電路和電路模型

關于電路和電路模型第1頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月主要內容電路和電路模型電路的基本物理量電路的參考方向無源元件的介紹項目一認識電路的基本物理量和基爾霍夫定律第2頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1電路和電路模型

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電路的概念由實際元器件構成的電流的通路稱為電路。1、電路的組成及其功能電路是電流的通路第3頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電路通常由電源、負載和中間環(huán)節(jié)三部分組成。

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電路的組成1、電路的組成及其功能火線..零線電源連接導線和其余設備為中間環(huán)節(jié)負載第4頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電路可以實現電能的傳輸、分配和轉換。電力系統(tǒng)中電子技術中電路可以實現電信號的傳遞、變換、存儲和處理。1、電路的組成及其功能

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電路的功能第5頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電路模型實體電路連接導線負載電源開關SRL+

U–IUS+_R0電路模型電源負載中間環(huán)節(jié)

用抽象的理想電路元件及其組合，近似地代替實際的器件，從而構成了與實際電路相對應的電路模型。第6頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

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理想電路元件R+

US–電阻元件只具耗能的電特性電容元件只具有儲存電能的電特性理想電壓源輸出電壓恒定，輸出電流由它和負載共同決定理想電流源

輸出電流恒定，兩端電壓由它和負載共同決定。L電感元件只具有儲存磁能的電特性IS

理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似化，其電特性單一、精確，可定量分析和計算。C3、理想元件第7頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月5種基本理想電路元件有三個特征：（a）只有兩個端子；（b）可以用電壓或電流按數學方式描述；（c）不能被分解為其他元件。注意第8頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電路元件按照其與電路其他部分相連接的端鈕數，可以分為二端元件和多端元件。二端元件通過兩個端鈕與電路其他部分連接；多端元件通過三個或三個以上端鈕與電路其他部分連接。3、理想元件第9頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月檢驗學習結果電路由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？何謂理想電路元件？其中“理想”二字在實際電路的含義？理想元件有何特征？如何在電路中區(qū)分電源和負載？試述電路的功能？何謂“電路模型”？學好本課程，應注意抓好四個主要環(huán)節(jié)：提前預習、認真聽課、及時復習、獨立作業(yè)。還要處理好三個基本關系：聽課與筆記、作業(yè)與復習、自學與互學。第10頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2電路基本物理量及參考方向

電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流的參考方向電流電流強度帶電粒子有規(guī)則的定向運動單位時間內通過導體橫截面的電荷量第11頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月方向規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向單位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導線)中電流流動的實際方向只有兩種可能:實際方向AB實際方向AB

對于復雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實際方向往往很難事先判斷。問題第12頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月參考方向大小方向(正負）電流(代數量)任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。i>0i<0實際方向實際方向電流的參考方向與實際方向的關系：i

參考方向ABi

參考方向ABi

參考方向AB表明第13頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電流參考方向的兩種表示：用箭頭表示：箭頭的指向為電流的參考方向。用雙下標表示：如iAB

,

電流的參考方向由A指向B。i

參考方向ABiABAB第14頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓U

單位2.電壓的參考方向單位正電荷q

從電路中一點移至另一點時電場力做功（W）的大小。

電位單位正電荷q

從電路中一點移至參考點（＝0）時電場力做功的大小。

實際電壓方向

電位真正降低的方向。V(伏)、kV、mV、V第15頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電壓、電位和電動勢Ia電位是相對于參考點的電壓。參考點的電位:

b=0；a點電位：

a=E-IR0=IRb+

U–RL_SE+R0電動勢E只存在電源內部，其數值反映了電源力作功的本領，方向規(guī)定由電源負極指向電源正極路端電壓U。電壓的大小反映了電場力作功的本領；電壓是產生電流的根本原因；其方向規(guī)定由“高”電位端指向“低”電位端。第16頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

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三者的定義式2、電壓、電位和電動勢Uab=Wa－Wbq

a=Wa－W0qE=W源q

顯然電壓、電位和電動勢的定義式形式相同，因此它們的單位一樣，都是伏特[V]。

電壓等于兩點電位之差：

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三者的區(qū)別和聯系Uab=Va－Vb

電源的開路電壓在數值上等于電源電動勢；

電路中某點電位數值上等于該點到參考點的電壓。第17頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月例已知：4C正電荷由a點均勻移動至b點電場力做功8J，由b點移動到c點電場力做功為12J，若以b點為參考點，求a、b、c點的電位和電壓Uab、Ubc;若以c點為參考點，再求以上各值。解(1)acb第18頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月acb解(2)結論

電路中電位參考點可任意選擇；參考點一經選定，電路中各點的電位值就唯一確定；當選擇不同的電位參考點時，電路中各點電位值將改變，但任意兩點間電壓保持不變。第19頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月復雜電路或交變電路中，兩點間電壓的實際方向往往不易判別，給實際電路問題的分析計算帶來困難。電壓(降)的參考方向U>0參考方向U+–參考方向U+–

<0U假設高電位指向低電位的方向。問題+實際方向–+實際方向–第20頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓參考方向的三種表示方式：(1)用箭頭表示：(2)用正負極性表示(3)用雙下標表示UU+ABUAB第21頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月元件或支路的u，i

