电路模型和电路定律课件.ppt
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1、关于电路模型和电路定律现在学习的是第1页,共83页1.1.电流、电压的参考方向电流、电压的参考方向4.4.基尔霍夫定律基尔霍夫定律 重点重点2.2.电阻元件的特性电阻元件的特性3.3.电源元件的特性电源元件的特性现在学习的是第2页,共83页1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型一、电路一、电路1 1、定义、定义 由各种电气设备或电子器件,按照一定的方式连接起来,构成的电流通路装置。(构成电流通路的一切设备的总和)现在学习的是第3页,共83页2.2.构成构成.电源电源或或信号源信号源负负载载中中间间环环节节从能量传输角度从能量传输角度:从信号处理角度从信号处理角度:电路电路(网络)(网络)
2、激励激励输入输入响应响应输出输出电电源源电压电压电流电流现在学习的是第4页,共83页3.3.作用作用b.b.进行信号的处理和传递进行信号的处理和传递 (弱电)(弱电)c.c.进行信息的存贮进行信息的存贮a.a.进行能量的转换与传输进行能量的转换与传输 (强电)(强电)现在学习的是第5页,共83页二、电路模型二、电路模型 可以表征或近似表征实际电路(器件)中所发生的可以表征或近似表征实际电路(器件)中所发生的重要物理过程,由重要物理过程,由理想电路元件理想电路元件连接而成。连接而成。理想电路元件: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,只具有根据实际电路元件所具备的电磁性质所设想,
3、只具有单一单一的电磁性质的元件,都有各自的精确定义,并且用规定的的电磁性质的元件,都有各自的精确定义,并且用规定的图形符号表示。图形符号表示。现在学习的是第6页,共83页三、理想电路元件的种类三、理想电路元件的种类无无源源元元件件RLC表示消耗电能的元件表示消耗电能的元件表示储存电场能量的元件表示储存电场能量的元件表示储存磁场能量的元件表示储存磁场能量的元件有有源源元元件件表示将其它形式的能量转变成表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。Su+_Siusis现在学习的是第7页,共83页电电路路模模型型实实际际电电路路理理想想电电路路元元件件现在学习的是第8页,共83页10BASE-
4、T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡电路模型电路模型注意注意 电路模型的解与实际电路的解存在差异时,要查找电路模型是否考虑不周电路模型的解与实际电路的解存在差异时,要查找电路模型是否考虑不周,及时调整电路模型,及时调整电路模型电路分析理论所研究的对象都是由电路分析理论所研究的对象都是由理想电路元件理想电路元件组成的实际电路的组成的实际电路的电路模型。电路模型。sRLRsU现在学习的是第9页,共83页四、集总参数元件和集总参数电路四、集总参数元件和集总参数电路由集总元件构成的电路由集总元件构成的电路集总参数元件:集总参数元件:前面所谓的前面所谓的“理想化理想化”指的是:假定这
5、些现象可以指的是:假定这些现象可以分别研究,并且这些电磁过程(消耗电能、储存电分别研究,并且这些电磁过程(消耗电能、储存电场能量、储存磁场能量)都分别集中在各元件内部场能量、储存磁场能量)都分别集中在各元件内部进行。进行。集总参数电路中集总参数电路中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,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;端子间的电压为单值量。;端子间的电压为单值量。注意集总参数电路:集总参数电路:集总条件:集总条件:d现在学习的是第10页,共83页例例:
