电子技术PPT电子课件教案-第2章 电路的基本概念与基本定律.ppt

电工技术,第2章 电路的基本概念和基本定律,lfchun 制作,大连理工大学电气工程系,第 2 章 电路的基本概念与基本定律,2.1 电路的作用与组成,2.3 电路的状态,2.2 电路中的参考方向与参考点,2.4 电路的元件模型,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,课堂讨论,下一章,上一章,返回主页,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2.1 电路的作用与组成,第2章 电路的基本概念与基本定律,一、电路的作用 电路（或称为网络）就是电流的通路。,电 流 的 流 动,能量传输 能量转换,信号传递 信号变换 信号处理,电能 热能,声音 信号处理 声音 信号变换 信号变换,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,负载的大小是指负载功率的大小。 三、电路的分类 直流电路和交流电路。 线性电路和非线性电路。 集中参数电路和分布参数电路。 ,1.1 电路的作用与组成,电 源,中间环节,负 载,二、电路的组成,非电能电能,导线、开关 保护装置,电能非电能,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2.2 电路中的参考方向与参考点,第2章 电路的基本概念与基本定律,一、电量的真实方向 电路中的电动势、电压和电流是有方向的。 1. 电动势的真实方向 规定为电位升高的方向： 2. 电压的真实方向 规定为电位降落的方向： 3. 电流的真实方向 规定为正电荷移动的方向：,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2.2 电路中的参考方向与参考点,二、参考方向 一个任意假定的方向，又称为正方向。, e , u , e , u ,e = 1.5 v u = 1.45 v i = 0.1 a,当参考方向与实际方向一致时物理量为正值。 当参考方向与实际方向相反时物理量为负值。,e =1.5 v u =1.45 v i =0.1 a,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,1. 关联参考方向,或,功率 p = ui 若 p0，表示电源发出功率或负载消耗功率； 若 p0，表示电源消耗功率或负载发出功率。,2.2 电路中的参考方向与参考点,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2. 非关联参考方向,或,功率 p =ui 若 p0，表示电源发出功率或负载消耗功率； 若 p0，表示电源消耗功率或负载发出功率。,2.2 电路中的参考方向与参考点,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2.2 电路中的参考方向与参考点,三、参考点 参考点通常是指任意选定的零电位点。,ud = 0 ua = 12 v ub = 12.6 v uc = 15 v,ub = 0 ua = 0.6 v uc = 2.4 v ud =12.6 v,参考点,参考点,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2.2 电路中的参考方向与参考点,用电位形式画的电路,电压与电位的区别是什么？,=,=,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2.3 电路的状态,一、通路 通路是当电源与负载接通时的状态。 通路时电路中有能量的输送和转换。 电源为有载状态。,1. 电气设备的额定值 用来表示它们的正常工 作条件和工作能力。 额定值有 un、in、pn ,第2章 电路的基本概念与基本定律,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2. 电气设备的工作状态,(1) 欠载 指 ppn 或 i in 的状态。 (2) 满载 指 p = pn 或 i = in 的状态。 (3) 过载 指 ppn 或 i in 的状态。 例如 某发电机的额定值为 230 v、127 a 。 当输出 i = 110 a 时，处于欠载状态。 当输出 i = 127 a 时，处于满载状态。 当输出 i = 135 a 时，处于过载状态。,2.3 电路的状态,电气设备不允许长时过载，允许短时过载。,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,二、 开路,开路的特征 输出电流： i = 0 。 输出功率： p = 0 。,空载,开路电压,2.3 电路的状态, uoc ,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,短路, u ,三、短路,事故状态,2.3 电路的状态,短路的特征 输出电压： u = 0 。 输出电流： i 很大（取决于电源的内阻）。 输出功率： p = 0 。,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2.4 电路的元件模型,第2章 电路的基本概念与基本定律,依据其物理性质、从能量转换的角度来分 析，电路元件包括以下几类： 消耗电能 储存磁场能量 储存电场能量 产生电能,无源元件, 有源元件,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作, u ,1. 理想电阻元件,线性电阻和非线性电阻。 线性电阻的伏安特性： u = ri 在直流电路中： u = ri 电阻消耗的功率： p = ri 2,一、无源元件,某部分电路,消耗电能,热 能,电 阻,2.4 电路的元件模型,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2. 理想电感元件,线性电感和非线性电感。 线性电感的伏安特性：,在直流电路中：,即 u = 0, 电感相当于短路!,某部分电路,电能转换,磁场能量,电 感, u ,2.4 电路的元件模型,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,线性电容和非线性电容。 线性电容的伏安特性：,3. 理想电容元件,在直流电路中：,即 i = 0, 电容相当于断路!,某部分电路,电能转换,电场能量,电 容, u ,2.4 电路的元件模型,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,理想电感,理想电容,无源电路元件,组 合,理想电阻,例如一个实际的电感线圈：,在低频电路中等效为,在高频电路中等效为,4. 