《电工与电子技术 教学课件 ppt 作者 焦阳 第1章电路及其分析方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工与电子技术 教学课件 ppt 作者 焦阳 第1章电路及其分析方法（117页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、上篇 电工技术,第1章 电路及其分析方法,1.1 电路的基本物理量,1.3 基尔霍夫定律,1.2 电路元件,1.5 电路的两种基本分析方法,1.4 电路中电位的计算,1.6 线性电路的两个重要定理,1.7 电路的暂态分析,1.1.1 电路与电路模型,一. 实际电路,1. 定义:（P1）,2. 组成:电源、负载、中间环节。,1.1 电路的基本物理量,4. 共性：建立在同一电路理论基础上,3. 作用:,a 能量的传输与转换；,b 传递和处理信号。,电力电路,电子电路,二. 电路模型 (circuit model),电路图,1. 电路模型：反映实际电路元件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。,2.
2、 理想电路元件：具有某种确定的电磁性能的理想元件。,理想电阻元件：表示消耗电能的元件。,理想电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件。,理想电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件。,理想电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件。,3. 几种基本的理想电路元件：,注意：,不同的实际电路元件，在一定条件下可用同一模型表示； 同一实际电路元件在不同的应用条件下，其模型可以有不同的形式,例,三.集总参数电路,满足集总条件的元件构成的电路，称为集总参数电路。,集总条件,注,集总参数电路中u、i可以是时间的函数，但与空间坐标无关,元件尺寸,元件工作的电磁波长,1.1.2 电流与电压及其参考
3、方向,一. 电流 (current),1. 定义,1mA=10-3A，1 A=10-6A,单位：A（安培）、mA、A,直流电流 I ，交流电流 i,2. 实际方向,规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。,二. 电压、电动势,1. 电压,单位：V（伏特）、KV、mV,直流电压U ，交流电压u,定义:,规定电压的实际方向由高电位指向低电位。,2. 电动势,定义:（P3）,直流电动势E ，交流电动势e,规定电动势的实际方向由电源负极（低电位）指向电源正极（高电位）。,如图：元件中电流或电压的实际方向有两种可能:,三. 电压和电流的参考方向 (reference direction),1. 参考方向的
4、规定,电压和 电流的参考方向是任意指定的。,2. 参考方向的表示,（1）电流参考方向的两种表示：, 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。,（2）电压参考方向的三种表示方式：, 用箭头表示, 用正负极性表示, 用双下标表示,uAB,3. 参考方向与实际方向的关系,若电压、电流参考方向与实际方向相同，则u0, i0 ; 若电压、电流参考方向与实际方向相反，则u0, i0。,例1 根据参考方向与电压、电流的正负判断实际方向。,4.关联参考方向,元件或支路的电压和电流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。,i,例
5、2,U,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是否关联？,答： A 电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。,注意,(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。,(2) 参考方向一经选定，在计算过程中不得任意改变。,(3)参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际方向不变。,1.1.3 电功率,一.电功率,单位：W (瓦),二.电路元件吸收或发出功率的判断,（1）u, i 取关联参考方向,p = ui 表示元件吸收的功率,p = ui 表示元件发出的功率,p0 发出正功率 (实际发出)，是电源。,p0 发出负功率 (实际吸收)，是负载。,（2）u
