《電路分析》第01單元.ppt

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1、,,,,,電路分析第一章,嵌入式系統(tǒng)工程系 陳 功,00:07:14,1,電路理論的發(fā)展歷史回顧 初期：電路理論的形成在19世紀(jì)20世紀(jì)40年代，是從物理學(xué)的電磁學(xué)理論中發(fā)展出來的一門創(chuàng)新概念和方法的學(xué)科。 標(biāo)志：1827年的歐姆定理、1847年基爾霍夫定理、1894年把復(fù)數(shù)用于電路計算、1920年實現(xiàn)濾波器、1921年提出四端網(wǎng)絡(luò)和黑盒子的概念等等。 形成：線性網(wǎng)絡(luò)分析與綜合的理論。,00:07:14,2,電路理論的基本認(rèn)識 電路理論是 研究電路的基本規(guī)律及其計算方法的學(xué)科； 電工和電子科學(xué)技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)之一； 現(xiàn)代電氣和電子工程師知識結(jié)構(gòu)中不可缺少的重要組成部分。,00:07:14,3

2、,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,,電源,,連接導(dǎo)線和其余設(shè)備為中間環(huán)節(jié),,負(fù)載,,,1.1 電路及電路模型,00:07:14,4,1、電路的組成及其功能,1.1 電路及電路模型, 電路的功能,電路可以實現(xiàn)電能的傳輸、 分配和轉(zhuǎn)換。,電力系統(tǒng)中,電子技術(shù)中,電路可以實現(xiàn)電信號的傳遞、 變換、存儲和處理。,電路是由電工設(shè)備和元器件按一定的方式聯(lián)接起來且為電流流通提供路徑的總體。,00:07:14,5,1.1 電路及電路模型,2、電路模型,電阻元件 只具耗能的電特性,電容元件 只具有儲存電能的電特性,理想電壓源 輸出電壓恒定，輸出電流由它和負(fù)載共同

3、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。,電感元件只具有儲存磁能的電特性,理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性單一、精確，可定量分析和計算。, 理想電路元件,00:07:14,6,1.1 電路及電路模型,2、電路模型,實體電路,負(fù)載,電源,開關(guān),,,,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，近似地代替實際的器件，從而構(gòu)成了與實際電路相對應(yīng)的電路模型。,00:07:14,7,1.1 電路及電路模型,2、集總假設(shè),集總參數(shù)元件：若實際電路的電器裝置的幾何尺寸與工作波長相比非常小以致可以忽略不計，這樣的器件稱為集總參數(shù)器件或元件。 理想化的

4、集總參數(shù)器件沒有體積大小，即特性集中在空間一個點上，從一端流入的瞬時電流等于從另一端流出的瞬時電流。 由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路稱為集總參數(shù)電路。,00:07:14,8,1.1 電路及電路模型,2、集總假設(shè),在集總參數(shù)電路中，各種電現(xiàn)象（如電場、磁場）可以分別在不同的元件中考慮，電場只與電容元件有關(guān)，磁場只與電感元件有關(guān)，電阻只耗能，電場與磁場之間無相互作用，這種現(xiàn)象稱為集總假設(shè)。（電流與電壓只是時間的函數(shù)，而不是空間的函數(shù)）,本課程討論的電路都是集總假設(shè)條件下的集總參數(shù)電路。,00:07:14,9,1.1 電路及電路模型,2、集總假設(shè),例1： 工業(yè)用電 f = 50Hz 工作波長 = C/

5、f （C為波速 ，一般為3108 m/s) 解得：工作波長=6000Km 元件尺寸 集總假設(shè)成立。,例2：微波中繼頻率f = 2000MHz 工作波長 = C/f （C為波速 ，一般為3108 m/s) 解得：工作波長=0.15m 集總假設(shè)不成立。,00:07:14,10,1.1 電路及電路模型,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”二字在實際電路的含義？,集總參數(shù)元件有何特征？,想想、練練,00:07:14,11,1.1電路及電路模型,電路一般由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三大部分組成。電源是電路中提供電能的裝置，其作用是將其它形式的能量轉(zhuǎn)換成電能；負(fù)載

