电路邱关源版第01章

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1、电路分析基础,上海师范大学电气信息类09级 2010年3月,学习要求和目的：,课程的性质、意义 专必、学位、基础课 课程的目的 学习电路分析的基本分析方法和基本电路理论知识（及初步的实验技能）。熟练地掌握电路分析中的基本概念、基本方法以及解题技能。 路电路集总参数电路分析,评分规则：,平时成绩：30 考勤、纪律 期中考试 平时作业 期末考试：70 闭卷,教材：,电路（第5版） 原著邱关源 修订罗先觉 高等教育出版社 纪律要求 学习要求 作好预习和复习（包括一些普理、高数知识） 平时作业完成好，不要考前再准备,绪论,课程定位 电路理论的发展简史 电路理论的应用 电路理论和“电路课程”,第一章 电

2、路模型和电路定律,1.0 内容提要,目录 1.1 电路和电路模型 1.2 电流和电压的参考方向 1.3 电功率和能量 1.4 电路元件 1.5 电阻元件 1.6 电压源和电流源 1.7 受控电源 1.8 基尔霍夫定律,1.1 电路和电路模型,实际电路： 定义：P7 有预期目的、遵守基本电路理论 组成：电路器件和电路部件 功能： 能量的传输、分配、转换等 信息的传递、控制、测量、处理等 称呼术语： 电源和负载、激励和响应、输入和输出,1.1 电路和电路模型,电路模型： 反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。（P8）,建模,1.1 电路和电路模型,理想电路元件： 具有某种确定的电磁

3、性能的电路元件（P8） 只有两个端子 可以用电压或电流按数学方式进行描述 不能被分解为其他元件 种类： 电阻元件：表示消耗电能的元件 电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件 电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件,1.1 电路和电路模型,实际电路和电路模型并非一一对应： 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一模型表示 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可以有不同的形式,1.2 电流和电压的参考方向,基础知识： 物理量： 电压、电流、电荷、磁通、磁通链、功率、能量等 在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流

4、、电压和功率。 基本单位： SI倍数：P11表1-1,1.2 电流和电压的参考方向,电流的参考方向 电流的定义、单位 实际方向：规定正电荷的运动方向为电流的实际方向 参考方向：任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。,1.2 电流和电压的参考方向,电流的参考方向 参考方向是任意指定的 一旦指定了参考方向，电流就成为代数量 电流参考方向的表示 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向 用双下标表示：如iAB 电流的参考方向由A指向B,i =3,i =-3,iAB=3,iAB=-3,1.2 电流和电压的参考方向,电压的参考方向 电压（电位）的定义、单位 实际方向：电位真正降低的方向 参考方向

5、：假定的电位降低的方向,1.2 电流和电压的参考方向,电压的参考方向 参考方向是任意指定的 一旦指定了参考方向，电压就成为代数量 电压参考方向的表示 用箭头表示：箭头的指向为电压的参考方向 用正负级表示：箭头的指向为电压的参考方向 用双下标表示：如UAB 电压的参考方向由A指向B,U =3,U =-3,UAB=3,UAB=-3,1.2 电流和电压的参考方向,关联参考方向 一个元件的电流或电压的参考方向可以独立地任意指定 元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。,1.2 电流和电压的参考方向,注意： 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向 参考方向一经

6、选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变 参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际方向不变。,1.3 电功率和能量,能量：,电功率：,单位：P12,1.3 电功率和能量,电路吸收、发出功率的判断 u、i为关联参考方向 p=ui 表示元件吸收的功率 p0 吸收正功率（实际吸收） p0 发出正功率（实际发出） p0 发出负功率（实际吸收）,1.4 电路元件,理想电路元件的特点 最基本的组成单元 某一种确定的电磁性质 元件特性可以用两个端子的电路物理量之间的代数关系表示 集总（参数）元件 定义：假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。在任一时刻，流入二端元件的电流

7、等于从另一端子流出的电流，且两个端子之间的电压为单值量。 集总（参数）电路,1.4 电路元件,分类： 二端、三端、四端元件 线性元件和非线性元件 时不变元件和时变元件 无源元件和有源元件 记忆元件和无记忆元件,1.5 电阻元件,电阻元件 电阻与电阻元件 电路符号 参数：电阻R、电导G 线性（定常）电阻元件：P13 任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。 无记忆元件,1.5 电阻元件,伏安特性 通过原点的一条直线,i,1.5 电阻元件,电阻的开路和短路,开路,短路,1.5 电阻元件,电阻元件的功率和能量 关联参考方向下：功率p恒为非负值，所以线性电阻元件总是吸收（消耗）功率的，为无源元件 消耗

8、的总能量：,p u i i2R u2 / R,实际电阻器,1.6 （独立）电压源和电流源,理想电压源 定义：其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。 电路符号 特点： u(t)= us(t) us(t)恒定，则为恒定（直流）电压源 伏安特性 通过电压源的电流由外电路决定 us0电压源短路无意义,1.6 （独立）电压源和电流源,电压源的功 电压源的参考方向为非关联 电流（正电荷 ）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功电源发出功率。 P us i P0 发出功率，起电源作用 电压源的参考方向为关联 电场力做功 ， 电源吸收功率。 P us i P

