电路分析 讲义第1章PPT资料.ppt
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,1kV=103V1mV=10-3V1V=10-6V,10,电压的参考方向,任意选择电压的参考方向,11,电压参考方向的表示方法,方式一:
用正负极性表示,方式三:
用双下标表示,UAB,12,电路如图所示,
(1)选择以a为电位参考点,计算其它各点电位和电压U;
【例】,
(2)再选择以f为电位参考点,计算其它各点电位和电压U。
【解】,以a为电位参考点,Ub=10V;
Uca=6V,Uc=6V;
Uc=Ud=6V;
Ufd=4V,Uf=10V;
Ude=16V,Ue=-6V.,以f为电位参考点,Ue=-20V;
Ude=16V,Ue=-4V;
Uc=Ud=-4V;
Uca=6V,Ua=2V;
Ubc=4V,Ub=8V.,13,关联参考方向,非关联参考方向,三.关联参考方向,元件,元件,14,注意,
(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)参考方向不同时,其表达式相差一负号,但实际方向不变。
i,例,U,电压电流参考方向如图中所示,问:
对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否?
答:
对A部分来说,电压、电流为非关联参考方向;
对B部分来说,电压、电流为关联参考方向。
15,四电功率和电能,功(能),能量的单位:
J(焦)(Joule,焦耳),直流,16,电功率,功率的单位:
W(瓦)(Watt,瓦特),能量的单位:
J(焦)(Joule,焦耳),单位时间内电场力所做的功。
17,u,i为关联参考方向,P0,P0,u,i为非关联参考方向,P0,P0,2.根据电压、电流的参考方向判断吸收或发出功率,P=ui表示元件吸收的功率,P=ui表示元件发出的功率,18,例1,注:
对一完整的电路,发出功率吸收功率,计算A、B两部分的功率并判断实际吸收功率还是发出功率。
【解】图a中,根据功率的计算公式,P=ui=4W,对元件B来说,u、i为关联参考方向且P0,则B吸收功率;
对元件A来说,u、i为非关联参考方向且P0,则A发出功率。
图b中,根据功率的计算公式,P=ui=4W,对元件B来说,u、i为非关联参考方向且P0,则B发出功率;
对元件A来说,u、i为关联参考方向且P0,则A吸收功率。
19,例2,计算两个电源的功率并判断吸收还是发出。
【解】选择电路中电压和电流的参考方向,且u、i为非关联参考方向,则R1、Us1支路发出功率。
且u、i为关联参考方向,则R2、Us2支路吸收功率。
【思考题】若改变电压U或电流I的参考方向,或U、I的参考方向都改变,答案是否一致?
20,1.3无源电路元件,电路模型,一.线性电阻元件R(resistor),电阻伏安关系,u、i为关联参考方向,G称为电导,单位:
S(西门子)(Siemens,西门子),单位:
(欧)(Ohm,欧姆),21,电阻R的伏安特性曲线(u、i为关联参考方向),则欧姆定律写为,uRiiGu,结论:
线性电阻是无记忆件,u、i为非关联参考方向,22,功率和能量,puii2Ru2/RGu2,功率:
能量:
23,当将电容接到电源后,电容器两个极板上聚集了等量的异号电荷,在介质中建立起电场并储存了电场能量;
当电源去除以后,电荷并不随之消失,因此电容是一种能储存电场能量的电路元件。
电路模型,二.线性电容元件(capacitor),24,任何时刻,电容元件极板上的电荷q与电压u成正比,C称为电容器的电容,单位:
F(法)(Farad,法拉),常用F,pF等表示。
单位,电容库伏关系,电容的库伏关系曲线,25,线性电容的电压、电流关系,u、i为关联参考方向,电容元件第一特性方程,讨论,
(1)i的大小取决于u的变化率,与u的大小无关,电容是动态元件;
(2)当u为常数(直流)时,du/dt=0,则i=0,说明电容有隔断直流作用;
(3)du/dt0时,i0,说明电容为充电过程;
反之为放电过程。
26,在任意时刻t电容两端的电压与到t的全部时间内的电流有关,通过电压将电流的全部历史记录下来,所以电容是一种记忆元件。
(1)当u、i为非关联方向时,上述微分和积分表达式前要冠以负号;
(2)上式中u(t0)称为电容电压的初始值,它反映电容初始时刻的储能状况,也称为初始状态。
电容元件第二特性方程,注意,表明,27,电容的功率和储能,当电容充电,u0,du/dt0,则i0,q,p0,电容吸收功率。
当电容放电,u0,du/dt0,则i0,q,p0,电容发出功率.,功率:
表明,电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能量储存起来,在另一段时间内又把能量释放回电路,因此电容元件是无源元件、是储能元件,它本身不消耗能量。
u、i为关联参考方向,28,
(1)电容的储能只与当时的电压值有关,电容电压不能跃变,反映了储能不能跃变;
(2)电容储存的能量一定大于或等于零。
从t0到t电容储能的变化量:
电容的储能:
表明,29,当电感线圈中通以电流时,就会在线圈中产生磁通,并建立磁场,同时储存磁场能量,所以电感线圈是一种能够储存磁场能量的元件。
