电路教案n专业知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作下一页前一页第 1-1 页退出本章1.1 1.1 电路模型电路模型 一、实际电路组成与功效 二、电路模型1.2 1.2 电路变量电路变量 一、电流 二、电压 三、电功率1.3 1.3 电阻元件与欧姆定律电阻元件与欧姆定律 一、电阻元件 二、欧姆定律 三、电阻元件上消耗功率与能量1.4 1.4 理想电源理想电源 一、理想电压源 二、理想电流源1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 一、基尔霍夫电流定律 二、基尔霍夫电压定律1.6 1.6 电路等效电路等效 一、电路等效普通概念 二、电阻串联与并联等效 三、理想电源串联与并联等效 1.7 1.7 实际电源模型
2、及其交换等效实际电源模型及其交换等效 一、实际电源模型 二、电压源、电流源模型交换等效1.8 1.8 电阻电阻形、形、Y Y形电路交换等效形电路交换等效 一、形电路等效变换为Y形电路 二、Y 形电路等效变换为形电路1.9 1.9 受控源及含受控源电路等效受控源及含受控源电路等效 一、受控源 二、路含受控涣电路等效1.10 1.10 运算放大器概述运算放大器概述 一、理想运放符号及电路模型 二、理想运放三种运算方式 三、运放两种经典运算点击目录 ,进入相关章节第1页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 由电器件相互连接所组成电流通路称为电路。2、实际电路组成提供电能能源,简称电源;电源、负载、
3、导线是任何实际电路都不可缺乏三个组成部分。1.1 1.1 电路模型电路模型用电装置,统称其为负载。它将电源提供能量转换为其它形式能量;连接电源与负载而传输电 能金属导线,简称导线。下一页前一页第 1-2 页返回本章目录1、何谓电路(circuit)?第2页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 实际电路种类繁多,功效各异。电路主要作用可概括为两个方面:进行能量传输与转换;如电力系统发电、传输等。实现信号传递与处理。如电视机、通信电路等。1.1 1.1 电路模型电路模型下一页前一页第 1-3 页返回本章目录3、实际电路功效第3页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 实际电路在运行过程中表现相当
4、复杂,如:制作一个电阻器是要利用它对电流展现阻力性质,然而当电流经过时还会产生磁场。要在数学上准确描述这些现象相当困难。为了用数学方法从理论上判断电路主要性能,必须对实际器件在一定条件下,忽略其次要性质,按其主要性质加以理想化,从而得到一系列理想化元件。这种理想化元件称为实际器件“器件模型”。下一页前一页第 1-4 页返回本章目录1、为何要引入电路模型1.1 1.1 电路模型电路模型第4页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作理想电阻元件:只消耗电能,如电阻器、灯泡、电炉等,能够用理想电阻来反应其消耗电能这一主要特征;理想电容元件:只储存电能,如各种电容器,能够用理想电容来反应其储存电能特征;
5、理想电感元件:只储存磁能,如各种电感线圈,能够用理想电感来反应其储存磁能特征;下一页前一页第 1-5 页返回本章目录2、几个常见理想化元件(器件模型)1.1 1.1 电路模型电路模型第5页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作电路模型是由若干理想化元件组成;将实际电路中各个器件用其模型符号表示,这么画出图称为称为实际电路电路模型图,常简称为电路图。实际器件在不一样应用条件下,其模型能够有不一样形式;4、说明不一样实际器件只要有相同主要电气特征,在一定条件下可用相同模型表示。如灯泡、电炉等在低频电路中都可用理想电阻表示。下一页前一页第 1-6 页返回本章目录3、电路模型和电路图1.1 1.1 电
6、路模型电路模型第6页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 假如实际电路几何尺寸l 远小于其工作时电磁波波长,能够认为传送到电路各处电磁能量是同时抵达,这时整个电路能够看成电磁空间一个点。所以能够认为,交织在器件内部电磁现象能够分开考虑;耗能都集中于电阻元件,电能只集中于电容元件,磁能只集中于电感元件。下一页前一页第 1-7 页返回本章目录(1)、集中参数电路(lumped circuit)与分布参数电路(distributed circuit)5、电路分类1.1 1.1 电路模型电路模型第7页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 电路几何尺寸l 远小于其工作时电磁波波长电路称为集中参数电路
