电路邱关源第五版课件1第一章直流.ppt

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1、,电路原理,2009年秋季-自控08级,2,Who 谁来教？,张新莲(副教授) 信息学院 联系方式： 13366969369(手机) 个人信箱: 公共信箱: 密码:buctdianlu,3,What 学什么？,第一章 电路模型和电路定律 第二章 电阻电路的等效变换 第三章 电阻电路的一般分析 第四章 电路定理 第五章 含有运算放大器的电阻电路 第六章 储能元件 第七章 一阶电路和二阶电路 第八章 相量法 第九章 正弦稳态电路的分析 第十章 含有耦合电感的电路 第十二章 三相电路 第十三章 非正弦周期电流电路,第十四章 复频域分析 第十五章 电路方程的矩阵形式 第十六章 二端口网络 第十七章 非

2、线性电路简介,4,How 如何学？,四个环节：,听课-动脑,预习+复习,作业-动笔,实验-动手,5,教 学 安 排：,共72学时（4.5学分） 考试课 -教学(56学时) -实验(12学时) -上机(4学时),教材及参考书：,1、邱关源. 电路(第5版) 高教出版社 2、刘崇新 电路学习指导与习题分析 高教出版社 3、孙立山 电路名师大课堂 科学出版社,6,成 绩 评 定：,作业、考勤及平时测验 (20%) 实验成绩(10%) 期末考试(70%),7,有关规定：,1、课前预习指定章节； 2、必须独立完成作业，严禁抄袭； 3、在每周的第二次课课前，课代表收本班作业，按学号顺序排好交上来。,8,名

3、 人 名 言,使身体健康，,使思想专注，,使经济充裕。,勤奋：,使心情开朗，,9,电学的发展史,古籍中记载: “慈石召铁” “琥珀拾芥” 现象;,1785年-库仑定律(法国物理学家),1826年-欧姆定律(德国物理学家),1834年-第一台电动机(俄国 雅可比),1844年-发明电报 (美国 莫尔斯),1876年-发明电话 (美国 贝尔),1895年-无线电通话 (意大利 俄国),1904年-二极管 (美国 弗莱明),1906年-三极管 (美国 德福雷斯),1958年-在6mm2硅片上集成计算机（）,. . .,航空、航天、通信、机器人、生产自动化,10,本门课程的主要目的:,熟练掌握电路的常

4、用分析方法;,学习电路的基本定律和定理;,为后续课程的学习建立必要的理论基础.,11,1. 电压、电流的参考方向 2. 电路元件特性 3. 基尔霍夫定律, 重点：,第1章 电路模型和电路定律 （circuit model and circuit laws),12,1.1 电路和电路模型,1.2 电流和电压的参考方向,1.3 电功率和能量,1.4 电路元件,1.5 电阻元件,1.6 电压源和电流源,1.7 受控电源,1.8 基尔霍夫定律,第一章 电路模型和电路定律 （Circuit model and circuit laws),13,3 负载,电路是为了传输、转换电能或传递、处理信号，由一些

5、电气设备或元件按一定方式联结起来的电流通路。,1 电源,一、电路的作用与组成,1）.电能的传输与转换（电力系统）,1、电路的作用：,1.1 电路和电路模型（model),14,一、电路的作用与组成,2）.信号的传递与处理,2、电路的组成：,1）电源(source) ：提供能量或信号（如：电池、发电机、信号源）；,2）连接导线(line) ：联通电路，输送电能；,3）负载(load)：将电量转换为非电量（如：电机、电灯、扬声器）。,1、电路的作用：,15,二、电路的模型（ circuit model）,当有电流通过时：,L,实际的电路元件或器件其电磁性质是很复杂的。,例如：白炽灯 ( lamp

6、),电压电场储存电场能量 C,C,电流磁场储存磁场能量L,16,二、电路的模型,工程上，为了简化计算，常忽略实际部件的次要因素 而突出其主要电磁性质，而把它看成理想电路元件。,17,构造手电筒的电路模型,18,电路实体,电路模型,用理想电路元件组成的电路， 称为实际电路的电路模型。,二、电路的模型,19,电压（U）、电流（I）、电荷（Q）、磁通（）、 电功率（P）、电能量（W）等。 在线性电路分析中常用电流、电压、电位等。,一、电路中的主要物理量,1.2 电流和电压的参考方向 (reference direction),current,voltage,20,21,元件(导线)中电流流动的实际方

7、向有两种可能。,参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。,、电流的参考方向,二、电路中的参考方向(reference direction),i 0,i 0,电流方向的表示方法： i,22,. 电压的参考方向,参考方向 u,+,1. a、b哪点电位高？,2. I=?,23,电压参考方向的三种表示方式：,(1) 用箭头表示：,(2) 用正负极性表示：,(3) 用双下标表示：,电动势(E)和电压(U)的区别：,电动势(E)的实际方向是由负极指向正极，即电位升的方向；,电压()的实际方向是由高电位指向低电位，即电压降的方向,24,元件的 u，i 通常采用相一致的参考方向，称之为关联参考方向。,3

