第1章电路及分析方法.ppt

l1.1 电路的基本概念电路的基本概念l1.2 电路元件与电源状态电路元件与电源状态l1.3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 l1.4 电阻电路的等效变换电阻电路的等效变换l1.5 电压源和电流源的等效变换电压源和电流源的等效变换l1.6 支路电流法支路电流法l1.7 叠加定理叠加定理l1.8 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理l1.9 非线性电阻电路的分析非线性电阻电路的分析1.1 电路的基本概念电路的基本概念一、电路的组成一、电路的组成l电源：电源：提供电能提供电能l负载：负载：用电设备用电设备l 中间环节：中间环节：连接电源和负载连接电源和负载二、实际电路和电路模型二、实际电路和电路模型1.实际电路实际电路的分析和计算，需将实际电路元件理的分析和计算，需将实际电路元件理想化（或模型化），突出其主要的电磁性质，近想化（或模型化），突出其主要的电磁性质，近似看作理想元件。似看作理想元件。2.理想元件：理想元件：所谓理想元件，简单说就是只具有一种物理所谓理想元件，简单说就是只具有一种物理性质的抽象元件，是组成电路模型的最小单元。性质的抽象元件，是组成电路模型的最小单元。譬如：理想电阻元件，电容元件，电感元件，理譬如：理想电阻元件，电容元件，电感元件，理想电源等等。想电源等等。3.电路模型：电路模型：在电路模型中各理想元件的端子是用在电路模型中各理想元件的端子是用“理想导线理想导线”连接起来的。根据元件对外端子的数连接起来的。根据元件对外端子的数目，理想电路元件可分为二端、三端、四端元件等目，理想电路元件可分为二端、三端、四端元件等。实际电路可近似看做由理想元件组成的电路。实际电路可近似看做由理想元件组成的电路。1.2 电路元件与电源状态电路元件与电源状态 电路元件电路元件是电路中最基本的组成单元是电路中最基本的组成单元,按其与按其与外部连接的端子数目可分为二端、三端、四端元件外部连接的端子数目可分为二端、三端、四端元件等。等。元件的特性通过与端子有关的电路物理量描述，元件的特性通过与端子有关的电路物理量描述，电路理论中涉及的物理量主要有电路理论中涉及的物理量主要有电流、电压、电动电流、电压、电动势、功率、电荷和磁通势、功率、电荷和磁通等。等。在进行电路的分析和计算时，需要知道电压和在进行电路的分析和计算时，需要知道电压和电流的方向。关于电压和电流的方向，有实际方向电流的方向。关于电压和电流的方向，有实际方向和参考方向之分，要加以区别。和参考方向之分，要加以区别。根据不同的元件特性可把电路元件分为根据不同的元件特性可把电路元件分为线性与线性与非线性元件非线性元件，时不变元件和时变元件时不变元件和时变元件，无源元件和无源元件和有源元件有源元件等等。等等。一、电流定义一、电流定义 带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动带电粒子或电荷在电场力作用下的定向运动形成电流。形成电流。单位时间内流过导体截面的电荷量定义单位时间内流过导体截面的电荷量定义为电流强度。为电流强度。dtdqi 二、电流的单位二、电流的单位A（安培）、（安培）、mA(毫安）、毫安）、A（微安）（微安）三、电流的实际方向三、电流的实际方向 正电荷运动的方向。正电荷运动的方向。(客观存在）客观存在）Riab电流的方向可用箭头表示电流的方向可用箭头表示,也可用字母顺序表示也可用字母顺序表示()abi一、电位一、电位定义：定义：电场力把单位正电荷从一点移到电场力把单位正电荷从一点移到参考点参考点所做所做 的功。的功。单位：单位：V（伏特）、（伏特）、kV（千伏）、（千伏）、mV(毫伏）毫伏）（电路中电位（电路中电位参考点：参考点：接地点，接地点，Vo=0）二、电压二、电压电场力把单位正电荷电场力把单位正电荷从一点移到另一点所从一点移到另一点所做的功。做的功。