电路第五版邱关源 第1章电路模型和电路定律 .ppt

第第1 1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 电路和电路模型电路和电路模型 1.1 电阻元件电阻元件 1.5 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 1.2 电压源和电流源电压源和电流源 1.6 电功率和能量电功率和能量 1.3 受控电源受控电源 1.7 电路元件电路元件 1.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1.8 首首 页页 本章重点本章重点 1.1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向 3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律 重点：重点：2.2.电阻元件和电源元件的特性电阻元件和电源元件的特性 返 回 1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型 1.1.实际电路实际电路 功能功能 a a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；b b 信息的传递、控制与处理。信息的传递、控制与处理。建立在同一电路理论基础上。建立在同一电路理论基础上。由电工设备和电气器件按预期由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。目的连接构成的电流的通路。下 页 上 页 共性共性 返 回 反映实际电路部件的主要电磁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。性质的理想电路元件及其组合。2.2.电路模型电路模型 sRLRsU10BASE-T wall plate导线导线 电池电池 开关开关 灯泡灯泡 电路图电路图 理想电路元件理想电路元件 有某种确定的电磁性能的理想有某种确定的电磁性能的理想元件。元件。电路模型电路模型 下 页 上 页 返 回 5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：电阻元件：电阻元件：表示消耗电能的元件表示消耗电能的元件 电感元件：电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件表示产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件：电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件表示产生电场，储存电场能量的元件 电压源和电流源：电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。5种基本理想电路元件有三个特征：种基本理想电路元件有三个特征：（a a）只有两个端子；只有两个端子；（b b）可以用电压或电流按数学方式描述；可以用电压或电流按数学方式描述；（c c）不能被分解为其他元件。不能被分解为其他元件。下 页 上 页 注意 返 回 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在在一定条件下可用同一电路模型表示；一定条件下可用同一电路模型表示；同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。模型可以有不同的形式。下 页 上 页 例例 电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型 注意 返 回 1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 电路中的主要物理量有电压电路中的主要物理量有电压、电流电流、电荷电荷、磁磁链链、能量能量、电功率等电功率等。在线性电路分析中人们主要在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流关心的物理量是电流、电压和功率电压和功率。1.1.电流的参考方向电流的参考方向 tqtqtitddlim)(0def电流电流 电流强度电流强度 带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动 单位时间内通过导体横截面的电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量 下 页 上 页 返 回 方向方向 规定正电荷的运动方向为电流的实际方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向 单位单位 1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A A（安培）、（安培）、kA、mA、A 元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向实际方向 A B 实际方向实际方向 A B 对于复杂电路或电路中的电流随时间变对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。化时，电流的实际方向往往很难事先判断。下 页 上 页 问题 返 回 参考方向参考方向 大小大小 方向方向(正负）正负）电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。向即为电流的参考方向。i 0 i 0 参考方向参考方向 U+参考方向参考方向 U+0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P0 发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收)u,i 取非取非关联参考方向关联参考方向 下 页 上 页+-i u+-i u 返 回 例例 求图示电路中各求图示电路中各方框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或产生的功率。收或产生的功率。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 解解）（发出发出W221111IUP）（发出发出W62)3(122IUP（吸收）W1628133IUP（吸收）W3)1()3(366IUP）（发出发出W7)1(7355IUP）（发出发出W41)4(244IUP对一完整的电路，满足：对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率发出的功率吸收的功率 下 页 上 页 5 6 4 1 2 3 I2 I3 I1+U6 U5 U4 U3 U2 U1 注意 返 回 下 页 上 页 1.4 1.4 电路元件电路元件 是电路中最基本的组成单元。是电路中最基本的组成单元。1.1.电路元件电路元件 返 回 5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：电阻元件：电阻元件：表示消耗电能的元件表示消耗电能的元件 电感元件：电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件表示产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件：电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件表示产生电场，储存电场能量的元件 电压源和电流源：电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。