7、,不然称为分布参数电路。例(1)电力输电线,其工作频率为50Hz,对应波长为6000km,故30km长输电线,能够看作是集中参数电路。(2)而对于电视天线及其传输线来说,其工作频率为108Hz数量级,如10频道,其工作频率约为200MHz,对应工作波长为1.5m,此时0.2m长传输线也是分布参数电路。下一页前一页第 1-8 页返回本章目录1.1 1.1 电路模型电路模型第8页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 若描述电路特征全部方程都是线性代数或微积分方程,则称这类电路是线性电路;不然为非线性电路。非线性电路在工程中应用更为普遍,线性电路经常仅是非线性电路近似模型。但线性电路理论是分析非线
8、性电路基础。下一页前一页第 1-9 页返回本章目录(2)、线性电路(linear circuit)与非线性电路(nonlinear circuit)1.1 1.1 电路模型电路模型第9页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 时不变电路指电路中元件参数值不随时间改变电路;描述它电路方程是常系数代数或微积分方程。反之,由变系数方程描述电路称为时变电路。时变量电路是最基本电路模型,是研究时变电路基础。本书主要讨论集中参数电路中线性时不变电路。下一页前一页第 1-10 页返回本章目录(3)、时不变电路(time-invariant circuit)与时变电路(time-varying circuit
9、)1.1 1.1 电路模型电路模型第10页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 为了定量地描述电路性能,电路中引入一些物理量作为电路变量;通常分为两类:基本变量和复合变量。电流、电压因为易测量而常被选为基本变量。复合变量包含功率和能量等。普通它们都是时间t函数。下一页前一页第 1-11 页返回本章目录第11页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作1,2 1,2 电路变量电路变量 在电场力作用下,电荷有规则定向移动形成 电流,用 i(t)或i表示。单位:安培(A)。2、电流大小-电流强度,简称电流式中dq 为经过导体横截面电荷量,电荷单位:库仑(C)。若dq/dt即单位时间内经过导体横截面电荷
10、量为常数,这种电流叫做恒定电流,简称直流电流,惯用大写字母I表示。E自由电子s下一页前一页第 1-12 页返回本章目录1、电流形成第12页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 实际方向要求为正电荷运动方向。参考方向假定正电荷运动方向。要求:要求:若参考方向与实际方向方向一致,电流为正值,反 之,电流为负值。为何要引入参考方向?1,2 1,2 电路变量电路变量下一页前一页第 1-13 页返回本章目录3、电流方向第13页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 假如电路复杂或电源为交流电源,则电流实际方向难以标出。交流电路中电流方向是随时间改变。1、标准上可任意设定;2、习惯上:A、凡是一眼可看出
11、电流方向,将此方向为参考方向;B、对于看不出方向,可任意设定。参考方向假设说明两点:1,2 1,2 电路变量电路变量下一页前一页第 1-14 页返回本章目录判断R3上电流I3方向?第14页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作1、今后,电路图上只标参考方向。电流参考方向是任意指定,普通用箭头在电路图中标出,也能够用双下标表示;如iab表示电流参考方向是由a到b。2、电流是个既含有大小又有方向代数量。在没有设定参考方向情况下,讨论电流正负毫无意义。1,2 1,2 电路变量电路变量下一页前一页第 1-15 页返回本章目录4、电流总结第15页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作电路中,电场力将单位
12、正电荷从某点a移到另一点b所做功,称为两点间电压。功(能量)单位:焦耳(J);电压单位:伏特(V)。2、电压极性(方向)实际极性:要求两点间电压高电位端为“+”极,低电位端 为“-”极。两点电位降低方向也称为电压方向。参考极性:假设电压“+”极和“-”极。若参考极性与实际极性一致,电压为正值,反之,电压为负值。1.2 1.2 电路变量电路变量下一页前一页第 1-16 页返回本章目录1、电压定义第16页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 电流和电压参考方向可任意假定,而且二者是相互独立。若选取电流i参考方向从电压u“+”极经过元件A本身流向“-”极,则称电压u与电流i对该元件取关联参考方向。
