電路與電路模型

1、關(guān)于電路和電路模型第一張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月主要內(nèi)容電路和電路模型電路的基本物理量電路的參考方向無(wú)源元件的介紹項(xiàng)目一認(rèn)識(shí)電路的基本物理量和基爾霍夫定律第二張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.1 電路和電路模型 電路的概念 由實(shí)際元器件構(gòu)成的電流的通路稱為電路。1、電路的組成及其功能電路是電流的通路第三張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電路通常由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三部分組成。 電路的組成1、電路的組成及其功能火線.零線電源連接導(dǎo)線和其余設(shè)備為中間環(huán)節(jié)負(fù)載第四張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電路可以實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。電力系統(tǒng)中電子技術(shù)中電

2、路可以實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞、變換、存儲(chǔ)和處理。1、電路的組成及其功能 電路的功能第五張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、電路模型實(shí)體電路連接導(dǎo)線負(fù)載電源開關(guān)SRL+ UIUS+_R0電路模型電源負(fù)載中間環(huán)節(jié) 用抽象的理想電路元件及其組合，近似地代替實(shí)際的器件，從而構(gòu)成了與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。第六張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 理想電路元件R+ US電阻元件只具耗能的電特性電容元件只具有儲(chǔ)存電能的電特性理想電壓源輸出電壓恒定，輸出電流由它和負(fù)載共同決定理想電流源 輸出電流恒定，兩端電壓由它和負(fù)載共同決定。L電感元件只具有儲(chǔ)存磁能的電特性IS 理想電路元件是實(shí)際電路器件的理

3、想化和近似化，其電特性單一、精確，可定量分析和計(jì)算。C3、理想元件第七張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5種基本理想電路元件有三個(gè)特征： （a）只有兩個(gè)端子； （b）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述； （c）不能被分解為其他元件。注意第八張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電路元件按照其與電路其他部分相連接的端鈕數(shù)，可以分為二端元件和多端元件。二端元件通過(guò)兩個(gè)端鈕與電路其他部分連接；多端元件通過(guò)三個(gè)或三個(gè)以上端鈕與電路其他部分連接。3、理想元件第九張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果電路由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？何謂理想電路元件？其中“理想”二字在實(shí)際電

4、路的含義？理想元件有何特征？如何在電路中區(qū)分電源和負(fù)載？試述電路的功能？何謂“電路模型”？學(xué)好本課程，應(yīng)注意抓好四個(gè)主要環(huán)節(jié)：提前預(yù)習(xí)、認(rèn)真聽課、及時(shí)復(fù)習(xí)、獨(dú)立作業(yè)。還要處理好三個(gè)基本關(guān)系：聽課與筆記、作業(yè)與復(fù)習(xí)、自學(xué)與互學(xué)。第十張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.2 電路基本物理量及參考方向 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關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流的參考方向電流電流強(qiáng)度帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量第十一張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月方向 規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向單

5、位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導(dǎo)線)中電流流動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能: 實(shí)際方向AB實(shí)際方向AB 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。問(wèn)題第十二張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月參考方向 大小方向(正負(fù)）電流(代數(shù)量)任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向即為電流的參考方向。i 0i 0參考方向U+參考方向U+ 0 吸收正功率(實(shí)際吸收)負(fù)載P0 發(fā)出正功率 (實(shí)際發(fā)出)P0 發(fā)出負(fù)功率 (實(shí)際吸收) u, i 取非關(guān)聯(lián)參考方向+-iu+-iu第二十六張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例 求圖示電

6、路中各方框所代表的元件吸收或產(chǎn)生的功率。已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1第二十七張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月解:對(duì)一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率吸收的功率564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1注意已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1A 第二十八張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月想想、練練 已知某電路中U

7、ab=-5V,試說(shuō)明a,b兩點(diǎn)哪點(diǎn)電位高？ 一個(gè)元件的功率為P=100W，試討論關(guān)聯(lián)與非關(guān)聯(lián)參考方向下，該元件吸收還是發(fā)出功率？第二十九張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月想想、練練 I3132+-+-I1I2U1U2U3如圖所示的電路中有三個(gè)元件。電流、電壓的參考方向如圖中箭頭所示，實(shí)驗(yàn)測(cè)得：I1=3A,I2=-3A,I3=-3A,U1=-120V,U2=70V,U3=-50V試指出各元件電流、端電壓的實(shí)際方向，計(jì)算元件的功率，并指出哪個(gè)元件吸收功率，哪個(gè)元件發(fā)出功率。第三十張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.4 電路元件是電路中最基本的組成單元。1. 電路元件5種基本的理想

8、電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件電容元件：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：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成 電能的元件。注意 如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系式是線性關(guān)系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。第三十一張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.4.1 電阻元件2.線性時(shí)不變電阻元件 電路符號(hào)R電阻元件對(duì)電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可用ui平面上的一條曲線來(lái)描述：iu任何時(shí)刻端電壓與電流成正比的電阻元件。1.定義伏安特性0第三十二張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 ui 關(guān)系R 稱為電阻，單位： (Ohm)滿足歐

