第一章電路題目課件

第一章電路模型和電路定律主要內(nèi)容：1.電路模型的概念2.電壓、電流的參考方向3.功率4.電路元件（電阻、獨(dú)立電源、受控源）5.基爾霍夫定律第一章電路模型和電路定律主要內(nèi)容：1.電路模型的概念1§11電路和電路模型一、電路電工設(shè)備構(gòu)成的整體，它為電流的流通提供路徑。電源(source)將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理導(dǎo)線(line)、開(kāi)關(guān)（switch)等提供能量或信號(hào)負(fù)載(load)將電源與負(fù)載接成通路§11電路和電路模型一、電路電工設(shè)備構(gòu)成的整體，它為電21.理想電路元件二、電路模型根據(jù)實(shí)際電路元件所具備的電磁性質(zhì)所設(shè)想的具有某種單一電磁性質(zhì)的元件，其u，i關(guān)系可用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)式子嚴(yán)格表示。幾種基本的電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示各種電感線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存電能的作用電容元件：表示各種電容器產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電能的作用電源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件1.理想電路元件二、電路模型根據(jù)實(shí)際電3

2.電路模型由理想元件及其組合代表實(shí)際電路元件，與實(shí)際電路具有基本相同的電磁性質(zhì)，稱其為電路模型。導(dǎo)線電池開(kāi)關(guān)燈泡例1.電路模型是由理想電路元件構(gòu)成的。2.電路模型由理想元件及其組合代表實(shí)際電4三、集總參數(shù)元件與集總參數(shù)電路每一個(gè)具有兩個(gè)端鈕的元件中有確定的電流，端鈕間有確定的電壓。集總參數(shù)電路集總參數(shù)元件由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路。實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小于電路工作頻率下的電磁波的波長(zhǎng)。一個(gè)實(shí)際電路要能用集總參數(shù)電路近似，要滿足如下條件：三、集總參數(shù)元件與集總參數(shù)電路每一個(gè)具有兩個(gè)端鈕的元件中有確5例2.已知電磁波的傳播速度與光速相同，即v=3×105km/s(千米/秒)(1)若電路的工作頻率為f=50Hz，則周期T=1/f=1/50=0.02s

波長(zhǎng)=3×1080.02=6000km一般電路尺寸遠(yuǎn)小于。(2)若電路的工作頻率為f=50MHz，則周期T=1/f=0.0210–6s=20ns

波長(zhǎng)=3×1080.0210–6=6m此時(shí)一般電路尺寸均與可比，所以電路不能視為集總參數(shù)電路。例2.已知電磁波的傳播速度與光速相同，即v=3×1056§12電流和電壓的參考方向一、電路中的主要物理量1.電流帶電粒子有秩序的運(yùn)動(dòng)形成電流。電流強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電量單位：A(安)

Ampere（安培)SI制中，一些常用的十進(jìn)制倍數(shù)的表示法：符號(hào)

TGMkcmnp中文太吉兆千厘毫微納皮數(shù)量101210910610310–210–310–610–910–12§12電流和電壓的參考方向一、電路中的主要物理量1.72.電壓電場(chǎng)中某兩點(diǎn)A、B間的電壓(降)UAB

，等于將點(diǎn)電荷q從A點(diǎn)移至B點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功WAB與該點(diǎn)電荷q的比值。單位：V(伏)Volt(伏特)3.電位電路中為分析的方便，常在電路中選某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，把任一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱為該點(diǎn)的電位。參考點(diǎn)的電位一般選為零電位單位V(伏)2.電壓電場(chǎng)中某兩點(diǎn)A、B間的電壓(降)UAB，等于將8abcd設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則c=0a=Uac，b=Ubc，d=Udc兩點(diǎn)間電壓與電位的關(guān)系：仍設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，c=0Uac

=a，Udc=dUad=Uac–Udc=a–d結(jié)論：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的電位之差。abcd設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則c=0a=Uac，9例3.abc1.5V1.5V已知Uab=1.5V，Ubc=1.5V(1)以a點(diǎn)為參考點(diǎn)，a=0Uab=a–bb=

a–Uab=–1.5VUbc=b–cc=b–Ubc=–1.5–1.5=–3VUac=a–c=

0

–(–3)=3V(2)以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，b=0Uab=

a–ba=

a+Uab=1.5VUbc=b–cc=b–Ubc=–1.5VUac=a–c=1.5

–(–1.5)=3V結(jié)論：電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；當(dāng)選擇不同的電位參考時(shí)，電路中各點(diǎn)電位均不同，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。例3.abc1.5V1.5V已知Uab=1.5V，10二、電流、電壓的參考方向1.電流的參考方向不正確+10V10k電流為1mA大小方向電流二、電流、電壓的參考方向1.電流的參考方向不正確+10V11AB電流的參考方向任意選定一個(gè)方向作為電流的參考方向。i