6、我国电力用电的频率为我国电力用电的频率为50Hz,10km长的供电线路算不算集总参数长的供电线路算不算集总参数电路?电路?1000km长的供电线路呢?长的供电线路呢?83 10=600050ckmf 对于以工频条件下工作的电气电子设备而言,其尺寸远小于这对于以工频条件下工作的电气电子设备而言,其尺寸远小于这一波长,可按照集总参数电路处理。一波长,可按照集总参数电路处理。对于远距离输电线来说,就必须考虑电场和磁场沿电路分布的现象对于远距离输电线来说,就必须考虑电场和磁场沿电路分布的现象,不能按照集总参数电路处理,而要用分布参数表征。,不能按照集总参数电路处理,而要用分布参数表征。答:答:50Hz
7、频率对应的波长为:频率对应的波长为:10km 6000km 可看做集总参数电路可看做集总参数电路1000km 0实际方向与参考方向一致实际方向与参考方向一致i 0,表明该时刻电流的实际方向与参考方向表明该时刻电流的实际方向与参考方向相同相同;若计算出的电流若计算出的电流i(t)0参考方向参考方向U+参考方向参考方向U+0 表示元件吸收功率表示元件吸收功率(得到能量得到能量)+-iu+-iup 0 表示元件发出功率表示元件发出功率(失去能量失去能量)p 0 表示元件吸收功率表示元件吸收功率(得到能量得到能量)p 0 表示元件发出功率表示元件发出功率(失去能量失去能量)吸收功率,元件为负载,发出功
8、率,元件为电源吸收功率,元件为负载,发出功率,元件为电源现在学习的是第27页,共83页例例1.1.计算图中所示各元件的功率,并判断元件的性质(电计算图中所示各元件的功率,并判断元件的性质(电源或负载)源或负载)+-U=10VI=3A(a)+-U=5VI=-2A(b)+-U=-7VI=4A(c)解解:(a)U与与I是关联参考方向是关联参考方向030103WUIP元件吸收元件吸收30W功率,是负载功率,是负载(b)U与与I是关联参考方向是关联参考方向01052WUIP元件发出元件发出10W功率,是电源功率,是电源(c)U与与I是非关联参考方向是非关联参考方向028)7(4WUIP元件吸收元件吸收2
9、8W功率,是负载功率,是负载或或028)7(4WUIP元件吸收元件吸收28W功率,是负载功率,是负载现在学习的是第28页,共83页例例2.下图下图A中元件吸收功率中元件吸收功率125W,图,图B中元件发出功率中元件发出功率240W,图,图C中元件吸收功率中元件吸收功率75W,求如图所示电路中流过各元件的电流,求如图所示电路中流过各元件的电流I。+-U=25VI(A)+-U=80VI(B)+-U=-15VI(C)解解:(A)U与与I是关联参考方向是关联参考方向125UIP(B)U与与I是关联参考方向是关联参考方向(C)U与与I是非关联参考方向是非关联参考方向AUPI525125240UIPAUP
10、I38024075UIPAUPI51575现在学习的是第29页,共83页例例3计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率:吸收吸收1010W功率功率对一完整的电路,满足:对一完整的电路,满足:发出的功率吸收的功率,发出的功率吸收的功率,即功率平衡。即功率平衡。注意u2Ais+_5V-+is0W10255sVuiP理想电压源的理想电压源的u与与is是关联参考方向是关联参考方向理想电流源的理想电流源的u与与is是非关联参考方向是非关联参考方向0W10252sAuiP发出发出1010W功率功率现在学习的是第30页,共83页例例4:已知图(:已知图(a)中)中N吸收的功率为吸收的功率为100W,
11、I=2A,求端口电压,求端口电压U,并说明其真实方向。若图并说明其真实方向。若图(b)中中N发出的功率为发出的功率为100W,U=-100V,求,求端口电流端口电流I并说明其真实方向。并说明其真实方向。IN+-UIN+-U(a)(b)解解:(a)U与与I是非关联参考方向是非关联参考方向100 UIPVIPU502100所以,所以,U的实际方向与参考方向相反的实际方向与参考方向相反(b)U与与I是关联参考方向是关联参考方向100UIPAUPI1100100所以,所以,I的实际方向与参考方向一致的实际方向与参考方向一致现在学习的是第31页,共83页乔治西蒙欧姆(17871854年)德国物理学家。1
