電路課后答案PPT課件

1、第第1 1章章 電路模型和電路定律電路模型和電路定律 首 頁 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) 1. 1. 電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向 2. 2. 電阻元件和電源元件的特性電阻元件和電源元件的特性 3. 3. 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 返返 回回 電路和電路模型電路和電路模型 1.1電阻元件電阻元件1.5 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 1.2電壓源和電流源電壓源和電流源1.6 電功率和能量電功率和能量 1.3受控電源受控電源1.7 電路元件電路元件 1.4基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.8 一、實(shí)際電路 是為完成某種預(yù)期的目的而設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行的，由電路器件（如晶體管） 和電路元件（如電

2、容器、電阻器等）相互連接而成的，具有傳輸電能、處理信 號(hào)、測(cè)量、控制、計(jì)算等功能的電路。 1.1 1.1 電路和電路模型電路和電路模型 有些實(shí)際電路十分復(fù)雜，但有些實(shí)際電路非常簡(jiǎn)單 功能功能 a a 能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換； b b 信息的傳遞、控制與處理。信息的傳遞、控制與處理。 二、實(shí)際電路的電路模型 10 BA SE -T w all pl ate 導(dǎo)線導(dǎo)線 電池電池 開關(guān)開關(guān) 燈泡燈泡 電路圖 s R L R s U 1、理想電路元件：組成電路模型的最小單元，是具有某種確定的電磁性質(zhì)的假想 元件。 2、電路模型：由理想電路元件相互連接而成的電路。 電源：在實(shí)際電

3、路中，電能或電信號(hào)的發(fā)生器。電源又 稱為激勵(lì)源。 負(fù)載：在實(shí)際電路中的用電設(shè)備。 響應(yīng)：由激勵(lì)在電路中產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。 輸入：把激勵(lì)稱為輸入。 輸出：把響應(yīng)稱為輸出。 電路圖 s R L R s U 10 BA SE -T w all pl ate 導(dǎo)線導(dǎo)線 電池電池 開關(guān)開關(guān) 燈泡燈泡 3、建模： 用理想電路元件或它們的組合模擬實(shí)際就是建立該器件的模型。 建模時(shí)必須考慮工作條件，并按不同精確度的要求把給定工作情況下的 物理現(xiàn)象及功能反映出來。 例如：電感線圈的電路模型 直流下的線圈的建模-電阻元件。 低頻下的線圈的建模-電感元件和電阻元件串聯(lián)。 高頻下的線圈的建模-電感元件和電阻元

4、件串聯(lián)，還要考慮電容元件。 4、5種基本的理想電路元件：種基本的理想電路元件： 電阻元件：電阻元件：表示消耗電能的元件表示消耗電能的元件 電感元件：電感元件：表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件 電容元件：電容元件：表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件 電壓源和電流源：電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成 電能的元件。電能的元件。 5種基本理想電路元件有三個(gè)特征：種基本理想電路元件有三個(gè)特征： （ （a a）只有兩個(gè)端子； 只有兩個(gè)端子； （ （b b）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述； 可以用電壓或電流按數(shù)

5、學(xué)方式描述； （c c）不能被分解為其他元件。 不能被分解為其他元件。 下 頁上 頁 注意注意 返 回 1.2 1.2 電流和電壓的參考方向 下 頁上 頁返 回 5V 5歐 1A 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁 鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要 關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。 1.電流的參考方向 l電流電流 l電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度 帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng) 單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量 下 頁上 頁返

6、 回 l方向方向 規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向 l單位單位 1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A A（安培）、（安培）、 kA、mA、A 元件元件( (導(dǎo)線導(dǎo)線) )中電流流動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能中電流流動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能: : 實(shí)際方向?qū)嶋H方向 A B 實(shí)際方向?qū)嶋H方向 A B 對(duì)于復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變對(duì)于復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變 化時(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷?；瘯r(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷。 下 頁上 頁 問題 返 回 l參考方向參考方向 任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的

7、方 向即為電流的參考方向。向即為電流的參考方向。 下 頁上 頁返 回 i 參考方向參考方向 A B 大小大小 方向方向( (正負(fù)）正負(fù)） 電流電流( (代數(shù)量代數(shù)量) ) i 0 i 0 參考方向參考方向 U + 參考方向參考方向 U + 0 吸收正功率吸收正功率 ( (實(shí)際吸收實(shí)際吸收) ) P0 發(fā)出正功率發(fā)出正功率 ( (實(shí)際發(fā)出實(shí)際發(fā)出) ) P0 發(fā)出負(fù)功率發(fā)出負(fù)功率 ( (實(shí)際吸收實(shí)際吸收) ) l u, i 取非取非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向 下 頁上 頁 + + - -i u + + - - i u 返 回 下 頁上 頁返 回 下 頁上 頁 1.4 1.4 電路元件電路元件 是電

