电路基础教案讲义.docx
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电路基础教案讲义.docx
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《电路基础》教案
绪 论
一、《电路原理》课程的重要性
二、《电路原理》课程的学习方法
三、《电路原理》课程讨论的对象
电路理论只讨论电路的电气行为,不讨论其热效应、机械效应、化学效应,只预测和解释在装置两端的电压电流,而不涉及装置内部发生的物理现象。
四、电路理论的内容
1.电路的分析
2.网络的综合与设计
3.网络故障的诊断
五、参考书
第一章 基尔霍夫定律和电阻元件
内容:
两个基本概念:
两类约束关系:
最基本的网络方程法——支路法
§1-1 电路与电路模型
一、电路的定义
二、电路的功能(作用)
电源,负载,激励电压电流,响应电压电流,激励信号,响应信号。
三、电路元件
1.实际电路元件
2.(理想)电路元件
四、电路模型
1.电路模型
2.集中参数电路模型
条件:
电路线性尺寸, —电路周围电磁波的波长
能量损耗集中在电阻R中进行
电场储能集中在电容C中进行
电场储能集中在电感L中进行
联接导线不发热,也无电磁场效应(理想导线)
§1-2 电流与电压的参考方向
一、电气量表示符号及其单位
电流:
i(t)(A.C.) I(D.C.) 单位:
A(安培)(ampere)
电压:
u(t)(A.C.) U(D.C.) 单位:
V(伏特)(volt)
功率:
p(t)(瞬时功率) P(平均功率) 单位:
W(瓦特)(watt)
能量:
W 单位:
J(焦耳)
二、电流及其参考方向
1.电流的定义:
2.电流的方向:
正电荷运动的方向
D.C.
A.C.
3.电流的参考方向:
在分析计算电路时,不管电流的真实方向,而给电流任意指定(假定)一个方向——叫参考方向。
求出电流后,若i>0表真实方向与参考方向同,
若i<0表真实方向与参改方向反。
注意:
①无参考方向,电流的正负无意义。
②参考方向一旦选定,中途不得更改。
二、电压及其参考方向
1.电压的定义:
单位正电荷由A→B转移过程中所失去或获得的能量,叫AB间的电压。
若失去能量,则由A→B是电位降了u
若获得能量,则由A→B是电位升了u
由“-”极性→“+”极性是电位升方向。
由“+”极性→“-”极性是电位降方向。
2.电压的参考极性
同理:
在分析计算电路时,不管电压的真实极性(方向),而给电压任意指定(假设)极性(方向)——叫参考极性(方向)。
计算出u后,若u>0,表真实极性与参考极性同
若u<0,表真实极性与参考极性反
注意:
①无参考极性(方向),电压的正负无意义。
②参考极性(方向)一旦指定,中途不得更改。
3.联合参考方向(一致,关联参考方向)
指定:
沿电流参考方向为电压降低的参考方向。
三、功率
1.功率的定义:
2.用u,i表示p(t)
①u,i参考方向同时:
(吸)
(出)
(出)
(吸)
②u,i参考方向反时:
(出)
(吸)
(吸)
(出)
§1-3 基尔霍夫定律(Kirchhoff’sLaw)
一、名词介绍
二、基尔霍夫电流定律(KCL)(Kirchhoff’s Current Law)
1.内容:
教材P5(倒数16, 17行)
2.解释:
①条件:
集中参数电路(电路尺寸)节点
②数学表达式:
例:
对②节点有
所以把KCL应用于节点时应首先指定i的参考方向。
3.讨论:
① KCL的另一形式:
教材P5(倒4、5行)
② KCL的物理解释:
是电荷守恒的反映,是电流连续性原理在集中参数电路的表现。
③ KCL是给网络所加的拓朴约束
④ KCL也适用于广义节点
例:
三、基尔霍夫电压定律(KVL)(Kirchhoff’s Voltage Law)
1.内容:
教材P7(5~8行)
2.解释:
① 条件(同KCL),回路
② 数学表达式:
③ 代数和
回路参考方向:
顺时针绕向或
反时针绕向(自定)
代数和:
当参考方向与回路参考方向同时
当参考方向与回路参考方向反时
如图中:
所以将KVL应用于回路时,应首先指定和回路的参考方向。
3.讨论:
① KVL的另一形式:
设 均大于0,即
② 物理解释:
当选定了电位参考点(零电位点,接地点)后,节点
电位具有单值性,库仑场的基本性质。
③ KVL也是给网络所加的拓朴约束。
④ KVL也适用于假想回路。
如:
§1-4 电阻元件
一、电阻器
二、电阻元件
u-i平面上的任意一条直线或曲线就定义一个电阻元件。
分类:
时变、时不变、线性、非线性电阻元件。
三、线性电阻元件(简称“电阻”)
1.符号:
2.定义:
u-i线性约束的元件。
=常量实常数(Ω)欧姆,表对i呈现阻力的大小,叫电阻。
实常数(S)西门子,表导电能力的大小,叫电导。
3.VCR:
①ui参考方向一致:
②ui参考方向相反:
验证。
4.讨论:
① u-i相约束,无记忆。
与D.C.时同,所以电阻电路与D.C.电路的分析计算式同。
②当ui参考方向同时,
当ui参考方向反时,
因,所以R为耗能元件。
③线性电阻为双向性元件(VA特性对称于原点)
二极管为非双向性元件。
§1-5 电容元件
一、电容器
聚集电荷的部件,q-u相约束的部件,储存电场能的部 件,但有能量损耗。
二、电容元件:
q-u相约束的元件。
三、线性电容元件
1.符号(见图1-a)
2.定义:
q-u线性约束的元件(见图1-b)
(单位:
F,μF,pF)
图1-a 图1-b
3.电容的电流
①恒稳D.C.:
I=0,具有隔直流的作用(见图2)
图2 图3
② 变动D.C.(或A.C.)(见图3)
S倒向a时,与方向同,
S倒向b时,与方向反,
因为,所以电容电流是连续的。
4.电压电流关系:
设t=0为计时起点
① C为动态元件,当时,连续变化。
C为有记忆的元件
②
5.电场储能:
设、方向同。
C为储能元件
§1-6 电感元件
一、复习
1.法拉第电磁感应定律:
2.楞次定律:
设e与参数方向符合右手螺旋关系,则
二、空芯电感线圈
设i,e,u参考方向一致,与方向符合右手螺旋关系
自感现象
感应电压
为相约束的部件,但有R和C的性质
三、电感元件:
相约束的元件
四、线性电感元件
1.符号:
2.定义:
线性约束的元件
(单位:
H,mH)
3.电压元件的端电压等于感应电压
4.电压电流关系
电感与电容为对偶元件
对偶关系 ——q C——L —— ——
① L为动态元件,当,连续变化。
②
5.磁场储能
所以电压元件也为动态元件,记忆性元件,储能元件
§1-7 独立源(激励源)(Source)
一、电压源
1.符号:
2.定义:
具有二端的有源元件
(当u(t) us(t)极性同时)与i(t)无关
3.讨论:
①为二端元件(受控源为多端元件)
②输出的电压与外电路无关
(极性同时)
③输出的电流由外电路来确定
只能在电压源的某一端节点上由KCL来求。
如:
增加支路或减少支路,均要变,但不变。
所以可以为任意值,为理想电压源。
④输出功率
对负载而言:
方向一致
对电源而言:
方向相反
所以,
⑤ 当(电压源停止作用时,其电压要置零)
当时,电压源相当于一根短接线
二、电流源(与电压源为对偶元件)
1.符号:
2.定义:
具有二端的有源元件
与无关
3.讨论:
①为二端元件
②输出电流与外电路无关
(参考方向同时)
③输出的电压由外电路来确定。
只能在电流源所在回路由KVL来求。
同理,可为任意值,所以为理想电流源。
④当时(电流源停止作用时,其电激流要置零)
当时,电流源相当于断路
§1-8 受控源
一、受控源
1.受控源:
有两条支路,为双口元件。
二、受控源分类
1.VCVS
2.VCCS
3.CCCS
4.CCVS
三、讨论
1.为电阻性元件
2.m,gm, a,rm为常量,则为线性受控源。
m,gm, a,rm不为常量,则为非线性受控源。
3.电压控电源的控制支路是断开的(i1=0)
电流控电源的控制支路是短接的(u1=0)
4.受控源中的四个端钮还要与外电路中的其它元件相联,因此在电路模型中,受控源定义中的两条支路有时不明显,应习惯。
5.其受控支:
在分析电路时,视为独立源来处理,但要先求出控制量后才能求其电压电流。
其控制支:
在电路进行等效变换时,不
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