電路第五版-邱關源-課件

第一章電路模型和電路定律電路和電路模型1-1電阻元件1-5電流和電壓的參考方向1-2電壓源和電流源1-6電功率和能量1-3受控電源1-7電路元件1-4基爾霍夫定律1-8首頁本章重點1PPT課件1.電壓、電流的參考方向3.基爾霍夫定律

重點：2.電阻元件和電源元件的特性返回2PPT課件1-1電路和電路模型1.實際電路功能(a)

能量的傳輸、分配與轉換；(b)

信息的傳遞、控制與處理。建立在同一電路理論基礎上。由電路部件和電路器件按預期目的連接構成的電流的通路。下頁上頁共性返回一些新名詞(a)

能量的傳輸、分配與轉換；(b)

信息的傳遞、控制與處理。建立在同一電路理論基礎上。電源、激勵源、激勵、輸入；負載；響應、輸出；電路、網絡。3PPT課件

反映實際電路部件的主要電磁性質的理想電路元件及其組合。2.電路模型導線電池開關白熾燈電路圖理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件。電路模型下頁上頁返回4PPT課件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：表示將其他形式的能量轉變成電能的元件。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。下頁上頁注意返回5PPT課件具有相同的主要電磁性能的實際電路部件，在一定條件下可用同一電路模型表示。同一實際電路部件在不同的應用條件下，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6PPT課件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下頁上頁返回7PPT課件方向

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。下頁上頁問題返回8PPT課件參考方向

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：下頁上頁表明返回i

參考方向ABi

參考方向ABi

參考方向AB9PPT課件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。下頁上頁iABAB返回i

參考方向AB10PPT課件電壓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作功（W）的大小。

實際電壓方向

電位真正降低的方向。下頁上頁V(伏[特])、kV、mV、V返回11PPT課件例2-1已知：4C正電荷由a點均勻移動至b點電場力作功8J，由b點移動到c點電場力作功為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)下頁上頁acb返回12PPT課件acb解(2)下頁上頁結論

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。返回13PPT課件在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。下頁上頁問題+實際方向–+實際方向–返回14PPT課件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下頁上頁返回15PPT課件

元件或支路的u，i

采用相同的參考方向稱為關聯參考方向。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下頁上頁返回16PPT課件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)，在計算中不得任意改變。例2-2電壓、電流參考方向如圖中所標，問：對A、B兩部分電路電壓、電流參考方向是否關聯？A電壓、電流參考方向非關聯；B電壓、電流參考方向關聯。下頁上頁注意＋－uBAi返回解參考方向不同時，其表達式相差一負號，但電壓、電流的實際方向不變。17PPT課件1-3電功率和能量1.電功率功率的單位：W(瓦[特])能量的單位：J(焦[耳])單位時間內電場力所作的功。下頁上頁返回18PPT課件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)p<0

吸收負功率(實際發(fā)出)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)p12

u,i

取非關聯參考方向下頁上頁+-iu+-iu返回19PPT課件例3-1

求圖示電路中各方框所代表的元件吸收或發(fā)出的功率。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20PPT課件解對一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率＝吸收的功率下頁上頁注意返回564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－21PPT課件下頁上頁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：表示將其他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。例如電阻、電感、電容。..22PPT課件2.集總參數電路由集總元件/構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部進行。集總條件下頁上頁

集總參數電路中u、i

可以是時間的函數，但與空間坐標無關。因此，任何時刻，流入兩端元件一個端子的電流等于從另一端子流出的電流；端子間的電壓為確定值。注意返回23PPT課件下頁上頁例iiz集總參數電路兩線傳輸線的等效電路。當兩線傳輸線的長度l與電磁波的波長滿足：返回+-24PPT課件下頁上頁iiz分布參數電路當兩線傳輸線的長度l與電磁波的波長滿足：返回等效電路為：++--25PPT課件1-5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.定義伏安特性下頁上頁O返回26PPT課件

u-i

關系R

稱為電阻，單位：

(歐[姆])滿足歐姆定律

單位G

稱為電導，單位：S

(西[門子])u、i取關聯參考方向下頁上頁伏安特性曲線為一條過原點的直線uiORui+－返回27PPT課件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！下頁上頁注意Rui-+返回28PPT課件3.功率和能量電阻元件在任何時刻總是吸收功率的。是無源元件p

ui(–Ri)i–i2R-

u2/Rp

uii2Ru2/R

功率Rui+-下頁上頁表明Rui-+返回>0<029PPT課件ui從

t0

到t電阻吸收的能量：4.電阻的開路與短路

能量

短路

開路ui下頁上頁Riu+–u+–iOO返回30PPT課件下頁上頁實際電阻器返回31PPT課件

1-6電壓源和電流源電路符號抽象的電路模型，二端有源元件1.理想電壓源/定義下頁上頁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。+_返回32PPT課件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直流電壓源的伏安特性曲線下頁上頁例Ri-+外電路電壓源不能短路！O返回33PPT課件+_iu+_電壓源的功率電壓、電流參考方向非關聯。

