 RiPRW1011010iuPSVW5155iuPSV發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）P（吸）下 頁上 頁5Ri+_Ru+_10V5V-+返 回第34頁/共68頁其輸出電流總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u 無關(guān)的元件叫理想電流源。l 電路符號2.理想電流源l 定義uSi+_下 頁上 頁l 理想電流源的電壓、電流關(guān)系
11、電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān)。返 回第35頁/共68頁 電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。uiSi直流電流源的伏安關(guān)系下 頁上 頁0例Ru-+Si外電路SRiu )0( 0Ru)( Ru電流源不能開路！返 回第36頁/共68頁 可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。下 頁上 頁實(shí)際電流源的產(chǎn)生：l 電流源的功率u+_SiSuiP 電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；發(fā)出功率，起電源作用SuiP 電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；u+_Si吸收功率，充當(dāng)負(fù)載SuiP 返 回第37頁/共68頁例
12、計(jì)算圖示電路各元件的功率解A2SiiV5uW10522 uiPSAW10)2(55iuPSV發(fā)出發(fā)出滿足：P（發(fā)）P（吸）下 頁上 頁u2Ai+_5V-+返 回第38頁/共68頁實(shí)際電源干電池鈕扣電池1. 干電池和鈕扣電池（化學(xué)電源） 干電池電動勢1.5V，僅取決于（糊狀）化學(xué)材料，其大小決定儲存的能量，化學(xué)反應(yīng)不可逆。鈕扣電池電動勢1.35V，用固體化學(xué)材料，化學(xué)反應(yīng)不可逆。下 頁上 頁返 回第39頁/共68頁 氫氧燃料電池示意圖2. 燃料電池（化學(xué)電源） 電池電動勢1.23V。以氫、氧作為燃料。約40-45%的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?shí)驗(yàn)階段加燃料可繼續(xù)工作。 下 頁上 頁返 回第40頁/共68
13、頁3. 太陽能電池（光能電源） 一塊太陽能電池電動勢0.6V。太陽光照射到P-N結(jié)上，形成一個(gè)從N區(qū)流向P區(qū)的電流。約 11%的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽食Ｓ锰柲茈姵匕濉?一個(gè)50cm2太陽能電池的電動勢0.6V,電流0.1A 太陽能電池示意圖太陽能電池板下 頁上 頁返 回第41頁/共68頁蓄電池示意圖4. 蓄電池（化學(xué)電源） 電池電動勢2V。使用時(shí)，電池放電，當(dāng)電解液濃度小于一定值時(shí)，電動勢低于2V，常要充電，化學(xué)反應(yīng)可逆。下 頁上 頁返 回第42頁/共68頁直流穩(wěn)壓源變頻器頻率計(jì)函數(shù)發(fā)生器下 頁上 頁返 回第43頁/共68頁發(fā)電機(jī)組下 頁上 頁返 回第44頁/共68頁草原上的風(fēng)力發(fā)電下 頁上 頁
14、返 回第45頁/共68頁1.7 受控電源(非獨(dú)立源)l 電路符號+受控電壓源1.定義受控電流源 電壓或電流的大小和方向不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。下 頁上 頁返 回第46頁/共68頁 電流控制的電流源 ( CCCS ) : 電流放大倍數(shù) 根據(jù)控制量和被控制量是電壓u 或電流i，受控源可分四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓源表示；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。2.分類四端元件12 ii輸出：受控部分輸入：控制部分下 頁上 頁 i1+_u2i2_u1i1+返 回第47頁/共68頁g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo) 電壓控制的電流源 ( VCCS )12g
15、ui 電壓控制的電壓源 ( VCVS )12 uu: 電壓放大倍數(shù) gu1+_u2i2_u1i1+下 頁上 頁i1u1+_u2i2_u1+_返 回第48頁/共68頁 電流控制的電壓源 ( CCVS )12riu r : 轉(zhuǎn)移電阻 例bicibcii 電路模型ibicib下 頁上 頁ri1+_u2i2_u1i1+_返 回第49頁/共68頁3.受控源與獨(dú)立源的比較 獨(dú)立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。 獨(dú)立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的電壓或電流的控制關(guān)系，在電路中不能
16、作為“激勵”。下 頁上 頁返 回第50頁/共68頁例求：電壓u2解Ai2361Viu4610 65125i1+_u2_i1+-3u1=6V下 頁上 頁返 回第51頁/共68頁1.8 基爾霍夫定律 基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律 （KCL）和基爾霍夫電壓定律( KVL )。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。下 頁上 頁返 回第52頁/共68頁1.幾個(gè)名詞電路中通過同一電流的分支。元件的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3 支路電路中每一個(gè)兩端元件就叫一條支路。i3i2i1 結(jié)點(diǎn)