注意 如果表征元件端子特性的数学关系式如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关系，该元件称为线性元件，否则称是线性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。为非线性元件。2.2.集总参数电路集总参数电路 由集总元件构成的电路由集总元件构成的电路 集总元件集总元件 假定发生的电磁过程都集中在元假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。件内部进行。集总条件集总条件 d下 页 上 页 集总参数电路中集总参数电路中u、i 可以是时间的函可以是时间的函数，但与空间坐标无关。因此，任何时刻，流数，但与空间坐标无关。因此，任何时刻，流入两端元件一个端子的电流等于从另一端子流入两端元件一个端子的电流等于从另一端子流出的电流；端子间的电压为单值量。出的电流；端子间的电压为单值量。注意 返 回 下 页 上 页 例例 i i z 集总参集总参数电路数电路)t(u+-)t(iLCR两线传输线的等效电路两线传输线的等效电路 当两线传输线的长度当两线传输线的长度 l 与电磁波的波长满足：与电磁波的波长满足：l返 回 下 页 上 页 i i z),(tzu+-),(tzi)tz,u(z-),(tzzizL 0zC 0zR 0zR 0zL 0zC 0分布参分布参数电路数电路 当两线传输线的长度当两线传输线的长度 l 与电磁波的波长满足：与电磁波的波长满足：l返 回 1.5 1.5 电阻元件电阻元件 2 2.线性时不变电阻元件线性时不变电阻元件 电路符号电路符号 R 电阻元件电阻元件 对电流呈现阻力的元件。其特性可对电流呈现阻力的元件。其特性可用用ui平面上的一条曲线来描述：平面上的一条曲线来描述：0),(iufi u 任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。1.1.定义定义 伏安伏安 特性特性 下 页 上 页 0 返 回 ui 关系关系 R 称为电阻，单位：称为电阻，单位：(Ohm)满足欧姆定律满足欧姆定律 GuRuiiuR 单位单位 G 称为电导，单位称为电导，单位：S(Siemens)u、i 取关联取关联参考方向参考方向 Riu 下 页 上 页 伏安特伏安特性为一性为一条过原条过原点的直点的直线线 u i 0 R u i+返 回 如电阻上的电压与电流参考方向非关如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号；联，公式中应冠以负号；说明线性电阻是无记忆、双向性的元说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。件。欧姆定律欧姆定律 只适用于线性电阻只适用于线性电阻(R 为常数为常数）；）；则欧姆定律写为则欧姆定律写为 u R i i G u 公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！下 页 上 页 注意 R u i-+返 回 3.3.功率和能量功率和能量 电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p u i(R i)i i2 R -u2/R p u i i2R u2/R 功率功率 R u i+-下 页 上 页 表明 R u i-+返 回 u i 从从 t0 到到 t 电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：ttttRuipW00dd4.4.电阻的开路与短路电阻的开路与短路 能量能量 短路短路 0 0uiGor R 0 开路开路 0 0ui0 Gor Ru i 下 页 上 页 R i u+u+i 0 0 返 回 下 页 上 页 实际电阻器实际电阻器 返 回 1.6 1.6 电压源和电流源电压源和电流源 电路符号电路符号 1.1.理想电压源理想电压源 定义定义 i Su+_ 下 页 上 页 其两端电压总能保持定值或一定其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电的时间函数，其值与流过它的电流流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。返 回 电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。与流经它的电流方向、大小无关。通过电压源的电流由电源及通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。外电路共同决定。理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系 u i Su直流电压源直流电压源的伏安关系的伏安关系 下 页 上 页 例例 R i-+Su外电路外电路 RuiS)(0Ri)0(Ri电压源不能短路！电压源不能短路！0 返 回 电压源的功率电压源的功率 电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联；+_ i u+_ SuiuPS 电流（正电荷电流（正电荷 ）由低电）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。功，电源发出功率。iuPS发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用 物理意义：物理意义：下 页 上 页+_ i u+_ Su电压、电流参考方向关联；电压、电流参考方向关联；物理意义：物理意义：电场力做功，电源吸收功率电场力做功，电源吸收功率 iuPS吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载 返 回 例例 计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率 解解 V5)510(RuA155RuiRW5152 RiPRW1011010iuPSVW5155iuPSV发出发出 吸收吸收 吸收吸收 满足满足：P（发发）P（吸吸）下 页 上 页 5Ri+_ Ru+_ 10V 5V-+返 回 其输出电流总能保持定值或一定的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。无关的元件叫理想电流源。电路符号电路符号 2.2.理想电流源理想电流源 定义定义 u Si+_ 下 页 上 页 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系 电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。关；与它两端电压方向、大小无关。返 回 电流源两端的电压由电源及外电路共电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。同决定。u i Si直流电流源的直流电流源的伏