20191-01电路和电路模型以及电路基本物理量.ppt
Dept. of Control Engineering, ChengDu University of Information Technology,讲述人： 伍瑾斐 联系方式：科教楼101室 E-mail： wjfcuit.edu.cn 教师课件：伍瑾斐 密码： 55555,电路分析基础,成都信息工程学院-控制工程系,前 言,5、考核：教、考分离，考试成绩80%，平时成绩20%。,1、课程性质: 电类学科的专业基础课程 2、课程目标: 理解基本概念、基本定律、基本定理； 掌握基本分析方法。 3、课程的教授方式：讲授、讨论 4、学习方法与要求： 1）深刻理解：基本概念、基本定律、基本定理。 2）熟练掌握各种电路的基本分析方法并灵活运用。 3）认真听课，做好笔记。 4）学和练有机结合。 5）每周上交一次作业。,成都信息工程学院-控制工程系,三、电路课程的基本结构 一个假设（集总假设） 两类约束（元件约束和拓扑约束） 基本方法（叠加、分解、变换域和系统分析） 叠加方法的理论基础是叠加定理（第4章） 分解方法的理论基础是置换定理、戴维南定理、诺顿定理和互易定理（第4章） 变换域方法包含相量分析法（第10章）和域分析法（第14章） 一般分析（第3章）,成都信息工程学院-控制工程系,上 篇 电阻电路分析,第一章 电路的基本概念和分析方法,常用电路元件：,基本概念：,基本变量：,基本定律：,集总参数电路、集总参数元件、两类约束等。,电压、电流、功率。,常用电路元件的VCR定律； 基尔霍夫定律。,重点：电流、电压的参考方向与关联参考方向，基尔霍夫定律。,电阻元件、独立电压源和独立电流源、受控源。,成都信息工程学院-控制工程系,§11 电路和电路模型,在实践中，为了达到某种目的，人们需要设计、安装一些实际电路，并让它运行。 一、实际电路 由电器元件按一定方式连接而成。作用是：,电能量的传输、分配与转换；信号传递与处理。,低频信号发生器的内部结构,成都信息工程学院-控制工程系,构成实际电路的电器件,电源,电阻器,蓄电池,交流稳压电源,成都信息工程学院-控制工程系,电容器,电感线圈,铁心电抗器,成都信息工程学院-控制工程系,变压器,晶体管和集成电路,成都信息工程学院-控制工程系,电源：对电路提供电能或电信号的设备。,负载：用电的设备。 在电源作用下，电路中产生了电压和电流。所以电源又称为激励源，而在电路中产生的电压和电流则称为响应。 根据这种因果关系，激励与响应 有时也称为 输入与输出。,尽管实际电路种类繁多，千变万化，但都受基本规律的支配电路理论。,成都信息工程学院-控制工程系,二、关于电路理论,是一门研究网络分析与综合或设计的基础工程学科，与近代系统理论关系密切。 研究的方法：通过建立一种电路模型来分析电路中发生的电磁现象，并用电流、电压、电荷和磁通等物理量描述其中的过程。 研究的内容：本教材主要研究电路的基本定律、定理和各种计算方法，以便求解电路中的某些物理量。 一般不涉及器件内部发生的物理过程。 研究的对象：是电路模型而不是实际电路。,成都信息工程学院-控制工程系,电路理论涉及的物理量主要有：,电流、电压、电荷、磁通、磁链、电功率、电能量等； 时变量用小写字母表示： i(t) 、u(t) 、q(t) 、f (t) 、y (t) 、p(t) 、w(t),恒定量用大写字母表示： I 、U 、Q 、F 、Y 、P 、W,成都信息工程学院-控制工程系,三、电路模型,实际器件不只表现出一种电路性质 例如：一个线圈,而当频率较高时，还要考虑电容效应，其模型中还应包含电容元件。,在直流情况下的模型是一个电阻元件；,在较低频率情况下的模型是一个电阻元件和一个电感元件的串联组合；,成都信息工程学院-控制工程系,理想电路元件是具有某种确定电磁性质的假想元件，是一种理想化模型并具有精确的数学定义，即电压电流方程。,在电路模型中，各理想电路元件均由“理想导线”连接起来。 根据端子的数目，理想电路元件分为： 两端、三端和四端元件等。,电路模型是实际电路的理想化的模型。,为了分析方便 必须在一定的条件下，对实际器件加以理想化处理，即：忽略它的次要性质，用理想电路元件或它们的组合来表示实际器件(建模)。,成都信息工程学院-控制工程系,四、实际电路与电路模型的关系,电路分析,电路综合,目的：通过对电路模型的分析计算来预测实际电路的特性，从而改进实际电路的电气特性和设计出新的电路。,任务：掌握电路的基本理论和电路的基本分析方法。