电路邱关源第五版课件第一章

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1、第1章 电路模型和电路定律 电路和电路模型1.1 电阻元件1.5 电流和电压的参考方向1.2 电压源和电流源1.6 电功率和能量1.3 受控电源1.7 电路元件1.4 基尔霍夫定律1.8 首 页 本章重点 1. 电压电压 、电电流的参考方向 3. 基尔霍夫定律 l 重点： 2. 电电阻元件和电电源元件的特性 返 回 1.1 电电路和电电路模型 1.实际电实际电 路 功能a 能量的传输传输 、分配与转换转换 ； b 信息的传递传递 、控制与处处理。 建立在同一电电路理论论基础础上。 由电电工设备设备 和电电气器件按预预期 目的连连接构成的电电流的通路。 下 页上 页 共性 返 回 反映实际电实际

2、电 路部件的主要电电磁 性质质的理想电电路元件及其组组合。 2. 电电路模型 导线 电池 开关 灯泡 电电路图图 l理想电电路元件 有某种确定的电电磁性能的理想 元件。 l电电路模型 下 页上 页返 回 5种基本的理想电电路元件： 电电阻元件：表示消耗电电能的元件 电电感元件：表示产产生磁场场，储储存磁场场能量的元 件 电电容元件：表示产产生电场电场 ，储储存电场电场 能量的元 件 电压电压 源和电电流源：表示将其它形式的能量转变转变 成 电电能的元件。 5种基本理想电电路元件有三个特征： （a）只有两个端子； （b）可以用电压电压 或电电流按数学方式描述； （c）不能被分解为为其他元件。 下

3、 页上 页 注意 返 回 具有相同的主要电电磁性能的实际电实际电 路部件， 在 一定条件下可用同一电电路模型表示； 同一实际电实际电 路部件在不同的应应用条件下，其电电 路模型可以有不同的形式。 下 页上 页 例电电感线线圈的电电路模型 注意 返 回 1.2 电电流和电压电压 的参考方向 电电路中的主要物理量有电压电压 、电电流、电电荷、磁 链链、能量、电电功率等。在线线性电电路分析中人们们主要 关心的物理量是电电流、电压电压 和功率。 1.电电流的参考方向 l电电流 l电电流强度 带电带电 粒子有规则规则 的定向运动动 单单位时间时间 内通过导过导 体横截面的电电荷 量 下 页上 页返 回

4、l方向 规规定正电电荷的运动动方向为电为电 流的实际实际 方 向 l单单位 1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A A（安培）、 kA、mA、A 元件(导线导线 )中电电流流动动的实际实际 方向只有两种可能: 实际实际 方向 A B 实际实际 方向 A B 对对于复杂电杂电 路或电电路中的电电流随时间变时间变 化时时，电电流的实际实际 方向往往很难难事先判断 。 下 页上 页 问题 返 回 l参考方向 大小 方向(正负负） 电电流(代数量) 任意假定一个正电电荷运动动的方 向即为电为电 流的参考方向。 i 0 i 0 参考方向 U + 参考方向 U + 0 吸收正功率 (实际

5、实际 吸收) P0 发发出正功率 (实际发实际发 出) P0 发发出负负功率 (实际实际 吸收) l u, i 取非关联联参考方向 下 页上 页 + -i u + - i u 返 回 例 求图图示电电路中各 方框所代表的元件吸 收或产产生的功率。 下 页上 页 已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1A 5 6 4 1 2 3 I2 I3 I1 + + + + + + U6 U5 U4 U3 U2 U1 返 回 解 对对一完整的电电路，满满足：发发出的功率吸收的功率 下 页上 页 5 6 4 1