6、, i 取非关联参考方向,p0 吸收正功率 (实际吸收），是负载。,p0 吸收负功率 (实际发出)，是电源。,例3,求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功率。已知： U1=1V, U2= -3V, U3 =8V, U4= -4V, U5 =7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A, I3= -1A,解：,注意,对一完整的电路，发出的功率消耗的功率,一.电阻元件,1.定义,对电流呈现阻力的元件。,单位： (欧),2.伏安特性曲线,1.2 电路元件,1.2.1 电阻元件,二.线性电阻元件,2.电路符号,3.伏安特性曲线,1.定义,任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。,4.功率,电
7、阻元件总是消耗功率的。,三.欧姆定律,u、i 取关联参考方向,u、i 取非关联参考方向,定义电导,单位： S(西门子),1.2.2 电感电路,1. 线性电感元件,(1) 磁链（磁通链）,N匝密绕的线圈，,(2) 线性电感元件,2. 电感元件的电压电流关系,由法拉第电磁感应定律,(u,i关联),若u,i 非关联，则,假设电流i与eL取非关联参考方向,KVL：,1.2.3 电容电路,1. 线性电容元件,2. 电容元件的电压电流关系,(u,i关联),若u,i非关联，则,1.2.4 电源元件,一.理想电压源,2.电路符号,1.定义（P5）,电压源两端电压由它本身决定。,通过电压源的电流由电压源及外电路
8、共同决定。,例1,外电路,电压源不能短路！,3.电压、电流关系,4.伏安特性曲线,5.功率,二.理想电流源,2.电路符号,1.定义（P6）,电流源的输出电流由它本身决定。,电流源两端电压由电流源及外电路共同决定。,3.电压、电流关系,例2,外电路,电流源不能开路！,4.伏安特性曲线,5.功率,1.实际电压源模型,（1）电路符号,三.实际电源模型,考虑内阻,一个好的电压源要求,（2）伏安特性曲线,实际电压源也不允许短路。,2.实际电流源模型,考虑内阻,（1）电路符号,实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。,（2）伏安特性曲线,一个好的电流源要求,例3,计算图示电路各
9、元件的功率。,解,发出,满足：P（发）P（吸）,吸收,1.2.5 两种电源模型的等效互换,一.等效条件,对外电路等效，即RL上的电压、电流相同。,图(a)：,图(b)：,（1）（2）比较得,二.互换公式,注意：,（1）等效只针对外电路，对内电路不等效；,（2） us 和is方向相反；,（3）电流源串电阻或电压源，电阻和电压源不起作用；电压源并电阻或电流源，电阻和电流源不起作用。,1.3 基尔霍夫定律,几个名词,电路中通过同一电流的分支。,a,b,（1）支路,（2）节点（P8）,（3）回路,由支路组成的闭合路径。,3,对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。,网孔是回路，但回路不一定是网孔,
10、（4）网孔,1.3.1 基尔霍夫电流定律 (KCL),流进的电流等于流出的电流,一. 内容,任一节点,（1）标出各支路电流的参考方向；,（2）规定流出节点电流为“+”，流入为“-”，列KCL方程。,二. 应用步骤,例1,三. 推广,任一闭合面,例2,三式相加得：,节点1：,节点2：,节点3：,方法一：,利用推广的KCL,方法二：,四. 适用范围及注意事项,线性电路和非线性电路都适用。,注意两套正负号的使用。,1.3.2 基尔霍夫电压定律 (KCL),一. 内容,任一回路,（1）标出各元件电压的参考方向；,（2）选定回路绕行方向（顺时针或逆时针），,二. 应用步骤,（3）列KVL方程，若电压的参