(t)N(t),三.线性电感元件(inductor),电路模型,30,i特性是过原点的直线,电感韦安特性曲线,L称为电感的自感系数,L的单位:
H(亨)(Henry,亨利),常用H,mH表示。
单位,任何时刻,通过电感元件的电流i与其磁链成正比。
31,线性电感的电压、电流关系,u、i为关联参考方向,电感元件第一特性方程,讨论,
(1)电感电压u的大小取决于i的变化率,与i的大小无关,电感是动态元件;
(2)当i为常数(直流)时,即di/dt=0,则u=0。
电感相当于短路;
实际电路中电感的电压u为有限值,则电感电流i不能跃变,必定是时间的连续函数.,32,
(1)当u,i为非关联方向时,上述微分和积分表达式前要冠以负号;
(2)上式中i(t0)称为电感电流的初始值,它反映电感初始时刻的储能状况,也称为初始状态。
电感元件第二特性方程,注意,在任意时刻t电感的电流与到t的全部时间内的电压有关,通过电流将电压的全部历史记录下来,所以电感是一种记忆元件。
表明,33,电感的功率和储能,当电流增大,i0,di/dt0,则u0,p0,电感吸收功率。
当电流减小,i0,di/dt0,则u0,p0,电感发出功率。
功率:
表明,电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来,在另一段时间内又把能量释放回电路,因此电感元件是无源元件、是储能元件,它本身不消耗能量。
u、i为关联参考方向,34,
(1)电感的储能只与当时的电流值有关,电感电流不能跃变,反映了储能不能跃变;
(2)电感储存的能量一定大于或等于零。
从t0到t电感储能的变化量:
电感的储能,表明,35,36,如图所示,电容两端电压的变化曲线如(b)所示。
求
(1)图(a)电容电流的变化规律并画出变化曲线。
(2)若将电容变为电感,再求电流并画出变化曲线。
例,【解】由曲线(b)可知电压的表达式为,37,38,1.4有源电路元件,电源元件,独立电源(independentsource),非独立电源(受控源)(dependentsource),根据电源本身是否消耗能量,理想电压源/电流源,实际电压源/电流源,电压源(Voltagesourse),电流源(Currentsourse),VCVS,VCCS,CCVS,CCCS,39,电源工作过程中,本身并不消耗能量,电路模型,一.理想电压源,定义,
(1)理想电压源电压与外电路无关。
u=uS,理想电压源的电压、电流关系,
(2)通过电压源的电流由外电路决定。
实例12,40,理想电压源的伏安关系,讨论,外电路,注意:
电压源不能短路!
电压源的功率,通过电压源的电流i由外电路决定。
41,例,计算图示电路各元件的功率。
解:
i=(10-5)/5=1A,PR=115=5W,吸收功率;
P10V=101=10W0且10V与i非关联参考方向,发出功率;
P5V=51=5W0且10V与i关联参考方向,吸收功率;
42,实际电压源也不允许短路。
因其内阻小,若短路,电流很大,可能烧毁电源。
内阻,特性方程,二.实际电压源,当电压源在工作过程中,电源本身消耗能量,注意,43,在工作过程中,电流源本身并不消耗能量,电路模型,三.理想电流源,定义,
(1)电流源的输出电流由电源本身决定,与外电路无关。
i=iS,电流源两端的电压由外电路决定。
理想电流源的电流与端电压关系,实例12,44,讨论,注意:
电流源不能开路!
电流源的功率,电流源两端的电压由外电路决定。
45,例,计算图示电路各元件的功率。
+,_,u,+,_,2A,5V,i,P2A=5(-2)=-10W0且u与i关联参考方向,发出10W功率;
P5v=5(-2)=-10W0且5v与i非关联参考方向,吸收10W功率;
【解】u=5V,i=-2A,46,实际电流源也不允许开路。
因其内阻大,若开路,电压很高,可能烧毁电源。
考虑内阻,四.实际电流源,注意,47,五.受控电源(depentendsourses),实例13,48,受控源与独立源的比较,
(1)独立源电压(或电流)由电源本身决定,与电路中其它电压、电流无关,而受控源电压(或电流)由控制量决定。
(2)独立源在电路中起“激励”作用,在电路中产生电压、电流,而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系,在电路中不能单独作为“激励”。
49,1.5基尔霍夫定律(KirchhoffsLaws),基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。
它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律,是分析集总参数电路的基本定律。
基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。
50,几个相关术语,电路中通过同一电流的分支,三条或三条以上支路的连接点,
(1)支路b(branch),
(2)结点n(node),电路中由若干不同支路构成的闭合路径,(3)回路l(loop),内部不含任何支路的回路称网孔,(4)网孔(me
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