6、 2 3 I2 I3 I1 + + + + + + U6 U5 U4 U3 U2 U1 注意 返 回 下 页上 页 1.4 电电路元件 是电电路中最基本的组组成单单元。1. 电电路元件 返 回 5种基本的理想电电路元件： 电电阻元件：表示消耗电电能的元件 电电感元件：表示产产生磁场场，储储存磁场场能量的元 件 电电容元件：表示产产生电场电场 ，储储存电场电场 能量的元 件 电压电压 源和电电流源：表示将其它形式的能量转变转变 成 电电能的元件。 注意 如果表征元件端子特性的数学关系式是 线线性关系，该该元件称为线为线 性元件，否则则称 为为非线线性元件。 2.集总总参数电电路 由集总总元件构成

7、的电电路 集总总元件假定发发生的电电磁过过程都集中在 元件内部进进行。 集总总条件 下 页上 页 集总总参数电电路中u、i 可以是时间时间 的函数 ，但与空间间坐标标无关。因此，任何时时刻，流 入两端元件一个端子的电电流等于从另一端子流 出的电电流；端子间间的电压为单值电压为单值 量。 注意 返 回 下 页上 页 例 i i z 集总总参 数电电路 + - 两线传输线线传输线 的等效电电路 当两线传输线线传输线 的长长度 l 与电电磁波的波长满长满 足 ： 返 回 下 页上 页 i i z + - - 分布参 数电电路 当两线传输线线传输线 的长长度 l 与电电磁波的波长满长满 足 ： 返 回

8、 1.5 电电阻元件 2.线线性时时不变电变电 阻元件 l 电电路符号 R 电电阻元件 对电对电 流呈现现阻力的元件。其特性 可用ui平面上的一条曲线线来描述 ： i u 任何时时刻端电压电压 与电电流成正比的电电阻元件。 1.定义义 伏安 特性 下 页上 页 0 返 回 l ui 关系 R 称为电为电 阻，单单位： (Ohm) 满满足欧姆定律 l 单单位 G 称为电导为电导 ，单单位：S (Siemens) u、i 取关联联 参考方向 下 页上 页 伏安特 性为为 一条 过过原 点的直 线线 u i 0 R u i + 返 回 如电电阻上的电压电压 与电电流参考方向非 关联联，公式中应应冠以

9、负负号； 说说明线线性电电阻是无记忆记忆 、双向性的 元件。 欧姆定律 只适用于线线性电电阻( R 为为常数）； 则则欧姆定律写为为u R i i G u 公式和参考方向必须须配套使用！ 下 页上 页 注意 R u i - + 返 回 3.功率和能量 电电阻元件在任何时时刻总总是消耗功率的。 p u i (R i) i i2 R - u2/ R p u i i2R u2 / R l 功率 R u i +- 下 页上 页 表明 R u i -+ 返 回 u i 从 t0 到 t 电电阻消耗的能量： 4.电电阻的开路与短路 l 能量 l 短路 l 开路 u i 下 页上 页 R i u + u +

10、 i 0 0 返 回 下 页上 页 实际电实际电 阻器 返 回 1.6 电压电压 源和电电流源 l电电路符号 1.理想电压电压 源 l定义义 i + _ 下 页上 页 其两端电压总电压总 能保持定值值或一定 的时间时间 函数，其值值与流过过它的 电电流 i 无关的元件叫理想电压电压 源 。 返 回 电电源两端电压电压 由电电源本身决定，与外电电路无关 ；与流经经它的电电流方向、大小无关。 通过电压过电压 源的电电流由电电源及 外电电路共同决定。 l理想电压电压 源的电压电压 、电电流关系 u i 直流电压电压 源 的伏安关系 下 页上 页 例 R i - + 外电电路 电压电压 源不能短路！

