西安交通大學(xué)邱關(guān)源電路課件.ppt

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祝同學(xué)們在新的學(xué)期里身體好學(xué)習(xí)好工作好,河南科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院電子信息與科學(xué)系田葳,電路,教材:《電路》羅先覺修訂邱關(guān)源主編,主講:田葳電話:64221060,緒論,一.課程定位：1.性質(zhì)：研究電路基本規(guī)律的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。是電氣信息類專業(yè)的必修課。,2.內(nèi)容：電路的基本理論、和基本分析方法、初步的實(shí)驗(yàn)技能。,3.要求：先修高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理的電磁學(xué),二.電路理論與電路課程,電路理論,給定電路參數(shù)，求u、i特性,給定性能，設(shè)計電路,成績：期終考試占70%，平時（作業(yè)）占20%，實(shí)驗(yàn)占10%。,答疑安排：另行安排,三.教學(xué)安排,電路,講課60時實(shí)驗(yàn)12時,講課38時實(shí)驗(yàn)10時,四.加強(qiáng)作業(yè)考核,1.每班分為A、B兩組（按名單順序，前半部分為A組，后半部分為B組），第一次交作業(yè)時，課代表按順序給每個人編號，將順序號、組號、學(xué)號寫到封面右上角。2.按老師通知交作業(yè)，每次批改一半給出成績，同時檢查登記另一半完成情況。,3.每章交一次作業(yè)，由課代表收齊按名單順序排好，上課時交給我。4.作業(yè)成績占總成績的20%。5.累計缺交1/3者，不允許參加考試，成績按0分計（學(xué)校規(guī)定）。6.可以不抄題，但必須畫電路圖，畫圖要規(guī)范，敘述要清楚，字跡要端正。課間各班課代表（或?qū)W委到前面來一下）,五、實(shí)驗(yàn),1.本周各班課代表盡快與王欣勇老師聯(lián)系，安排實(shí)驗(yàn)時間。王老師電話657690602.每次實(shí)驗(yàn)前，必須寫出預(yù)習(xí)報告；實(shí)驗(yàn)后用規(guī)定的報告紙認(rèn)真寫出總結(jié)報告，封面要填寫完整，在下一次實(shí)驗(yàn)時，由課代表收齊交給老師。3.實(shí)驗(yàn)成績占總成績的10%，累計缺做實(shí)驗(yàn)1/3或缺交實(shí)驗(yàn)報告1/3者，不允許參加考試，本課程成績按0分計（學(xué)校規(guī)定）。,例1：卷面：50分作業(yè)：85分實(shí)驗(yàn)：85分總評：500.7+850.2+850.1=60.5分例2：卷面：50分作業(yè)：70分實(shí)驗(yàn)：70分總評：500.7+700.2+700.1=56分由教務(wù)處成績申報系統(tǒng)自動計算歸檔,本課程網(wǎng)站利用,河南科技大學(xué),,教育在線精品課程,電路,,,210.43.7.6/dgdz2,第一章電路模型和電路定律,本章內(nèi)容,1.電壓、電流的參考方向,3.基爾霍夫定律,重點(diǎn)：,2.電阻元件和電源元件的特性,返回,1-1電路和電路模型,1.實(shí)際電路,功能,,,(a)能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；(b)信息的傳遞、控制與處理。,建立在同一電路理論基礎(chǔ)上。,由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。,下頁,上頁,共性,,返回,,電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。,反映實(shí)際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。,,2.電路模型,,電路圖,,,理想電路元件,,有某種確定的電磁性能的理想元件。,電路模型,下頁,上頁,返回,5種基本的理想電路元件：,電阻元件：表示消耗電能的元件。,電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件。,電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件。,電壓源和電流源：表示將其他形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。,5種基本理想電路元件有三個特征：（a）只有兩個端子；（b）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述；（c）不能被分解為其他元件。,下頁,上頁,注意,返回,具有相同的主要電磁性能的實(shí)際電路部件，在一定條件下可用同一電路模型表示。同一實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其電路模型可以有不同的形式。,下頁,上頁,,,,例,,電感線圈的電路模型,注意,返回,1-2電流和電壓的參考方向,電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。,1.電流的參考方向,,,電流,,電流強(qiáng)度,帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動,單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷,下頁,上頁,返回,方向,,規(guī)定正電荷的運(yùn)動方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向,單位,1kA=103A1mA=10-3A1?A=10-6A,A（安[培]）、kA、mA、?A,,元件(導(dǎo)線)中電流流動的實(shí)際方向只有兩種可能:,?,?,對于復(fù)雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷。,下頁,上頁,問題,返回,參考方向,任意假定一個正電荷運(yùn)動的方向即為電流的參考方向。,,i>0,i0吸收正功率(實(shí)際吸收),p0發(fā)出正功率(實(shí)際發(fā)出),p<0發(fā)出負(fù)功率(實(shí)際吸收),u,i取非關(guān)聯(lián)參考方向,下頁,上頁,返回,2.電路電源與負(fù)載的判別,U、I參考方向不同，P=-UI?0，負(fù)載；?0，電源。