大学课程电路课件全

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二．功率的计算 1. u, i 取关联参考方向
2. u, i 取非关联参考方向
根据能量守衡关系
+
i
p吸 = u i
例 u = 5V， i = - 1A
p吸= ui= 5(-1) = -5 W
u
– + i
p吸< 0
实际发出5W
p发 = u i
例 u = 5V， i = - 1A
p发= ui = 5(-1) = -5 W
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i2 + i1
u2 _
i2= i1
: 电流放大倍数
(3) 电压控制的电流源 ( Voltage Controlled Current Source ) i1 + u _1 VCCS i1 i2 + u _ 1 gu1 i2 + u2 _ i2=gu1 g: 转移电导
(4) 电压控制的电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source )
3
R1
R2 b
l=3
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例
I1 a I4 I3 I6
b
I2 R6 I5 d c
支路：ab、ad、… ... （b=6） 结点：a、 b、… ... (n=4） 回路：abda、 bcdb、 … ... （l=7）
+
E3
_
R3
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二、基尔霍夫电流定律
1、定律表述：
（Kirchhoff’s current law，简写KCL）
i
开路
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1.5 电源元件 (source，independent source)
一、理想电压源 uS
电路符号
1. 特点：
(a) 端电压由电源本身决定，与外电路无关； (b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。
+ u _ _ 0 2. 伏安特性 uS +
i
u
uS
i
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3. 理想电压源的开路与短路 i uS (1) 开路 i=0 u=uS
+
U
+
U
I 关联参考方向
I 非关联参考方向
(4) 参考方向也称为假定正方向，以后的讨论均在参考方向下进 行，不考虑实际方向。
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1.3 电路元件的功率 (power)
一、 电功率
定义：元件吸收或释放能量的速率。
dw p ui dt
功率的单位名称：瓦（特）
符号（W）
能量的单位名称：焦（耳) 符号（J）
a


5V
b a a
5V

2A
b
2A

a


5V
b


10V
5A
b
2A

5V
b
2A



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例1
a
根据理想电源的定义，说明下列连 接是否允许？
a


