电路邱关源电子教案第一章.doc

(完整word)电路邱关源电子教案第一章第一章电路的基本定律与分析方法第1节 电路和电路模型一、 电路1、定义：由各种电气设备或元件按一定方式连接构成的电流的通路，具有电能的传输、转换和信号的传递、处理等功能.2、组成：电源、负载、中间环节例：手电筒 电路模型二、 电路模型定义：将实际电路中的元器件理想化，以理想电路元件（R、L、C、电源）模拟替代,由一些理想电路元件组成的电路就是实际电路的电路模型。简称电路。理想电路元件：有某种确定的电磁性能的理想元件第2节电流和电压的参考方向一、 电流的参考方向（，I）电流：带电粒子有规则的定向运动.电流的实际方向：规定正电荷的运动方向。在简单电路中，电流的实际方向不难判断;但是，复杂电路或电路中的电流随时间变化时,其电流的实际方向往往很难事先判断。为了分析电路的方便,故引入了参考方向。电流的参考方向：人为的假定。（为了分析电路方便) 相同 电流的参考方向与实际方向的关系： 相反 选定了参考方向以后,电流有了正负之分,成为一个代数量。电流参考方向的两种表示方法：（1）箭头：箭头的指向为电流的参考方向。 (2）双下标：如 ， 电流的参考方向由A指向B. 单位:、。二、电压的参考方向电压:两点之间的电位之差。电压的实际正方向：由高电位指向低电位，即电位真正降低的方向。电压的参考方向：人为的假定,假设的电位降低方向. 相同 电压的参考方向与实际方向的关系: 相反 电压参考方向的三种表示方法:（1） 用箭头表示 （2) 用双下标表示 （3） 用正负极性表示 电压的单位:、.三、关联参考方向 关联参考方向 非关联参考方向我们在分析电路时，一般采用关联参考方向。若选取关联参考方向，只需标出一种参考方向即可. 第3节电功率和能量一、 电功率(）1、定义：单位时间内电场力所做的功。2、大小： 单位:W3、电路吸收或发出功率的判断（1）u, i 取关联参考方向： 吸收正功率 (实际吸收) 表示元件吸收的功率 吸收负功率 (实际发出)(2)u, i 取非关联参考方向: 发出正功率 （实际发出） 表示元件发出的功率 发出负功率 （实际吸收）判断一个元件是吸收还是发出功率时，也可用以下的方法:(1）电压U和电流I的实际方向一致,元件实际吸收功率.（2)电压U和电流I的实际方向相反，元件实际发出功率.例1：方框代表电源或负载,电流和电压的参考方向如图所示。通过测量可知：.（1） 标出各电流的实际方向和极性。（2)判断哪几个方框是电源,哪几个方框是负载。(3）检验其功率是否平衡？解：（1）如图所示。 （2）1、4为电源，2、3为负载。（3）， 经检验，功率平衡。注：对一完整的电路，发出的功率消耗的功率二、能量单位：J 第4节 电阻元件 一、电阻元件1、电路符号: 2、 之间的约束关系：满足欧姆定律:即 （、取关联参考方向） 伏安特性R 称为电阻，单位：W (欧) 称为电导，单位: S(西门子) 注：若、取非关联参考方向， 则有： 二、功率和能量1、功率 吸收功率注：上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。2、能量从 到电阻消耗的能量：三、 电阻的开路与短路1、短路 伏安特性2、开路 伏安特性三、 非线性电阻元件 伏安特性第6节电压源和电流源一、电压源1、定义：其端电压总能保持定值或一定的时间函数关系的元件。2、电路符号： 3、电压源的电压、电流关系（1）电源两端的电压由电源本身决定；与外电路无关,与流经它的电流小无关。（2）通过电压源的电流由外电路决定。 注意：电压源不能短路。4、电压源的功率 电压、电流的参考方向非关联时，电压源发出的功率为： 二、电流源1、定义:其输出电流总能保持定值或一定的时间函数关系的元件。2、电路符号： 3、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，与它两端电压无关。 (2）电流源的电压由外电路决定。 注意：电流源不能开路！4、电流源的功率 电压、电流的参考方向非关联时，电流源发出的功率为： 例：电路如图所示。求：(1）电流源的端电压u和电压源的电流i。(2）求两电源的功率。 第8节受控电源定义:其大小和方向不是给定的，而是受电路中某个电压或电流控制的元件.