8、路中最基本的組成單元。是電路中最基本的組成單元。1. 電路元件 返 回 5種基本的理想電路元件：種基本的理想電路元件： 電阻元件：電阻元件：表示消耗電能的元件表示消耗電能的元件 電感元件：電感元件：表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件 電容元件：電容元件：表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件 電壓源和電流源：電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成 電能的元件。電能的元件。 注意 如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系式如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系式 是線性關(guān)系，該元件稱為線性元件，否則稱是線性關(guān)系，該元件稱為線性元

9、件，否則稱 為非線性元件。為非線性元件。 下 頁上 頁返 回 電阻器 電容器 線圈 電池 運(yùn)算放大器 晶體管 下 頁上 頁返 回 (a) 二端元件二端元件 (b) 三端元件三端元件 (c) 四端元件四端元件 按電路元件與外電路連接端點(diǎn)的數(shù)目，電路元件按電路元件與外電路連接端點(diǎn)的數(shù)目，電路元件 可分為二端元件、三端元件、四端元件等?？煞譃槎嗽⑷嗽?、四端元件等。 1.5 1.5 電阻元件電阻元件 下 頁上 頁返 回 伏安特 性為一 條過原 點(diǎn)的直 線 u i 0 下 頁上 頁返 回 下 頁上 頁返 回 如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān) 聯(lián)，公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào)

10、；聯(lián)，公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào)； 說明線性電阻是無記憶、雙向性的元說明線性電阻是無記憶、雙向性的元 件。件。 歐姆定律歐姆定律 只適用于線性電阻只適用于線性電阻( R 為常數(shù)為常數(shù)）；）； 則歐姆定律寫為則歐姆定律寫為u R i i G u 下 頁上 頁 注意 R u i - + 返 回 下 頁上 頁返 回 P發(fā) 發(fā) u i ( R i) i i2 R - - u2/ R 下 頁上 頁返 回 下 頁上 頁 實(shí)際電阻器實(shí)際電阻器 返 回 1.6 1.6 電壓源和電流源電壓源和電流源 l電路符號(hào)電路符號(hào) 1.1.理想電壓源理想電壓源 l定義定義 i S u + _ 下 頁上 頁 其兩端電壓總能保持定值或一

11、定的時(shí)間函數(shù)，其值 與流過它的電流 i 無關(guān)的元件叫理想電壓源。 返 回 下 頁上 頁返 回 下 頁上 頁返 回 4.電壓源的功率電壓源的功率 電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)； + _ i u + _ S u iuP S 電流（正電荷電流（正電荷 ）由低電）由低電 位向高電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作位向高電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作 功，電源發(fā)出功率。功，電源發(fā)出功率。 iuP S 發(fā)出功率，起電源作用發(fā)出功率，起電源作用 物理意義： 下 頁上 頁 + _ i u + _ S u 電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)； 物理意義： 電場(chǎng)力做功，電源吸收功率電場(chǎng)力做功，

12、電源吸收功率 iuP S 吸收功率，充當(dāng)負(fù)載吸收功率，充當(dāng)負(fù)載 返 回 下 頁上 頁返 回 例例 計(jì)算圖示電路各元件的功率計(jì)算圖示電路各元件的功率 解解V5)510( R u A1 5 5 R u i R W515 2 RiP R W10110 10 iuP SV W515 5 iuP SV 發(fā)出發(fā)出 吸收吸收 吸收吸收 滿足滿足：P（發(fā)發(fā)）P（吸吸） 下 頁上 頁 5R i +_ R u + _ 10V5V - + 返 回 其輸出電流總能保持定值或一定的其輸出電流總能保持定值或一定的 時(shí)間函數(shù)，其值與它的兩端電壓時(shí)間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u 無關(guān)的元件叫理想電流源。無關(guān)的元件叫理想電流源。

13、 l 電路符號(hào)電路符號(hào) 2.2.理想電流源理想電流源 l 定義定義 u S i + _ 下 頁上 頁返 回 下 頁上 頁返 回 下 頁上 頁返 回 下 頁上 頁 4.電流源的功率電流源的功率 u + _ S i S uiP 電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián) ； 發(fā)出功率，起電源作用發(fā)出功率，起電源作用 S uiP 電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián) ； u + _ S i 吸收功率，充當(dāng)負(fù)載吸收功率，充當(dāng)負(fù)載 S uiP 返 回 下 頁上 頁返 回 理想電流源：理想電流源： 電流確定，內(nèi)阻為無窮大；電流確定，內(nèi)阻為無窮大； （無伴電流源）（無伴電流源） 電壓由

