第一讲：电路模型及电路定律.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,*,第一讲：电路模型和电路定律,电路和电路模型,电流和电压的参考方向,电功率和能量,电路元件,基尔霍夫定律,1-1 电路和电路模型,(1),实际电路：,为完成某种预期的目的而设计、安装、运行的，由电路器件（如晶体管）和电路部件（如电阻、电容、电感）相互连接而成，具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能。,电源：实际电路中，电能或电信号发生器；,负载：实际电路中，用电设备；,1-1 电路和电路模型,(2),电路模型,：,是实际电路的一种理想抽象。即是由理想电路元件相互连接而成的电路模型。,理想电路元件：,具有某种确定的电磁性质的假想元件，具有精确的数学定义；是组成电路模型的最小单元。,根据其端子的数目可分为，二端、三端、四端元件。,简称，电路元件。,1-1 电路和电路模型,(3),电路理论是一门研究网络分析和网络综合或设计的基础工程学科，它与近代系统理论有密切的关系。,本学期，主要内容是分析电路模型中的基本定律和定理，并讨论各种计算方法。,电路分析涉及的物理量主要有：,电流（,I）、,电压（,U）、,电荷（,Q）、,磁通（,）,电功率（,P）、,电能量（,W）,1-2 电流和电压的参考方向,(1),在分析电路中，有必要指定电流或电压的参考方向。,一个元件的电流或电压的参考方向可以独立地任意指定。B,元件,A,u,i,B,元件,A,u,i,B,元件,A,u,i,B,A,元件,u,i,1-2 电流和电压的参考方向,(2),关联参考方向,：,如果指定流过元件的电流参考方向是从标以电压正极性的一端指向负极性一端，即两者的参考方向一致，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向。,N,u,i,关联,N,u,i,非关联,1-3 电功率和能量（,1,）,元件吸收能量：,当正电荷从元件上电压的+极，经元件运动到电压的-极时，与此电压相应的电场力要对电荷作功，这时，元件吸收能量。,举例：电阻性负载,元件释放能量：,当正电荷从元件上电压的-极，经元件运动到电压的+极时，与此电压相应的电场力要对电荷作负功，这时，元件向外释放能量。,举例：电源,1-3 电功率和能量（,2,）,电能,W,也是时间的函数，且是代数量。正表示吸收能量，负表示释放能量。（关联方向时）,能量的数学描述：,1-3 电功率和能量（,3,）,P（t）,是功率，也是时间的函数，是代数量。当为正时，表示元件吸收功率，为负时，表示元件发出功率。,能量单位：焦耳伏特、安培,功率单位：瓦特伏特、安培、秒,功率的数学描述：,1-4,电路元件,(1),电阻元件：,在电压和电流取关联参考方向下，在任何时刻他两端的电压和电流关系服从欧姆定律,。,i,u,伏安特性,1-4,电路元件,(2),R：,称为元件的电阻，是个正实常数；单位：欧姆,G：称为元件的电导，是个正实常数；单位：西门子,电阻是线性元件属于无源元件；功率恒为非负值。是耗能元件，将电能变成热能。,1-4,电路元件,(3),电容元件：,是一种能存储电荷或者说存储电场能量的部件。,i,u,C,u,q,库伏特性,1-4,电路元件,(4),对于电容有：,*：电容在直流情况下其两端电压恒定，相当于开路，或者说电容有隔断直流的作用（简称隔直）；,*：电容元件是一种有记忆的元件。即电容两端的电压与历史有关（即电压不能突变）；,*：电容元件是一种储能元件，但它又是无源元件；,1-4,电路元件,(5),电感元件：,是实际线圈的一种理想化模型，它反映了电流产生磁通和磁场能量存储这一物理现象。,i,i,u,L,i,韦安特性,1-4,电路元件,(6),L,：,称为自感（系数）或电感。是一个正实常数。,单位：,韦伯（,Wb,）,亨利（,H）、,安培（,A）,对于电感有：,*、电感在直流情况下其两端电压为0，相当于短路，或者说电感仅对交流有作用；,*、电感元件是一种有记忆的元件。即电感中的电流与历史有关（不能突变）；,*、电感元件是一种储能元件，但它又是无源元件；,1-4,电路元件,(7),电压源：,是两端有源元件；是一个理想电路元件。元件两端的电压与通过该元件的电流无关，电流大小由外电路决定。,u,s,U,s,1-4,电路元件,(8),i,u,s,外电路,u,i,u,u,s,（t）伏安特性,对电压源有：,*、电压源的电压和通过电压远的电流的参考方向通常取为非关联参考方向。能量无限大，其电流受外电路决定。,*、电压源允许开路（,i=0），,不允许短路（,u,s,=0）。,1-4,电路元件,(9),电流源：,是两端有源元件；是一个理想电路元件。通过该元件的电流与元件两端的电压无关，电压大小由外电路决定。,i,s,u,u,I,s,1-4,电路元件,(10),i,s,u,外电路,u,u,i,i,s,（t,1,）,伏安特性,对电流源有,：,*、电流源的电压和通过电流源的电流的参考方向通常取为非关联参考方向。能量无限大，其电压受外电路决定。,*、电流源允许短路（,u,s,=0），不允许开路（,i,s,=0）。,1-4,电路元件,(11),受控电源：,又称非独立电源；即其所呈现电压、电流的的性质受电路中某部分电压或电流控制；属于四端元件。,根据其控制量的性质受控电源分类：,1、,VCVS：,电压控制电压源；,2、,VCCS：,电压控制电流源；,3、,CCVS：,电流控制电压源；,4、,CCCS：,电流控制电流源；,1-4,电路元件,(12),u,1,u,1,u,1,gu,1,i,1,i,1,i,1,i,1,VCVS,VCCS,CCVS,CCCS,1-5 基尔霍夫定律,几个概念：,1、集总元件,：,若在任何时刻，流入两端元件的一个端子的电流一定等于从另一个端子流出的电流两个端子之间的电压为单值量，该元件称为集总元件。,2、集总电路,：,由集总元件构成的电路称为集总电路。（我们讨论的电路均为集总电路）,1-5 基尔霍夫定律,3、支路,：,将每一个两端元件称为一条支路。,4、结点：,支路的连接点称为结点。,5、回路：,由支路构成的闭合路径称为回路。,1-5 基尔霍夫定律,基尔霍夫定律:,*、KCL,定律：,在集总电路中，任何时刻，对任一结点，所有流出结点的支路电流的代数和恒等于零。,*、KVL,定律：,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恒等于零。,1-5 基尔霍夫定律,对基尔霍夫定律说明,：,*、,KCL、KVL,是集总电路的基本定律；,*、,KCL,是电荷守恒的体现；（即，通过一个闭合面的支路电流的代数和总是等于零。这称为电流连续性）。,*、,KVL,是电压与路径无关这一性质的反映；（即，对包含某一支路的任何的回路，其该支路两端的电压不变。）,*、,KCL、KVL,仅与元件的相互连接有关，而与元件的性质无关。（即：无论元件是线性的还是非线性的，时变的还是时不变的，,KCL、KVL,总是成立的）,