參考方向i

參考方向i

參考方向i>0i<0實(shí)際方向?qū)嶋H方向電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：BABA電流的參考方向可以任意指定，表示方法有兩種：用箭頭表示：箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较颉Ｓ秒p下標(biāo)表示：如iAB,電流的參考方向由A指向B。AB電流的參考方向任意選定一個(gè)方向作為電流的參考方向。i12例4.每秒10庫(kù)的正電荷在導(dǎo)線中由轉(zhuǎn)移，1)，若參考方向由，求

2)，若參考方向由，求；3)，若電荷改為負(fù)電荷，結(jié)果又如何？解：1)：參考方向，實(shí)際方向

1)：參考方向，實(shí)際方向

3)：參考方向，實(shí)際方向

2)：參考方向，實(shí)際方向

參考方向，實(shí)際方向

例4.每秒10庫(kù)的正電荷在導(dǎo)線中由132.電壓的參考方向AB電壓的參考方向事先假定電壓的正極和負(fù)極參考方向U+–U<0>0參考方向U+–+實(shí)際方向參考方向U+–U+實(shí)際方向2.電壓的參考方向AB電壓的參考方向事先假定電壓的參考方14電壓參考方向也是任意選定的，有三種表示方式：(1)用箭頭表示：箭頭指向?yàn)殡妷海ń担┑膮⒖挤较?2)用正負(fù)極性表示：由正極指向負(fù)極的方向?yàn)殡妷?/p>

(降低)的參考方向(3)用雙下標(biāo)表示：如UAB,由A指向B的方向?yàn)殡妷?/p>

(降)的參考方向UU+ABUAB電壓參考方向也是任意選定的，有三種表示方式：(1)用箭頭153.關(guān)聯(lián)參考方向ABi

參考方向AB參考方向U+–i+–u+–iu關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向+ui–例圖：+ui–3.關(guān)聯(lián)參考方向ABi16小結(jié)：(1)

電壓和電流的參考方向是任意假定的。分析電路前必須標(biāo)明。(2)參考方向一經(jīng)假定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注(包括方向和符號(hào)），在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式符號(hào)也不同，但實(shí)際方向不變。+–Riuu=Ri+–Riuu=–Ri小結(jié)：(1)電壓和電流的參考方向是任意假定的。分析電路前必17(4)參考方向也稱為假定方向、正方向，以后討論均在參考方向下進(jìn)行，不考慮實(shí)際方向。(3)元件或支路的u，i通常采用相同的參考方向，以減少公式中負(fù)號(hào)，稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。(4)參考方向也稱為假定方向、正方向，以后討論均在參考方向18§13電功率和能量一、電功率單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。功率單位：W(瓦)

Watt(瓦特)能量單位：J(焦)

Joule(焦耳)§13電功率和能量一、電功率單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。19當(dāng)u,i的參考方向一致時(shí)，p表示元件吸收的功率；當(dāng)u,i的參考方向相反時(shí)，p表示元件發(fā)出的功率。二、功率的計(jì)算和判斷1.u,i

關(guān)聯(lián)參考方向p=ui

表示元件吸收的功率P>0吸收正功率(吸收)P<0吸收負(fù)功率(發(fā)出)+–iup=ui

表示元件發(fā)出的功率P>0發(fā)出正功率(發(fā)出)P<0發(fā)出負(fù)功率(吸收)+–iu2.u,i

非關(guān)聯(lián)參考方向當(dāng)u,i的參考方向一致時(shí)，p表示元件吸收的功率；當(dāng)u20例5.已知求元件吸收的功率iu+-iu-+iu-+例5.已知21例6.+–5IURU1U2U1=10V，U2=5V。分別求電源、電阻的功率。I=UR/5=(U1–U2)/5=(10–5)/5=1APR吸=URI=51=5WPU1發(fā)=U1I=101=10WPU2吸=U2I=51=5WP發(fā)=10