11、考方向与回路绕行方向一致，在方程中取“+”，否则取“-”。,U4+ U3 U2+ US4 U1 - US1= 0,例3,回路abcda :,或,U2+U1+US1 = U4+ U3 + US4,列KVL方程,三. 推广,对于假想回路,回路abcda :,例4,四. 适用范围,线性电路和非线性电路都适用。,五. KCL、KVL小结,(1) KCL是对支路电流的约束，KVL是对回路电压的约束。,(2) KCL、KVL与组成电路的元件性质及参数无关。,(3) KCL、KVL只适用于集总参数电路。,注意两套正负号的使用。,1.4 电路中电位的计算,二. 电位的定义（P13）,三. 电位的计算,一. 电
12、位参考点（零电位点）,电位参考点的选取是任意的。,例5,如下图，求UA：,解：,1.,2.,3.,+,4.,5.,1.5.1 支路电流法,以支路电流为未知量、利用KCL和KVL列写节点电流方程和回路电压方程，联立求解出各支路电流，进而可以求出其他电量的方法。,若电路中有n个节点， 则列（n-1）个独立的KCL电流方程; 列 (b-n+1) 个独立的KVL电压方程。,注意：,若电路中有 b 条支路，需要列写b个独立的方程。,1.5 电路的两种基本分析方法,不独立,列节点电流方程：,对A节点：,对B节点：,列回路电压方程：,列(n-1) 个电流方程,列方程举例：,回路1：,回路2：,对网孔列回 路
13、电压方程,（5）联立求解出各支路电流；,（1）在图中标注各支路电流及正方向；,支路电流方程的列写步骤：,（3）选独立回路（对于平面电路，一般选网孔作独立回路） 并标注绕向；,（2）选参考点，对其余（n-1）个独立的节点列KCL方程；,（4）对（b-n+1)个独立回路（网孔）列KVL方程；,（6）进一步求其它电量。,1.6 线性电路的两个重要定理,1.6.1 叠加定理,一.定理的内容(P16),二.几点说明,（1）叠加定理只适用于线性电路。,（2）电源单独作用指一个电源作用，其余电源为零,电压源为零短路。,电流源为零开路。,=,+,+,（3）功率不能叠加,（4）u和i叠加时要注意各分量的参考方向
14、。,三.叠加定理的应用,=,解,图(b): 12V电源作用,图(c): 3A电源作用,图(a):两个电源共同作用,=,解,解,图(b): 10V电源作用,图(c): 3A电源作用,图(a):两个电源共同作用,1.6.2 戴维南定理（T-定理）,一. 二端网络,二.定理的内容(P18),（1）求开路电压UOC,（2）求等效电阻,（3）画出T-等效电路,三.定理的应用步骤(P18),（1）断开待求支路，求开路电压UOC,（2）将有源二端口网络内部电源全部置零，求等效电阻,（3）画出T-等效电路求解,电压源参考方向与开路电压参考方向一致,注意,（1）求开路电压,（2）求等效电阻,（3）画出T-等效电
15、路求解,当Rx =1.2时，,当Rx =5.2时，,工程实际中，常常碰到只需研究某一支路的电压、电流或功率的问题。对所研究的支路来说，电路的其余部分就成为一个有源二端网络，可等效变换为较简单的含源支路(电压源与电阻串联), 使分析和计算简化。戴维南定理正是给出了等效含源支路及其计算方法。,稳态,暂态,返回,1.7 电路的暂态分析,产生过渡过程的电路及原因?,电阻电路,电阻是耗能元件，其上电流随电压成比例变化， 不存在过渡过程。,电容为储能元件，它储存的能量为电场能量 ，其大小为：,电容电路,储能元件,因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电容的电路存在过渡过程。,储能元件,电感电路,电感为储
16、能元件，它储存的能量为磁场能量，其大小为：,因为能量的存储和释放需要一个过程，所以有电感的电路存在过渡过程。,结 论,有储能元件（L、C）的电路在电路状态发生 变化时（如：电路接入电源、从电源断开、电路 参数改变等）存在过渡过程； 没有储能作用的电阻（R）电路，不存在过渡 过程。,电路中的 u、i在过渡过程期间，从“旧稳态”进 入“新稳态”，此时u、i 都处于暂时的不稳定状态， 所以过渡过程又称为电路的暂态过程。,研究过渡过程的意义：过渡过程是一种自然现象， 对它的研究很重要。过渡过程的存在有利有弊。有利的方面，如电子技术中常用它来产生各种特定的波形或改善波形；不利的方面，如在暂态过程发生的瞬间，可能出现过压或过流，致使电气设备损坏，必须采取防范措施。,返回,换路定律,换路: 电路状态的改变。如：,1.7.1 换路定律及初始值的确定,返回,换路定律:,在换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变。
