物理学电工学省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第1 1章章 电路基本概念和基本定律电路基本概念和基本定律 电路基本概念电路基本概念1.11.21.3理想电路元件理想电路元件基尔霍夫定律基尔霍夫定律第1页1.参考方向、（非参考方向、（非）关联参考方向）关联参考方向 重点重点：难点难点：2.理想电路元件及元件伏安特征（理想电路元件及元件伏安特征（VCR）3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.参考方向了解参考方向了解2.基尔霍夫两大定律灵活应用基尔霍夫两大定律灵活应用第2页1.1电路基本概念电路基本概念1.实际电路组成及作用实际电路组成及作用 实际电路是由电气器件和电气设备用导线相互实际电路是由电气器件和电气设备用导线相互连接，为实现某种功效而组成电流通路。连接，为实现某种功效而组成电流通路。第3页实际电路作用实际电路作用(1)(1)实现电能传输、分配与转换。实现电能传输、分配与转换。(2)(2)实现信息传递、控制与处理。实现信息传递、控制与处理。1.1 电路基本概念电路基本概念第4页实际电路组成实际电路组成电源电源负载负载中间步骤中间步骤电源电源 激励（源）激励（源）输入输入 产生产生电流和电压电流和电压响应响应输出输出说明说明1.1 电路基本概念电路基本概念第5页1.1 电路基本概念电路基本概念2.理想电路元件理想电路元件实际电气器件工作时产生电磁现象比较复杂；实际电气器件工作时产生电磁现象比较复杂；理想电路元件是对实际电路元件科学抽象和概括；理想电路元件是对实际电路元件科学抽象和概括；实际上是一个数学模型，用国家要求标准符号表示。实际上是一个数学模型，用国家要求标准符号表示。第6页基本理想电路元件含有一个确定电磁性质基本理想电路元件含有一个确定电磁性质电阻元件：电阻元件：表示消耗电能元件表示消耗电能元件电感元件：电感元件：表示产生磁场表示产生磁场，储存磁场能量元件储存磁场能量元件电容元件：电容元件：表示产生电场，储存电场能量元件表示产生电场，储存电场能量元件电压源和电流源：电压源和电流源：提供电压、电流元件提供电压、电流元件受控源：受控源：表示某一处电压电流控制另一处电磁现象表示某一处电压电流控制另一处电磁现象1.1 电路基本概念电路基本概念第7页1.1 电路基本概念电路基本概念3.电路模型电路模型 电路模型电路模型：由由理想电路元件理想电路元件组成模型，用于分析组成模型，用于分析计算计算电路图形电路图形。电路模型电路模型 对于一个实际电路，将实际电气器件用理想电路对于一个实际电路，将实际电气器件用理想电路元件替换，得到可用电路符号表示模型，称之元件替换，得到可用电路符号表示模型，称之为电路模型或电路图。为电路模型或电路图。第8页含有相同主要电磁性能实际电路部件，含有相同主要电磁性能实际电路部件，在一在一定条件下可用同一电路模型表示。定条件下可用同一电路模型表示。同一实际电路部件在不一样条件下，其电路模同一实际电路部件在不一样条件下，其电路模型能够不一样。型能够不一样。一个实际电路若能用对应电路模型表示进而分析，一个实际电路若能用对应电路模型表示进而分析，必须满足集总化条件。必须满足集总化条件。l-实际电路最大尺寸实际电路最大尺寸-工作频率对应波长工作频率对应波长1.1 电路基本概念电路基本概念注意注意第9页1.1 电路基本概念电路基本概念4.电流和电压参考方向电流和电压参考方向电流定义与实际方向电流定义与实际方向 要求：要求：正电荷移动方向为电流实际方向。正电荷移动方向为电流实际方向。定义：定义：单位时间内经过导体横截面电荷量。单位时间内经过导体横截面电荷量。实际方向实际方向只有两种可能只有两种可能第10页电压定义与实际方向电压定义与实际方向 定义：定义：在数值上等于电场力把单位正电荷从在数值上等于电场力把单位正电荷从A点点移动到移动到B点所做功，或等于两点之间电位之差。点所做功，或等于两点之间电位之差。要求：要求：高电位指向低电位方向，即电位真正降低高电位指向低电位方向，即电位真正降低方向为电压实际方向。方向为电压实际方向。实际方向实际方向只有两种可能只有两种可能1.1 电路基本概念电路基本概念第11页电流和电压参考方向电流和电压参考方向 复杂电路实际方向不易判断；复杂电路实际方向不易判断；正弦交流激励时，电路中电压和电流随时间改变。正弦交流激励时，电路中电压和电流随时间改变。参考方向参考方向是任意指定电压（电流）方向是任意指定电压（电流）方向。（1 1）电流参考方向）电流参考方向 i 0i 0u 0 元件吸收功率元件吸收功率p0 元件吸收功率元件吸收功率p0,电容吸收功率，电容吸收功率，电容充电；电容充电；p 0吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载;p0发出功率，起电源作用。发出功率，起电源作用。第52页1.2 理想电路元件理想电路元件（4）实际电压源模型）实际电压源模型注意：实际电压源不允许短路。注意：实际电压源不允许短路。第53页1.2 理想电路元件理想电路元件电流源电流源 (1)定义、符号定义、符号设流过电流源电流为设流过电流源电流为i(t),则定义可简述为：则定义可简述为：utii(t)S对于任意对于任意,)(不论外电路怎样，端电流与其端电压不论外电路怎样，端电流与其端电压u u 无关，无关，端电流总能保持给定值或一定时间函数元件端电流总能保持给定值或一定时间函数元件第54页 其两端电压受外电路影响。其两端电压受外电路影响。（2）电流源电压、电流关系（）电流源电压、电流关系（VCR）电流源电流由其本身决定，与外电路无关电流源电流由其本身决定，与外电路无关;utii(t)S对于任意对于任意,)(3)电流源功率电流源功率对于电流源，普通取非关联参考方向对于电流源，普通取非关联参考方向1.2 理想电路元件理想电路元件第55页（4）实际电流源模型）实际电流源模型实际电流源不允许开路。实际电流源不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很大，可能烧毁电源。因其内阻大，若开路，电压很大，可能烧毁电源。实际电流源向外提供电流时，总小于电流源电流。实际电流源向外提供电流时，总小于电流源电流。