电路理论第一章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电路理论第一章,二、学什么？,三、怎样学？,一、为什么学？,电路理论,课程介绍,一、课程性质和目的,为什么要学这门课,电路理论：电子与电气信息类专业的,重要技术基础课,基础性,：理论严密、逻辑性强,应用性,：有广阔的工程背景,二、课程内容（学什么？）,电路理论：电路基本概念、电路基本规律、,电路基本分析方法,教材：,电路基础理论,课堂教学（,72,学时）,第,1,章,电路基本定律与二端电阻性元件,电阻电路,第,2,章,简单电阻电路的等效变换,（直流稳态电路）,第,3,章,多端电阻性元件,第,4,章,电路分析一般方法,第,5,章,电路定理,第,6,章,二端储能元件,正弦稳态,第,7,章,正弦稳态电路分析,电路分析,第,8,章,耦合电感和理想变压器,第,9,章,三相电路,动态电路,分析,第,11,章,电路暂态过程的时域分析,三、,如何学好电路理论,1,、注意掌握,“,三基,”,：,2,、通过习题加深、培养分析能力和运算能力,基本原理、基本分析方法、基本应用,3,、通过实验验证和巩固所学理论,课堂、答疑、作业、自学、讨论,成绩评定：,总学时：,72,平时占,20%(,书面作业,+,到课率,+,课题练习）,课程结束考试占,80%,教学参考资料,电路（第五版）,邱关源,电路分析基础（第四版）,李翰荪,第,1,章,电路基本定律与二端电阻性元件,2012,年,9,月,第,1,章,电路基本定律与二端电阻性元件,电路的基本组成和电路模型,1.1,基尔霍夫定律,1.5,电压及其参考方向,1.2,电阻元件,1.6,电流及其参考方向,1.3,独立电源,1.7,电功率和能量,1.4,本章内容,1.,电压、电流的参考方向,3.,基尔霍夫定律,重点,：,2.,直流电路中功率计算方法,4.,电压源、电流源特性,电路的基本组成和电路模型,1.1.1,电路的基本组成,导线,电池,开关,灯泡,负载：,能将电能转化为其他形式能量的装置。如灯泡、电动机等,电源：,能提供电能或电信号的器件，如电池、发电机、信号发生器。,中间环节：,开关、导线，起传输、分配、控制作用,二端元件,三端元件,四端元件,一端口元件,单口元件,1,、理想电路元件（电路元件）,根据实际电路元件所具备的电磁性质所假想的只具有单一电磁性质的元件。,理想电路元件和电路模型,在实际电路中，能维持电流流动并在其端钮间保持电压的物体称为,电路器件。,2,、理想电路元件分类,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。,3,、,5,种基本的理想二端电路元件,在电路图中，各电路元件都用规定的图形符号表示。,理想电路元件和电路模型,电路理论研究的对象不是实际电路器件，而是电路模型,由理想电路元件互相联接组成的电路称为电路模型,电路模型是由理想电路元件构成。,导线,电池,开关,白炽灯,R,L,+,R,o,E,S,+,U,I,4,、,电路模型,中间环节：开关、导线，起传输、分配、控制作用,KVL可用于回路，也可用于闭合路径（虚拟回路）。,当一个线性电阻元件的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为零值,各支路流过一个电流，称为支路电流；,上节知识复习：,电路模型是由理想电路元件构成。,释放（发出）能量,t0t 的时间段内二端电路吸收的能量代数值,说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。,3、实际直流电源的一种模型,在电路图中，各电路元件都用规定的图形符号表示。,3、无计算过程（变换过程过于简单）,a）规定为正电荷的运动方向,在电压和电流取关联参考方向下，在任何时刻,负载：能将电能转化为其他形式能量的装置。,电路分析基础（第四版）李翰荪,求各元件功率并说明是吸收还是,1.2.1,电压的概念,两点间的电压与路径无关。,2,、电位的概念：各点到参考点的电压,参考点（地）,两点间的电压等于这两点的电位差。,同一问题中只能选择一个电位参考点。,直流电压符号,1.2,电压及其参考方向,1,、电压,结论：,(1),电位是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；,(2),电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。,例,1.,若选择（,4,）为参考点，（,1,）、（,2,）、（,3,）各点的,电位分别为,5V,、,3V,和,6V,。求电压,U,12,、,U,23,、,U,31,。,若将参考点改为（,2,），求其他各点的电位。,电压的（真实）方向,高电位指向低电位,参考方向,事先假定的电位由高到低的方向。,参考方向的表示方法：,+,u,1.2.2,电压的参考方向,电压的参考方向与实际方向关系,+,u,若参考方向与实际方向,相同,相反,+,总结：,参考方向可随意设定。