5V
b a a
5V

2A
b
2A

a


5V
b


10V
5A
b
2A

5V
b
2A



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例2
在图示电路中，求下列情形下电压源吸收 的功率： （a）u=2V，i=4A； （b）u=3V，i= –2A； （c）u= –6V，i= –8A +
7
例
+ U1
10 U1 + 10
10V U1 = 10V 三. 电位 a
10V
U1 = 10V
b
设c点为电位参考点，则 c= 0 a= Uac， b=Ubc， d= Udc
d
c
Uab = a- b
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四、小结
(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。
(2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向 和符号），在计算过程中不得任意改变。 (3) 关联参考方向和非关联参考方向。
1
二、电路模型（Circuit models）
理想元件： 1）一个二端电子元件的数学模型。 2）可由端口的电压、电流关系完全描述其性质。 3）不能被分解为其他二端元件。 理想元件能够反映实际电路中的电磁现象，表征其电 磁性质： 电阻元件——消耗电能的器件； 电感元件——储存磁能的器件； 电容元件——储存电能的器件； 电源元件——将其他形式的能量转换成电能的器 件。
i2 ku1 12 2 A , 3i2 3 2 6 A 6 6
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1.9 基尔霍夫定律 ( Kirchhoff’s Laws )
基尔霍夫电流定律 (Kirchhoff’s Current Law—KCL )
基尔霍夫电压定律(Kirchhoff’s Voltage Law—KVL ) 基尔霍夫定律与元件特性是电路分析的基础。
+ u _
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5.电流源两端电压由外电路决定: 例
i
is
设: iS=1 A
us
R
则:
R=1 时， us =1 V R=10 时， us =10 V
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6. 电压源与电流源特性比较
恒压源
i 不 变 量 + _u a uab b i uab = u （常数） is 恒流源 a uab b i = is （常数）
10V
10
I1 = -1A
6
二. 电压 (voltage) 1. 电压 (voltage)： a w1
w2 b
在电场中，单位正电荷由a点移到b点时的能量之差称电压。
单位名称：伏(特)
符号：V（Volt）
2. 电压(降)的参考方向 + +
实际方向
实际方向
+
U
（参考方向）
+
U
（参考方向）
U>
0
U<
0
i t 0
k 1 k
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例1
解：
应用KCL求图示电路中的未知电流i1和i2。
4A 10A 各支路电流的参考方向如 图所示。根据KCL，对a结 i1 i2 a 点，电流方程为： b （7）（4 ） i1 = 0 2A 7A 则 i1 = 3A 对b结点，电流方程为： i1 + i2 +（ 2）（10）= 0， 则 i2 = 9A 结果表明：未知电流 i1 与 i2的真实方向与图中的 参考方向相同。
一. 电流 (current)
1. 电流： 单位时间内通过导体横截面的电量称电流强度（电流）。
单位名称：安（培） 符号：A （Ampere）
直流DC
交流AC
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2. 电流的参考方向 参考方向：任意选定的一个方向作为电流的参考方向, 但不一定就是电流的实际方向。
i 例
参考方向
I
1
I
10
1
10V I1 = 1A
+ u _1
+ u2 _
u2= u1 :电压放大倍数
VCVS * ，g， ，r 为常数时，被控制量与控制量满足线性关系， 称为线性受控源。
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注意:
(1) 受控源与独立源在电路中的作用不同。 独立电源是激励，表示其对其它电路的一种作 用；受控电源表示控制回路与被控制回路之 间的一种耦合关系。 （2）只要电路中有一条支路的电压（或电流）受 到另外任意一条支路电压（或电流）控制时， 它们就构成了一个受控电源。
在电路中，任一时刻，流入任意结 点的电流之和等于流出该结点的电 流之和。数学表示为：
i1 i2
i3
i t i t
入 出
i4
对图示结点：
i1 i2 i3 i4
i1 i2 i3 i4 0
若流出结点的电流规定为正，流 入结点的电流为负，则KCL可以 表示为： n
则欧姆定律写为 或 i –Gu
公式必须和参考方向配套使用！
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2. 功率和能量
关联参考方向下:
功率：
p = ui = i 2R = u2/R
or p = ui = u2G = i 2/G
i
R
u
非关联参考方向下: p吸 –ui –(–R i ) i i 2 R
+
–u(–u/ R) = u2/ R 结论：电阻元件永远吸收功率。
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例3


根据理想电源的定义，说明下列连 接是否允许？
a
a
ux=3us us=5V
b a




us=5V ix=3us
b a

ux=4is is=2A
b



is=2A ix=3is
b

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例4
电路如下图所示。当k=2时，求 i2 ? 2 2 3A
u1
6
ku1
3i2
i2
i1
u1 3 2 6V , ku1 2 6 12V
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1.4 电阻元件 (Resistor)
一、电阻元件 (Resistor)
定义： 如果一个二端元件在任意时刻t，其电压与电流的 关系（伏安关系，VAR）服从欧姆（Ohm）定律， 即 u=R i 则该元件称线性二端电阻元件。 电阻元件的电路符号:
i R + u
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1. 欧姆定律 (Ohm’s Law) (1) 电压与电流取关联参考方向 i R
2
手电筒电路
灯泡
Ri + –
电 池
Us
R
实际电路
电路模型
线圈
r
R
L or
L
线圈
直流下
交流下
3
关于电路模型要注意以下几点： 1、一个器件的电路模型及参数与该器件的工作 条件有关。 2、电路模型只是对实际物理过程的一种近似描 述，模型的繁简与实际工程计算要求的精度有关。
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1.2 电压和电流的参考方向 (reference direction)
u
uRi
+
R 称为电阻 令 G 1/R
单位名称：欧(姆) G称为电导
符号:
单位名称：西(门子)
符号: S (Siemens)
则欧姆定律表示为 i G u .
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u
线性电阻元件的伏安特性为 一条过原点的直线