1.2 理想电路元件理想电路元件第56页1.2 理想电路元件理想电路元件5.受控源受控源电路中受控现象电路中受控现象ic=b b ibiCui+iB+VBBRb+VCCRcuCEuo基本共射极放大电路基本共射极放大电路第57页1.2 理想电路元件理想电路元件惯用电路符号惯用电路符号+受控电压源受控电压源受控源定义受控源定义受控电流源受控电流源 电压或电流电压或电流不是给定时间函数，而是受电路中某不是给定时间函数，而是受电路中某处处电压电压(或电流或电流)控制电源，称受控（电）源。控制电源，称受控（电）源。被控量被控量控制量控制量第58页1.2 理想电路元件理想电路元件受控源分类和符号受控源分类和符号VCVS CCVS VCCS CCCS 依据控制量和被控制量是电压依据控制量和被控制量是电压u 或电流或电流i，受控源，受控源可分可分四种类型：四种类型：第59页1.2 理想电路元件理想电路元件受控源与独立源比较受控源与独立源比较独独立立源源是是给给定定、独独立立，而而受受控控源源由由控控制制量量决决定。定。独独立立源源起起“激激励励”作作用用，而而受受控控源源是是反反应应电电路路中中某某处处电电压压或或电电流流对对另另一一处处电电压压或或电电流流控控制制关关系系。受控源处理方式受控源处理方式 受控源控制量普通不能消失受控源控制量普通不能消失。普通情况下，可先当独立源处理；普通情况下，可先当独立源处理；第60页例例1-2：图示电路中，电流源：图示电路中，电流源，VCCS控制系数控制系数，求，求u。解：解：1.2 理想电路元件理想电路元件第61页n1848年，总结了集总参数年，总结了集总参数电路基本规律，提出电路基本规律，提出：n基尔霍夫电流定律，基尔霍夫电流定律，简称简称 KCL；n基尔霍夫电压定律，基尔霍夫电压定律，简称简称KVL；基尔霍夫基尔霍夫(克希荷夫）克希荷夫）(Kirchhoff)1824 1887 德国物理学家德国物理学家柏林科学院院士柏林科学院院士 被称为被称为“电路求解大师电路求解大师”第62页1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.几个概念几个概念支路：支路：每一个二端元件称为一条支路。每一个二端元件称为一条支路。结点结点：支路连接点。：支路连接点。b=6n=4回路回路：由支路组成闭合路径。：由支路组成闭合路径。第63页1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律2.基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）集总参数电路中，任意时刻，任意结点上全部支集总参数电路中，任意时刻，任意结点上全部支路电流路电流代数和代数和为零。为零。流出流出该结点支路电流该结点支路电流取取“+”号号,不然取不然取“-”“-”号。号。要求：要求：第64页对结点对结点和结点和结点应用应用KCL定律，可得：定律，可得：或或uKCL实质：电荷守恒和电流连续性。实质：电荷守恒和电流连续性。1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第65页u广义广义KCL定律定律包含几个结点闭合面包含几个结点闭合面KCL对广义结点一样适用对广义结点一样适用广义结点广义结点1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第66页1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律3.基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）在集总参数电路中，任意时刻，任一回路中，在集总参数电路中，任意时刻，任一回路中，全部支路电压代数和等于零。全部支路电压代数和等于零。要求要求 支路电压参考方向与回路方向支路电压参考方向与回路方向一致取一致取“+”“+”号号，不然取不然取“-”“-”号。号。第67页1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律l KVL实质：电压与路径无关（能量守恒）。实质：电压与路径无关（能量守恒）。l 对于一个假想回路，对于一个假想回路，KVL依然成立。依然成立。第68页1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律试写出实际电压源端口试写出实际电压源端口VCR。KCL、KVL深入说明：深入说明：KCL是是对对支支路路电电流流线线性性约约束束，KVL是是对对支支路路电电压压线性约束。线性约束。KCL、KVL与支路元件性质及参数无关。与支路元件性质及参数无关。KCL表表明明了了电电荷荷守守恒恒；KVL表表明明能能量量守守恒恒(电电压压与路径无关与路径无关)。第69页1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律4.基尔霍夫定律应用基尔霍夫定律应用 例例1-3：已知电流：已知电流I12A，I21A，R65。试按照图中所标参考方向求电压试按照图中所标参考方向求电压U。解：解：对结点对结点a应用应用KCL可得可得由广义由广义KCL可得可得依据欧姆定律可得所求电压依据欧姆定律可得所求电压第70页1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律例例1-4：已知：已知Us130V，Us280V，I13A，R110，R220。（。（1）试求元件）试求元件3支路电压支路电压U3和流过支路电流和流过支路电流I3，并指出它是电源还是负载。，并指出它是电源还是负载。第71页1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律例例1-4对回路对回路应用应用KVL对结点对结点a应用应用KCL得得得得对回路对回路应用应用KVL得得第72页1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律例例1-5解解 （1）应用）应用KVL，电阻，电阻 R1和和R2额定电压分别为：额定电压分别为：（2）应用）应用KCL，电阻，电阻R3和和R4额定电流为：额定电流为：（3）各电阻标称值：）各电阻标称值：第73页