ch1 电路的基本概念

2013-6-20
电工电子学B
一、独立电源
I 电压源 + + 电压源是由电动势 E E 和内阻 R0 串联的电源的 RL U R0 电路模型。 – U 电压源模型 理想电压源 U0=E 由上图电路可得: 电压源 U = E – IR0 若 R0 = 0 I O E 理想电压源 : U E IS RO 若 R0<< RL ，U E ， 电压源的外特性 可近似认为是理想电压源。
电场能量： W 1 Cu 2 （储能元件） 2 非线性电容元件：库伏特性曲线在u－q平面上不是通 过原点的直线。
2013-6-20
电工电子学B
1.4.3 电感元件
i +
eL
L 称为电感器的电感
L
u
对线性电感元件有： Li
线性电感元件：韦安特性曲线在i－平面上为通过 原点的直线。 单位：亨利（H）[微亨H 毫亨mH ]
第一章 电路的基本概念
南京工业大学信息科学与工程学院电子系
2013-6-20
电工电子学B
第一章 电路的基本概念
1.1 电路的作用和组成 1.2 电路的基本物理量 1.3 电路元件
1.4
电路元件
1.5 电路的工作状态
1.6 电路的基本定律
1.7 电路中电位的概念及计算
2013-6-20 电工电子学B
U 6 解：对图(a)有, U = IR 所 以: R 3Ω I 2 对图(b)有, U = – IR 所以 : R U 6 3Ω I 2
2013-6-20
电工电子学B
线性电阻的概念：
遵循欧姆定律的电阻称为线性电阻，它表示该段 电路电压与电流的比值为常数。 U 即：R 常数 I 电路端电压与电流的关系称为伏安特性。 I/ A 线性电阻的伏安特性 是一条过原点的直线。
+ U2 -
电 I1 流 控 + 制 U1=0 电 压 源 电 I1 流 控 + 制 U1=0 电 流 源
电工电子学B
I2 + _
I1
+ U2 I2
(b)CCVS
+ U2
I1
(c) VCCS
(d) CCCS
1.5 电路的工作状态
1.5.1 电源有载工作 开关闭合,接通 电源与负载 特征:

– – 表达式中有两套正负号： ① 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；
② U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。
I
R
通常取 U、I 参考方向相同。
2013-6-20 电工电子学B
例：应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R。 + + I I U U R 6V 2A R 6V –2A – – (a) (b)
E R0
I
E I R0 R
U
I
R
① 电流的大小由负载决定。
② 在电源有内阻时，I U 。 当 R0<<R 时，则U E ，表明 当负载变化时，电源的端电压变 化不大，即带负载能力强。
电工电子学B
U = IR
负载端电压 或 U = E – IR0
U 电源的外特性 E
2013-6-20
2013-6-20 电工电子学B
2. 电路的组成及模型
信号源: 提供信息
信号处理： 放大、调谐、检波等
话筒
放 大 器
扬声器
直流电源: 提供能源
负载
直流电源
2013-6-20
电工电子学B
几个概念： 激励：作用于电路上的电源或信号源的电压或电流， 也称为输入。 响应：由激励在电路各部分产生的电压或电流，也称 为输出。 电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，分 析电路的激励与响应之间的关系。
2013-6-20
电工电子学B
电路模型
为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路 模型化，用足以反映其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。 手电筒的电路模型 理想电路元件主要有 I S 电阻元件、电感元件、 电容元件和电源元件等。 例：手电筒 手电筒由电池、灯 泡、开关和筒体组成。
2013-6-20 电工电子学B
电气设备的额定值
额定值: 电气设备在正常运行时的规定使用值 1. 额定值反映电气设备的使用安全性； 2. 额定值表示电气设备的使用能力。 例： 灯泡：UN = 220V ，PN = 60W 电阻： RN = 100 ，PN =1 W
电气设备的三种运行状态 额定工作状态： I = IN ，P = PN (经济合理安全可靠) 过载(超载)： I > IN ，P > PN (设备易损坏) 欠载(轻载)： I < IN ，P < PN (不经济)
二、受控电源
1、定义:电压源的电压或电流源的电流是受电路中其他 部分的电压或电流控制。 2、电路符号：
+ –
受控电流源
受控电压源
2013-6-20
电工电子学B
四种理想受控电源的模型
电 I1=0 压 控 + 制 U1 电 压 源 电 I1=0 压 控 + 制 U 1 电 流 源
2013-6-20
I2 + _ U 1 (a)VCVS I2 gU1 + U2
1H=10-6H 1mH=10-3H
2013-6-20 电工电子学B
由电磁感应定律可得，自感电动势为：
d di e L dt dt
di 端电压： u L dt
（直流相当于短路）
磁场能量：W 1 Li 2 （储能元件）
2
2013-6-20
电工电子学B
1.4.4 电源元件 独立电源：指电压源的电压或电流源的电流不受 外电路的控制而独立存在的电源。 受控电源：指电压源的电压或电流源的电流受电路中 其它部分的电流或电压控制的电源。
i + u + C
C 称为电容器的电容
对线性电容元件有：q = Cu
线性电容元件：库伏特性曲线在u－q平面上为通 过原点的直线。
单位：法拉（F）[微法F 纳法nF 皮法pF]
1F=10-6F 1nF=10-9F 1pF=10-12F
2013-6-20
电工电子学B
dq dCu du C 电压、电流关系：i （直流相当于断路） dt dt dt
o
U/V
线性电阻的伏安特性
2013-6-20 电工电子学B
1.4 电路元件
1.4.1 电阻元件
i
i u R