17、b=5下 頁上 頁或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。n=2注意 兩種定義分別用在不同的場合。返 回第53頁/共68頁由支路組成的閉合路徑。兩結(jié)點(diǎn)間的一條通路。由支路構(gòu)成對平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3123 路徑 回路 網(wǎng)孔網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。下 頁上 頁+_R1uS1+_uS2R2R3注意返 回第54頁/共68頁2.基爾霍夫電流定律 (KCL)令流出為“+”，有：例 在集總參數(shù)電路中，任意時(shí)刻，對任意結(jié)點(diǎn)流出（或流入）該結(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。mti1b0)(出入ii or流進(jìn)的電流等于流出的電流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 下
18、 頁上 頁返 回第55頁/共68頁0641iii例0542iii0653iii三式相加得：0321iiiKCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個(gè)結(jié)點(diǎn)的任一閉合面。下 頁上 頁1 3 25i6i4i1i3i2i表明返 回第56頁/共68頁 KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)點(diǎn)處的反映； KCL是對結(jié)點(diǎn)處支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)； KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電流實(shí)際方向無關(guān)。下 頁上 頁明確返 回第57頁/共68頁3.基爾霍夫電壓定律 (KVL)mtu1b0)(升降uuor U3U1U2U4下 頁上 頁 標(biāo)定各元件電壓參考方向 選定回路
19、繞行方向，順時(shí)針或逆時(shí)針.I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_在集總參數(shù)電路中，任一時(shí)刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。返 回第58頁/共68頁U1US1+U2+U3+U4+US4= 0U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4下 頁上 頁U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_KVL也適用于電路中任一假想的回路。注意返 回第59頁/共68頁例SbaUUUU21 KVL的實(shí)質(zhì)反映了電路遵從能量守恒定律; KVL是對回路中的支路電壓加的約束，與回路各支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還
20、是非線性無關(guān)； KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實(shí)際方向無關(guān)。下 頁上 頁明確aUsb_-+U2U1返 回第60頁/共68頁4. KCL、KVL小結(jié)：KCL是對支路電流的線性約束，KVL是對回路電壓的線性約束。KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。KCL表明在每一節(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的；KVL是能量守恒的具體體現(xiàn)(電壓與路徑無關(guān))。 KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。下 頁上 頁返 回第61頁/共68頁i1=i2?UA =UB?下 頁上 頁思考I = 01.？AB+_13V+_2V2.i111111i2返 回第62頁/共68頁A5)2(3iV1552010u下 頁上 頁V5 ?u
21、V10V20例1A3A2?i51433求電流 i解例2解求電壓 u返 回第63頁/共68頁A3 543iiV1275u下 頁上 頁+-4V5Vi =?3+-4V5V1A+-u =?3例3求電流 i例4求電壓 u解解要求能熟練求解含源支路的電壓和電流。返 回第64頁/共68頁0)10(10101I解A21IA31211 III1下 頁上 頁-10V10V+-1AI =?10例5求電流 I例6求電壓 U解A7310I024IUV1041442 IU4V+-10AU =?2+-3AI返 回第65頁/共68頁解A155102IV2225532222IIIIU下 頁上 頁10V+-3I2U=?I =055-+2I2 I25+-例7求開路電壓 U返 回第66頁/共68頁解12 IRU111 RUIIS)1 (11RUIS)1 ( 12RURUS)1 (121RUIUPSSS221222o)1 (RURPS)1 (12RRUUS)1 (2120RRPPS選擇參數(shù)可以得到電壓和功率放大。+-I1U=?R2 I1R1US上 頁例8求輸出電壓 U返 回第67頁/共68頁感謝您的觀看！第68頁/共68頁
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