6、是電路中接收電能的裝置，其作用是將電能轉(zhuǎn)換成其它形式的能量；中間環(huán)節(jié)包括連接導(dǎo)線、開關(guān)及控制保護(hù)設(shè)備及測量機(jī)構(gòu)，它們是電源和負(fù)載之間不可缺少的連接和控制部件，起著傳輸和分配能量、控制和保護(hù)電氣設(shè)備的作用。, 電路由哪幾部分組成，各部分的作用是什么？, 試述電路的分類及功能。,工程應(yīng)用中的實際電路，按照功能的不同可概括為兩大類：電力系統(tǒng)中的電路：特點是大功率、大電流。其主要功能是對發(fā)電廠發(fā)出的電能進(jìn)行傳輸、分配和轉(zhuǎn)換。電子技術(shù)中的電路：特點是小功率、小電流。其主要功能是實現(xiàn)對電信號的傳遞、變換、儲存和處理。,思考 回答,00:07:14,12,1.1電路及電路模型,理想電路元件是從實際電路器件中

7、科學(xué)抽象出來的假想元件，由嚴(yán)格的定義來精確地加以闡述、理想電路元件是具有單一電磁特性的簡單電路模型單元。 電路理論是建立在模型概念的基礎(chǔ)上的，用理想化的電路模型來描述電路是一種十分重要的研究方法。由理想電路元件構(gòu)成的、與實際電路相對應(yīng)的電路圖稱為電路模型。, 何謂理想電路元件？何謂電路模型？,思考 回答,00:07:14,13, 集總參數(shù)元件有何特征？,集總參數(shù)元件的特征就是：在元件中所發(fā)生的電磁過程都集中在元件內(nèi)部進(jìn)行，其次要因素可以忽略的理想化電路元件。對于集總參數(shù)元件，任何時刻從元件一端流入的電流，恒等于從元件另一端流出的電流，并且元件兩端的電壓值是完全確定的。,1.1電路及電路模型,電

8、路理論中研究的都是由理想元件構(gòu)成的、與工程應(yīng)用中的實際電路相對應(yīng)的電路模型。在實際的電路中，“理想”電路元件是不存在的。白熾燈、電爐等設(shè)備，之所以在研究它們時可以把它們作為一個“理想”的電阻元件進(jìn)行分析和研究，原因就是它們在實際電路中表現(xiàn)的主要電磁特性是耗能，其余電磁特性與耗能的電特性相比可以忽略；工頻電路中的電感線圈只所以用一個電阻元件和一個電感元件的串聯(lián)組合來表征，原因就是：在工頻情況下，電感線圈的主要電磁特性就是線圈的耗能和儲存磁場能量，其余電磁特性可以忽略。從以上分析可以把“理想”二字在實際電路中的含義解釋為：“理想”就是一種與實際電路部件特性的“基本相似”或“逼近”。采用“理想”化模

9、型分析實際問題，就是抓住實際電路中的主要矛盾，忽略其中的次要因素，預(yù)測出實際電路的性狀，從而根據(jù)人們的需要設(shè)計出更好的各種電路。, 如何理解“理想”二字在實際電路中的含義？,思考 回答,00:07:14,14,1.1電路及電路模型,在電路中區(qū)分電源和負(fù)載的方法，一般是根據(jù)計算的結(jié)果來看：若元件發(fā)出功率（即元件兩端電壓與通過元件的電流的實際方向為非關(guān)聯(lián)方向），說明元件是電源；若元件吸收功率（即元件兩端電壓與通過元件的電流的實際方向為關(guān)聯(lián)方向），說明元件是負(fù)載。在計算前一般要根據(jù)元件兩端電壓和通過元件中的電流的參考方向來假定，當(dāng)電路模型中所標(biāo)示的電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向時，應(yīng)按電源處理，若電路模