14、外電路決定；電壓由外電路決定； 有源元件。有源元件。 例例計(jì)算圖示電路各元件的功率計(jì)算圖示電路各元件的功率 解解 A2Sii V5u W1052 2 uiP SA W10)2(5 5 iuP SV 發(fā)出發(fā)出 吸收吸收 滿足滿足：P（發(fā)）（發(fā)）P（吸）（吸） 下 頁上 頁 u 2A i+ _ 5V - + 返 回 1.7 1.7 受控電源受控電源( (非獨(dú)立源非獨(dú)立源) ) l 電路符號(hào)電路符號(hào) + 受控電壓源受控電壓源 1.1.定義定義 受控電流源受控電流源 電壓或電流的大小和方向不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某 個(gè)地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。 下 頁上 頁返 回 電流控制的電

15、流源電流控制的電流源 ( CCCS ) : : 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù) 根據(jù)控制量和被控制量是電壓根據(jù)控制量和被控制量是電壓u 或電流或電流i，受控源，受控源 可分可分四種類型：四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓 源表示；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。源表示；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。 2.2.分類分類 四端元件 12 ii 輸出：受控部分輸入：控制部分 下 頁上 頁 i1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + 返 回 g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo)轉(zhuǎn)移電導(dǎo) 電壓控制的電流源電壓控制的電流源 ( ( VCCS ) ) 12 gui 電壓控制的電壓源電

16、壓控制的電壓源 ( ( VCVS ) ) 12 uu : 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) gu1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + 下 頁上 頁 i1 u1 + _ u2 i2 _ u1 + _ 返 回 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( ( CCVS ) ) 12 riu r : 轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電阻 例例 b i c i bc ii 電路模型 ib icib 下 頁上 頁 ri1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + _ 返 回 下 頁上 頁返 回 下 頁上 頁返 回 例例 求：電壓u2 解解 Ai2 3 6 1 V iu 4610 65 12 5i1 + _ u2 _ i1 + +- 3

17、 u1=6V 下 頁上 頁返 回 下 頁上 頁返 回 1.8 1.8 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律 （KCL）和基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電壓定律( KVL )。它反。它反 映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基 本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律。本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律。 基爾霍夫定律基爾霍夫定律與與元件特性元件特性構(gòu)成了電路分析的構(gòu)成了電路分析的 基礎(chǔ)。基礎(chǔ)。 下 頁上 頁返 回 1.1.幾個(gè)名詞幾個(gè)名詞 電路中通過同一電流的分支。電路中通過同一電流的分支。 元件的連接點(diǎn)稱為

18、結(jié)點(diǎn)。元件的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。 b=3 a n=4 b + _ R1 uS1 + _ uS2 R2 R3 支路支路 電路中每一個(gè)兩端元件就叫電路中每一個(gè)兩端元件就叫 一條支路。一條支路。 i3 i2 i1 結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn) b=5 下 頁上 頁 或三條以上支路的連接點(diǎn)稱或三條以上支路的連接點(diǎn)稱 為結(jié)點(diǎn)。為結(jié)點(diǎn)。 n=2 注意注意 兩種定兩種定 義分別用在不同義分別用在不同 的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。 返 回 由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。 兩結(jié)點(diǎn)間的一條通路。由支路兩結(jié)點(diǎn)間的一條通路。由支路 構(gòu)成構(gòu)成 對(duì)對(duì)平面電路平面電路，其內(nèi)部不含任，其內(nèi)部不含任 何支路的回路稱網(wǎng)孔。何支路的回路稱網(wǎng)孔。 l=3

19、 12 3 路徑路徑 回路回路 網(wǎng)孔網(wǎng)孔 網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。 下 頁上 頁 + _ R1 uS1 + _ uS2 R2 R3 注意 返 回 下 頁上 頁返 回 2.2.基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律 (KCL) 令流出為令流出為“+”，有：，有： 例例 在集總參數(shù)電路中，任意時(shí)刻，對(duì)任意結(jié)點(diǎn)流在集總參數(shù)電路中，任意時(shí)刻，對(duì)任意結(jié)點(diǎn)流 出（或流入）該結(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。出（或流入）該結(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。 m ti 1b 0)(出入 ii or 流進(jìn)的電 流等于流 出的電流 1 i 5 i 4 i 3 i 2 i 0 54321 iiiii