8、. 关联参考方向,看成电源,看成负载,25,试判断下图中的三个元件,哪个是关联参考方向?,26,1.3 电功率和能量 (power),一、电功率：单位时间内电场力所做的功。,功率的单位：W (瓦) (Watt，瓦特),能量的单位： J (焦) (Joule，焦耳),27,二、功率的计算和判断,u、 i 关联参考方向,P0 吸收正功率 (实际吸收),P0 吸收负功率 (实际发出),28,功率计算实例,P=87=56W 消耗功率的电路器件： 电阻（灯泡等）：电能热能 电动机：电能动能,P= -87= -56W 释放功率的电路器件： 电 池：化学能电能 发电机：机械能电能,29, 上述功率计算不仅适

9、用于元件，也适用于任意二端网络。 电阻元件在电路中总是消耗(吸收)功率，而电源在电路中可能吸收，也可能发出功率。,例 U1=10V， U2=5V。 试分别求电源、电阻的功率。,解：I=UR/R=(U1U2)/R=(105)/5=1 A,PR 吸= URI = 51 = 5 W,PU1= U1I = 101 = 10 W,PU2= U2I = 51 = 5 W,P发= 10 W， P吸= 5+5=10 W P发=P吸 (功率守恒),30,理想电路元件( ideal circuit elements）,理想电源元件,理想无源元件,理 想 电 压 源,理 想 电 流 源,电 阻 R,电 感 L,电

10、容 C,31,1) 电阻的外形图,potentiometers,Surface mounted,1.5 电阻元件 ( resistor ),32,2). 符号,电压与电流的参考方向设定为 关联参考方向时：,3). 欧姆定律 (Ohms Law),u R i,若为非关联参考方向, 则,u R i, 公式必须和参考方向配套使用！,33,34,电阻的额定功率与电阻值无关，主要取决于其组成材料、尺寸及形状。,4). 电阻的功率,p吸 ui i2R u2 / R,电阻的用途 ?,1、限制电流； 2、分压； 3、电位器收音机中调节音量； 4、与其它元件构成滤波电路、移相电路,35,1). 理想电压源：,特

11、点：,(a) 电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关；,(b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。,直流：US为常数,交流： uS是确定的时间函数，如 uS=Umsint,电路符号:,电源两端电压为uS，其值与流过它的 电流 i 无关。,1.6 电压源和电流源 ( source ),36,例：,若直流电源电压US=10V， # 对于R=1 的负载，则电流 I=U/R=10/1=10A; # 对于R=10 的负载，则电流 I=U/R=10/10=1A;,若交流电源电压为220V， #对于25W的灯泡，则电流 I=P/U=25/220=0.114A; #对于1000W的电炉子，则电流 I=P/

12、U=1000/220=4.55A;,(b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。, 电压源的两端开路时， I=0，是允许的； 但注意：电压源不许短路！,37,(a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；,(b) 电源两端电压是任意的，由外电路决定。,直流：iS 为常数,交流： iS 是确定的时间函数，如 iS=Imsint,2). 理想电流源：,电源输出电流为iS，其值与此电源的端电压u 无关。,特点：,电路符号:,*, 电流源的两端短路时，U=0，是允许的； 但注意：电流源不许开路！, 注意：不要把电流源和电流表混淆。,38,利用独立电源的定义，说明哪些互连是允许的？哪些由于理想独立电源的

13、影响违反了约束？,39,1. 受控电源 (非独立源) (controlled source or dependent source),1. 定义：电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压(或电流)的控制。,电路符号,受控电压源,受控电流源,40,例:,一个三极管可以用CCCS模型来表示,ic= ib,41,2. 分类：根据控制量和被控制量是电压u或电流i ，受控源可分为四种类型：,42,哪些互连正确？,43,3. 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)直接由控制量决定。,(2) 独立源作为

14、电路中“激励”，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关系，在电路中不能作为“激励”。,44,一 、几个名词：,1. 支路 (branch)：电路中通过同一电流的每个分支。 (b),2. 结点 (node): 三条及以上支路的连接点称为结点。( n ),3. 回路(loop)：由支路组成的闭合路径。( l ),b=3,1,2,3,a,b,l=3,n=2,1. 基尔霍夫定律( Kirchhoffs laws ),45,二、基尔霍夫电流定律 （KCL）：在任一时刻，流出(流入)任一结点的各支路电流的代数和为零。 即,统一令流入结点的支路电流为正，即其前取“ ” 。,i1 i2 +

15、 i3 i4 = 0,例1:,应用KCL的步骤： 1、先标定各支路电流的参考方向； 2、对结点列KCL方程。,i1+ i3 = i2 + i4,整理得：,列KCL方程：,46,KCL可推广到一个封闭面：,2、对假想的大结点（闭合面）列KCL方程 :,i1,i2,1、设定待求支路电流的参考方向，并在图上画出；,3+4+ i1 6 = 0,i1 = 1A,对左边的结点列KCL 方程：,i2 = 13A,47,U4,U1,U2,a,b,c,e,d,+,+,+,在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。, U = 0,U1+U2 U3 U4 + U5 =0,+,U5,U3,+,三、基尔霍夫电压定律 （KVL)：,48,KVL推广应用于假想的闭合回路,U= RI + US,= 22 + 12=16V,49,求：1) I和U,2)讨论电路的功率平衡关系,U= RIs + US,= 13 + 3=6V,吸收,发出18,吸收,50,小结：,1、电压和电流的参考方向； 2、电源（独立电源和受控源）； 3、 基尔霍夫定律（、）。,51,作 业,习题：P26 1-5(c) 1-8(c),预习：第2章,