W，P吸=5+5=10

WP發(fā)=P吸(功率守恒)解例6.+–5IURU1U2U1=10V，U2=5V。22§14電路元件集總參數(shù)元件和集總參數(shù)電路§14電路元件集總參數(shù)元件和集總參數(shù)電路23§15電阻元件一、線性定常電阻元件任何時(shí)刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。1.電路符號(hào)2.歐姆定律(Ohm’sLaw)(1)電壓與電流的參考方向設(shè)定為一致的方向Riu+u

Ri令G

1/R電阻R電導(dǎo)GiGu(歐)Ohm（歐姆)單位S(西)Siemens（西門子)R§15電阻元件一、線性定常電阻元件任何時(shí)刻端電壓與其電24u

Ri線性電阻R是一個(gè)與電壓和電流無(wú)關(guān)的常數(shù)。uiO

伏安特性曲線

Rtg(2)電阻的電壓和電流的參考方向相反Riu+歐姆定律：u

–Ri或i

–Gu公式必須和參考方向配套使用！uRi線性電阻R是一個(gè)與電壓和電流無(wú)關(guān)的常數(shù)。253.電阻元件的功率和能量Riu+Riu+上述結(jié)果說(shuō)明電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。p吸

–ui–(–Ri)ii2R

–u(–u/R)

u2/Rp吸

uii2Ru2/R功率：3.電阻元件的功率和能量Riu+Riu+上述結(jié)果說(shuō)明電阻元26能量：Riu+–對(duì)于一電阻R，當(dāng)R=0，視其為短路。

i為有限值時(shí)，u=0。當(dāng)R=，視其為開(kāi)路。

u為有限值時(shí)，i=0。*理想導(dǎo)線的電阻值為零。從t0到t電阻消耗的能量4.開(kāi)路與短路能量：Riu+–對(duì)于一電阻R，當(dāng)R=0，視其為短路。當(dāng)R=27例7.電阻元件：為關(guān)聯(lián)參考方向，試?yán)L出伏安特性，并求電阻。例7.電阻元件：28二、線性時(shí)變電阻元件時(shí)變電阻：電阻Rt是時(shí)間t的函數(shù)。電壓電流的約束關(guān)系：

ut=Rtitit=gtutRtitut+二、線性時(shí)變電阻元件時(shí)變電阻：電阻Rt是時(shí)間t的函數(shù)。電29§16

電壓源和電流源一、理想電壓源電源兩端電壓為uS，其值與流過(guò)它的電流i

無(wú)關(guān)。電路符號(hào)+_iuS1.特點(diǎn)：(a)電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；(b)通過(guò)它的電流是任意的，由外電路決定。直流：uS為常數(shù)交流：uS是確定的時(shí)間函數(shù)，如uS=Umsint§16電壓源和電流源一、理想電壓源電源兩端電壓為uS，其302.電壓源的伏案特性：US(1)若uS=US，即直流電源，則其伏安特性為平行于電流軸的直線，反映電壓與電源中的電流無(wú)關(guān)。

(2)若uS為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是這樣。uS+_iu+_uiO(3)電壓為零的電壓源，伏安曲線與i軸重合,相當(dāng)于短路元件。2.電壓源的伏案特性：US(1)若uS=US，即直313.理想電壓源的開(kāi)路與短路：uS+_iu+_R(1)開(kāi)路：R，i=0，u=uS。(2)短路：R=0，i

，理想電源出現(xiàn)病態(tài)，因此理想電壓源不允許短路。*實(shí)際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。US+_iu+_rUsuiOu=US–ri實(shí)際電壓源3.理想電壓源的開(kāi)路與短路：uS+_iu+_R(1)開(kāi)路324.理想電壓源的功率：p發(fā)=–uSi(1)對(duì)電壓源而言，電流由低電位向高電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作功，電壓源發(fā)出功率

p發(fā)＝uSiuS+_iu+_uS+_iu+_i,us非關(guān)聯(lián)(2)電場(chǎng)力作功，電壓源吸收功率i,uS關(guān)聯(lián)p吸=uSi4.理想電壓源的功率：p發(fā)=–uSi(1)對(duì)電壓源而33二、理想電流源電源輸出電流為iS，其值與此電源的端電壓u