9、姆定律 單位G 稱為電導(dǎo)，單位：S (Siemens) u、i 取關(guān)聯(lián)參考方向伏安特性為一條過(guò)原點(diǎn)的直線ui0Rui+第三十三張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月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)；說(shuō)明線性電阻是無(wú)記憶、雙向性的元件。歐姆定律只適用于線性電阻( R 為常數(shù)）；則歐姆定律寫為u R i i G u公式和參考方向必須配套使用！無(wú)特殊說(shuō)明一般均使用關(guān)聯(lián)參考方向注意Rui-+第三十四張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3.功率和能量電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。p -u i (-R i) i i2 R - u2/ Rp u i i2R u2 / R 功

10、率Rui+-表明Rui-+第三十五張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ui從 t0 到 t 電阻消耗的能量：4.電阻的開路與短路 能量 短路 開路uiRiu+u+i00第三十六張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月實(shí)際電阻器第三十七張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5. 線性電阻元件的串、并聯(lián)1. 串聯(lián)特點(diǎn)：1. 流過(guò)所有電阻的電流i相同2. u=u1+u2+ +un3. Req=R1+R2+ +Rn分壓公式：第三十八張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2. 并聯(lián)特點(diǎn)：1. 所有電阻的電壓u相同2. i=i1+i2+ +in第三十九張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年

11、6月3. 分流公式：第四十張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.4.2 電容元件 (Capacitor)電容器_q+q在外電源作用下，兩極板上分別帶上等量異號(hào)電荷，撤去電源，板上電荷仍可長(zhǎng)久地集聚下去，是一種儲(chǔ)存電能的部件。1. 定義電容元件儲(chǔ)存電能的元件。其特性可用uq 平面上的一條曲線來(lái)描述qu庫(kù)伏特性第四十一張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷q與電壓 u 成正比，q u 特性是過(guò)原點(diǎn)的直線。電路符號(hào)2. 線性電容元件C 稱為電容器的電容, 單位：F (法) (Farad，法拉), 常用 F、pF、nF等表示。1F=103 F =106 pF

12、 =109 nFquO單位Cu第四十二張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月線性電容的電壓、電流關(guān)系電容元件VCR的微分形式表明: (1) i 的大小取決于 u 的變化率, 與 u 的大小無(wú)關(guān)， 電容是動(dòng)態(tài)元件；(2) 當(dāng) u 為常數(shù)(直流)時(shí)，i =0。電容相當(dāng)于開路，電容 有隔斷直流作用；實(shí)際電路中通過(guò)電容的電流 i 為有限值，則電容電壓u 必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。Cu+q-qu、i 取關(guān)聯(lián)參考方向第四十三張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電容元件有記憶電流的作用，故稱電容為記憶元件（1）當(dāng) u，i 為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，上述微分和積分表達(dá)式前要冠以負(fù)號(hào) ;電容元件VCR的積分形式表明

13、:注（2）上式中 u(t0) 稱為電容電壓的初始值，它反映電容初始時(shí)刻的儲(chǔ)能狀況，也稱為初始狀態(tài)。 第四十四張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 電容的功率和儲(chǔ)能功率u、 i 取關(guān)聯(lián)參考方向電容的儲(chǔ)能（1）電容的儲(chǔ)能只與當(dāng)時(shí)的電壓值有關(guān)，電容 電壓不能躍變，反映了儲(chǔ)能不能躍變；表明（2）電容儲(chǔ)存的能量一定大于或等于零。課本13頁(yè)1-15第四十五張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月從 t1 時(shí)刻到 t2時(shí)刻電容儲(chǔ)能的變化量： 電容能在一段時(shí)間內(nèi)吸收外部供給的能量，轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在另一段時(shí)間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電容元件是無(wú)源元件、是儲(chǔ)能元件，它本身不消耗能量。第四十

14、六張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1.4.2 電感元件 (Inductor)u (t)電感器把金屬導(dǎo)線繞在一骨架上構(gòu)成一實(shí)際電感器，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，將產(chǎn)生磁通，是一種儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的部件。 (t)N (t)1.定義電感元件儲(chǔ)存磁能的元件。其特性可用i 平面上的一條曲線來(lái)描述。i韋安特性i (t) (t) (t)第四十七張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 任何時(shí)刻，通過(guò)電感元件的電流i與其磁鏈 成正比。 i 特性是過(guò)原點(diǎn)的直線。電路符號(hào)2. 線性電感元件L 稱為電感器的自感系數(shù), L的單位：H (亨) ( Henry，亨利)，常用 H，mH表示。iO單位+u (t)iL第四十八

15、張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月線性電感的電壓、電流關(guān)系u、i 取關(guān)聯(lián)參考方向表明(1) 電感電壓u 的大小取決于i 的變化率, 與i 的大小無(wú)關(guān)，電感是動(dòng)態(tài)元件；(2) 當(dāng)i為常數(shù)(直流)時(shí)，u =0。電感相當(dāng)于短路；實(shí)際電路中電感的電壓 u為有限值，則電感電流 i 不能躍變，必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。根據(jù)電磁感應(yīng)定律與楞次定律+u (t)iL電感元件VCR的微分關(guān)系第四十九張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 電感元件有記憶電壓的作用，故稱電感為記憶元件。（1）當(dāng) u，i 為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，上述微分和積分表達(dá)式前要冠以負(fù)號(hào) ;表明注電感元件VCR的積分形式（2）上式中 i(t0)

