电路理论课件 第一章 电路元件和电路定律

电路理论课件 第一章 电路元件和电路定律

第一章1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 1-9

电路元件和电路定律电路和电路模型 电压和电流的参考方向 电路元件的功率 电阻元件 电感元件 电容元件 电源元件 受控电源 基尔霍夫定律

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电路和电路模型

一、 电路：电工设备构成的整体，它为电流的流通提供路径。 电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。 电源(source):提供能量或信号. 负载(load):将电能转化为其它形式的能量，或对 信号进行处理.

导线(line)、开关(switch)等：将电源与负载接成通路.

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电路和电路模型

二、电路模型 (circuit model)1. 理想电路元件：根据实际电路元件所具备的电磁性 质所设想的具有某种单一电磁性质的元件，其u,i

关系可用简单的数学式子严格表示。几种基本的电路元件：

电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示各种电感线圈产生磁场，储存电能的作用 电容元件：表示各种电容器产生电场，储存电能的作用 电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件

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电路和电路模型实际线圈

建模时,工作条件不一样,其模型也不一样:如一个电感线圈

R

R C

R

L

L

直流状态,仅消 耗能量

交流低频状态, 消能,储能

交流高频状态,消耗能 量,储磁场能量和电场 能量

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电路和电路模型

2. 电路模型：由理想元件及其组合代表实际电路元件，与 实际电路具有基本相同的电磁性质，称其为电路模型。 * 电路模型是由理想电路元件构成的。

例.开关 灯泡10BASE-T wall plate

电 池 导线

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电路和电路模型

三. 集总参数元件与集总参数电路

集总参数元件：每一个具有两个端钮的元件中有确定的电流，端钮间有确定的电压。

集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。一个实际电路要能用集总参数电路近似，要满足如下条件：即实际电路的尺寸必须远小 于电路工作频率下的电磁波的波长。

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电路和电路模型

已知电磁波的传播速度与光速相同，即 v=3×105 km/s (千米/秒) (1) 若电路的工作频率为f=50 Hz,则

周期 T = 1/f = 1/50 = 0.02 s波长 = 3×105 0.02=6000 km 一般电路尺寸远小于 。 (2) 若电路的工作频率为 f=50 MHz,则 周期 T = 1/f = 0.02 10–6 s = 0.02 ns 波长 = 3×105 0.02 10–6 = 6 m

此时一般电路尺寸均与 可比，所以电 路不能视为集总参数电路。

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电压和电流的参考方向

一、电路中的主要物理量 主要有电压、电流、电荷、磁链等。在线性电路分析中 常用电流、电压、电位等。 1. 电流 (current):带电质点的运动形成电流。 电流的大小用电流强度表示：单位时间内通过导体截 面的电量。

Δ q dq i (t ) lim Δ t 0 Δ t dtdef

单位：A

(安)

(Ampere,安培)

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电压和电流的参考方向

当数值过大或过小时，常用十进制的倍数表示。

SI制中，一些常用的十进制倍数的表示法： 符号 T G M k c m n p

中文 太

吉 兆 千

厘

毫

微

纳

皮

数量 1012 109 106 103 10–2 10–3 10–6 10–9 10–12

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电压和电流的参考方向

2. 电压 (voltage):电场中某两点A、B间的电压(降)UAB 等于将点电荷q从A点移至B点电场力所做的功WAB与 该点电荷q的比值，即def

U AB单位：V (伏)

WAB q(Volt,伏特)

当把点电荷q由B移至A时，需外力克服电场力做同样的功WAB=WBA ,此时可等效视为电场力做了负功–WAB ,则B 到A的电压为

U BA

WAB U AB q

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电压和电流的参考方向

3. 电位：电路中为分析方便，常在电路中选某一点为参考 点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。 参考点的电位一般选为零，所以，参考点也称为零电位 点。 电位用 表示，单位与电压相同，也是V(伏)。 a b 设c点为电位参考点，则 c=0

a=Uac, b=Ubc, d=Udcd c

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电压和电流的参考方向

两点间电压与电位的关系：

前例a

b

仍设c点为电位参考点， c=0 Uac = a , Udc = d

d

c

Uad= Uac –Udc= a– d

结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。

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1-2例.a 1.5 V b

电压和电流的参考方向已知 Uab=1.5 V,Ubc=1.5 V (1) 以a点为参考点， a=0 Uab= a– b

b = a –Uab= –1.5 V

Ubc= b– c c = b –Ubc= –1.5–1.5= –3 VUac= a– c = 0 –(–3)=3 V (2) 以b点为参考点， b=0 Uab= a– b

1.5 Vc

a = a +Uab= 1.5 V

Ubc= b– c

c = b –Ubc= –1.5 V

Uac= a– c = 1.5 –(–1.5) = 3 V

结论 ：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位参考时，电路中各点电位均不同，但任意两点间 电压保持不变。

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电压和电流的参考方向

4. 电动势 (eletromotive force):局外力克服电场力把单位正电荷 从负极经电源内部移到正极所作的功称为电源的电动势。

dA e dqdef

A

e 的单位与电压相同，也是 V (伏) 根据能量守恒：UAB = eBA。电压表示电位降， 电动势表示电位升，即从A到B的电压，数 值上等于从B到A的电动势。 * 电场力把单位正电荷从A移到B所做的功(UAB ),与外 力克服电场力把相同的单位正电荷从B经电源内部移 向A所做的功(eBA)是相同的，所以UAB = eBA。

B

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电压和电流的参考方向

二、电压、电流的参考方向 (reference direction) 1. 电流的参考方向

+10V 10k

电流为1mA

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电压和电流的参考方向实际方向

元件(导线)中电流流动的实际方向有两种可能:

实际方向

参考方向：任意选定一个方向即为电流的参

考方向。

iA

参考方向

电流(代数量)

大小 方向

B