电流的参考方向.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,*,1.,电压、电流的参考方向,3.,基尔霍夫定律,重点,：,第1,章 电路元件和电路定律,(circuit elements,),(circuit laws),2.,电路元件特性,1.1,电路和电路模型（,model),1.,实际,电路,功能,a,能量的传输、分配与转换；,b,信息的传递与处理。,共性,建立在同一电路理论基础上,由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。,反映实际电路部件的主要电磁,性质的理想电路元件及其组合。,2.,电路模型,(,circuit model),导线,电池,开关,灯泡,电路图,理想电路元件,有某种确定的电磁性能的理想元件,电路模型,几种基本的电路元件：,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,电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件,注,具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，,在一定条件下可用同一模型表示；,同一实际电路部件在不同的应用条件下，其,模型可以有不同的形式,例,3.,集总参数电路,由集总元件构成的电路,集总元件,假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行,集总条件,注,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,1.2,电流和电压的参考方向,(,reference direction),电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。,1.,电流的参考方向,(,current reference direction),电流,电流强度,带电粒子有规则的定向运动,单位时间内通过导体横截面的电荷量,方向,规定正电荷的运动方向为电流的实际方向,单位,1kA=10,3,A,1mA=,10,-3,A,1,A=10,-6,A,A（,安培）、,kA、,mA,、,A,元件,(,导线,),中电流流动的实际方向只有两种可能,:,实际方向,实际方向,A,A,B,B,问题,复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断,参考方向,i,参考方向,大小,方向,(,正负）,电流,(,代数量,),任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。,A,B,i,参考方向,i,参考方向,i,0,i,0,参考方向,U,+,+,实际方向,+,实际方向,参考方向,U,+,0,吸收正功率,(,实际吸收,),P,0,发出正功率,(,实际发出,),P,0,，,d,u,/d,t,0,，,则,i,0，,q,，,p0,电容吸收功率。,当,电容放电，,u,0，d,u,/d,t,0,，,则,i,0，,q,，,p0,，,d,i,/d,t,0,，,则,u,0，,，,p0,电感吸收功率。,当电流减小，,i,0，d,i,/d,t,0,，,则,u,0，,，,p,0,电感发出功率。,功率,表明,电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电感元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。,u、i,取关联参考方向,（1,）电感的储能只与当时的电流值有关，电感,电流不能跃变，反映了储能不能跃变；,（,2,）电感储存的能量一定大于或等于零。,从,t,0,到,t,电感储能的变化量：,电感的储能,表明,电容元件与电感元件的比较：,电容,C,电感,L,变量,电流,i,磁链,关系式,电压,u,电荷,q,(1),元件方程的形式是相似的；,(2),若把,u-i,，,q-,，,C,-L,，,i-u,互换,可由电容元件的方程得到电感元件的方程；,(3),C,和,L,称为对偶元件,、,q,等称为对偶元素。,*显然，,R,、,G,也是一对对偶元素,:,I=U/R,U=I/G,U=RI,I=GU,结论,1.7,电源元件,(,independent source),其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其,值与流过它的电流,i,无关的元件叫理想电压源。,电路符号,1.,理想电压源,定义,i,+,_,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、大小无关通过电压源的电流由电源及外,电路共同决定。,理想电压源的电压、电流关系,u,i,伏安关系,例,R,i,-,+,外电路,电压源不能短路！,电压源的功率,电场力做功，电源吸收功率。,（1,）,电压、电流的参考方向非关联；,物理意义：,+,_,i,u,+,_,+,_,i,u,+,_,电流（正电荷）由低电位向 高电位移动，外力克服电场力作功电源发出功率。,发出功率，起电源作用,（2,）,电压、电流的参考方向关联；,物理意义：,吸收功率，充当负载,或：,发出负功,例,+,_,i,+,_,+,_,10V,5V,计算图示电路各元件的功率。,解,发出,发出,吸收,满足,：,P,（,发）,P,（,吸）,实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。,u,s,u,i,O,实际电压源,i,+,_,u,+,_,考虑内阻,伏安特性,一个好的电压源要求,其输出电流总能保持定值或一定,的时间函数，其值与它的两端电压,u,无关的元件叫理想电流源。,电路符号,2.,理想电流源,定义,u,+,_,(1),电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关,电流源两端的电压由电源及外电路共同决定,理想电流源的电压、电流关系,u,i,伏安关系,例,外电路,电流源不能开路！,R,u,-,+,实际电流源的产生,可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。,电流源的功率,（1,）,电压、电流的参考方向非关联；,发出功率，起电源作用,（2,）,电压、电流的参考方向关联；,吸收功率，充当负载,或：,发出负功,u,+,_,u,+,_,例,计算图示电路各元件的功率。