0
u R tg i
(2) 电阻的电压和电流的参考方向相反
i
i
R
u
+
u –Ri
_
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二、理想电流源
电路符号 1. 特点：
iS
(a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；
(b) 电源两端电压是由外电路决定。
2. 伏安特性
iS
i +
u
iS
u
_
0
i
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3. 理想电流源的短路与开路
i
(1) 短路：i= iS ，u=0 (2) 理想电流源不允许开路。
iS
4. 实际电流源的产生：
稳流电子设备，如光电池，晶体三极管
u
–
i
解:
（a）p =24 = 8 W； （b）p =3 ( –2)= –6W；
（c）p = (–6) (–8)= 48W
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1.8 受控电源 (非独立源) (controlled source or dependent source)
一.
定义：电压源电压或电流源电流不是给定函数，而 是受电路中某个支路的电压(或电流)的控制。
_
注：实际的电压源也不允许短路。因其内 阻小，若短路则电流很大，可能烧毁电源
+ u _
+
(2) 理想电压源不允许短路。
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4. 功率 i uS _ + u _ i , us非关联 p 发 = uS i p 吸 = - u Si +
i
uS _ + u i , uS 关联 p吸=uSi p 发 = – u Si +
u
–
p发< 0
实际吸收5W
p（吸收）= p（发出）
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练习:
3A + 2V 2V + 3A
p吸=(2)×(3)= 6W, 由该元件吸收功率。
5A
p吸=(– 2)×(3)=-6W, 由该元件发出功率。
5A 4V +
4V +
p发= (4) ×(5)= 20W, 由该元件发出功率。
p发= (4)×(–5)= –20W, 由该元件吸收功率。
+ 电路符号
– 受控电流源
受控电压源
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二. 四种类型 (1) 电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source ) i1 + u _1 CCCS (2) 电流控制的电压源 ( Current Controlled Voltage Source ) i1 i2 + + + u2=r i1 r i u u 1 2 _ _1 _ r : 转移电阻 CCVS
1.1 电路和电路模型（model )
一、电路 (Circuit) 定义：由电工或电子器件、功能块（如电阻器、 电容器、变压器、放大器、滤波器电机等等）构成 的电流通路称电路。 电路的基本功能：传输电能、处理信号、测量、 控制和计算等。
电路的工作是以其中的电压、电流、电荷、磁链 等物理量来描述的。 电路理论是建立在模拟概念的基础上，即用理想 化的模型来描述实际电路，而理想化的模型是由一 些理想元件所构成。
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一 . 几个名词 1. 支路 (branch)：电路中流过同一电流的每个分支。 (b) 2. 节点 (node): 三个或三个以上支路的连接点称为节点。( n ) 3. 路径(path)：两节点间的一条通路。路径由支路构成。 4. 回路(loop)：由支路组成的闭合路径。( l ) 5. 网孔(mesh)：对平面电路，每个网眼即为网孔。 网孔是回路，但回路不一定是网孔。 a b=3 + + 3 3 uS1 uS2 _1 n=2 2 2 _ 1 R
能量：可用功率表示从t0 到 t电阻消耗的能量
t t
WR pdξ ui dξ
t0 t0
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3. 短路与开路
i R
0
当 R = 0 (G = )，视其为短路。 i为有限值时，u = 0。 u
当 R = (G = 0 )，视其为开路。
u为有限值时，i = 0。
0
+ u –
i
百度文库短路 u
uab的大小、方向均为恒定，
外电路负载对 uab 无影响。
输出电流 i可变 ----变 化 量 i 的大小、方向均 由外电路决定
i 的大小、方向均为恒定， 外电路负载对 i 无影响。 端电压uab 可变 ----uab 的大小、方向 均由外电路决定
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例1
a
根据理想电源的定义，说明下列连 接是否允许？