9、0 吸收功率，起负载作用,1.6 （独立）电压源和电流源,理想电流源 定义：其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压 u 无关的元件叫理想电流源。 电路符号 特点： i(t)= is(t) is(t) 恒定，则为恒定（直流）电流源 伏安特性 电流源两端的电压由外电路决定 is0电流源开路无意义,1.6 （独立）电压源和电流源,电流源的功 电流源的参考方向为非关联 P u is P0 发出功率，起电源作用 电流源的参考方向为关联 P u is P0 吸收功率，起负载作用,1.6 （独立）电压源和电流源,实际电压源（如发电机、蓄电池） 串连小内阻 实际电流源（如光电池） 并联大内

10、阻,1.7 受控源,定义： 电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源 电路符号,受控电压源,受控电流源,1.7 受控源,分类 根据控制量和被控制量是电压u 或电流i ，受控源可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。 电压控制电压源（VCVS） 电压控制电流源（VCCS） 电流控制电压源（CCVS） 电流控制电流源（CCCS）,1.7 受控源,电压控制电压源（VCVS）, : 电压放大倍数,1.7 受控源,电压控制电流源（VCCS）,g : 转移电导,1.7 受控源,电流控制电压源（CCV

11、S）,r : 转移电阻,1.7 受控源,电流控制电流源（CCCS）, : 电流放大倍数,1.7 受控源,注意： 控制系数 g r 的量纲（P19） 独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，在电路中起“激励”作用。 受控源电压(或电流)由控制量决定。受控源只是反映输出端与输入端的受控关系或者耦合关系，在电路中不能作为“激励”。 注意图形符号！判断是电压源还是电流源,1.8 基尔霍夫定律,基本名词 支路（branch）：电路中每一个两端元件就叫一条支路 结点（node）：支路的连接点称为结点 路径（path）：两结点间的一条通路，由支路构成 回路（loop）：由支路组成的闭

12、合路径 网孔（mesh）：对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。,1.8 基尔霍夫定律,VCR约束 拓扑约束 基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL）。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。,1.8 基尔霍夫定律,基尔霍夫电流定律（KCL） 在集总电路中，任意时刻，对任一结点，所有流出或流入该结点电流的代数和恒等于零。 若流出结点的电流前取“+”号，则流入结点的电流前取“-”号 流出或流入由电流参考方向判断,例,三式相加得：,表明KCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭

13、合面,小结,（1） KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任 意结点处的反映； （2） KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是 什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关 （3）KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际 方向无关。,1.8 基尔霍夫定律,基尔霍夫电压定律（KVL） 在集总电路中，任何时刻，沿任一回路径绕行，所有支路电压的代数和恒等于零。 任意指定一个回路的绕行方向（顺时针或逆时针） 电压参考方向与绕行方向一致的电压前取“+”号，相反的电压前取“-”号,例,表明KVL实质上是电压与路径无关这一性质的反映,小结,（1） KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律; （2） KVL

14、是对回路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关； （3）KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方 向无关。,1.8 基尔霍夫定律,总结 KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路电压的线性约束。 KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。 KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)。 KCL、KVL只适用于集总参数的电路。,作 业：,1-5 1-9 1-10 1-16 1-17 1-20 抄题，画图 思考： 1-3 1-18 1-19 1-12 1-13,例1,已知：4C正电荷由a点均匀移动至b点电场力做功8J

15、，由b点移动到c点电场力做功为12J， (1) 若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压Uab、U bc; (2) 若以c点为参考点，再求以上各值,a,解,b,(1),以b点为电位参考点,解,(2),电路中电位参考点可任意选择，参考点一经选定，电路中 各点的电位值就是唯一的；当选择不同的电位参考点时， 电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。,注意,以c点为电位参考点,例2,电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？,答： A 电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。,例3,求图示电路中各方框所代表的元件消耗（吸收）或产生（发出）的

16、功率。已知： U1=1V, U2= -3V, U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V I1=2A, I2=1A, I3= -1A,解,注,对一完整的电路，实际中：发出的功率吸收的功率,发出,吸收,吸收,吸收,吸收,吸收,实际进行的能量交换功率是多少？,19W,例4,计算图示电路各元件的功率。,解,发出,吸收,吸收,满足：P（发）P（吸）,例5,计算图示电路各元件的功率。,解,发出,发出,满足：P（发）P（吸）,例6,已知VCVS，u2=0.5u1 is=2A 求i,解,例7,求：电压u2。,解,思考,3,3,例8,求电流 I,例9,求电压 U,解,解,解,已知R1=2k，R2=500 R3=200，us=12V ，id=5i1 求u3,1）对结点按KCL，得,2）对回路按KVL，得,3）对R3,注意单位换算,解,例10,求开路电压 U,