,解,发出,发出,满足,：,P,（,发）,P,（,吸）,+,_,u,+,_,2A,5V,i,实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。,i,s,u,i,O,实际电,流,源,考虑内阻,伏安特性,一个好的电流源要求,u,+,_,i,1.8,受控电源,(,非独立源,),(,controlled source or dependent source),电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是,受电路中某个地方的电压,(,或电流,),控制的电源，称受控源。,电路符号,+,受控电压源,1.,定义,受控电流源,(1),电流控制的电流源,(,CCCS,),:,电流放大倍数,根据控制量和被控制量是电压,u,或电流,i,，,受控源可分,四种类型：,当被控制量是电压,时，,用受控电压源表示；当被,控制量是电流,时，,用受控电流源表示。,2.,分类,四端元件,b,i,1,+,_,u,2,i,2,_,u,1,i,1,+,输出：受控部分,输入：控制部分,g,:,转移电导,(2),电压控制的电流源,(,V,CCS,),u,1,g,u,1,u,2,i,2,_,i,1,+,(3),电压控制的电压源,(,V,CVS,),u,1,+,_,u,2,i,2,_,u,1,i,1,+,+,-,:,电压放大倍数,ri,1,+,_,u,2,i,2,_,u,1,i,1,+,+,-,(4),电流控制的电压源,(,C,CVS,),r,:,转移电阻,例,电路模型,3.,受控源与独立源的比较,(1),独立源电压,(,或电流,),由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压,(,或电流,),由控制量决定。,(2),独立源在电路中起,“,激励,”,作用，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为,“,激励,”,。,例,求：电压,u,2。,解,5i,1,+,_,u,2,_,u,1,=6V,i,1,+,+,-,3,1.9,基尔霍夫定律,(,Kirchhoff,s Laws),基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律,(,KCL,),和基尔霍夫电压定律,(,KVL,)。,它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。,1.,几个名词,电路中通过同一电流的分支。,(,b,),三条或三条以上支路的连接点称为节点。,(,n,),b,=3,a,n,=2,b,+,_,R,1,u,S1,+,_,u,S2,R,2,R,3,（1,）支路,(,branch),电路中每一个两端元件就叫一条支路,i,3,i,2,i,1,(2),节点,(,node),b,=5,由支路组成的闭合路径。,(,l,),两节点间的一条通路。由支路构成。,对,平面电路,，其内部不含任何支路的回路称网孔。,l,=3,+,_,R,1,u,S1,+,_,u,S2,R,2,R,3,1,2,3,(3),路径,(,path),(4),回路,(,loop),(5),网孔,(,mesh),网孔是回路，但回路不一定是网孔,2.,基尔霍夫电流定律,(,KCL,),令流出为,“,+,”,，有：,例,在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出或流入该结点电流的代数和等于零。,流进的电流等于流出的电流,1,3,2,例,三式相加得：,表明,KCL,可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面,明确,（1,）,KCL,是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任,意结点处的反映；,（2,）,KCL,是对支路电流加的约束，与支路上接的是,什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,（3）,KCL,方程是按电流参考方向列写，与电流实际,方向无关。,（2,）选定回路绕行方向，,顺时针或逆时针,.,U,1,U,S1,+U,2,+U,3,+U,4,+U,S4,=,0,3.,基尔霍夫电压定律,(,KVL,),在,集总参数电路中，任一时刻，,沿任一闭合路径绕,行，各支路电压的代数和等于零,。,I,1,+,U,S1,R,1,I,4,_,+,U,S4,R,4,I,3,R,3,R,2,I,2,_,U,3,U,1,U,2,U,4,（1,）标定各元件电压参考方向,U,2,+U,3,+U,4,+U,S4,=,U,1,+U,S1,或：,R,1,I,1,+R,2,I,2,R,3,I,3,+R,4,I,4,=U,S1,U,S4,例,KVL,也适用于电路中任一假想的回路,a,U,s,b,_,_,-,+,+,+,U,2,U,1,明确,（1,）,KVL,的实质反映了电路遵,从能量守恒定律,;,（2,）,KVL,是对回路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,（3）,KVL,方程是按电压参考方向列写，与电压实际,方向无关。,4.,KCL、KVL,小结：,(1),KCL,是对支路电流的线性约束，,KVL,是对,回,路电压的线性约束。,(2),KCL、KVL,与组成支路的元件性质及参数无关。,(3),KCL,表明在每一节点上电荷是守恒的；,KVL,是,能量守恒,的具体体现,(,电压与路径无关,),。,(4),KCL、KVL,只适用于集总参数的电路。,思考：,i,1,=i,2,?,3.,A,B,+,_,1,1,1,1,1,1,3,+,_,2,i,2,i,1,U,A,=U,B,?,I,=0,1.,？,A,B,+,_,1,1,1,1,1,1,3,+,_,2,2.,i,1,1,。,2,。,+,+,-,-,4V,5V,i,=?,3.,+,+,-,-,-,4V,5V,1A,+,-,u,=?,4.,3,3,10V,+,+,-,-,1A,-,10V,I=?,10,5,.,4V,+,-,10A,U=?,2,6,.,+,-,3A,I,1,I,10V,+,+,-,-,3I,2,U=?,I=0,5,7.,5,-,+,2I,2,I,2,5,+,-,解,10V,+,+,-,-,1A,-,10V,I=?,10,5,.,4V,+,-,10A,U=?,2,6,.,+,-,3A,I,解,I,1,10V,+,+,-,-,3I,2,U=?,I=0,5,7.,5,-,+,2I,2,I,2,5,+,-,解,+,+,-,I,1,U,=?,8.,R,2,I,1,R,1,U,S,解,选择参数可以得到电压和功率放大。,