qAuddab baabVVu 单位：单位：定义：定义：V（伏特）、（伏特）、kV（千伏）、（千伏）、mV(毫伏）毫伏）实际方向：实际方向：由由高高电位端电位端指向低指向低电位端电位端也可用字母顺序表示也可用字母顺序表示()，abuRuab也可用也可用+，-号表示。号表示。电压的方向可用箭头表示电压的方向可用箭头表示,+u -定义：定义：电源力把单位正电荷从电源力把单位正电荷从“-”极极板经电源内部移到板经电源内部移到“+”极板所极板所做的功。做的功。qAedd 单位：单位：V（伏特）、（伏特）、kV（千伏）、（千伏）、mV(毫伏）毫伏）实际方向：实际方向：由由低低电位端电位端指向高指向高电位端电位端电动势的方向用电动势的方向用+，-号表示，号表示，R+IEU+-也可用箭头表示。也可用箭头表示。U=E 在电路的分析计算中，不仅要算出电压、电流、在电路的分析计算中，不仅要算出电压、电流、的大小，还要的大小，还要这些量在电路中的这些量在电路中的。在电路中各处电压、电流的方向很难事先判断出在电路中各处电压、电流的方向很难事先判断出来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能来。因此电路内各处电压、电流的实际方向也就不能事先确定。事先确定。为了解决以上的问题，在分析电路之前，为了解决以上的问题，在分析电路之前，在复杂电路分析中，必须列写电路方程，但不在复杂电路分析中，必须列写电路方程，但不知道电压、电流、的方向就写不出电路方程。知道电压、电流、的方向就写不出电路方程。电流的实际方向：电流的实际方向：正电荷运动的方向正电荷运动的方向(客观存在）客观存在）电流的参考方向：电流的参考方向：实际方向（实际方向（2A）参考方向参考方向（参考方向参考方向与与实际方向实际方向相同）相同）A)2(0 II实际方向（实际方向（2A）参考方向参考方向（参考方向参考方向与与实际方向实际方向相反）相反）A)2(0II电压实际方向：电压实际方向：由由高高电位端电位端指向低指向低电位端电位端(客观存在）客观存在）电压的参考方向：电压的参考方向：AB如果如果A、B的实际电位为：的实际电位为：V2 V6BAVVUU=4 VABUU=-4 V电源两端的电压电源两端的电压电动势正方向表示电位电动势正方向表示电位升升电压正方向表示电位电压正方向表示电位降降EUV5BA VVUV5 EEU EUV5AB VVUEU ABABV5 E结论：结论：当当电压的参电压的参考方向与电动考方向与电动势的参考方向势的参考方向相反时相反时EU 当电压的参当电压的参考方向与电动考方向与电动势的参考方向势的参考方向相同时相同时EU 1.i、u、e 的参考方向可任意假定。但的参考方向可任意假定。但一经选定一经选定，分，分析过程中析过程中不应改变不应改变。2.电路中标出的方向一律指参考方向。电路中标出的方向一律指参考方向。3.同一元件的同一元件的 u、i 同方向，称为同方向，称为关联参考方向关联参考方向。IRU+IRU+或或IRU+IRU+或或关联关联参考方向参考方向非关联非关联参考方向参考方向功率功率是电场力在单位时间内所做的功。是电场力在单位时间内所做的功。当电阻元件电流和电压当电阻元件电流和电压的参考方向关联情况下，电的参考方向关联情况下，电阻阻吸收的电功率吸收的电功率为：为：tdWpd IRU+关联参关联参考方向考方向UIP 电阻在电阻在t 时间内消耗的电能时间内消耗的电能：ptW 1kWh（1千瓦小时称为千瓦小时称为1度）度）若若 P 0，电路实际，电路实际吸收吸收功率，元件功率，元件为负载为负载；若若 P 0 吸收吸收P 0 吸收能量吸收能量P 0 吸收能量吸收能量P 0 释放能量释放能量例例1.3 电容元件及其参考方向如图所示，已知电容元件及其参考方向如图所示，已知u=-60sin100t V，电容储存能量最大值为，电容储存能量最大值为18J，求电容，求电容C的值及的值及 t=2/300 时的电流。时的电流。