12、.5 1.5 电阻元件电阻元件 欧姆:欧姆:18031803年考入埃尔兰根大学,未毕业就在一年考入埃尔兰根大学,未毕业就在一所中学教书。所中学教书。18111811年又回到埃尔兰根完成了大学学年又回到埃尔兰根完成了大学学业,于业,于18131813年获得哲学博士学位。年获得哲学博士学位。18171817年,他的年,他的几何学教科书几何学教科书一书出版。同年应聘在科隆大学一书出版。同年应聘在科隆大学预科教授物理学和数学。在该校设备良好的实验预科教授物理学和数学。在该校设备良好的实验室里,作了大量实验研究,完成了一系列重要发室里,作了大量实验研究,完成了一系列重要发明。明。他最主要的贡献是通过实验
13、发现了电流公式他最主要的贡献是通过实验发现了电流公式,后来被称为欧姆定律。其定义是:在电路中两,后来被称为欧姆定律。其定义是:在电路中两点间,当通过点间,当通过1 1安培稳恒电流时,如果这两点间的安培稳恒电流时,如果这两点间的电压为电压为1 1伏特,那么这两点间导体的电阻便定伏特,那么这两点间导体的电阻便定义为义为1 1欧姆。欧姆。现在学习的是第32页,共83页 若一个二端元件所具有的电压和电流之间的关系可若一个二端元件所具有的电压和电流之间的关系可用用ui平面上的一条曲线来描述,则此二端元件称为平面上的一条曲线来描述,则此二端元件称为电阻元件。电阻元件。0),(iufiu01.1.定义定义电
14、阻元件的伏安特性电阻元件的伏安特性(VAR)VCR:Voltage Current Relation,元件的电流和电压关系。元件的电流和电压关系。VAR:Volt Ampere Relation,伏安关系。伏安关系。现在学习的是第33页,共83页任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。2 2、线性电阻元件、线性电阻元件ui0 uRtgi1 k =103 ;1 M =106 电路符号电路符号:R线性电阻元件的线性电阻元件的(伏安特性伏安特性)单位:单位:(欧姆)现在学习的是第34页,共83页G 称为电导,单位:称为电导,单位:S(西门子西门子)u、i 取取关联
15、关联参考方向参考方向Rui+u,i 取关联参考方向;取关联参考方向;只适用于线性电阻只适用于线性电阻(R 为常数);为常数);注意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。GuuRi1Riu iuR 3 3、欧姆定律、欧姆定律现在学习的是第35页,共83页则欧姆定律写为:则欧姆定律写为:u R i i G uu、i 取取非关联非关联参考方向参考方向Rui+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!现在学习的是第36页,共83页电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p-u i-(-R i)i i2 R u2/Rp u i
16、i2R u2/R表明4 4、功率功率Rui+Rui+现在学习的是第37页,共83页V200V100k100iV200V100k100iV200k100ik100i+V200+A2101002003mi u,i 取取关联参考方向关联参考方向A2101002003mi u,i 取非取非关联参考方向关联参考方向A3101002001003miA3101002001003mi u,i 取取关联参考方向关联参考方向 u,i 取非取非关联参考方向关联参考方向现在学习的是第38页,共83页ui5.5.电阻的开路与短路电阻的开路与短路 短路短路0 0uiGor R 0 开路开路0 0ui0 Gor RuiRi
17、u+u+i00负载负载-大小用电流来衡量大小用电流来衡量RR负载越小负载越小负载越大负载越大极端情况,电路开路极端情况,电路开路极端情况,电路短路极端情况,电路短路电流越小电流越小电流越大电流越大现在学习的是第39页,共83页颜色代表数值代表误差黑0棕11%(常见)红22%(常见)橙33%黄44%绿50.5%蓝60.2%紫70.1%灰80.05%白9金5%(常见)银10%(常见)固定阻值的电阻计算固定阻值的电阻计算颜色代表不同的数字:颜色代表不同的数字:现在学习的是第40页,共83页 四色环电阻色环表示意义:四色环电阻色环表示意义:第一条色环:阻值的第一位数字;第一条色环:阻值的第一位数字;第
