大学电路与电子学第一章ppt课件

第一章 直流电路,1,§1.1 电路与电路模型 §1.2 电路变量 §1.3 电路元件 §1.4 基尔霍夫定律 §1.6 叠加定理 §1.7 等效电源定理,第一章 直流电路,2,1.1 电路和电路模型,1.1.1 电路的作用及组成部分,电路是为了某种需要，由电路元器件、电器设备按一定方式连接（组合）起来的电流通路,1.电路及电路的作用,直流稳压电路,家用市电供电电路,强电电路,直流电路,弱电电路,3,电源:提供 电能的装置,中间环节：起传递、分 配和控制电能的作用,负载:转换、消耗 电能的装置,电路的作用基本上可以分成两大类：一类是用来实现电能的转换、传输和分配；,4,第二类是在信息网络中，用于传递、测量和处理各类信号,直流电源 提供能源,放大调谐检波等 中间环节,负载,信号源 提供信息,电源（信号源）使电路中各部分的电压与电流发生变化，称作激励，电路中各部分的电压与电流称作响应。,信号的传递 通信、广播、电视,信号的测量 各种电子测量仪器,信号的处理 计算机系统、自动控制系统,5,2.电路的组成,手电筒实际电路,电池：电源，提供电能,灯泡：负载，电能转 换为光能,开关：控制电路的通断,导线：筒体用来连接电 池、开关和灯泡,电路由电源（信号源）、负载、中间环节（控制和传导）等三部分组成。,6,电 池,充 电 器,显 示 屏,电源,负 载,信号源,控制和传导,严格意义上讲显示屏既是负载，又是输入设备,7,手电筒实际电路,手电筒电气图,电路分析不去研究电路的电气特性，是将组成电路的器材抽象化、理想化组成电路模型，对电路进行分析研究,8,1.1.2 电路元件和电路模型,1.实际电路元件,定义：用于构成实际电路的元器件和电气设备，称为实际电路元件,特点：实际电路元件在不同工作条件下其所表现的电磁性能是不同的,9,电阻：消耗电能，耗能元件 电容：储存电场能，储能元件 电感：储存磁场能，储能元件 电压源、电流源：提供电能，电源元件,特点：只表现一种电磁特性,10,3.理想元件,对于各种实际的电路元件，在一定条件下，忽略其次要性质，用一个表征其主要物理特性的理想化模型来表示，即理想元件。,灯泡：消耗电能，主要表现为电阻特性，忽略电感特性,理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。,11,4.电路模型,用能够反映实际电路元件电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,灯泡在电路中将电能转换为光能和热能消耗电能，用电阻元件模拟。,电池两端电压稳定，提供电能，同时自身会发热，消耗电能，由电压源元件和电阻元件的组合模拟,今后的分析都是指电路模型，简称电路，在电路图中，各种电路元件用规定的符号表示,手电筒 电路,12,1.1.3 集总参数电路,1.集总参数元件 当实际电路的尺寸远小于其使用时最高工作 频率所对应的波长时而抽象出的理想元件电力例子,如电力传输f=50Hz，波长=c/f=6000km,家用电器在220伏供电电路中为集中参数元件,13,特点：只反映一种电磁现象，并且可以用数学方法精确定义,集总参数元件的表示：,具有两个端点A、B，可以表示一个元件，也可以表示多个元件的组合,2.集总电路模型 由集总参数元件组成的电路，称为实际电路的集中电路模型或集中电路,14,3.分布参数电路 当实际电路的尺寸大于其最高工作频率所对应的波长或两者属于同一数量级时，电路不能再用集中参数的概念分析。,电力传输f=50Hz，波长=c/f=6000km,远距离电力传输线路为分布参数电路，电视馈线为分布参数元件,今后讨论的电路，都是在集中假设的前提下进行,15,教学要求：理解电路、电路模型的概念，建立集中参数元件、集中参数电路的概念,红箭-73反坦克导弹是仿制前苏联AT-3型（萨格尔）反坦克导弹的产品，1978年设计定型，是我军装备的第一代反坦克导弹。,制导方式为目视瞄准、跟踪、导线传输指令、手控制导。,16,1.2 电路变量,电路中常研究的变量有：电流、电压及功率,电路分析的任务是研究所给电路的性能，用时间函数对变量进行描述，并求解这些变量。,1.2.1、电流和电流的参考方向,1.电荷的特性,电荷是电量的最基本单位。电量用符号Q（q）来表示，其单位为库仑，符号是C。,电荷有正负之分，电子带负电荷，质子带正电荷。且同性相斥，异性相吸。,17,一个电子 所带的电量为：-1.6×10 19 C ，6.24×1018个电子具有1C的电量,2.电流,导体中存在着自由电子,开关断开时，电路中无电流,开关闭合时，电路中有电流,自由电子有序流动形成电流,18,在电场的作用下，带电粒子有秩序移动便形成电流,定义：单位时间内通过导体横截面的电荷量称为电流强度（简称电流），或者说电流是电荷对时间的变化率，符号为i,若导体横截面1s内通过1C的电荷，则电流为1A。,电流具有大小与方向性,导体横截面单位时间内通的过电荷量（数量和方向）不发生变化时为直流，反之为交流,电荷的数量、速度与方向,19,方向：正电荷流动的方向为电流的实际方向,表示：双下标 ,箭头加in。,直流（DC）：电流的大小和方向都不随时间变化。可以用“I”表示。,交流（AC）：电流的大小和方向都随时间作周期性变化，用i表示。