0 u
tan R
R为电阻，单位：欧姆（） 线性电阻元件：伏安曲线为通过坐标原点的一条直线。 欧姆定律： u R i （关联参考方向） u －R i （非关联参考方向） 令G 1/R
电工电子学B
1.2
电路的基本物理量
1. 电路基本物理量的实际方向 物理中对基本物理量规定的方向 物理量 电流 I 实 际 方 向 正电荷运动的方向 高电位 低电位 (电位降低的方向) 低电位 高电位 (电位升高的方向)
电工电子学B
单
位
kA 、A、mA、 μA kV 、V、mV、 μV kV 、V、mV、 μV
2013-6-20 电工电子学B
1.5.2 电源开路
开关 断开 特征:
I=0

E
I

Ro
U0
0
I
1.5.1 电源有载工作 开关闭合,接通 电源与负载。 特征: E I U R
① 电流的大小由负载决定。 U = IR 负载端电压 或 U = E – IRo ② 在电源有内阻时，I U 。 P = PE – P UI = EI – I² o R 负载 电源 内阻 ③ 电源输出的功率由负载决定。 取用 产生 消耗 负载大小的概念: 功率 功率 功率 负载增加指负载取用的 电流和功率增加(电压一定)。
2013-6-20
G 称为电导 单位：西门子（S：Siemens）
电工电子学B
2 2 功率： p ui Ri u R
能量： W pdt Ri2 dt t t
0 0
t
t
（耗能元件）
非线性电阻元件：伏安曲线不是通过坐标原点的一条直 线。
2013-6-20
电工电子学B
1.4.2 电容元件
理想电流源（恒流源)
I
U + U _ RL
O
IS
特点: (1) 内阻R0 = ； (2) 输出电流是一定值，恒等于电流 IS ； (3) 恒流源两端的电压 U 由外电路决定。
例1：设 IS = 10 A，接上RL 后，恒流源对外输出电流。
IS 外特性曲线
I
当 RL= 1 时， I = 10A ，U = 10 V 当 RL = 10 时， I = 10A ，U = 100V 电流恒定，电压随负载变化。
若 U = 5V，则电压的实际方向 从 a 指向 b；
若 U= –5V，则电压的实际方向 从 b 指向 a 。
注意： 在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负 之分。
2013-6-20 电工电子学B
3 欧姆定律
U、I 参考方向相同时， U、I 参考方向相反时， + + U = – IR U=IR U I R U
2013-6-20
E
+ +
–
U
开关 R
Ro
–
导线 灯泡
电池
电工电子学B
手电筒的电路模型 I S E
+ +
–
U
开关 R