,U、I參考方向相同，P=UI?0，負(fù)載；?0，電源。,1.根據(jù)U、I的實(shí)際方向判別,2.根據(jù)U、I的參考方向判別,電源：（發(fā)出功率）U、I實(shí)際方向相反，即電流從“+”端流出；,負(fù)載：（吸收功率）U、I實(shí)際方向相同，即電流從“-”端流出。,例3-1,求圖示電路中各方框所代表的元件吸收或發(fā)出的功率。,下頁,上頁,已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A。,返回,解,對一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率＝吸收的功率,下頁,上頁,注意,返回,下頁,上頁,1-4電路元件,是電路中最基本的組成單元。,1.電路元件,返回,5種基本的理想電路元件：,電阻元件：表示消耗電能的元件。,電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件。,電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件。,電壓源和電流源：表示將其他形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。,注意,如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系式是線性關(guān)系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。,,,2.集總參數(shù)電路,,由集總元件構(gòu)成的電路,集總元件,,假定發(fā)生的電磁過程都集中在元件內(nèi)部進(jìn)行。,集總條件,,下頁,上頁,集總參數(shù)電路中u、i可以是時間的函數(shù)，但與空間坐標(biāo)無關(guān)。因此，任何時刻，流入兩端元件一個端子的電流等于從另一端子流出的電流；端子間的電壓為確定值。,注意,返回,下頁,上頁,例,集總參數(shù)電路,兩線傳輸線的等效電路。,當(dāng)兩線傳輸線的長度l與電磁波的波長滿足：,,返回,下頁,上頁,分布參數(shù)電路,當(dāng)兩線傳輸線的長度l與電磁波的波長滿足：,返回,等效電路為：,1-5電阻元件,2.線性時不變電阻元件,電路符號,電阻元件,,對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可用u-i平面上的一條曲線來描述：,任何時刻端電壓與電流成正比的電阻元件。,1.定義,伏安特性,下頁,上頁,O,返回,u-i關(guān)系,R稱為電阻，單位：?(歐[姆]),,滿足歐姆定律,單位,,G稱為電導(dǎo)，單位：S(西[門子]),u、i取關(guān)聯(lián)參考方向,下頁,上頁,伏安特性曲線為一條過原點(diǎn)的直線,返回,如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)聯(lián)，公式中應(yīng)冠以負(fù)號。,說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。,歐姆定律,,只適用于線性電阻(R為常數(shù)）。,則歐姆定律寫為,u?–Rii?–Gu,公式和參考方向必須配套使用！,下頁,上頁,注意,返回,3.功率和能量,電阻元件在任何時刻總是吸收功率的。,p?ui?(–Ri)i?–i2R?-u2/R,p?ui?i2R?u2/R,功率,下頁,上頁,表明,返回,從t0到t電阻吸收的能量：,4.電阻的開路與短路,能量,短路,,開路,,,,下頁,上頁,O,O,返回,下頁,上頁,實(shí)際電阻器,返回,1-6電壓源和電流源,,電路符號,1.理想電壓源,定義,,下頁,上頁,其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與流過它的電流i無關(guān)的元件叫理想電壓源。,返回,電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)。,通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。,理想電壓源的電壓、電流關(guān)系,直流電壓源的伏安特性曲線,下頁,上頁,例,外電路,,,,電壓源不能短路！,O,返回,電壓源的功率,電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)。,,,電流（正電荷）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出功率。,,發(fā)出功率，起電源作用,物理意義：,下頁,上頁,,電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。,物理意義：,電場力作功，電源吸收功率。,,吸收功率，充當(dāng)負(fù)載。,返回,例6-1,計算圖示電路各元件的功率。,解,發(fā)出,吸收,吸收,滿足：P（發(fā)）＝P（吸）,下頁,上頁,返回,其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u無關(guān)的元件叫理想電流源。,電路符號,2.理想電流源,定義,,下頁,上頁,理想電流源的電壓、電流關(guān)系,電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓的方向、大小無關(guān)。,返回,電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。,直流電流源的伏安特性曲線,下頁,上頁,O,例,外電路,,,,電流源不能開路！,返回,可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。,下頁,上頁,實(shí)際電流源的產(chǎn)生：,電流源的功率,,電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)。,,發(fā)出功率，起電源作用。,電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)。,,吸收功率，充當(dāng)負(fù)載。,返回,實(shí)際電源,干電池,鈕扣電池,1.干電池和鈕扣電池（化學(xué)電源）,干電池電動勢為1.5V，僅取決于（糊狀）化學(xué)材料，其大小決定儲存的能量，化學(xué)反應(yīng)不可逆。,鈕扣電池電動勢為1.35V，用固體化學(xué)材料制成，化學(xué)反應(yīng)不可逆。,下頁,上頁,返回,氫氧燃料電池示意圖,2.燃料電池（化學(xué)電源）,燃料電池電動勢為1.23V。