采用相同的參考方向稱之為關聯參考方向。反之，稱為非關聯參考方向。關聯參考方向非關聯參考方向3.關聯參考方向i+-+-iuu第22頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向參考方向一經選定，必須在圖中相應位置標注(包括方向和符號)，在計算過程中不得任意改變參考方向不同時，其表達式相差一負號，但電壓、電流的實際方向不變。例電壓電流參考方向如圖中所標，問：對A、B兩部分電路電壓電流參考方向關聯否？答：A電壓、電流參考方向非關聯；

B電壓、電流參考方向關聯。注意＋－uBAi第23頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月想想、練練已知某電路中Uab=-5V,試說明a,b兩點哪點電位高？

電功率大的用電器，電功也一定大，這種說法正確嗎？為什么？第24頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電功率和能量1.電功率功率的單位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的單位：J(焦)(Joule，焦耳)單位時間內電場力所做的功。第25頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電路吸收或發(fā)出功率的判斷

u,i

取關聯參考方向P=ui

表示元件吸收的功率P>0

吸收正功率(實際吸收)負載P<0

吸收負功率(實際發(fā)出)電源P=ui

表示元件發(fā)出的功率P>0

發(fā)出正功率(實際發(fā)出)P<0

發(fā)出負功率(實際吸收)

u,i

取非關聯參考方向+-iu+-iu第26頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月例求圖示電路中各方框所代表的元件吸收或產生的功率。已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－第27頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月解:對一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率＝吸收的功率564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－注意已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A第28頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月想想、練練已知某電路中Uab=-5V,試說明a,b兩點哪點電位高？

一個元件的功率為P=100W，試討論關聯與非關聯參考方向下，該元件吸收還是發(fā)出功率？第29頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月想想、練練I3132+-++--I1I2U1U2U3如圖所示的電路中有三個元件。電流、電壓的參考方向如圖中箭頭所示，實驗測得：I1=3A,I2=-3A,I3=-3A,U1=-120V,U2=70V,U3=-50V試指出各元件電流、端電壓的實際方向，計算元件的功率，并指出哪個元件吸收功率，哪個元件發(fā)出功率。第30頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4電路元件是電路中最基本的組成單元。1.電路元件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：表示產生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產生電場，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變成電能的元件。注意如果表征元件端子特性的數學關系式是線性關系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。第31頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1電阻元件2.線性時不變電阻元件電路符號R電阻元件對電流呈現阻力的元件。其特性可用u～i平面上的一條曲線來描述：iu任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。1.定義伏安特性0第32頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

u～i

關系R

稱為電阻，單位：

(Ohm)滿足歐姆定律單位G

稱為電導，單位：S(Siemens)u、i取關聯參考方向伏安特性為一條過原點的直線ui0Rui+－第33頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯，公式中應冠以負號；說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。歐姆定律只適用于線性電阻(

R

為常數）；則歐姆定律寫為u–Rii–Gu公式和參考方向必須配套使用！無特殊說明一般均使用關聯參考方向注意Rui-+第34頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月3.功率和能量電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p

-ui(-Ri)i–i2R-

u2/Rp

uii2Ru2/R功率Rui+-表明Rui-+第35頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月ui從t0

到t電阻消耗的能量：4.電阻的開路與短路能量短路開路uiRiu+–u+–i00第36頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月實際電阻器第37頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月5.線性電阻元件的串、并聯1.串聯特點：1.流過所有電阻的電流i相同2.

u=u1+u2+…+un3.

Req=R1+R2+…+Rn分壓公式：第38頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2.并聯特點：1.所有電阻的電壓u相同2.

i=i1+i2+…+in第39頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

分流公式：第40頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.2電容元件(Capacitor)電容器_q+q在外電源作用下，兩極板上分別帶上等量異號電荷，撤去電源，板上電荷仍可長久地集聚下去，是一種儲存電能的部件。1.定義電容元件儲存電能的元件。其特性可用u～q平面上的一條曲線來描述qu庫伏特性第41頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月任何時刻，電容元件極板上的電荷q與電壓u成正比，q~u特性是過原點的直線。電路符號2.線性電容元件C

稱為電容器的電容,單位：F(法)(Farad，法拉),常用

F、pF、nF等表示。1F=103

F

=106

pF

=109

nFquO單位C＋－u第42頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月線性電容的電壓、電流關系電容元件VCR的微分形式表明:

(1)i的大小取決于u

的變化率,與u的大小無關，電容是動態(tài)元件；(2)當u為常數(直流)時，i=0。電容相當于開路，電容有隔斷直流作用；實際電路中通過電容的電流

i為有限值，則電容電壓u

必定是時間的連續(xù)函數。C＋－u+q-qu、i取關聯參考方向第43頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電容元件有記憶電流的作用，故稱電容為記憶元件（1）當u，i為非關聯方向時，上述微分和積分表達式前要冠以負號;電容元件VCR的積分形式表明:注（2）上式中u(t0)稱為電容電壓的初始值，它反映電容初始時刻的儲能狀況，也稱為初始狀態(tài)。第44頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電容的功率和儲能功率u、i取關聯參考方向電容的儲能（1）電容的儲能只與當時的電壓值有關，電容電壓不能躍變，反映了儲能不能躍變；表明（2）電容儲存的能量一定大于或等于零。課本13頁1-15第45頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月從t1時刻到t2時刻電容儲能的變化量：電容能在一段時間內吸收外部供給的能量，轉化為電場能量儲存起來，在另一段時間內又把能量釋放回電路，因此電容元件是無源元件、是儲能元件，它本身不消耗能量。第46頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.2電感元件(Inductor)＋－u(t)電感器把金屬導線繞在一骨架上構成一實際電感器，當電流通過線圈時，將產生磁通，是一種儲存磁場能量的部件。(t)＝N(t)1.定義電感元件儲存磁能的元件。其特性可用～i平面上的一條曲線來描述。i韋安特性i(t)(t)

(t)第47頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月任何時刻，通過電感元件的電流i與其磁鏈成正比。~i特性是過原點的直線。電路符號2.線性電感元件L

稱為電感器的自感系數,L的單位：H(亨)(Henry，亨利)，常用H，mH表示。iO單位+－u(t)iL第48頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月線性電感的電壓、電流關系u、i

取關聯參考方向表明(1)電感電壓u的大小取決于i

的變化率,與i的大小無關，電感是動態(tài)元件；(2)當i為常數(直流)時，u=0。電感相當于短路；實際電路中電感的電壓

u為有限值，則電感電流i

不能躍變，必定是時間的連續(xù)函數。根據電磁感應定律與楞次定律+－u(t)iL電感元件VCR的微分關系第49頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電感元件有記憶電壓的作用，故稱電感為記憶元件。（1）當u，i為非關聯方向時，上述微分和積分表達式前要冠以負號;表明注電感元件VCR的積分形式（2）上式中i(t0)稱為電感電流的初始值，它反映電感初始時刻的儲能狀況，也稱為初始狀態(tài)。第50頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電感的功率和儲能功率u、i取關聯參考方向電感的儲能（1）電感的儲能只與當時的電流值有關，電感電流不能躍變，反映了儲能不能躍變；表明（2）電感儲存的能量一定大于或等于零。第51頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月從t0到t

電感儲能的變化量：電感能在一段時間內吸收外部供給的能量轉化為磁場能量儲存起來，在另一段時間內又把能量釋放回電路，因此電感元件是無源元件、是儲能元件，它本身不消耗能量。第52頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電容元件與電感元件的比較電容C電感L變量電流i磁鏈關系式電壓u電荷q

(1)元件方程的形式是相似的；(2)若把u–

i，q–

，C–L互換,可由電容元件的方程得到電感元件的方程；(3)C和L稱為對偶元件,

、q等稱為對偶元素。結論第53頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.5電壓源和電流源電路符號1.理想電壓源定義i+_其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數，其值與流過它的電流i

無關的元件叫理想電壓源。第54頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；與流經它的電流方向、大小無關。通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。理想電壓源的電壓、電流關系ui直流電壓源的伏安關系例Ri-+外電路電壓源不能短路！0第55頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓源的功率電壓、電流參考方向非關聯；+_iu+_電流（正電荷）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出功率。發(fā)出功率，起電源作用物理意義：+_iu+_電壓、電流參考方向關聯；物理意義：電場力做功，電源吸收功率吸收功率，充當負載第56頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月例計算圖示電路各元件的功率解：發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）i+_+_10V5V-+第57頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數，其值與它的兩端電壓u

無關的元件叫理想電流源。電路符號2.理想電流源定義u+_理想電流源的電壓、電流關系電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關；與它兩端電壓方向、大小無關。第58頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。ui直流電流源的伏安關系0例Ru-+外電路電流源不能開路！第59頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月可由穩(wěn)流電子設備產生，如晶體管的集電極電流與負載無關；光電池在一定光線照射下光電子被激發(fā)產生一定值的電流等。實際電流源的產生：電流源的功率u+_電壓、電流的參考方向非關聯；發(fā)出功率，起電源作用電壓、電流的參考方向關聯；u+_吸收功率，充當負載第60頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月例計算圖示電路各元件的功率解發(fā)出發(fā)出滿足：P（發(fā)）＝P（吸）u2Ai+_5V-+第61頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月實際電源干電池鈕扣電池1.干電池和鈕扣電池（化學電源）干電池電動勢1.5V，僅取決于（糊狀）化學材料，其大小決定儲存的能量，化學反應不可逆。鈕扣電池電動勢1.35V，用固體化學材料，化學反應不可逆。第62頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月氫氧燃料電池示意圖2.燃料電池（化學電源）電池電動勢1.23V。以氫、氧作為燃料。約40-45%的化學能轉變?yōu)殡娔?。實驗階段加燃料可繼續(xù)工作。第63頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月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結上，形成一個從N區(qū)流向P區(qū)的電流。約11%的光能轉變?yōu)殡娔埽食Ｓ锰柲茈姵匕濉?/p>

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