一、电路符号 受控电压源 受控电流源二、 分类 根据控制量是电压u 或电流i ，受控源可分四种类型: 1、电压控制的电压源(VCVS） 2、电流控制的电压源 （CCVS） 3、电压控制的电流源(VCCS) 4、电流控制的电流源 (CCCS） 三、受控源与独立源的比较1、独立源的大小和方向由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源则由控制量决定.2、分析含受控源的电路时，可以把受控源作为独立源处理，但必须注意受控源的大小是取决于控制量的.例1：已知，求电流i。 例2：已知，求 解:， 解：，第9节 基尔霍夫定律一、基本概念支路:电路中的每一分支(通过同一电流的分支）。支路电流:一条支路流过一个电流。结点：电路中两条以上支路的连接点。回路：由支路组成的闭合路径。 图1 图2该电路:6条支路, 4个节点, 7个回路。二、 基尔霍夫电流定律(KCL）1、在集总参数电路中，任意时刻，流出任一结点的支路电流等于流入该结点的支路电流. 即: 例：在图1中，则有 （1)由（1)得 2、在集总参数电路中，任意时刻，通过任一结点的电流的代数和等于零。 即： 关键：“+”、“-”号的选取：若流出结点的电流前面取“+”号； 则流入结点的电流前面取“-”号.例： 对“1” （1）若：.求 对“2” (2）解：=2+(3)5-（2）=-4A 对“3” （3） （1）+（2）+（3）得：3、推广的基尔霍夫定律：在任意时刻，通过一个闭合面的支路电流的代数和等于零. 即： 注意：（1）KCL是对支路电流间的约束，与支路上是什么元件无关。 （2)KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际方向无关；故列写方程时应先选参考方向。三、基尔霍夫电压定律（KVL） 1、在集总电路中,任何时刻，沿任一回路,所有支路电压的代数和等于零。 即： 关键：前“+”“”的选取：若支路电压的参考方向与回路的绕行方向一致,前取“+”；若支路电压的参考方向与回路的绕行方向相反,前取“-。例: 图3 图4 图5对该回路，则有： ,上式仍成立。列写KVL方程时，应先： （1）标定各元件电压参考方向 （2)选定回路绕行方向,顺时针或逆时针。2、扩展的基尔霍夫电压定律 KVL既可用于任何闭合回路，也可用于其它任何不闭合路径(广义回路).注意：（1）KVL是对回路电压间的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关 (2）KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。例1：图5任意元件构成的回路.已知，求和。 图5 图6解:由KVL知: 故：=-5（-4)（-3）=2V 应用扩展的KVL知: 故:例2:图6所示电路中，电阻。求。解：由KVL得：， 由KCL得： 解得：例3：图7电路中，已知，。求. 图7 图8 解:对结点1列写KCL得： 即:对回路列写KVL得： 即: 解得： 例4:电路如图8所示，已知：,求U。 解：对左回路由KVL知： 且 解得： 对右回路由扩展的KVL知:111。电路如图所示，其中。求:（1)2A电流源和10V电压源的功率； （2）如果要求2A电流源的功率为零，在AB线段内应插入何种元件？分析此时各元件的功率； （3）如果要求10V电压源的功率为零,则应在BC间并联何种元件?分析此时元件的功率.解:(1） (2）在AB段内串联一大小为10的电源. 此时，两端的电压为0; （3）在BC段内并联一大小为2A的电流源或并联一大小为的电阻；此时，流过 的电流为0 112(a）.求图示电路中每个元件的功率。 解：吸收功率 吸收功率，发出功率1-14电路如图所示，试求：（1）电流和（2）电压 （a） （b）解:(1) （2） 对a点，由KCL知： 115(2):已知求。 解:，1-22试求及.解：， （1）i=5A （2）u=5-20+10=-15V (3） i=3A （4)u=12V (5) I=-3A; (6) U=10V; (7) （8) u=4V , 吸收功率 (9） (10) U=2V ， =（11）求图示电路中的电压U和电流I，并求受控源吸收的功率。 解:，,，