1-2电流和电压的参考方向参考方向(精)

1.电压、电流的参考方向3.基尔霍夫定律重点：2.电阻元件和电源元件的伏安特性第一章电路模型和电路定律1-1电路和电路模型分类电力电路：能量的传输、分配与转换；信号电路：信息的传递、控制与处理。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。实际电路一、电路及组成电路组成:电源、负载、中间环节LRsU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。二.电路模型sR10BASE-Twallplate导线电池开关白炽灯电路图理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件。电路模型5种基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件。电感元件：表示储存磁场能量的元件。电容元件：表示储存电场能量的元件电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。*5种基本理想电路元件有三个特征：（a）只有两个端子；（b）可以用电压或电流按数学方式描述；（c）不能被分解为其它元件。*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，其电路模型可以有不同的形式。例电感线圈的电路模型电路模型特点：1-2电流和电压的参考方向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关心的物理量是电流、电压和功率。tqidd)(deft电流电流强度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一、电流方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向单位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安[培]）、kA、mA、A元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向AB实际方向AB参考方向大小方向(正负）注意：电流(代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。i0i0实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：i参考方向ABi参考方向ABi参考方向AB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。iABABi参考方向AB电压udefddWuq单位单位正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力作功（W）的大小。电位V单位正电荷q从电路中一点移至参考点（V＝0）时电场力作功的大小。实际电压方向电位降低的方向。V(伏[特])、kV、mV、V2、电压在复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析、计算带来困难。电压(降)的参考方向u0参考方向u+–参考方向u+–0u假设高电位指向低电位的方向。+实际方向–+实际方向–电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示：(2)用正、负极性表示：(3)用双下标表示：uu+ABuAB元件或支路的u，i采用相同的参考方向称为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向非关联参考方向i+-+-iuu3、关联参考方向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，必须在图中相应位置标注(包括方向和符号)，在计算中不得任意改变。例1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？A电压、电流参考方向非关联；B电压、电流参考方向关联。＋－uBAi③参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。注意：解：1-3电功率和能量•一、电能电压是反映电场力将单位正电荷从高电位移到低电位所做的功。因此，电场力所做的功=负载消耗的电能ttdiuwdtdqiudqdw0)()(二.电功率twpdd功率的单位：W(瓦[特])能量的单位：J(焦[耳])单位时间内电场力所作的功。qwuddtqidduidtdqdqdwdtdwpu,i取关联参考方向p=uip0吸收功率p0发出功率p=-uip0吸收功率p0发出功率u,i取非关联参考方向+-iu+-iu功率的计算与判别例求图示电路中各方框所代表的元件吸收或发出的功率。已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A。564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－解）（发出W2W21111IUP）（吸收W16W28133IUP）（吸收W3W)1()3(366IUP对一完整的电路，功率守恒，即发出的功率+吸收的功率=0564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－）（发出W6222IUP）（发出W4444IUP）（发出W7355IUP1-4电路元件是电路中最基本的组成单元。5种基本的理想电路元件：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。电压源和电流源：表示将其他形式的能量转变成电能的元件。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，否则称为非线性元件。1、电路元件由集总元件构成的电路集总元件假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。集总条件d集总参数电路中u、i可以是时间的函数，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出的电流；端子间的电压为确定值。2、集总参数电路1-5电阻元件电路符号R电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可用u-i平面上的一条曲线来描述：0),(iufiu任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。伏安特性O1、电阻元件2、线性时不变电阻元件u-i关系R称为电阻，单位：(欧[姆])满足欧姆定律GuRuiiuR单位G称为电导，单位：S(西[门子])u、i取关联参考方向Riu伏安特性曲线为一条过原点的直线uiORui+－②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。欧姆定律①只适用于线性电阻(R为常数）。则欧姆定律写为u–Ri公式和参考方向必须配套使用！Rui-+3.功率和能量注意：电阻元件在任何时刻总是吸收功率的。p-ui-(–Ri)ii2Ru2/Rpuii2Ru2/R功率Rui+-Rui-+ui从t0到t电阻吸收的能量：ttttRξuiξpW00dd能量短路00ui0RG∞或开路00ui0RG∞或uiRiu+–u+–iOO4、电阻的开路与短路1-6电压源和电流源符号一.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。电源分类：独立电源，受控电源①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。②通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。理想电压源的电压、电流关系uiSu直流电压源的伏安特性曲线例Ri-+Su外电路RuiS0()iR∞(0)iR∞电压源不能短路！O+_iu+_Su电压源的功率①电压、电流参考方向非关联。iupS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。起电源作用物理意义：+_iu+_Su②电压、电流参考方向关联。物理意义：电场力作功，电源吸收功率。S0pui吸收功率，充当负载。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。符号二.理想电流源定义理想电流源的电压、电流关系①电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压的方向、大小无关。②电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。uiSi直流电流源的伏安特性曲线O例Ru-+Si外电路SRiu)0(0Ru()uR∞∞电流源不能开路！1-7受控电源电路符号受控电压源1.定义受控电流源电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某处的电压(或电流)控制的电源，称为受控电源。+–四端元件又称非独立电源，是为电子器件中所发生的物理现象提出的一种理想化的模型，为四端元件。受控电源两端电压或电流受另一支路电压或电流控制。①电流控制的电流源(CCCS):电流放大倍数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：电压控制电流源、电压控制电压源、电流控制电流源、电流控用电压源。2.分类12ii输出：受控部分输入：控制部分i1+_u2i2_u1i1+g:转移电导②电压控制的电流源(VCCS)12gui③电压控制的电压源(VCVS)12uu:电压放大倍数gu1+_u2i2_u1i1+i1u1+_u2i2_u1++_④电流控制的电压源(CCVS)12riur:转移电阻例bcii电路模型ibicibri1+_u2i2_u1i1++_bici1-8基尔霍夫定律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。+_R1uS1+_uS2R2R3一.预备知识电路中通过同一电流的分支。元件的连接点称为结点。b=3an=4b①支路电路中每一个两端元件就称为一条支路。i3i2i1②结点b=5或三条以上支路的连接点称为结点。n=2注意两种定义分别用在不同的场合。由支路组成的闭合路径。对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。l=3123回路网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔。+_R1uS1+_uS2R2R32.基尔霍夫电流定律(KCL)令流出为“+”，有：例在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出（或流入）该结点电流的代数和等于零。mbti10)(出入＝ii或流进的电流等于流出的电流1i5i4i3i2i054321iiiii54321iiiii0641iii例0542iii0653iii三式相加得：0321iiiKCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。①③②5i6i4i1i3i2i①KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反应。②KCL是对结点处支路电流加的约束，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。③KCL方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。说明：3.基尔霍夫电压定律(KVL)mbtu10)(升降＝uu或U3U1U2U4①标定各元件电压参考方向。②选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。在集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_–U1–US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1或–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4KVL也适用于电路中任一假想的回路。U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_例S21baUUUU①KVL的实质反映了电路遵从能量守恒。②KVL是对回路中的支路电压之间的约束，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。③KVL方程是按电压参考方向列写的，与电压实际方向无关。aUSb-+++U2U14.KCL、KVL小结①KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路电压的线性约束。②KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。③KCL表明在每一结点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)。④KCL、KVL只适用于集总参数的电路。