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：下頁上頁+_iu+_電壓、電流參考方向關聯。

物理意義：電場力作功，電源吸收功率。吸收功率，充當負載。返回34PPT課件例6-1計算圖示電路各元件的功率。解下頁上頁發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）返回i+_+_10V5V-+電壓、電流參考方向如圖所示注意：R是關聯參考方向35PPT課件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+_下頁上頁

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；與它兩端電壓的方向、大小無關。返回36PPT課件電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。ui直流電流源的伏安特性曲線下頁上頁O例Ru-+外電路電流源不能開路！返回37PPT課件

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。下頁上頁實際電流源的產生：

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。返回38PPT課件例6-2計算圖示電路各元件的功率。解吸收（實際發(fā)出10W）發(fā)出（實際吸收10W）滿足：P（發(fā)）＝P（吸）下頁上頁返回u2Ai+_5V-+39PPT課件實際電源干電池鈕扣電池1.干電池和鈕扣電池（化學電源）

干電池電動勢為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。

鈕扣電池電動勢為1.35V，用固體化學材料制成，化學反應不可逆。下頁上頁返回40PPT課件

氫氧燃料電池示意圖2.燃料電池（化學電源）

燃料電池電動勢為1.23V。以氫、氧作為燃料。約40%45%的化學能轉變?yōu)殡娔堋嶒炿A段加燃料可繼續(xù)工作。下頁上頁返回41PPT課件3.太陽能電池（光能電源）

一塊太陽能電池電動勢為0.6V。太陽光照射到PN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?，故常用太陽能電池板?/p>

一個50cm2太陽能電池的電動勢為0.6V,電流為0.1A。太陽能電池板下頁上頁返回42PPT課件蓄電池示意圖4.蓄電池（化學電源）

電池電動勢為2V。使用時，電池放電，當電解液濃度小于一定值時，電動勢低于2V，常需要充電，化學反應可逆。下頁上頁返回43PPT課件直流穩(wěn)壓源下頁上頁返回44PPT課件發(fā)電機組下頁上頁返回45PPT課件風力發(fā)電下頁上頁返回46PPT課件工業(yè)風力發(fā)電現場下頁上頁返回47PPT課件1-7受控電源(非獨立源)

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間函數，而是受電路中某處的電壓(或電流)控制的電源，稱為受控電源。下頁上頁返回+–四端元件48PPT課件

根據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：電壓控制電流源、電壓控制電壓源、電流控制電流源、電流控用電壓源。2.分類下頁上頁返回1）、電壓控制的電壓源VCVS

:電壓放大倍數

i1u1+_u2i2_u1++_輸出：受控部分輸入：控制部分49PPT課件g:轉移電導

2）、電壓控制的電流源(VCCS)gu1+_u2i2_u1i1+下頁上頁返回50PPT課件3）、電流控制的電流源(CCCS):電流放大倍數b

i1+_u2i2_u1i1+51PPT課件4）、電流控制的電壓源(CCVS)r

:轉移電阻

例電路模型ibicib下頁上頁ri1+_u2i2_u1i1++_返回52PPT課件3.受控源與獨立源的比較獨立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其他電壓、電流無關，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。獨立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產生電壓、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系，在電路中不能作為“激勵”。可以看做電源進行處理，但注意其激勵源是取決于控制量。課本例題P20下頁上頁返回53PPT課件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，是分析集總參數電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構成了電路分析的基礎。下頁上頁返回54PPT課件+_R1uS1+_uS2R2R31.幾個名詞元件的連接點稱為結點。an=4b支路電路中每一個兩端元件就稱為一條支路。i3i2i1結點b=5下頁上頁或三條以上支路的連接點稱為結點。n=2返回55PPT課件由支路組成的閉合路徑。兩結點間的一條通路。由支路構成。l=3123路徑回路下頁上頁+_R1uS1+_uS2R2R3返回56PPT課件2.基爾霍夫電流定律

(KCL)令流出為“+”，流入為“-”

在集總參數電路中，任意時刻，對任意結點流出該結點電流的代數和等于零。流進的電流等于流出的電流下頁上頁返回57PPT課件例58PPT課件例寫出各節(jié)點的KCL方程三式相加得：KCL可推廣應用于電路中包圍多個結點的任一閉合面。下頁上頁①

③②表明返回59PPT課