实际无源元件,2.4 电路的元件模型,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,二、电源元件,实际电源： 既产生电能，内部又有能量损耗。 实际电源有电压源和电流源两种。 理想电源： 产生电能，内部无能量损耗。 理想电源有理想电压源和理想电流源两种。,2.4 电路的元件模型,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,1. 理想电压源,特点: 输出电压是恒定的； 输出电流由负载的大小确定。,电路模型,伏安特性（外特性）, 恒压源,2.4 电路的元件模型,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2. 理想电流源,特点: 输出电流是恒定的； 输出电压由负载的大小确定。, 恒流源,电路模型,伏安特性（外特性）,2.4 电路的元件模型,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,3. 实际电源,(2) 实际电流源,(1) 实际电压源,2.4 电路的元件模型,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,三、受控源,受控源输出的电压或电流是控制支路电压或 电流的函数。 受控源的种类： 受控电压源和受控电流源。 受控电压源: 电压控电压源和电流控电压源。 受控电流源: 电压控电流源和电流控电流源。 线性受控源： 被控量与控制量之间为线性函数关系的受控源。 非线性受控源： 被控量与控制量之间为非线性函数关系的受控源。,2.4 电路的元件模型,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,1. 电压控电压源（vcvs）,i1 = 0 u2 = u1 称为电压放大系数。,2.4 电路的元件模型,2. 电流控电压源（ccvs）,u1 = 0 u2 = m i1 m 称为转移电阻。,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,3. 电压控电流源（vccs）,i1 = 0 i2 = gm u1 gm 称为转移电导。,2.4 电路的元件模型,4. 电流控电流源（cccs）,u1 = 0 i2 = i1 称为电流放大系数。,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,第2章 电路的基本概念与基本定律,一、欧姆定律 欧姆定律是描述线性电阻的伏安特性。,欧姆定律与基尔霍夫定律是电路理论中最基本 的两条定律。,u = ri,u =ri,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,二、基尔霍夫定律,电路是相互连接着的元件的集合，电路中 所有元件的电流和电压应遵循由元件的相互连 接所规定的约束关系（拓扑约束）。 电路中的常用术语： 结点：电路中三个或三个以上元件的连接点。 支路：两结点之间的每一条分支电路。 回路：电路中的任意闭合路径。 网孔：回路中不包含任何其它回路的回路。,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,内容：,i入i出 i0,在直流电路中： i0 理论依据： 能量守恒,1. 基尔霍夫电流定律（kcl）, 电荷守恒, 电流连续。,特点： kcl 与元件的性质无关。 kcl 方程的形式取决于支路与结点的连接 关系和支路电流的参考方向。,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,解：,(1) 结点 a i1i2 = i3 或： i1i2i3 = 0 (2) 结点 b i3 = i4i5 或： i3i4i5 = 0,例2.1 如图所示为某直流电路中的一部分， 试列写出结点 a、b 的电流方程。,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,广义结点：,i1 =0,i1 =？ i2 =？,i2 =i1,kcl 可以推广应用于电路中的任何一个假 设的闭合面 广义结点。,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2. 基尔霍夫电压定律（kvl）,内容：,u = 0, 回路电压方程。,在直流电路中： u0 理论依据： 电场力做功与路径无关。 特点： kvl 与电路元件的性质无关。 kvl 方程的形式取决于： 回路所关联的支路、回路的参考方向、回路中 各支路电压的参考方向。,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,解： u1,u2, u3,u4,= 0,例2.2 某电路中的一个回路如图所示，试列 写回路电压方程。,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,三、有源负载 电源作为负载使用时，称为有源负载。,解： (1) r = 0.5 时 u = us = 1v ,例2.3 在不同负载情况下求电源和负载的 功率：(1) r = 0.5 ；(2) r = 1 ；(3) r = 2 。,电压源和电流源 都输出功率。 pr = pupi,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,i1 = iis = 1 a pr = ui = 2 w pu = usi1 = 1 w pi = uis = 1 w,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,(2) r = 1 时 u = 1 v，,i1 = iis = 0 pr = ui = 1 w pu = usi1 = 0 pi = uis = 1 w,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,电流源输出功率，电压源不输出功率。 pr = pupi,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2.5 欧姆定律与基尔霍夫定律,(3) r = 2 时 u = 1 v，,i1 = iis =0.5 a pr = ui = 0.5 w pu = usi1 =0.5 w pi = uis = 1 w,电流源输出功率，电压源吸收功率。 pr = pupi, 功率平衡方程。,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,（ ）,课 堂 讨 论,2.1 如图所示电路，方框代表电源或负载。试判断 哪些是电源？哪些是负载？,电源,第2章 电路的基本概念与基本定律,（ ）,负载,（ ）,负载,（ ）,电源,大连理工大学电气工程系,lfchun 制作,2.2 如图所示电路，试判断哪些电源是有源负载？,课 堂 讨 论,1a, 1 v ,2 ,（ ）,电压源,（ ）