电路元件和电路定律.ppt

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1、电路元件和电路定律电路元件和电路定律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l 重点：重点：第第1 1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律2.2.电路元件特性电路元件特性1-1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)1.1.实际电路实际电路功能功能功能功能a a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；b b 信息的传递与处理。信息的传递与处理。信息的传递与处理。信息的传递与处理。共性共性共性共性建立在同一电路理论基础上建立在同一电路理论基础上建立在同一电路理论基础上建立在同一电路理论基

2、础上由电工设备和电气器件按预期目的连由电工设备和电气器件按预期目的连由电工设备和电气器件按预期目的连由电工设备和电气器件按预期目的连接构成电流的通路。接构成电流的通路。接构成电流的通路。接构成电流的通路。2.电路模型电路模型 (circuit model)导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡电路图电路图 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。关心的物理量是电流、电压和功率。1-2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 (referen

3、ce direction)1.电流的参考方向电流的参考方向(current reference direction)l电流电流l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l 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l 单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、A元件元件(导线导线)中电

4、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:实际方向实际方向实际方向实际方向 AABB问题问题复杂电路或电路中的电流随时间变化时，复杂电路或电路中的电流随时间变化时，复杂电路或电路中的电流随时间变化时，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电流的实际方向往往很难事先判断电流的实际方向往往很难事先判断电流的实际方向往往很难事先判断l参考方向参考方向i 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向即为电任意假定一个正电荷运动的方向即为电任意假定一个正电荷运动的方向即为电任意假定一个正电荷运动的方向即

5、为电流的参考方向。流的参考方向。流的参考方向。流的参考方向。ABi 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0参考方向参考方向U+实际方向实际方向+实际方向实际方向参考方向参考方向U+00 吸收正功率吸收正功率吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收实际吸收实际吸收)P P0 00 发出正功率发出正功率发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出实际发出实际发出)P P0 0 发出负功率发出负功率发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收实际吸收实际吸收)l l u u,i i 取非取非取非取非关联参考方向关联参考方向关联参考方向关联参考方向+-iu+-iu例例564123I2I3I1+U6U

6、5U4U3U2U1求图示电路中各方框求图示电路中各方框所代表的元件吸收或所代表的元件吸收或发出的功率。已知：发出的功率。已知：U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A 解解注注对一完整的电路，发出的功率消耗的功率对一完整的电路，发出的功率消耗的功率课堂练习：课堂练习：（a）（b）（c）（d）如图，试判断各元件的功率情况如图，试判断各元件的功率情况 1-4 电路元件电路元件 按端子数目：二端、三端、四端按端子数目：二端、三端、四端线性和非线性元件线性和非线性元件1.分类分类时变元件和时不变元件时变元件和时不变元件2.集总元件

7、集总元件：在任何时候，流入二端元件的一个端子：在任何时候，流入二端元件的一个端子 的电流一定等于从另一个端子流出的电的电流一定等于从另一个端子流出的电 流，且两个端子之间的电压为单量值。流，且两个端子之间的电压为单量值。从能量角度：有源元件、无源元件从能量角度：有源元件、无源元件 1-5 电阻元件电阻元件(resistor)2.线性电阻元件线性电阻元件l 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。其伏安关系用对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用ui平面的一条曲线来描述：平面的一条曲线来描述：iu任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。1.定义

8、定义伏安伏安特性特性 l ui 关系关系R 称为电阻，单位：称为电阻，单位：(欧欧)(Ohm，欧姆，欧姆)满足欧姆定律满足欧姆定律(Ohms Law)uil 单位单位G 称为电导，单位：称为电导，单位：S(西门子西门子)(Siemens，西门子，西门子)u、i 取关联取关联参考方向参考方向Rui+伏伏安安特特性性为为一一条条过过原原点点的的直直线线(2)如电阻上的电压与电流参考方向非关联如电阻上的电压与电流参考方向非关联 公式中应冠以负号公式中应冠以负号注注(3)说明线性电阻是无记忆、双向性的元件说明线性电阻是无记忆、双向性的元件欧姆定律欧姆定律(1)只适用于线性电阻，只适用于线性电阻，(R