11、0 返 回 l电压电压 源的功率 电压电压 、电电流参考方向非关联联； + _ i u + _ 电电流（正电电荷 ）由低电电位向高 电电位移动动，外力克服电场电场 力作功， 电电源发发出功率。 发发出功率，起电电源作用 物理意义义： 下 页上 页 + _ i u + _ 电压电压 、电电流参考方向关联联； 物理意义义： 电场电场 力做功，电电源吸收功 率 吸收功率，充当负载负载 返 回 例 计计算图图示电电路各元件的功率 解 发发出 吸收 吸收 满满足：P（发发）P（吸） 下 页上 页 i +_ + _ 10V5V - + 返 回 其输输出电电流总总能保持定值值或一定 的 时间时间 函数，其值

12、值与它的两端电压电压 u 无关的元件叫理想电电流源。 l 电电路符号 2.理想电电流源 l 定义义 u + _ 下 页上 页 l 理想电电流源的电压电压 、电电流关系 电电流源的输输出电电流由电电源本身决定，与外电电路 无关；与它两端电压电压 方向、大小无关。 返 回 电电流源两端的电压电压 由电电源及外电电路 共同决定。 u i 直流电电流源的 伏安关系 下 页上 页 0例 R u - + 外电电路 电电流源不能开路！ 返 回 可由稳稳流电电子设备产设备产 生，如晶体管的集电电 极电电流与负载负载 无关；光电电池在一定光线线照射下 光电电子被激发产发产 生一定值值的电电流等。 下 页上 页

13、实际电实际电 流源的产产生： l 电电流源的功率 u + _ 电压电压 、电电流的参考方向非关联联 ； 发发出功率，起电电源作用 电压电压 、电电流的参考方向关联联 ； u + _ 吸收功率，充当负载负载 返 回 例计计算图图示电电路各元件的功率 解 发发出 发发出 满满足：P（发发）P（吸） 下 页上 页 u 2A i+ _ 5V - + 返 回 实际电实际电 源 干电池 钮扣电池 1. 干电电池和钮钮扣电电池（化学电电源） 干电电池电动势电动势 1.5V，仅仅取决于（糊状）化学材料，其大 小决定储储存的能量，化学反应应不可逆。 钮钮扣电电池电动势电动势 1.35V，用固体化学材料，化学反应

14、应不可逆 。 下 页上 页返 回 氢氧燃料电池示意图 2. 燃料电电池（化学电电源） 电电池电动势电动势 1.23V。以氢氢、氧作为为燃料。约约40-45%的化学能 转变为电转变为电 能。实验阶实验阶 段加燃料可继续继续 工作。 下 页上 页返 回 3. 太阳能电电池（光能电电源） 一块块太阳能电电池电动势电动势 0.6V。太阳光照射到P-N结结上， 形成一个从N区流向P区的电电流。约约 11%的光能转变为电转变为电 能，故常用太阳能电电池板。 一个50cm2太阳能电电池的电动势电动势 0.6V,电电流0.1A 太阳能电池示意图 太阳能电电池板 下 页上 页返 回 蓄电池示意图 4. 蓄电电池

15、（化学电电源） 电电池电动势电动势 2V。使用时时，电电池放电电，当电电解液浓浓度小 于一定值时值时 ，电动势电动势 低于2V，常要充电电，化学反应应可逆。 下 页上 页返 回 直流稳压稳压 源 变频变频 器 频频率计计 函数发发生器 下 页上 页返 回 发电发电 机组组 下 页上 页返 回 草原上的风风力发电发电 下 页上 页返 回 1.7 受控电电源(非独立源) l 电电路符号 + 受控电压电压 源 1.定义义 受控电电流源 电压电压 或电电流的大小和方向不是给给定 的时间时间 函数，而是受电电路中某个地方的电压电压 (或电电 流)控制的电电源，称受控源。 下 页上 页返 回 电电流控制的电电流源 ( CCCS ) : 电电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压电压 u 或电电流i，受控源 可分四种类类型：当被控制量是电压时电压时 ，用受控电压电压 源表示；当被控制量是电电流时时，用受控电电流源表示。 2.分类类 四端元件 输输出：受控部分输输入：控制部分 下 页上 页