,电压的参考方向和电压值的正负共同决定电压的实际方向。,参考方向改变，电压值符号随之取反。,例,1.,图中 ，试说明,和 两个时刻电压的真实方向。,解：,t,0,时真实方向与参考方向相同。,时真实方向与参考方向相反。,例,2.,已知图中,U,1,5V,，,U,2,3V,，,U,3,2V,，求,U,。,A,C,B,D,解：,上节知识复习：,1,、一个实际电路的电路模型：（）,A.,是唯一的；,B.,在不同应用条件下可以有不的形式电路组成,3,、,U,ab,表示,:(),a,端的电位高于,b,端电位,b,端的电位高于,a,端电位,不能确定,2,、理想电路元件用于表征：,()A.,某种确定的电磁性能；,B.,某种确定的功能。,在电场作用下，大量电荷有规则地移动形成电流。,A,B,1.3,电流及其参考方向,1.3.1,电流的概念,安培（,A,）,I:,直流、恒定电流（不随时间变化）,i,：,大小和方向随时间变化,1.3.2,电流的参考方向,电流的（真实）方向,正电荷定向移动的方向,参考方向,事先假定的正电荷定向移动的方向。,参考方向的表示方法：,实际方向与参考方向相同,实际方向与参考方向相反,总结：,参考方向可随意设定,参考方向改变，电流值符号随之取反,电流的参考方向和电流值的正负共同决定电流的实际方向,1.3.2,电压和电流的关联参考方向,+,u,i,i,+,u,关联,非关联,关联、非关联只用于描述同一对象上的电压、电流,参考方向的关系。,对于,B,部分,U,、,I,参考方向关联,对于,A,部分,U,、,I,参考方向非关联,+,+,u,+,+,u,电,功率和能量,p0,p,0,i,i,电场力做功，消耗电能,吸收能量,非电场力做功，提供电能,释放（发出）能量,1.4.1,电功率,p=ui,二端电路在任一时间吸收或者发出的功率等于该时刻,电压,与,电流,的乘积,u,i,取关联参考方向,p=ui,表示元件吸收的功率,p,0,吸收,正,功率,(,实际吸收,),p,0,发出,正,功率,(,实际发出,),p,0,吸收,正,功率,(,实际吸收,),p=ui,0,吸收,负,功率,(,实际发出,),例,1.,已知,U,1,5V,，,U,2,4V,，,U,3,3V,，,I,1,3A,，,I,2,4A,，,I,3,1A,。求各元件的功率，并说明是吸收还是发出。,例,2.,已知,U,1,7V,，,U,2,2V,，,U,3,U,4,5V,，,I,1,I,2,8A,，,I,3,5A,，,I,4,3,A,。求各元件功率并说明是吸收还是,发出。,注意：,在一个完整电路中，所有元件吸收功率的代数和为零。,吸收功率的代数值,t,0,t,的时间段内二端电路吸收的能量代数值,即,所以,1,度,1,千瓦时,常用电量计量单位,1.4.2,电能量,支路：,电路中每一二端元件,;,各支路流过一个电流，称为,支路电流,；各支路两端电压称为,支路电压,。,节点：,两个或两个条以上支路的连接接点。,回路：,由一条或多条支路组成的闭合路径。,基尔霍夫定律,术语,例,1,：,支路：,ab,、,bc,、,ca,、,（共,6,条）,回路：,abda,、,abca,、,adbca,（共,7,个）,节点,：,a,、,b,、,c,、,d,(,共,4,个）,a,d,b,c,Us,+,G,R,3,R,4,R,1,R,2,I,2,I,4,I,G,I,1,I,3,I,a,b,c,d,网孔（,特殊的回路,）,：在界定面里不含另外支路的回路,集中参数电路中的任一节点，在任一时刻，离开节点的各支路电流,代数和,等于零。,实质,:,电流连续性的体现。,I,1,I,2,I,3,b,a,对节点,a,：,-I,1,-,I,2,+,I,3,=0,或,I,1,+,I,2,I,3,=0,基尔霍夫电流定律（,KCL,）反映了电路中任一节点处各支路电流间相互制约的关系。,1-5-2,基尔霍夫电流定律（,KCL,）,KCL,方程,I,=?,例,2:,闭合曲面,（广义节点）,I,=0,I,A,+,I,B,+,I,C,=0,A,B,C,I,A,I,B,I,C,2,+,_,+,_,I,5,1,1,5,6V,12V,I,1,I,2,I,3,I,2,KCL,与构成电路的元件性质无关。,N,KCL,既可用于节点，又可用于闭合面。,集中参数电路中的任一回路，在任一时刻，沿回路各支路电压,代数和,等于零。,基尔霍夫电压,定律（,KVL,）,KVL,方程,例 列写,KVL,方程,回路,L,1,方程移项，得,沿回路电压升高之和等于电压降低之和。,L,1,KVL,与构成电路的元件性质无关。,电位升,=,电位降,E,2,=,U,BE,+,I,2,R,2,U,=0,I,2,R,2,E,2,+,U,BE,=0,1,对回路,1,：,E,1,U,BE,E,+,B,+,R,1,+,E,2,R,2,I,2,_,KVL,的推广,KVL,方程,KVL,是能量守恒在电路中的体现。,KVL,可用于回路，也可用于闭合路径（虚拟回路）。