西安交通大学邱关源电路课件01

祝同学们身体好学习好工作好电路教材:《电路》罗先觉修订邱关源主编主讲:范敏绪论一.课程定位：1.性质：研究电路基本规律的一门专业技术基础课。2.内容：电路的基本理论、和基本分析方法、初步的实验技能。3.要求：先修高等数学、大学物理的电磁学二.电路理论与电路课程电路理论电路分析电路综合设计给定电路参数，求u、i特性给定性能，设计电路第一章电路模型和电路定律电路和电路模型1-1电阻元件1-5电流和电压的参考方向1-2电压源和电流源1-6电功率和能量1-3受控电源1-7电路元件1-4基尔霍夫定律1-8本章内容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特性返回1-1电路和电路模型1.实际电路功能(a)能量的传输、分配与转换；(b)信息的传递、控制与处理。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目的连接构成的电流的通路。下页上页共性返回负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用降压变压器电灯电动机电炉...电源:提供电能的装置发电机升压变压器输电线信号处理：放大、调谐、检波等直流电源负载信号源:提供信息直流电源:提供能源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。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。2.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。电路模型下页上页返回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。①5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）不能被分解为其他元件。下页上页注意返回②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。③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。下页上页例电感线圈的电路模型注意返回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。1.电流的参考方向tqtqtitddΔΔlim)(0Δdef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下页上页返回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。下页上页问题返回参考方向大小方向(正负）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：下页上页表明返回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。下页上页iABAB返回i参考方向AB电压udefddWuq单位2.电压的参考方向单位正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力作功（W）的大小。电位单位正电荷q从电路中一点移至参考点（＝0）时电场力作功的大小。实际电压方向电位真正降低的方向。下页上页V(伏[特])、kV、mV、V返回例2-1已知：4C正电荷由a点均匀移动至b点电场力作功8J，由b点移动到c点电场力作功为12J，①若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压uab、ubc;②若以c点为参考点，再求以上各值。解V2V48abaqW0bV3V412bccbcqWqWabab(20)V2Vubcbc[0(3)]V3Vu(1)下页上页acb返回acb解V5V4128acqWa0cV3V412bcbqWabab(53)V2Vubcbc(30)V3Vu(2)下页上页结论电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中各点的电位值就唯一确定；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。返回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。下页上页问题+实际方向–+实际方向–返回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下页上页返回元件或支路的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3.关联参考方向i+-+-iuu下页上页返回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2-2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。下页上页注意＋－uBAi返回解③参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。1-3电功率和能量1.电功率twpdduitqqwtwpdddddd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。下页上页qwuddtqidd返回2.电路吸收或发出功率的判断u,i取关联参考方向p=ui表示元件吸收的功率p0吸收正功率(实际吸收)p0吸收负功率(实际发出)p=ui表示元件发出的功率p0发出正功率(实际发出)p0发出负功率(实际吸收)u,i取非关联参考方向下页上页+-iu+-iu返回2.电路电源与负载的判别U、I参考方向不同，P=-UI0，负载；0，电源。U、I参考方向相同，P=UI0，负载；0，电源。1.根据U、I的实际方向判别2.根据U、I的参考方向判别电源：（发出功率）U、I实际方向相反，即电流从“+”端流出；负载：（吸收功率）U、I实际方向相同，即电流从“-”端流出。例3-1求图示电路中各方框所代表的元件吸收或发出的功率。下页上页已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A。564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－返回解）（发出W2W21111IUP221(3)2W6WPUI（吸收））（吸收W16W28133IUP）（吸收W3W)1()3(366IUP5537(1)W7WPUI（吸收）442(4)1W4WPUI（吸收）对一完整的电路，满足：发出的功率＝吸收的功率下页上页注意返回564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－下页上页1-4电路元件是电路中最基本的组成单元。1.电路元件返回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。注意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。2.集总参数电路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下页上页集总参数电路中u、i可以是时间的函数，但与空间坐标无关。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出的电流；端子间的电压为确定值。注意返回下页上页例iiz集总参数电路两线传输线的等效电路。当两线传输线的长度l与电磁波的波长满足：l返回)(tu+-)(tiLCR下页上页iiz分布参数电路当两线传输线的长度l与电磁波的波长满足：l返回等效电路为：),(tzu++-),(tzi)tz,u(z-),(tzzizL0zC0zR0zR0zL0zC01-5电阻元件2.线性时不变电阻元件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。1.定义伏安特性下页上页O返回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下页上页伏安特性曲线为一条过原点的直线uiORui+－返回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。③说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。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–Rii–Gu公式和参考方向必须配套使用！下页上页注意Rui-+返回3.功率和能量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+-下页上页表明Rui-+返回ui从t0到t电阻吸收的能量：ttttRξuiξpW00dd4.电阻的开路与短路能量短路00ui0RG∞或开路00ui0RG∞或ui下页上页Riu+–u+–iOO返回下页上页实际电阻器返回1-6电压源和电流源电路符号1.理想电压源定义iSu+_下页上页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。返回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下页上页例Ri-+Su外电路RuiS0()iR∞(0)iR∞电压源不能短路！O返回+_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。S0pui发出功率，起电源作用物理意义：下页上页+_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。返回例6-1计算图示电路各元件的功率。解V5V)510(RuA1A55RuiRW5W152RipRW10W110S10iupVW5W15S5iupV发出吸收吸收满足：P（发）＝P（吸）下页上页返回Ω5Ri+_Ru+_10V5V-+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。电路符号2.理想电流源定义uSi+_下页上页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。返回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下页上页O例Ru-+Si外电路SRiu)0(0Ru()uR∞∞电流源不能开路！返回可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电子被激发产生一定值的电流等。下页上页实际电流源的产生：电流源的功率u+_SiSuip①电压、电流的参考方向非关联。发出功率，起电源作用。S0pui②电压、电流的参考方向关联。u+_Si吸收功率，充当负载。S0pui返回氢氧燃料电池示意图2.燃料电池（化学电源）燃料电池电动势为1.23V。以氢、氧作为燃料。约40%45%的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。下页上页返回1-7受控电源(非独立源)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。下页上页返回+–四端元