10、型中標(biāo)示的電壓、電流為并聯(lián)參考方向時，就要按負(fù)載處理，而確定元件的真實性質(zhì)則要根據(jù)分析計算的結(jié)果來定。, 如何在電路中區(qū)分電源和負(fù)載？,思考 回答,00:07:14,15,1、電流：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量。,1.2 電路變量、電功率, 電流的大小,穩(wěn)恒直流情況下,1A=103mA=106A=109nA,單位換算, 電流的方向,習(xí)慣上規(guī)定以正電荷移動的方向為電流的正方向。,電路圖上標(biāo)示的電流方向為參考方向，參考方向是為列寫方程式提供依據(jù)的，實際方向根據(jù)計算結(jié)果來定。,00:07:14,16,1.2 電路變量、電功率, 參考方向,是任意假定的方向，在電路中用箭頭標(biāo)明。,若算得 I1 0，則

11、參考方向與真實方向一致， 若算得 I1 < 0，則參考方向與真實方向相反。,00:07:14,17,2、電壓：單位正電荷從一點移到另一點獲得或失去的能量。,1.2 電路變量、電功率,a,電位V是相對于參考點的電壓。 參考點的電位:Vb=0；a點電位：Va=E-IR0=IR,b,,+ U ,電動勢E只存在電源內(nèi)部，其數(shù)值反映了電源力作功的本領(lǐng)，方向規(guī)定由電源負(fù)極指向電源正極,路端電壓U。電壓的大小反映了電場力作功的本領(lǐng)；電壓是產(chǎn)生電流的根本原因；其方向規(guī)定由“高”電位端指向“低”電位端。,1V=103mV=106V,單位換算,00:07:14,18,1.2 電路變量、電功率, 參考方向,是任意假

12、定的方向，在電路中用參考極性“ ”、“ ”標(biāo)出。,若算得 U1 0，則參考方向與真實方向一致， 若算得 U1 < 0，則參考方向與真實方向相反。,表示為U1或Uab,00:07:14,19,1.2 電路變量、電功率, 電壓 電流的關(guān)聯(lián)參考方向,電壓與電流的參考方向一致，即，電流從高電位點流向低電位點，則稱u、i為關(guān)聯(lián)參考方向。,采用關(guān)聯(lián)參考方向時，可以省略一套參考方向： 如標(biāo)了電壓方向，則電流方向可以不標(biāo)，反之，如果標(biāo)了電流方向，則電壓方向可以不標(biāo)。,00:07:14,20,1.2 電路變量、電功率, 關(guān)聯(lián)和非關(guān)聯(lián),關(guān)聯(lián)參考方向,實際電源上的電壓、電流方向總是非關(guān)聯(lián)的，實際負(fù)載上的電壓、電流方

13、向是關(guān)聯(lián)的。因此，假定某元件是電源時，其電壓、電流方向應(yīng)選取非關(guān)聯(lián)參考方向；假定某元件是負(fù)載時，其電壓、電流方向應(yīng)選取關(guān)聯(lián)參考方向。,非關(guān)聯(lián)參考方向,00:07:14,21,1.2 電路變量、電功率, 關(guān)于參考方向的有關(guān)注意事項,(1)分析電路前應(yīng)選定電壓電流的參考方向，并標(biāo)在圖中；,(2)參考方向一經(jīng)選定，在計算過程中不得任意改變。參考方向是列寫方程式的需要，是待求值的假定方向而不是真實方向，因此不必追求它們的物理實質(zhì)是否合理。,(4)參考方向也稱為假定正方向，以后討論均在參考方向下進(jìn)行，實際方向由計算結(jié)果確定。,(3)電阻、電抗或阻抗一般選取關(guān)聯(lián)參考方向，獨立源上一般選取非關(guān)聯(lián)參考方向。,