,节点电压,参考点,用节点电压表示支路电压，则,KVL,自动满足。,l,1,例,1.P,21,1,4,1,、电流的参考方向：,a,）规定为正电荷的运动方向,b,）假定为正电荷的运动方向,2,在同一电路中，选择不同的参考点，各支路电压：,a,）保持不变,b,）一定改变,3.,一个完整的电路，它产生的功率与消耗的功率总是：,a,）相等,b,）不相等,4,判断一段电路是产生还是消耗功率与所设的电压、电流参考方向：,a,）有关,b,）无关,5.,某负载在电压，电流假设关联参考方向下计算所得功率为,-10W,，则该负载,a),吸收功率为,10W,b),发出功率为,10W,上节知识复习：,例,2.P,21,1,5,例,3.P,21,1,6,电阻效应：沿电流方向产生电压降落，消耗电能。,电阻元件：反映电阻效应的理想电路元件。,电阻元件,实物背景和电阻器的主要电磁性质,1,、定义和 关系,一个二端元件，在任一时间如果其两端电压,u(,t),和通过的电流,i,(t),构成确切的代数关系，则此二端元件称为电阻元件。,电路符号,伏安特性曲线,R,线性电阻元件,斜率,R,线性电阻元件,的伏安特性曲线,线性电阻元件的伏安关系（伏安特性）,电阻（欧姆 ）,电导（西门子 ）,在电压和电流取关联参考方向下，在任何时刻,它两端的电压和电流关系服从欧姆定律。,注意：,欧姆定律,(1),只适用于线性电阻，,(R,为常数）,(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),说明线性电阻的电压和电流是同时存在，同时消失的，是无记忆,双向性的元件,练习与思考,P,19,1,6,斜率,R,2,、开路和短路的概念,(1),开路,(2),短路,当一个线性电阻元件的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为零值,当流过一个线性电阻元件的电流不论为何值时，它端电压恒为零值,3,、线性电阻元件的功率,吸收功率代数值,R,只要 ，则,（实际吸收功率）,R,i,+,-,u,说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。,例,1.,(1),若将图中电流参考方向改为 ，则 ，是,否有 ，为什么？,(2),电流参考方向仍为,I,，改变,U,3,的参考方向，如图中,，则端口电压是否为？,将其他形式的能量转化成电能的设备或器件。（输入或激励）,电阻元件,独立电源的实物背景,一个二端元件，当它与任意外部电路连接时，如果总能维持其两端电压为一规定的时间函数,u,S,(,t,),而不受外部电路影响，则此二端元件称为电压源。,电路符号,电压源,直流电压源,专用电路符号,1,、电压源定义,电压源的伏安特性,电压源的伏安特性,电压源的电流取决于所连接的外部电路，与电压源本身的电压无关。,若电压源的电压为零，则该电压源处可用短路代替。,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,电压源本身不能确定其电流,通过外部电路求通过电压源的电流,例,.,求电压源支路的电流,I,。,当一个线性电阻元件的端电压不论为何值时，流过它的电流恒为零值,电路理论研究的对象不是实际电路器件，而是电路模型,课堂、答疑、作业、自学、讨论,（直流稳态电路）第3章 多端电阻性元件,电路分析基础（第四版）李翰荪,练习与思考 P20 19,p=ui 表示元件吸收的功率,在电路图中，各电路元件都用规定的图形符号表示。,电流的（真实）方向正电荷定向移动的方向,1、一个实际电路的电路模型：（）,总结：参考方向可随意设定,参考方向事先假定的电位由高到低的方向。,3,、实际直流电源的一种模型,理想,实际,戴维南电路,R,S,减,小,一个二端元件，当它与任意外部电路连接时，如果提供的电流总能维持为一规定的时间函数,i,S,(,t,),而不受外部电路影响，则此二端元件称为电流源。,实际电路中不存在如上定义的电流源。,电流源,1,、电流源定义,电流源的电压取决于所连接的外部电路，与电流源本身的电流无关。,若电流源的电流为零，则该电流源处可用开路代替。,电流源的伏安特性,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,2,、电流源两端的电压,例,2.,求电流源两端的电压,U,3,，,以及各电源发出的功率。,练习与思考,P,20,1,8,3,、实际直流电源的另一种模型,理想,实际,诺顿电路,R,P,增大,练习与思考,P,20,1,9,例,3.P,22,1-14,。,本章总结,重点掌握电压电流参考方向，功率计算,KVL,、,KCL,定理应用,电压源电流源特性,作业情况,1,、不画电路图,2,、电路图中标注不清楚：,电压源电流源不区分,电压电流无参考方向,计算结果无单位,3,、无计算过程（变换过程过于简单）,要求：,1,、不抄题目,2,、尺子作图，标注清晰,3,、解题过程详细,谢谢观看,谢谢观看,