20、54321 iiiii 下 頁上 頁返 回 0 641 iii 例例 0 542 iii 0 653 iii 三式相加得：三式相加得： 0 321 iii KCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個(gè)結(jié)點(diǎn)可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個(gè)結(jié)點(diǎn) 的任一閉合面。的任一閉合面。 下 頁上 頁 1 3 2 5 i 6 i 4 i 1 i 3 i 2 i 表明表明 返 回 下 頁上 頁返 回 KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中 任意結(jié)點(diǎn)處的反映；任意結(jié)點(diǎn)處的反映； KCL是對(duì)結(jié)點(diǎn)處支路電流加的約束，與支路是對(duì)結(jié)點(diǎn)處支路電流加的約束，與支路 上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是上接的

21、是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是 非線性無關(guān)；非線性無關(guān)； KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電方程是按電流參考方向列寫的，與電 流實(shí)際方向無關(guān)。流實(shí)際方向無關(guān)。 下 頁上 頁 明確明確 返 回 3 3. .基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律 (KVL) m tu 1b 0)(升降 uuor U3 U1 U2 U4 下 頁上 頁 標(biāo)定各元件電壓參標(biāo)定各元件電壓參 考方向考方向 選定回路繞行方向，選定回路繞行方向， 順時(shí)針或逆時(shí)針順時(shí)針或逆時(shí)針. . I1 + US1 R1I4 _ + US4 R4 I3 R3 R2 I2 _ 在在集總參數(shù)電路中，任一時(shí)刻，集總參數(shù)電路中，任一時(shí)刻，沿任一回路，

22、沿任一回路， 所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。 返 回 U1US1+U2+U3+U4+US4= 0 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：或： R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4 下 頁上 頁 U3 U1 U2 U4 I1 + US1 R1I4 _ + US4 R4 I3 R3 R2 I2 _ KVL也適用于電路中任一假想的回路。也適用于電路中任一假想的回路。注意注意 返 回 例例 Sba UUUU 21 KVL的實(shí)質(zhì)反映了電路遵從能量守恒定律的實(shí)質(zhì)反映了電路遵從能量守恒定律; ; KVL是對(duì)回路中的支路電壓加的約束，與回路是對(duì)回路中的支路電壓加

23、的約束，與回路 各支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性各支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性 還是非線性無關(guān)；還是非線性無關(guān)； KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實(shí)際方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實(shí)際 方向無關(guān)。方向無關(guān)。 下 頁上 頁 明確明確 a Us b _ _ - + + + U2 U1 返 回 4. 4. KCL、KVL小結(jié)小結(jié)： KCL是對(duì)支路電流的線性約束，是對(duì)支路電流的線性約束，KVL是對(duì)是對(duì)回回 路電壓的線性約束。路電壓的線性約束。 KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。 KCL表明在每一節(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的；表明在每一節(jié)點(diǎn)上電

24、荷是守恒的；KVL是是 能量守恒能量守恒的具體體現(xiàn)的具體體現(xiàn)( (電壓與路徑無關(guān)電壓與路徑無關(guān)) )。 KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。只適用于集總參數(shù)的電路。 下 頁上 頁返 回 UA =UB ? 下 頁上 頁 思考 A B + _ 1 3V + _ 2V 1. i1 1 1 1 1 1 返 回 I = 0 A5)2(3iV1552010u 下 頁上 頁 V5 ?u V10 V20 例例1 A3 A2 ?i 5 1 4 3 3 求電流求電流 i 解解 例例2 解解 求電壓求電壓 u 返 回 A3 543ii V1275u 下 頁上 頁 + +- -4V 5V i =? 3 + + -

25、-4V 5V 1A +- u =? 3 例例3求電流求電流 i 例例4 求電壓求電壓 u 解解 解解 要求 能熟練求解含源支路能熟練求解含源支路 的電壓和電流。的電壓和電流。 返 回 0)10(1010 1 I解解 A2 1 I A3121 1 II I1 下 頁上 頁 -10V 10V + + - 1A I =? 10 例例5 求電流求電流 I 例例6 求電壓求電壓 U 解解A7310I 024IU V1041442 IU 4V + - 10A U =?2 +- 3A I 返 回 解解 A1 55 10 2 I V222553 2222 IIIIU 下 頁上 頁 10V + + - - 3I2 U=? I =0 5 5 -+ 2I2 I2 5 +- 例例7求開路電壓求開路電壓 U 返 回 解解 12 IRU 111 RUII S )1 ( 1 1 R U I S )1 ( 1 2 R UR U S )1 ( 1 2