,在单电压源供电的电路中，电流的实际方向由电压源正极流出，经外电路，流入电源负极,电流的单位：安培A，毫安mA，微安uA,箭头代表电流的方向，in代表电流.,iAB代表方向由A指向B,20,3.电流的参考方向,电流是一个既有大小又有方向的量，在分析计算电路时，要知道电流的实际方向。,复杂的直流电路中电流的实际方向难以判断,交流电路中电流的实际方向在随时间变化,分析计算电路时需要人为设定电流的方向,US,21,分析计算电路时，任意假定一个正电荷运动的方向（电流的实际方向）即为电流的参考方向。这种假设包括两种情况，一种是知道实际方向，一种是不知道实际方向,参考方向确定之后，根据已知条件或者计算结果判断真实方向是否与参考方向一致。,22,I1,I2,I,电流I、I1、I2的参考方向如图所示，已知I1=5mA，I2= 3mA。,根据已知条件判断，I1的参考方向与实际方向一致， I2的参考方向与实际方向相反，,电流I的参考方向与实际方向一致,小结：分析电路要设定电流的参考方向，根据已知条件或者计算结果判断参考方向与实践方向是否一致,23,1.2.2 电压和电压的参考方向,1.定义 单位正电荷在电场中由a点移动到b点时所获得或失去的能量称a、b两点的电压。也称为电位差。,380V 220V,电压是电路中两点之间的物理量,:焦耳J,:库仑C,24,方向：高电位点指向低电位点为电压的实际方 向，也就是电压降的方向，电池正极到 负极。,表示：正 “+” 负“”号及双下标 两种方法,直流电压DCV，大小和极性都不随时间变化，用U表示。 交流电压ACV，大小和极性都随时间变化,用u表示。,25,2.参考点与电位,参考点是在电路中任意选定的电位比较点，设定参考点的电位为零；电位是电路中某点至参考点的电压，电位用Un表示，海拔高度,电路中，电压等于两点之间的电位差,UC=140V Ud=90V,通常选择电源负极做电路的参考点，或者选择信号输入与输出端的公共边做参考点,26,借助电位的概念可以简化电路作图,电路中两点间的电压值是绝对的，不会因参考点的不同而变，即与参考点的选取无关。,电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；,27,3.电压的参考方向（参考极性）,任意选定的电路中两点之间电压的方向为电压的参考方向,参考方向确定之后，根据已知条件或计算结果确定电压的真实方向,28,4.关联参考方向针对电压电流参考方向是否一致,关联参考方向:,非关联参考方向:,定义：电流参考方向与电压参考“”极到“”极的方向一致，为关联参考方向。,电流参考方向由电压正“+”指向电压负“”,电流参考方向由电压负“”指向电压正“+”,当电压的参考方向确定后，电流的参考方向可以从电压参考极性“+”指向参考极性“”；也可从电压参考极性“”指向参考极性“+”。,29,当电流与电压符合关联参考方向时，电阻的伏安关系表示为,若电流电压为非关联参考方向时，电阻的伏安关系表示为,30,分析计算电路时，首先要标注出元件的电流与电压的参考方向；对同一元件而言，通常选择电压与电流为关联参考方向,注意事项：,若在电路中只设定了某元件电流或者电压一个参考方向，计算另一个参数时，若没标注参考方向，默认为关联参考方向,u=iR,+ u ,31,1.定义：功率是指单位时间内元件所吸收或者发出的电能量，即电能量对时间的变化率。,在关联参考方向下：,若支路为非关联，则,通常在电器设备上会标出设备的功率，表示设备用电量的大小,1.2.3 电功率,吸收是指消耗电能，如手电筒的灯泡；发出是指输出电能，如手电筒的电池。,32,2.功率的计算步骤,首先判断出元件（电路）的电压与电流参考方向是关联还是非关联,若电压与电流为关联参考方向，则：,若电压与电流为非关联参考方向，则：,在电路中，有消耗电能的元件（电阻），有释放电能的元件，根据功率的正负可判断元件是消耗电能还是释放电能,33,根据功率计算的结果，判断元件是吸收功率还是发出功率,+ u -,3.吸收功率发出功率的判断,电路中功率是守恒的，即吸收的功率，等于发出的功率,在电路中如果元件消耗（存储）电能，则该元件在电路中吸收功率；若元件在电路中释放电能，则该元件在电路中发出功率。,电池发出功率 电阻吸收功率,+ u -,34,例1-2-1：图中方框表示电路元件，电流与电压的参考方向如图所示，已知I=2A，U1=28V，U2=16V，U3=12V，计算各个元件的功率,分析：图中电压、电流的方向为参考方向，回路中一个元件的电流参考方向确定后，其它元件也可确定；I、U1、U2大于零，说明参考方向与实际方向一致，U3小于零，说明参考方向与实际方向相反；元件2为关联参考方向，元件1与元件3为非关联参考方向,35,解：元件1的功率P1,功率小于零，发出功率,元件2的功率P2,功率大于零，吸收功率,元件3的功率P3,功率大于零，吸收功率,电路中吸收功率等于发出功率，功率守恒,36,发出,吸收,（1）,（2）,（3）,（4）,37,深刻理解电压、电流、功率的概念，掌握参考方向意义，能够准确判断元件吸收功率还是发出功率,注意： 今后分析问题，对电路中标注电流、电压的方向，都理解为参考方向，抛开实际方向思考问题、解决问题,38,