無(wú)關(guān)。電路符號(hào)iS+_u1.特點(diǎn)：(a)電源電流由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；(b)電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。直流：iS為常數(shù)交流：iS是確定的時(shí)間函數(shù)，如iS=Imsint二、理想電流源電源輸出電流為iS，其值與此電源的端電壓u342.理想電流源的伏安特性IS(1)若iS=IS，即直流電源，則其伏安特性為平行于電壓軸的直線，反映電流與端電壓無(wú)關(guān)。

(2)若iS為變化的電源，則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是這樣uiOiSiu+_(3)電流為零的電流源，伏安曲線與u軸重合,相當(dāng)于開(kāi)路元件2.理想電流源的伏安特性IS(1)若iS=IS，即直353.理想電流源的短路與開(kāi)路R(2)開(kāi)路：R，i=iS，u。若強(qiáng)迫斷開(kāi)電流源回路，電路模型為病態(tài)，理想電流源不允許開(kāi)路。(1)短路：R=0，i=iS，u=0

，電流源被短路。iSiu+_4.實(shí)際電流源的產(chǎn)生5.理想電流源的功率p發(fā)=uisp吸=–uisp吸=uis

p發(fā)=–uisiSiu-+iSiu+_3.理想電流源的短路與開(kāi)路R(2)開(kāi)路：R，i=i36§17

受控電源一、受控電源的定義電壓源電壓或電流源電流不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)支路的電壓(或電流)的控制。電路符號(hào)+–受控電壓源受控電流源例:ibbib控制部分受控部分RcibRbic受控源是一個(gè)四端元件:輸入端口是控制支路，輸出端口是受控支路.ic=bib§17受控電源一、受控電源的定義電壓源電壓37二、受控源的分類(a)電流控制的電流源(CurrentControlledCurrentSource):電流放大倍數(shù)r:轉(zhuǎn)移電阻{

u1=0i2=bi1{

u1=0u2=ri1(b)電流控制的電壓源(CurrentControlledVoltageSource)CCCSooi2=bi1+_u2i2oo+_u1i1+oooo+_u1i1u2=ri1+_u2i2CCVS+_+二、受控源的分類(a)電流控制的電流源(Current38g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo):電壓放大倍數(shù){

i1=0i2=gu1{

i1=0u2=u1(c)電壓控制的電流源(VoltageControlledCurrentSource)(d)電壓控制的電壓源(VoltageControlledVoltageSource)VCCSooi2=gu1+_u2i2oo+_u1i1+oooo+_u1i1u2=u1+_u2i2VCVS+_+g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo):電壓放大倍數(shù){i1=0i2=gu139(1)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(wú)關(guān)，而受控源電壓(或電流)直接由控制量決定。(2)獨(dú)立源作為電路中“激勵(lì)”，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的關(guān)系，在電路中不能作為“激勵(lì)”。三、受控電源與獨(dú)立電源的比較(1)獨(dú)立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓402A5Ω2Ω0.5u1＋－u1i1is求i1?例8.解2A5Ω2Ω0.5u1＋u1i1is求i1?例8.解41試求負(fù)載電壓(輸出電壓)uo與信號(hào)電壓(輸入電壓)uS的關(guān)系，并求受控源的功率。例9.解試求負(fù)載電壓(輸出電壓)uo與信號(hào)電壓(輸入電壓)42§18

基爾霍夫定律一、一組概念1.支路(branch)：三條或三條以上支路的連接點(diǎn)(n)4.回路(loop)：b=33.路徑(path)：5.網(wǎng)孔(mesh)：+_R1uS1+_uS2R2R3123abl=3n=2電路中通過(guò)同一電流的每個(gè)分支(b)每一個(gè)二端元件2.結(jié)點(diǎn)(node):支路的連接點(diǎn)兩節(jié)點(diǎn)間的一條通路。路徑由支路構(gòu)成由支路組成的閉合路徑。(l)回路內(nèi)部不另含支路的回路§18基爾霍夫定律一、一組概念1.支路(branch43例10.解

6例10.解644二、基爾霍夫電流定律（KCL）在任何集總參數(shù)電路中，在任一時(shí)刻，流出(流入)任一結(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和為零。即i1i4i2i3?令流入為“+”(支路電流流向結(jié)點(diǎn))i1-i2+i3-i4=0??7A4Ai110A-12Ai2i1+i2–10–(–