1电路基本原理

第1章电路的基本概念和基本定律1.1电路及其理论模型1.2电路变量及电流和电压的参考方向1.3电路元件及其伏安特性关系1.4基尔霍夫定律{end}电路分析基础电气车间：试验班如何学好电路分析基础掌握概念的含义和来龙去脉：除了要理解和记住概念的定义、符号和单位外，还要了解引入概念的原因，它与类似概念的异同点，以及它在后续内容中所起的作用等。领会规律、方法的导出与应用：要做到知其然、知其所以然，不要机械套用，学会灵活运用，举一反三。从应用要求来理解电子电路的功能：各种电子电路都有应用背景，离开应用背景对电子电路的性能分析是没有意义的，。多作练习，巩固知识：各种方法的学习都必须通过不断练习才能得以巩固，因此，学习过程中，要独立地完成一定量习题。认真对待实验，加深对理论知识理解：本课程的实践性很强，只有理论学习是不够的，实验可以让我们更加深刻理解理论知识，也能从中发现问题，启发我们深入学习。多做课外阅读，拓宽知识面：电工电子技术的发展十分迅速，课程中不可能将所有内容都包含进去，通过课外阅读能够对本领域的先进理论、方法有更多了解，丰富自己。1.电压、电流的参考方向3.基尔霍夫定律重点：2.电路元件特性（电阻、电源、受控源）电路分析的基础第1章电路的基本概念和基本定律{end}1.1电路及其理论模型一、电路的概念电路是由用电设备（称为负载）、元器件、供电设备（称为电源）通过导线连接而构成的提供给电荷流动的通路。电路是电场的一种特殊形式，当电场被束缚在电荷流动的路径周围很小的范围时，即形成电路。二、电路的组成•为电路工作提供能量的电源；•完成放大、滤波、移相等功能的元器件；•用电设备（负载）•连接电源、元器件和用电设备的导线；•控制电源接入的开关等。直流电源直流电源:提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:提供信息放大器扬声器话筒电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。电路的组成1.1电路及其理论模型三、电路的功能客观上电路提供了电荷流动的通路，电荷携带着电能在电路中流动，从电源带走电能，而在用电元器件中又释放电能，因此电路的工作伴随着能量的运动。电路主要有下列作用：能量传输将电源的电能传输给用电设备(负载)。能量转换将传输到负载的电能根据需要转换成其它形式的能量，如光、声、热、机械能等信息传输信息处理信息--(载体)--信号--电路--终端--(去载体)---信息(电流或电压)。如广播电路或电视发射装置信号(接受)---电路（放大、去噪、合成…)---信号。如电视机。电路模型1.理想电路元件：根据实际电路元件所具备的电磁性质所设想的具有某种单一电磁性质的元件。几种基本的电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示各种电感线圈产生的磁场，储存磁场能量的作用电容元件：表示各种电容器产生的电场，储存电能的作用电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件1.1电路及其理论模型RLC无源元件电流源is+电压源us-2.电路模型：由理想元件及其组合代表实际电路元件，与实际电路具有基本相同的电磁性质，称其为电路模型。*电路模型是由理想电路元件构成的。10BASE-Twallplate导线电池开关灯泡例.1.1电路及其理论模型建模时,工作条件不一样,其模型也不一样。R直流状态,仅消耗能量RL交流低频状态,消能,储能交流高频状态,消耗能量,储磁场能量和电场能量RLC实际线圈1.1电路及其理论模型如：{end}1.2电路变量及电流和电压的参考方向1.2.1电路变量在电路理论中涉及的变量主要有电流、电压、电位、电荷、磁通、磁通链、功率和能量。其中电流、电压、电位、能量和功率最为常用。1.电流形成：国际单位制单位:A(安培）常用单位:mA(10-3A),µA(10-6A)分类直流(DC)电流:大小和方向不随时间改变,通常用I表示交流(AC)电流:大小和方向随时间改变,通常用i表示tqtqtitddΔΔlim)(Δdef0电流的大小用电流强度表示。带电粒子的定向运动形成电流。度量：单位：表示单位时间流过电路中某一截面的净电荷量。2.电压1.2电路变量及电流和电压的参考方向形成：电荷由电路中的a点移到b点所发生的能量变化。V(伏特)kV(103V),mＶ(10-3V)，µV(10-6V）分类直流电压:大小和方向不随时间改变，通常用U表示交流电压：大小和方向随时间改变，通常用u表示qwuddABdefAB度量：单位电荷由电路中的a点移到b点所发生的能量变化，即单位：电路中两点间的电压（降）就等于这两点的电位差，即设c点为电位参考点，则Vc=0Va=Uac，Vb=Ubc，Vd=UdcUab=Va-Vb3.电位选择电路中某一点作为参考点，电路中其他各点对参考点之间的电压称为该点的电位，用V表示。参考点的电位为0。参考点可以任意选择，用符号“┴”表示。abcd1.2电路变量及电流和电压的参考方向例.abc1.5V1.5V已知Uab=1.5V，Ubc=1.5V，求Va,Vb,Vc,Uac(1)以a点为参考点，Va=0Vb=Va–Uab=–1.5VUbc=Vb–Vc(2)以b点为参考点，Vb=0Uab=Va–VbVa=Vb+Uab=1.5VUbc=Vb–VcVc=Vb–Ubc=–1.5VUac=Va–Vc=1.5–(–1.5)=3V结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位均不同，但任意两点间电压保持不变。1.2电路变量及电流和电压的参考方向Uac=Va-Vc=3VUab=Va–VbVc=Vb–Ubc=-1.5–1.5V=-3V4.