18、二条色环:阻值的第二位数字;第二条色环:阻值的第二位数字;第三条色环:第三条色环:1010的幂数;的幂数;第四条色环:误差表示第四条色环:误差表示。最前面的两道环是读数,第三道环代表读数后有几个零,最前面的两道环是读数,第三道环代表读数后有几个零,第四环表示误差。第四环表示误差。%51210123kR现在学习的是第41页,共83页 五色环电阻色环表示意义:五色环电阻色环表示意义:第一条色环:阻值的第一位数字;第一条色环:阻值的第一位数字;第二条色环:阻值的第二位数字;第二条色环:阻值的第二位数字;第三条色环:阻值的第三位数字;第三条色环:阻值的第三位数字;第四条色环:第四条色环:1010的幂数
19、;的幂数;第五条色环:误差表示第五条色环:误差表示。最前面的三道环是读数,第四道环代表读数后有几个零,最前面的三道环是读数,第四道环代表读数后有几个零,第五环表示误差。第五环表示误差。六色环电阻色环表示意义:六色环电阻色环表示意义:前五环的读法与五色环电阻读法相同,第六环表示电阻的温度系数。前五环的读法与五色环电阻读法相同,第六环表示电阻的温度系数。%1562105623kR现在学习的是第42页,共83页 1.6 1.6 电压源和电流源电压源和电流源二、电压源二、电压源1.1.理想电压源理想电压源 若一个二端元件其输出的电压恒定或者是时间函数,与流过它的若一个二端元件其输出的电压恒定或者是时间
20、函数,与流过它的电流和外电路无关。电流和外电路无关。一、一、独立电源独立电源 若一个二端元件所输出的电压(电流)仅由其本身性质决定,称为独立若一个二端元件所输出的电压(电流)仅由其本身性质决定,称为独立电源。电源。现在学习的是第43页,共83页1 1)电路符号)电路符号:us2)基本性质:)基本性质:a a、电源两端电压由电源本身决定,与外电路以及流经它、电源两端电压由电源本身决定,与外电路以及流经它的电流方向、大小无关。的电流方向、大小无关。(u(t)=us)b b、通过电压源的电流由电源及外电路共、通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。同决定。(i(t)=任意值任意值)Ri-+Su外电路
21、外电路RuiS)(0Ri)0(Ri电压源不能短路!电压源不能短路!直流电压源的伏安关系直流电压源的伏安关系ui0usus=0,相当于短路相当于短路,电压源不作用,电压源不作用(置零)(置零)现在学习的是第44页,共83页2.2.实际电压源实际电压源IbUSURsRL+_+_a 若实际电源输出的电压值变化不大,可用电压源和电若实际电源输出的电压值变化不大,可用电压源和电阻相串联的电源模型表示,即实际电源的阻相串联的电源模型表示,即实际电源的电压源模型电压源模型。1 1)电路模型)电路模型 一个二端元件其输出的电压随流过它的电流而变化。一个二端元件其输出的电压随流过它的电流而变化。现在学习的是第4
22、5页,共83页2 2)伏安特性)伏安特性SRSSSUUUR IU 3)讨论讨论开路时 I=0 U=US=UOC开路电压SSCSUIIR短路时 U=0 短路电流电压源不允许短路使用!电压源不允许短路使用!电压源模型外特性电压源模型外特性UI0US-RSIRS越小越好越小越好现在学习的是第46页,共83页电流源的输出电流由电源本身决定,与外电路无关;与它两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。端电压方向、大小无关。(i(t)=is)三、电流源三、电流源1.1.理想电流源理想电流源 若一个二端元件其输出的电流恒定或者是时间函数,与它两端若一个二端元件其输出的电流恒
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