,说明：本书只对集总电路模型中的线性、时不变、静态、动态电路进行分析。牢固建立“电路模型”概念。,成都信息工程学院-控制工程系,图11 手电筒电路,(a) 实际电路 (b) 电原理图（电气图）(c) 电路模型（电路图）(d) 拓扑结构图,最简单的实际电路和它的理想化模型,成都信息工程学院-控制工程系,图12 晶体管放大电路 (a)实际电路 (b)电原理图 (c)电路模型 (d)拓扑结构图,成都信息工程学院-控制工程系,成都信息工程学院-控制工程系,成都信息工程学院-控制工程系,一、电流和电流的参考方向,1、定义,单位时间内通过导体横截面的电荷，即：,2、分类,1）恒定电流 2）时变电流 3）交流电流,§12 电路的基本物理量,电流：SI单位 安培（A） 用符号i 或I表示 电荷：SI单位 库仑（C） 用符号q或Q表示,成都信息工程学院-控制工程系,3、实际方向,4、参考方向,在电路分析中，当电流的流向不定或者难以判别时，先任意选定一个方向作为电流的方向，这个方向叫做电流的参考方向。参考方向也可以用双下标表示：如iba，其参考方向是由b指向a。,习惯上规定为正电荷运动的方向。,5、参考方向与实际方向的关系,若电流i的实际方向与参考方向一致，则i0; 或若i0，表明实际方向与参考方向相反。,注意：在未标注参考方向时，电流的正、负无意义。,成都信息工程学院-控制工程系,例1：已知电流的实际方向由a到b，大小为2A。 问如何表示这一电流？,解：有两种表示法：,1、参考方向与实际方向一致,I=2A,2、参考方向与实际方向相反,I=-2A,成都信息工程学院-控制工程系,解：,1、i=1A 电流的实际方向与参考方向一致,即：由b到a。,2、i=-1A 电流的实际方向与参考方向不一致，即：由a到b。,例2：选电流i的参考方向如图。 若算出i=1A或i=-1A，求电流i的实际方向。,成都信息工程学院-控制工程系,单位正电荷由电路中a点移动到b点所失去或获得的能量，称为a、b两点的电压，即：,2、分类,1）恒定电压 2）时变电压 3）交流电压,二、电压和电压的参考方向,1、定义,电压：SI单位 伏特（V） 用符号u或U表示。 能量：SI单位 焦耳（J） 用符号w或W表示。,成都信息工程学院-控制工程系,3、实际极性 习惯上认为电压的实际方向是从高电位指向低电位。高电位称为正极，低电位称为负极。 4、参考极性 在分析电路时，参考极性为任意假定，在元件或电路的两端用“+”和“”表示；电压的参考方向也可以用双下标表示：如 uAB ，其参考方向是由A指向B。,5、参考极性与实际极性的关系,注意： 必须指定参考方向，电压的正或负值才有意义。,1）若u 0，实际极性与参考极性相同 2）若u 0，实际极性与参考极性相反,成都信息工程学院-控制工程系,例,已知：Ua=3V,Ub=1V,求元件两端的电压U=?,解：两种结果,（1）,+ U ,U=Uab =Ua-Ub=2V,表示实际极性与参考极性一致。,（2）, U ,U= Uba=Ub-Ua= -2V,表示实际极性与参考极性相反。,成都信息工程学院-控制工程系,养成习惯：分析电路时，先指定各处电流和电压的参考方向！,指定参考方向后，电流和电压成为代数量，因此可用函数表示。否则，电流和电压的正负无意义。,对一段电路或一个元件上的电压参考方向和电流参考方向可以独立地加以任意指定。,关联参考方向：电流与电压的参考方向一致。,关联参考方向,非关联参考方向,成都信息工程学院-控制工程系,三、电功率 定义：表示二端元件或二端网络吸收或提供能量的速率。单位：瓦 (W) 数学表达式：p(t)=dw/dt 或 p(t)=i(t)u(t)、p(t)=-i(t)u(t),P与U和I的关系式：,在关联方向下：,在非关联方向下：,P0 ，吸收功率； P0，提供功率,p和i、 u一样，也是代数量，可正、可负。,成都信息工程学院-控制工程系,功率计算公式p = ui 不仅适合于一个元件，也适用于任何一段电路。,在关联参考方向下：p = ui 在非关联参考方向下：p =-ui p0，说明吸收功率。 p0，说明吸收负功率，实际上是发出功率。,成都信息工程学院-控制工程系,例 在下图电路中，已知U1=1V, U2=-6V, U3=-4V,U4=5V, U5=-10V, I1=1A, I2=-3A , I3=4A, I4=-1A, I5=-3A。,整个电路吸收的功率为,求：各二端元件吸收的功率，以及整个电路吸收的功率。,对一完整的电路，发出的功率消耗的功率，满足功率平衡。,成都信息工程学院-控制工程系,END！,