16、 稱為電感電流的初始值，它反映電感初始時(shí)刻的儲(chǔ)能狀況，也稱為初始狀態(tài)。 第五十張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 電感的功率和儲(chǔ)能 功率u、 i 取關(guān)聯(lián)參考方向電感的儲(chǔ)能（1）電感的儲(chǔ)能只與當(dāng)時(shí)的電流值有關(guān)，電感 電流不能躍變，反映了儲(chǔ)能不能躍變；表明（2）電感儲(chǔ)存的能量一定大于或等于零。第五十一張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月從t0到 t 電感儲(chǔ)能的變化量： 電感能在一段時(shí)間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在另一段時(shí)間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電感元件是無(wú)源元件、是儲(chǔ)能元件，它本身不消耗能量。第五十二張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電容元件與電感元

17、件的比較電容 C電感 L變量電流 i磁鏈 關(guān)系式電壓 u電荷 q (1) 元件方程的形式是相似的；(2) 若把 u i ，q ，C L 互換,可由電容元件的方程得到電感元件的方程；(3) C 和 L稱為對(duì)偶元件, 、q 等稱為對(duì)偶元素。結(jié)論第五十三張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 1.5 電壓源和電流源電路符號(hào)1.理想電壓源定義i+_其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與流過(guò)它的電流 i 無(wú)關(guān)的元件叫理想電壓源。第五十四張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；與流經(jīng)它的電流方向、大小無(wú)關(guān)。通過(guò)電壓源的電流由電源及外電路共同決定。理想

18、電壓源的電壓、電流關(guān)系ui直流電壓源的伏安關(guān)系例Ri-+外電路電壓源不能短路！0第五十五張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電壓源的功率電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；+_iu+_ 電流（正電荷 ）由低電位向高電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作功，電源發(fā)出功率。發(fā)出功率，起電源作用物理意義：+_iu+_電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；物理意義：電場(chǎng)力做功，電源吸收功率吸收功率，充當(dāng)負(fù)載第五十六張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例計(jì)算圖示電路各元件的功率解：發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）P（吸）i+_+_10V5V-+第五十七張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月其輸出電流總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，

19、其值與它的兩端電壓u 無(wú)關(guān)的元件叫理想電流源。 電路符號(hào)2.理想電流源 定義u+_ 理想電流源的電壓、電流關(guān)系電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無(wú)關(guān)。第五十八張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。ui直流電流源的伏安關(guān)系0例Ru-+外電路電流源不能開路！第五十九張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無(wú)關(guān)；光電池在一定光線照射下光電子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。實(shí)際電流源的產(chǎn)生： 電流源的功率u+_電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；發(fā)出功率，起電源作用電壓、電流的參考方向關(guān)

20、聯(lián)；u+_吸收功率，充當(dāng)負(fù)載第六十張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例計(jì)算圖示電路各元件的功率解發(fā)出發(fā)出滿足：P（發(fā)）P（吸）u2Ai+_5V-+第六十一張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月實(shí)際電源干電池鈕扣電池1. 干電池和鈕扣電池（化學(xué)電源） 干電池電動(dòng)勢(shì)1.5V，僅取決于（糊狀）化學(xué)材料，其大小決定儲(chǔ)存的能量，化學(xué)反應(yīng)不可逆。鈕扣電池電動(dòng)勢(shì)1.35V，用固體化學(xué)材料，化學(xué)反應(yīng)不可逆。第六十二張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 氫氧燃料電池示意圖2. 燃料電池（化學(xué)電源） 電池電動(dòng)勢(shì)1.23V。以氫、氧作為燃料。約40-45%的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?shí)驗(yàn)階段加燃料可繼續(xù)工

21、作。 第六十三張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3. 太陽(yáng)能電池（光能電源） 一塊太陽(yáng)能電池電動(dòng)勢(shì)0.6V。太陽(yáng)光照射到P-N結(jié)上，形成一個(gè)從N區(qū)流向P區(qū)的電流。約 11%的光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽食Ｓ锰?yáng)能電池板。 一個(gè)50cm2太陽(yáng)能電池的電動(dòng)勢(shì)0.6V,電流0.1A 太陽(yáng)能電池示意圖太陽(yáng)能電池板第六十四張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月蓄電池示意圖4. 蓄電池（化學(xué)電源） 電池電動(dòng)勢(shì)2V。使用時(shí)，電池放電，當(dāng)電解液濃度小于一定值時(shí)，電動(dòng)勢(shì)低于2V，常要充電，化學(xué)反應(yīng)可逆。第六十五張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月直流穩(wěn)壓源變頻器頻率計(jì)函數(shù)發(fā)生器第六十六張，PPT共七十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)電機(jī)組第六