14、(5)在分析、計算電路的過程中，出現(xiàn)“正、負(fù)”、“加、減”及“相同、相反”這幾個名詞概念時，不可混為一談。,00:07:14,22,1.2 電路變量、電功率,仔細(xì)理解下面的例題,圖示電路，若已知元件吸收功率為20W，電壓U為5V，求電流I。,解,圖示電路，已知元件中通過的電流為100A，電壓U為10V，電功率P。并說明元件性質(zhì)。,解,元件吸收正功率，說明元件是負(fù)載。,例,例,00:07:14,23,1.2 電路變量、電功率,3、電功和電功率,電流能使電動機(jī)轉(zhuǎn)動、電爐發(fā)熱、電燈發(fā)光，說明電流具有做功的本領(lǐng)。電流做的功稱為電功。,單位：U【V】；I【A】；t【s】時，電功W為焦耳【J】,若U【KV

15、】；I【A】；t【h】時，電功W為度【KWh】,1度電的概念,,1000W的電爐加熱1小時,100W的燈泡照明10小時,40W的燈泡照明25小時,日常生活中，用電度表測量電功。當(dāng)用電器工作時，電度表轉(zhuǎn)動并且顯示電流作功的多少。顯然電功的大小不僅與電壓電流的大小有關(guān)，還取決于用電時間的長短。,W=UIt, 電功,00:07:14,24,1.2 電路變量、電功率,3、電功和電功率,單位時間內(nèi)電流所作的功稱為電功率，電功率的大小表征了設(shè)備能量轉(zhuǎn)換的本領(lǐng)。,P=UI=I2R=U2/R,國際單位制：U 【V】，I【A】，電功率P用瓦特【W(wǎng)】。,用電器的銘牌數(shù)據(jù)值稱為額定值，額定值指用電器長期、安全工作條

16、件下的最高限值，一般在出廠時標(biāo)定。,額定電功率反映了設(shè)備能量轉(zhuǎn)換的本領(lǐng)。例如額定值為“220V、1000W”的電動機(jī)，是指該電動機(jī)運行在220V電壓時、1秒鐘內(nèi)可將1000焦耳的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和熱能；“220V、40W”的電燈，表明該燈在220V電壓下工作時，1秒鐘內(nèi)可將40焦耳的電能轉(zhuǎn)換成光能和熱能。, 電功率,00:07:14,25,1.2 電路變量、電功率,3、電功和電功率,無論關(guān)聯(lián)還是非關(guān)聯(lián)，都有： P 0時，表明電路吸收或消耗能量 P < 0時，表明電路產(chǎn)生能量或提供能量,當(dāng)u、i為關(guān)聯(lián)參考方向時,當(dāng)u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向時,求功率時一定要注意符號：一是判斷是否為關(guān)聯(lián)參考方向，來確

17、定公式前是否加負(fù)號；二是電壓電流本身的正負(fù)號,00:07:14,26,1.2 電路變量、電功率,例,已知：U=15v ,I=3A,求功率P。,解：P=UI=15*3=45(W),已知：U=15v ,I=-3A,求功率P。,解：P=-UI=-15*(-3)=45(W),例,例,已知：u=-5v ,I=3A,求功率P。,解：P=UI=-5*3=-15(W),解：P=UI=6*(-3)=-18(W),為關(guān)聯(lián)方向，求P。,例,00:07:14,27,1、電阻的分類,1.3 電阻元件,00:07:14,28, 如果電阻元件的VCR在任意時刻都是通過ui平面坐標(biāo)原點的一條直線，如圖(a)所示，則稱該電阻為

18、線性時不變電阻，其電阻值為常量，用R表示。,若直線的斜率隨時間變化(如圖(b)所示)，則稱為線性時變電阻。,若電阻元件的VCR不是線性的(如圖(c)所示) ，則稱此電阻是非線性電阻。,本書重點討論線性時不變電阻，簡稱為電阻。,2、線性電阻（主要研究對象）,1.3 電阻元件,00:07:14,29, 歐姆定律： (關(guān)聯(lián)參考方向) (非關(guān)聯(lián)參考方向), 伏安關(guān)系：元件上電壓和電流的關(guān)系(Voltage Current Relation)，簡寫為VCR。在u-i平面上畫出的電壓和電流的關(guān)系曲線稱為伏安特性曲線,元件上的電壓電流關(guān)系也常稱為伏安關(guān)系(VAR)或伏安特性,3、電