以氫、氧作為燃料。約40%?45%的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?shí)驗(yàn)階段加燃料可繼續(xù)工作。,下頁,上頁,返回,3.太陽能電池（光能電源）,一塊太陽能電池電動勢為0.6V。太陽光照射到PN結(jié)上，形成一個從N區(qū)流向P區(qū)的電流。約11%的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，故常用太陽能電池板?一個50cm2太陽能電池的電動勢為0.6V,電流為0.1A。,太陽能電池板,下頁,上頁,返回,蓄電池示意圖,4.蓄電池（化學(xué)電源）,電池電動勢為2V。使用時，電池放電，當(dāng)電解液濃度小于一定值時，電動勢低于2V，常需要充電，化學(xué)反應(yīng)可逆。,下頁,上頁,返回,直流穩(wěn)壓源,下頁,上頁,返回,發(fā)電機(jī)組,下頁,上頁,返回,風(fēng)力發(fā)電,下頁,上頁,返回,工業(yè)風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)場,下頁,上頁,返回,1-7受控電源(非獨(dú)立源),電路符號,受控電壓源,1.定義,,受控電流源,電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某處的電壓(或電流)控制的電源，稱為受控電源。,下頁,上頁,返回,四端元件,電流控制的電流源(CCCS),?:電流放大倍數(shù),根據(jù)控制量和被控制量是電壓u或電流i，受控源可分四種類型：電壓控制電流源、電壓控制電壓源、電流控制電流源、電流控用電壓源。,2.分類,輸出：受控部分,輸入：控制部分,下頁,上頁,返回,g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo),電壓控制的電流源(VCCS),電壓控制的電壓源(VCVS),?:電壓放大倍數(shù),下頁,上頁,返回,電流控制的電壓源(CCVS),r:轉(zhuǎn)移電阻,例,,,電路模型,下頁,上頁,返回,3.受控源與獨(dú)立源的比較,獨(dú)立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其他電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。,獨(dú)立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的電壓或電流的控制關(guān)系，在電路中不能作為“激勵”。,下頁,上頁,返回,例7-1,求電壓u2。,解,下頁,上頁,返回,1-8基爾霍夫定律,基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律(KVL)。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。,下頁,上頁,返回,1.幾個名詞,電路中通過同一電流的分支。,元件的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。,b=3,a,n=4,b,支路,,,電路中每一個兩端元件就稱為一條支路。,結(jié)點(diǎn),,b=5,下頁,上頁,或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。,n=2,注意,兩種定義分別用在不同的場合。,返回,由支路組成的閉合路徑。,兩結(jié)點(diǎn)間的一條通路。由支路構(gòu)成。,對平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。,l=3,3,,路徑,,回路,,網(wǎng)孔,,網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。,下頁,上頁,注意,返回,2.基爾霍夫電流定律(KCL),令流出為“+”，有：,例,在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意結(jié)點(diǎn)流出（或流入）該結(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。,流進(jìn)的電流等于流出的電流,下頁,上頁,返回,例,三式相加得：,KCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個結(jié)點(diǎn)的任一閉合面。,,下頁,上頁,表明,返回,KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)點(diǎn)處的反應(yīng)。,KCL是對結(jié)點(diǎn)處支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)。,KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電流實(shí)際方向無關(guān)。,下頁,上頁,明確,返回,3.基爾霍夫電壓定律(KVL),下頁,上頁,標(biāo)定各元件電壓參考方向。,選定回路繞行方向，順時針或逆時針。,在集總參數(shù)電路中，任一時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。,返回,–U1–US1+U2+U3+U4+US4=0,U2+U3+U4+US4=U1+US1,或,–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4,下頁,上頁,KVL也適用于電路中任一假想的回路。,注意,返回,例,KVL的實(shí)質(zhì)反映了電路遵從能量守恒。,KVL是對回路中的支路電壓加的約束，與回路各支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)。,KVL方程是按電壓參考方向列寫的，與電壓實(shí)際方向無關(guān)。,下頁,上頁,明確,返回,4.KCL、KVL小結(jié),KCL是對支路電流的線性約束，KVL是對回路電壓的線性約束。,KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。,KCL表明在每一結(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的；KVL是能量守恒的具體體現(xiàn)(電壓與路徑無關(guān))。,KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。,下頁,上頁,返回,