能量和功率1.2电路变量及电流和电压的参考方向在t0到t的时间内，电场力将单位正电荷由A点移动到B点时所做的功，用W表示：tttqtqdiutdqtuW00)()()()()()(能量:单位：焦耳（J）功率:单位时间内能量的变化率：uitqqwtwpdddddd单位：瓦（特）（W）常用单位:kW(103W),mW(10-3W)dttdqti)()()()()(tdqtdwtu1.2.2参考方向1.2电路变量及电流和电压的参考方向实际方向：正电荷移动的方向参考方向：在进行电路分析时，假定的电流方向。1.电流的参考方向（流向）?为什么要引入参考方向(a)复杂电路的某些支路事先无法确定实际方向。中间支路电流的实际方向无法确定，为分析方便，只能先任意标一方向（参考方向），根据计算结果，才能确定电流的实际方向。？(b)实际电路中有些电流是交变的，无法标出实际方向。当020iTt,电流实际方向与参考方向(红色箭头）相同当02iTtT,电流实际方向与参考方向相反itIimsini0tT/2T1.2电路变量及电流和电压的参考方向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。1.2电路变量及电流和电压的参考方向例I1=1AI110V10I1=-1A10V10I1：参考方向与实际方向一致01I：参考方向与实际方向相反01I☆电流的参考方向可以任意选定。规定相反的参考方向时，相应的电流表达式和计算结果差一个符号。参考方向:假定的方向实际方向：从高电位端指向低电位端UU+-UABAB电压参考方向的表示：①一个箭头②“+”、”-”极性③“双下标”表示2.电压(降)的参考方向(极性)1.2电路变量及电流和电压的参考方向电压的参考方向可以任意选定，如果电压的参考方向与实际方向一致，则电压为正值，反之为负。510V5V+–URVUR5例：510V5V+–URUR=-5V1.2电路变量及电流和电压的参考方向3.关联参考方向元件或支路的u，i通常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电路变量及电流和电压的参考方向+UI关联参考方向+UI非关联参考方向功率的计算(1)u,i取关联参考方向p=ui(2)u,i取非关联参考方向p=-ui+ui+ui功率的判断1.2电路变量及电流和电压的参考方向若某元件电功率大于零，在电路中消耗电能，表现为负载。若某元件电功率小于零，向电路提供电能，表现为电源。I+–UR例U1=10V，U2=5V。分别求电源、电阻的功率。解：设电路中电流及电阻电压参考方向如图AUUI1521VUUUR52105WIUPRR01011WIUPU0522WIUPU吸收功率发出功率吸收功率5U1U20P-----功率平衡1.2电路变量及电流和电压的参考方向电源和负载的概念若某元件电功率大于零，在电路中消耗/吸收电能，表现为负载。若某元件电功率小于零，向电路提供/发出电能，表现为电源。举例：由5个元件组成的电路如图，各元件上电压、电流参考方向采用关联参考方向，标在图上如下。123451234530V,20V,60V,30V,80V3A,1A,2A,3A,1AUUUUUIIIII确定各元件的功率，指出哪些是电源、哪些是负载？12345元件111130V3A90W0PUI是负载元件222220V1A20W0PUI是负载元件333360V(2)A120W0PUI是电源元件444430V3A90W0PUI是负载元件555580V(1)A80W0PUI是电源12345902012090800PPPPP注意：电路中所有元件的功率之和为0！这一规则称为功率平衡原理。常用作对分析结果的检验准则。功率平衡实际上是能量守恒的体现，任意时刻，电源发出的电能恰为负载所消耗。小结：(1)电压和电流的参考方向是任意假定的。分析电路前必须标明。(2)参考方向一经假定，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，其表达式符号也不同，但实际方向不变。1.2电路变量及电流和电压的参考方向(3)元件或支路的u，i通常采用关联参考方向，以减少公式中负号。(4)参考方向也称为假定方向、正方向，以后讨论均在参考方向下进行，不考虑实际方向。{end}作业：1-1练习：1-2集总参数元件：每一个具有两个端钮的元件中有确定的电流，端钮间有确定的电压。集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。一个实际电路要能用集总参数电路近似，要满足如下条件：即实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波的波长。1.3电路元件及其伏安特性关系本书主要研究的是集总参数元件和集总参数电路。ui0u=f(i)或i=f(u)为一条过原点的直线线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数。R元件符号1.3电路元件及其伏安特性关系1.3.1电阻元件2.电压与电流取非关联参考方向R+uiu–Ri或i–Gu★公式必须和参考方向配套使用！电导(S)线性电阻元件的伏安特性1.电压与电流取关联参考方向R+uiuRiiGu或电阻(Ω)1.3电路元件及其伏安特性关系p–ui–(–Ri)ii2R–u(–u/R)=u2/R功率：R+ui能量：可用功表示。从t0到t电阻消耗的能量ttttRiupW00ξdξd不管电压、电流是否为关联参考方向，都有p=i2R=u2/R(p始终为正）1.3电路元件及其伏安特性关系非关联参考方向下，吸收的功率定义：一个二端元件，其电荷q(t)和电压u(t)之间的关系，可以用q-u平面上的一条曲线来确定，则称为电容元件。对于线性电容，有q=CuuqCdef常数C称为电容器的电容电容C的SI单位：F(法)(Farad，法拉)qu0常用单位：F（10-6F)，nF(10-9F)，pF(10-12F)1.3电路元件及其伏安特性关系1.3.2电容元件iu+–C符号：伏安关系d1)(ttiCtutuCtqidddd)(100tidtidtCtidtCu