19、阻的單位,1.3 電阻元件,00:07:15,30,電阻的單位為：歐姆()。,電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)(conductance)，用G表示，即 G = 1/R , 電導(dǎo)的單位是：西門子(S)。,歐姆定律只適用于線性電阻，非線性電阻不適用。,4、電阻的特殊情況,開路(Open circuit)：R=，G=0，伏安特性,短路(Short circuit) ： R=0 ，G=，伏安特性,5、理想二極管,1.3 電阻元件,00:07:15,31,定義：由u負(fù)軸與i正軸兩直線段組成的VCR曲線所表示的二端元件稱為理想二極管。,I = 0 對所有u 0 導(dǎo)通,結(jié)論：理想二極管具有單向?qū)щ娦裕蚱脮r，起短路作

20、用，類似開關(guān)閉合，反向偏置時起開路作用，好比一個打開的開關(guān)。,理想二極管符號,1.4 電源元件,00:07:15,32,獨立源：能獨立向外電路提供能量的電源稱為獨立源，它是電路的能量來源，是電路的激勵。,通常把電路輸入的信號稱為激勵信號，簡稱激勵；將經(jīng)過電路傳輸或處理后得到的輸出信號稱為響應(yīng)，簡稱為響應(yīng)。,1、理想電壓源,能獨立向外電路提供恒定電壓的二端元件。,理想電壓源的圖符號,特點：恒壓不恒流。US恒定，I由電源和外電路共同決定。,理想電壓源的伏安特性：平行于電流軸的一條直線,1.4 電源元件,00:07:15,33,1、理想電壓源,開路,,,,短路,理想電壓源不允許短路！,1.4 電源元

21、件,00:07:15,34,1、理想電壓源,,串聯(lián),US= USk,電壓值相同的電壓源才能并聯(lián)，且每個電源的電流不確定。,注意參考方向,US= US1 U S2,,并聯(lián),1.4 電源元件,00:07:15,35,2、理想電流源,特點：恒流不恒壓。IS恒定，U由電源和外電路共同決定。,能獨立向外電路提供恒定電流的二端元件。,理想電流源的伏安特性：平行于電壓軸的一條直線,理想電流源的圖符號,1.4 電源元件,00:07:15,36,2、理想電流源,開路,,,,短路,理想電流源輸出的電流值恒定，開路時由于理想電流源內(nèi)阻無窮大，因此其端電壓將趨近于無窮大！,理想電流源不允許開路！,穩(wěn)流三極管一般可視為

22、實際電流源。,1.4 電源元件,00:07:15,37,2、理想電流源,,并聯(lián),IS= ISk,注意參考方向,IS= IS1+ IS2 IS3,電流相同的理想電流源才能串聯(lián)，且每個恒流源的端電壓均由它本身及外電路共同決定。,串聯(lián),1.4 電源元件,00:07:15,38,,？,,？,,？,Is=Is2-Is1,在電路等效的過程中，與理想電壓源相并聯(lián)的電流源不起作用！,與理想電流源相串聯(lián)的電壓源不起作用！,1.4 電源元件,00:07:15,39,若實際電源輸出的電壓值變化不大，可用電壓源和電阻相串聯(lián)的電源模型表示，即實際電源的電壓源模型。,,若實際電源輸出的電流值變化不大，則可用電流源和電阻相

23、并聯(lián)的電源模型表示，即實際電源的電流源模型。,,實際電源的兩種電路模型,1.4 電源元件,00:07:15,40,兩種實際電源模型的外特性,電壓源模型外特性,US,,IS,,電流源模型外特性,實際電源總是存在內(nèi)阻的。若把電源內(nèi)阻視為恒定不變，則電源內(nèi)部、外部的消耗就主要取決于外電路負(fù)載的大小。在電壓源形式的電路模型中，內(nèi)外電路的消耗是以分壓形式進(jìn)行的；在電流源形式的電路模型中，內(nèi)外電路的消耗是以分流形式進(jìn)行的。,1.4 電源元件,00:07:15,41,1、理想電壓源和理想電流源各有什么特點？它們與實際電源的主要區(qū)別在哪里？ 2、碳精送話器的電阻隨聲音的強(qiáng)弱變化，當(dāng)電阻阻值由300變至200時