9、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！Rui+-课堂练习：课堂练习：试求各电路中的未知量试求各电路中的未知量3.功率和能量功率和能量上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p u i (R i)i -i2 R u(u/R)-u2/R发出负功率，发出负功率，吸收功率吸收功率p u i i2R u2/R吸收功率吸收功率功率：功率：Rui+-Rui+-可用功表示。从可用功表示。从 t 到到t0电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：Riu+4.电阻的开路与短路电阻的开路与短

10、路能量：能量：l 短路短路l 开路开路ui 1-6 电压源和电流源电压源和电流源 其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流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过它的电流 i i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。l 电路符号电路符号1.理想电压源理想电压源l 定义定义+_usui(1)电源两端电压由电源本身决定电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关；与流经它的电流与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。方向、大小无关。(2)通过电压源的电流由电源及外通过电压源的电流由电源及外 电路共同决定。电路共同决定。l 理想电压源的电压、电流关系理想电压源

11、的电压、电流关系伏安关系伏安关系伏安关系伏安关系例例Ri-+外外电电路路电压源不能短路！电压源不能短路！l电压源的功率电压源的功率（1 1）电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；i+_u+_+_iu+_发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2 2）电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载例例+_i+_+_10V5V计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发）（发）P

12、（吸）（吸）其输出电流总能保持定值或一定的时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间函数，其值与它的两端电压u 无关无关的元件叫理想电流源。的元件叫理想电流源。l 电路符号电路符号2.理想电流源理想电流源l 定义定义u+_(1)电流源的输出电流由电源本身决定，与外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、大小无关电路无关；与它两端电压方向、大小无关(2)电流源两端的电压由电源及外电路共同决定电流源两端的电压由电源及外电路共同决定l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系ui伏安伏安伏安伏安关系关系关系关系is例例外外外外电电电电路路路路电

13、流源不能开路！电流源不能开路！Ru-+课堂练习：课堂练习：求图示三种情况下的电流。求图示三种情况下的电流。l电流源的功率电流源的功率（1 1 1 1）电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2 2 2 2）电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载u+_u+_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。解解发出发出吸收吸收满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）+_u+_2A

14、5Vi1-7 受控电源受控电源(非独立源非独立源)(controlled source or dependent source)电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是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受电路中某个地方的电压受电路中某个地方的电压受电路中某个地方的电压(或电流或电流或电流或电流)控制的电源，称受控源。控制的电源，称受控源。控制的电源，称受控源。控制的电源，称受控源。l 电路符号电路符号+受控电压源受控电压源1.定义定义受控电流源受控电流源i1(1)

15、(1)电流控制的电流源电流控制的电流源 (CCCS):电流放大倍数电流放大倍数电流放大倍数电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u 或电流或电流i，受控源可分四种，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。电流时，用受控电流源表示。2.分类分类四端元件四端元件四端元件四端元件b b i1i2输出：受控部分输出：受控部分输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分输入：控制部分输入：控制部分g:转移电导转移电导(2)(2)电压控制的电流源电压控制的

16、电流源 (VCCS)u1gu u1 1i2_+(3)(3)电压控制的电压源电压控制的电压源 (VCVS)u1+_u2_u1+-:电压放大倍数电压放大倍数 ri1+_u2i1+-(4)(4)电流控制的电压源电流控制的电压源 (CCVS)r:转移电阻转移电阻 3.3.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较(1)(1)(1)(1)独独独独立立立立源源源源电电电电压压压压(或或或或电电电电流流流流)由由由由电电电电源源源源本本本本身身身身决决决决定定定定，与与与与电电电电路路路路中中中中其其其其它它它它电电电电压压压压、电流无关，而受控源电压电流无关，而受控源电压电流无关，而受控源电压电流无关，而受

17、控源电压(或电流或电流或电流或电流)由控制量决定。由控制量决定。由控制量决定。由控制量决定。(2)(2)(2)(2)独独独独立立立立源源源源在在在在电电电电路路路路中中中中起起起起“激激激激励励励励”作作作作用用用用，在在在在电电电电路路路路中中中中产产产产生生生生电电电电压压压压、电电电电流流流流，而而而而受受受受控控控控源源源源只只只只是是是是反反反反映映映映输输输输出出出出端端端端与与与与输输输输入入入入端端端端的的的的受受受受控控控控关关关关系系系系，在在在在电路中不能作为电路中不能作为电路中不能作为电路中不能作为“激励激励激励激励”。1-8 1-8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 (Kir