1860 212 CiC u+-解：解：电压电压 u 的最大值为的最大值为60V，所以，所以F103600366036 22 CA100cos60d)100sin60(d01.0 ddttttuCi 时时 3002 tA302160 32cos60 i干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳压电源等。压电源等。交流发电机、电力系统提供的正弦交流交流发电机、电力系统提供的正弦交流电源、交流稳压电源等。电源、交流稳压电源等。一个实际电源可以用一个实际电源可以用来表示。用电压来表示。用电压的形式表示称为的形式表示称为，用电流的形式表示称为用电流的形式表示称为。电源的输出电压与外界电路无关电源的输出电压与外界电路无关,即电压源输即电压源输出电压的大小和方向与流经它的电流无关出电压的大小和方向与流经它的电流无关,也就是也就是说无论接什么样的外电路说无论接什么样的外电路,输出电压总保持为某一输出电压总保持为某一给定值或某一给定的时间常数。给定值或某一给定的时间常数。1.理想电压源理想电压源理想电压源理想电压源(交流交流)（1 1）电路符号）电路符号us+-Us+-理想电压源理想电压源(直流直流)Us+-或或u0i特点：特点：电流及电源的功率由外电路确定，输出电电流及电源的功率由外电路确定，输出电 压不随外电路变化。压不随外电路变化。Us（2 2）伏安特性）伏安特性Us+-IRU理想电理想电压源伏压源伏安特性安特性2.实际电压源实际电压源 理想电压源理想电压源是不存在的是不存在的,电源在对外提供功率时电源在对外提供功率时,不可避免的存在内部功率损耗。即实际电源存在不可避免的存在内部功率损耗。即实际电源存在内阻内阻,带载后带载后,端电压下降。端电压下降。实际电压源实际电压源(交流交流)（1 1）电路符号）电路符号实际电压源实际电压源(直流直流)或或us+-ROROUs+-Us+-RO特点：特点：输出电压随外电路变化。输出电压随外电路变化。（2 2）伏安特性）伏安特性IRUu0iUs理想理想电压电压源伏源伏安特安特性性U=US R0 IUs+-RO实际电压源实际电压源伏安特性伏安特性U0=USOSSRUI 实际电压源与理想电压源的本质区别实际电压源与理想电压源的本质区别在于其内阻在于其内阻RO。注意注意时，实际电压源就成为理想电压源。时，实际电压源就成为理想电压源。0O R当当Us+-RO实际电压源实际电压源0O RUs+-理想电压源理想电压源实际工程中，当实际工程中，当负载电阻远远大负载电阻远远大于电源内阻时，于电源内阻时，实际电源可用理实际电源可用理想电压源表示想电压源表示。IRUUs+-ROUs+-IRU近似ORR 电源的输出电流与外界电路无关电源的输出电流与外界电路无关,即电源输出即电源输出电流的大小和方向与它两端的电压无关电流的大小和方向与它两端的电压无关,也就是说也就是说无论接什么样的外电路无论接什么样的外电路,输出电流总保持为某一给输出电流总保持为某一给定值或某一给定的时间常数。定值或某一给定的时间常数。1.理想电流源理想电流源理想电流源理想电流源(交流交流)（1 1）电路符号）电路符号理想电流源理想电流源(直流直流)u+-is+-UIsu0i特点：特点：电源的端电压及电源的功率由外电路确定电源的端电压及电源的功率由外电路确定，输出电流不随外电路变化。输出电流不随外电路变化。（2 2）伏安特性）伏安特性IR理想电理想电流源伏流源伏安特性安特性2.实际电流源实际电流源 理想电流源理想电流源是不存在的是不存在的,电源在对外提供功率时电源在对外提供功率时,不可避免的存在内部功率损耗。即实际电源存在不可避免的存在内部功率损耗。即实际电源存在内阻内阻,带载后带载后,输出电流下降。输出电流下降。+-UIsIsu0i理想电理想电流源伏流源伏安特性安特性Is实际电流源实际电流源(交流交流)（1 1）电路符号）电路符号实际电流源实际电流源(直流直流)特点：特点：输出电流随外电路变化。输出电流随外电路变化。（2 2）伏安特性）伏安特性实际电实际电流源伏流源伏安特性安特性OSORIU ROisu+-ROIsU+-IR+-UIsROIOOSOSRUIIII