24、，假設(shè)由3V理想電壓源對它供電，電流變化為多少？ 3、當(dāng)電流源內(nèi)阻很小時，對電路有什么影響？,實際電壓源總是存在內(nèi)阻的，在電路分析中實際電壓源是用一個理想電壓源和一個電阻元件的串聯(lián)組合來表征的。因此電源內(nèi)阻越大分壓越多，對外供出的電壓就越小。我們總是希望實際電壓源的內(nèi)阻越小越好，當(dāng)內(nèi)阻為零時就成為理想電壓源。理想電壓源由于不存在內(nèi)阻上的分壓問題，因此輸出的電壓值恒定，但通過理想電壓源的電流則由它和外電路共同決定；實際的電流源也總是存在內(nèi)阻的，實際電流源一般用一個理想電流源和一個電阻元件相并聯(lián)作為它的電路模型，并聯(lián)電阻可以分流，因此電源內(nèi)阻越小分流就越多，對外供出的電流就越小。我們希望實際電流源

25、的內(nèi)阻越大越好，當(dāng)實際電流源的內(nèi)阻為無窮大時，就成為一個理想的電流源。理想電流源由于內(nèi)阻無窮大而不存在分流問題，因此輸出的電流值恒定，但理想電流源兩端電壓則要由它和外電路共同決定。,理想電壓源和理想電流源各有何特點？它們與實際電源的區(qū)別主要在哪里？,思考 回答,00:07:15,42,1.4 電源元件,送入碳精送話器中的聲音越強(qiáng)，其電阻越小，電流就越大，當(dāng)電阻分別為300、200時，電流分別為: 3/200 = 0.015A 3/300 = 0.01A 由計算結(jié)果表明，在3V理想電壓源對它供電的情況下，電流在0.01A0.015A之間變化。,碳精送話器的電阻隨聲音的強(qiáng)弱變化，當(dāng)電阻阻值由

26、300變至200時，假設(shè)由3V的理想電壓源對它供電，電流變化多少？,思考 回答,00:07:15,43,1.4 電源元件,電流源的內(nèi)阻和負(fù)載是并聯(lián)關(guān)系，并聯(lián)可以分流。因此當(dāng)電流源內(nèi)阻較小時，它分配到內(nèi)阻上的電流就會較大，從而造成分配給外電路負(fù)載的電流相應(yīng)較小，由此不僅使電源的利用率太低，還會造成內(nèi)阻過熱而不利于電源。,當(dāng)電流源內(nèi)阻很小時，對電路有何影響？,思考 回答,00:07:15,44,1.4 電源元件,當(dāng)RU=0.2時,實際電源的電路模型如圖1.13(a)所示，已知US=20V，負(fù)載電阻RL=50，當(dāng)電源內(nèi)阻分別為0.2和30時，流過負(fù)載的電流各為多少？由計算結(jié)果可說明什么問題？,思考

27、回答,00:07:15,45,, 0.4A,當(dāng)RU=30時,,= 0.25A,由計算結(jié)果可知，實際電壓源的內(nèi)阻越小越好。內(nèi)阻太大時，電源內(nèi)阻上分壓過多，致使對外供出的電壓過低，從而造成電源利用率不充分。,1.4 電源元件,1.5 受控源,00:07:15,46,受控源的電壓或電流不象獨立源是給定函數(shù)，而是受電路中某個支路的電壓（或電流）的控制。,電路圖符號,前面所講的獨立源，向電路提供的電壓或電流是由非電能量提供的，其大小、方向由自身決定；受控源的電壓或電流不能獨立存在，而是受電路中某個電壓或電流的控制，受控源的大小、方向由控制量決定。當(dāng)控制量為零時，受控電壓源相當(dāng)于短路；受控電流源相當(dāng)于開路