18、chhoff(Kirchhoffs Laws)s Laws)基基基基尔尔尔尔霍霍霍霍夫夫夫夫定定定定律律律律包包包包括括括括基基基基尔尔尔尔霍霍霍霍夫夫夫夫电电电电流流流流定定定定律律律律(KCL KCL)和和和和基基基基尔尔尔尔霍霍霍霍夫夫夫夫电电电电压压压压定定定定律律律律(KVL KVL)。它它它它反反反反映映映映了了了了电电电电路路路路中中中中所所所所有有有有支支支支路路路路电电电电压压压压和和和和电电电电流流流流所所所所遵遵遵遵循循循循的的的的基基基基本本本本规规规规律律律律，是是是是分分分分析析析析集集集集总总总总参参参参数数数数电电电电路路路路的的的的基基基基本本本本定定定定律律

19、律律。基基基基尔尔尔尔霍霍霍霍夫夫夫夫定定定定律律律律与与与与元元元元件件件件特特特特性性性性构构构构成了电路分析的基础。成了电路分析的基础。成了电路分析的基础。成了电路分析的基础。1.1.几个名词几个名词电路中通过同一电流的分支。电路中通过同一电流的分支。(b)三条或三条以上支路的连三条或三条以上支路的连接点称为结点。接点称为结点。(n n )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路）支路 (branch)电路中每一个两端元件就叫一条支路电路中每一个两端元件就叫一条支路i3i2i1(2)(2)结点结点 (node)(node)b=5由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径

20、。(l)l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3)(3)回路回路(loop)(loop)2.2.基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)令流出为令流出为“+”+”，有：，有：例例 在在在在集集集集总总总总参参参参数数数数电电电电路路路路中中中中，任任任任意意意意时时时时刻刻刻刻，对对对对任任任任意意意意结结结结点点点点流流流流出出出出或或或或流流流流入入入入该该该该结点电流的代数和等于零。结点电流的代数和等于零。结点电流的代数和等于零。结点电流的代数和等于零。流进的电流进的电流等于流流等于流出的电流出的电流1 3 2例例三式相加得：三式相加得：表明表明KCL可推广应用于电路中包可推

21、广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面围多个结点的任一闭合面明确明确（1）KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任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；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；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，与电流实际方程是按电流参考方向列写，与电流实际 方向无关。方向无关。（2 2）选定回路绕行方向，）选定回路绕行方向，顺时针或逆时针顺时针或逆时针.U1US1+U2+U3+U4+US4=03.3.基尔霍夫电压

22、定律基尔霍夫电压定律 (KVL)在在集总参数电路中，任一时刻，集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕行，沿任一闭合路径绕行，各支路电压的代数和等于零各支路电压的代数和等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1 1）标定各元件电压参考方向）标定各元件电压参考方向 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4例例KVL也适用于电路中任一假想的回路也适用于电路中任一假想的回路aUsb_-+U2U1明确明确（1）KVL的实质反映了电路遵的实质反映了电路遵 从能量守恒定律从能量守恒定律;（2）KVL是对回路电

23、压加的约束，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；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，与电压实际方程是按电压参考方向列写，与电压实际 方向无关。方向无关。4.4.KCL、KVL小结：小结：(1)(1)KCL是是对对支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVL是是对对回回路路电电压的线性约束。压的线性约束。(2)(2)KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。与组成支路的元件性质及参数无关。(3)(3)KCL表表明明在在每每一一节节点点上上电电荷荷是是守守恒恒的的；KVL是是能能量守恒量守恒的具体体现的具体体现(电压与路径无关电压与路径无关)。(4)(4)KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。【习习 题题 4】如 图 1-1所 示 电 路 中，电 流 I1=A，I2=A。+_思考：思考：UA=UB?I=01.？AB+_1111113+_22.i14.3.+-4V5Vi=?5.5.+-4V5V1A+-u=?6.6.3 3+解解10V+-1A-10VI=?10 7.4V+-10AU=?2 6.+-3AI解解I110V+-3I2U=?I=05 8.5-+2I2 I25+-解解+-I1U=?9.R2 I1R1US解解