28、。,受控電壓源,受控電流源,1.4 電源元件,00:07:15,47,3、受控源,受控源的分類,壓控電壓源 VCVS,壓控電流源 VCCS,流控電壓源 CCVS,流控電流源 CCCS,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,48,幾個常用的電路名詞, 支路：一個或幾個二端元件首尾相接中間無分岔，使各元件上通過的電流相等。 （m）, 結(jié)點：三條或三條以上支路的匯集點 （n）, 回路：電路中的任意閉合路徑。 （l）, 網(wǎng)孔：不包含其它支路的單一閉合路徑。,m=3,l=3,n=2,網(wǎng)孔=2,,,,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,49,1、基爾霍夫電流定律KCL,KCL定律的內(nèi)容,任一時刻

29、，流入電路中任一結(jié)點上電流的代數(shù)和恒等于零。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：,a,I1 + I2 I3 I4 = 0,通常規(guī)定以指向結(jié)點的電流取正，背離結(jié)點的電流取負(fù)。在此規(guī)定下，根據(jù)KCL可對結(jié)點 a列出KCL方程：,i = 0 （任意波形的電流）,I = 0 （穩(wěn)恒不變的電流）,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,50,1、基爾霍夫電流定律KCL,KCL的有關(guān)舉例與討論,整理為 i1+ i3= i2+ i4,可列出KCL：i1 i2+i3 i4= 0,根據(jù) i（t）= 0,可得KCL的另一種形式：i入= i出,例,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,51,1、基爾霍夫電流定律KCL,KCL的推廣

30、應(yīng)用,對圖示電路的三個結(jié)點分別列KCL,即 I = 0,IA + IB + IC = 0,可見，在任一瞬間通過任一封閉面的電流的代數(shù)和也恒等于零。,,IA = IAB ICA,IB = IBC IAB,IC = ICA IBC,把上述三式相加可得,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,52,1、基爾霍夫電流定律KCL,KCL的推廣應(yīng)用,,二端網(wǎng)絡(luò)的兩個對外引出端子，電流由一端流入、從另一端流出，因此兩個端子上的電流數(shù)值相等。,只有一條支路相連時： i=0,IA = IAB ICA,,,圖示B封閉曲面均可視為廣義結(jié)點，,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,53,1、基爾霍夫電流定律KCL

31、,KCL應(yīng)用舉例,,i1 =i2,jA = j B,右封閉曲面可視為廣義節(jié)點,例,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,54,2、基爾霍夫電壓定律KVL,任一瞬間，沿任一回路參考繞行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：U=0,基爾霍夫電壓定律是用來確定回路中各段電壓之間關(guān)系的電壓定律。 回路電壓定律依據(jù)“電位的單值性原理”，其內(nèi)容：,,先標(biāo)繞行方向,根據(jù)： U = 0,得：,-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,55,2、基爾霍夫電壓定律KVL,,R1I1US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0,R1I1+R2I2+R

32、3I3+R4I4=US1US4,電阻壓降,可得KVL另一形式：IR=US,,電源壓升,,KVL定律的第二種形式,根據(jù)電路圖將各電壓改寫為：,-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0,把上式加以整理：,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,56,2、基爾霍夫電壓定律KVL,KVL定律的推廣應(yīng)用,或?qū)懽?對假想回路列 KVL：,,,,,,US IR U = 0,U = US IR,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,57,2、基爾霍夫電壓定律KVL,KVL定律的推廣應(yīng)用,UA UB UAB = 0,,,,UAB = UA UB,對假想回路列 KVL：,或?qū)懽?1.5 基爾霍夫定律,00:

33、07:15,58,KVL定律應(yīng)用舉例,根據(jù) U=0對回路#1列KVL方程,電阻壓降,,電源壓升,即電阻壓降等于電源壓升,#1方程式也可用常用形式,對回路#2列KVL常用形式,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,59,KVL定律應(yīng)用舉例,此方程式不獨立,省略！,對回路#3列KVL方程,圖示電路KVL獨立方程為,KVL方程式的常用形式，是把變量和已知量區(qū)分放在方程式兩邊，顯然給解題帶來一定方便。,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,60,基爾霍夫定律應(yīng)用舉例,求圖中電壓U和電流I,KCL：-3-1+2-I=0 I= -2A,VAR: U1=3I=3(-2)= -6V,KVL：U+U1+3-

34、2=0 U=5V,,,解,例1,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,61,基爾霍夫定律應(yīng)用舉例,求圖中電位Va,例2,解,Va=U1+3V=(4) 1+3=1V,,U1,1.5 基爾霍夫定律,00:07:15,62,根據(jù)自己的理解說明什么是支路？回路？結(jié)點和網(wǎng)孔？,某電壓或某電流得負(fù)值說明什么？,基爾霍夫兩定律的推廣應(yīng)用如何理解和掌握？,思考 回答,支路就是指聯(lián)接在電路中兩點之間的一段無分岔電路，且這段無分岔電路中可能是一個也可能是幾個元件相串聯(lián)，但串聯(lián)各元件中通過的電流相同；回路是指電路中的任何一個閉合路徑；三條或三條以上支路的匯集點稱為結(jié)點；網(wǎng)孔則是平面電路圖上內(nèi)部不包含支路的閉合路徑

35、。,能從你理解的角度上來說明什么是支路、回路、結(jié)點和網(wǎng)孔嗎？,思考 回答,00:07:15,63,1.4 電源元件,歐姆定律反映的是線性電阻元件特性對元件本身電壓、電流的約束；基爾霍夫定律反映的是元件之間聯(lián)接時給支路上電壓與電流造成的約束。因此，在利用歐姆定律時，我們只需考慮元件本身的特點而不必要考慮元件之間的關(guān)系；當(dāng)我們利用基爾霍夫定律時，我們考慮的則是元件之間的聯(lián)系或電路的整體結(jié)構(gòu)，不需要考慮元件本身的特性。,你能說明歐姆定律和基爾霍夫定律在電路的約束上有什么不同嗎？,思考 回答,00:07:15,64,1.4 電源元件,應(yīng)用KCL定律解題時，首先假定和標(biāo)示出匯集到結(jié)點上的各支路電流的參考

36、方向，才能根據(jù)這些參考方向確定電流方程中各電流前面的正、負(fù)號；計算結(jié)果電流為負(fù)值，則說明電路圖上標(biāo)示的電流參考方向與該電流的實際方向相反。,在應(yīng)用KCL定律解題時，為什么要首先約定流入、流出結(jié)點的電流的參考方向？計算結(jié)果電流為負(fù)值說明了什么問題？,思考 回答,00:07:15,65,1.4 電源元件,在電路圖上事先標(biāo)示出電流的參考方向及事先給出回路中的參考繞行方向是為了給列寫的方程式提供其中各項的正、負(fù)取值。,應(yīng)用KCL和KVL定律解題時，為什么要在電路圖上先標(biāo)示出電流的參考方向及事先給出回路中的參考繞行方向？,思考 回答,00:07:15,66,1.4 電源元件,KCL和KVL的推廣應(yīng)用應(yīng)如

37、何理解和掌握？,KCL的推廣首先要掌握電路中哪些部分可以作為廣義結(jié)點，KVL的推廣則要掌握住電路中哪些部分可以作為假想回路。,00:07:15,67,1、理解理想元件與電路模型概念，線性與非線性的概念；了解集總參數(shù)電路、非時變電路的概念。 2、掌握電壓、電流變量及其參考方向的概念。 3、理解電阻元件、電壓源、電流源、受控源的伏安關(guān)系及功率特性。 4、了解電路連接關(guān)系，深刻理解和熟練掌握基爾霍夫電流定律（KCL）和電壓定律（KVL）。 5、掌握利用兩類約束關(guān)系分析簡單電路的方法。,本章要點,,Dalian Neusoft Institute of Information,,謝謝 !,,00:07:15,68,