13、不然,称u与i对A是非关联。uA与iA关联uB与iB非关联u与i对元件1关联u与i对元件2非关联1.2 1.2 电路变量电路变量下一页前一页第 1-17 页返回本章目录3、关联参考方向第17页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 1、今后,电路图中只标电压参考极性。在没有标参考极性情况下,电压正、负无意义。3、电路图中不标示电压/电流参考方向时,说明电压/电流参考方向与电流/电压关联。2、电压参考极性可任意指定,普通用“+”、“-”号在电路图中标出,有时也用双下标表示,如uab表示a端为“+”极,b端为“-”极。4、大小和方向均不随时间改变电流和电压称为直流电流和直流电压,可用大写字母I和U
14、表示。1.2 1.2 电路变量电路变量下一页前一页第 1-18 页返回本章目录4、电压说明第18页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作2、功率与电压u、电流i关系 单位时间电场力所做功称为电功率,即:简称功率,单位是瓦特(W)。如图(a)所表示电路Nu和i取关联方向,因为i=d q/dt,u=dw/dq,故电路消耗功率为p(t)=u(t)i(t)对于图(b),因为对N而言u和i非关联,则N消耗功率为p(t)=-u(t)i(t)1.2 1.2 电路变量电路变量下一页前一页第 1-19 页返回本章目录1、功率定义第19页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 利用前面两式计算电路N消耗功率时,若
15、p0,则表示电路N确实消耗(吸收)功率;若p0,则表示电路N吸收功率为负值,实质上它将产生(提供或发出)功率。当电路Nu和i非关联(如图a),则N产生功率公式为由此轻易得出,当电路Nu和i关联(如图a),N产生功率公式为p(t)=-u(t)i(t)p(t)=u(t)i(t)1.2 1.2 电路变量电路变量下一页前一页第 1-20 页返回本章目录3、功率计算第20页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 对于一个二端元件(或电路),假如w(t)0,则称该元件(或电路)是无源或是耗能元件(或电路)。依据功率定义 ,两边从-到t积分,并考虑w(-)=0,得(设u和i关联)1.2 1.2 电路变量电路
16、变量下一页前一页第 1-21 页返回本章目录4、能量计算第21页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 前面介绍勒电流、电压、功率和能量基本单位分别是安(A)、伏(V)、瓦(W)、焦耳(J),有时嫌单位太大(无线电接收),有时又嫌单位太小(电力系统),使用不便。我们便在这些单位前加上国际单位制(SI)词头用以表示这些单位被一个以10为底正次幂或负次幂相乘后所得SI单位倍数单位。因数原文名称(法)汉字名称符号109giga吉G106mega兆M103kilo千k10-3milli毫m10-6micro微10-9nano纳n10-12pico皮p1.2 1.2 电路变量电路变量下一页前一页第 1-
17、22 页返回本章目录5、惯用国际单位制(SI)词头第22页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 电路中最简单、最惯用元件是二端电阻元件,它是实际二端电阻器件理想模型。若一个二端元件在任意时刻,其上电压和电流之间关系(Voltage Current Relation,缩写为VCR),能用ui平面上一条曲线表示,即有代数关系 f(u,i)=0则此二端元件称为电阻元件。元件上电压电流关系VCR也常称为伏安关系(VAR)或伏安特征下一页前一页第 1-23 页返回本章目录1、电阻元件定义第23页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作1.3 1.3 电阻元件与欧姆定律电阻元件与欧姆定律 假如电阻元件VC
18、R在任意时刻都是经过ui平面坐标原点一条直线,如图(a)所表示,则称该电阻为线性时不变电阻,其电阻值为常量,用R表示。若直线斜率随时间改变(如图(b)所表示),则称为线性时变电阻。若电阻元件VCR不是线性(如图(c)所表示),则称此电阻是非线性电阻。本书重点讨论线性时不变电阻,简称为电阻。下一页前一页第 1-24 页返回本章目录2、电阻分类第24页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 对于(线性时不变)电阻而言,其VCR由著名欧姆定律(Ohms Law)确定。电阻单位为:欧姆()。电阻倒数称为电导(conductance),用G表示,即 G=1/R,电导单位是:西门子(S)。应用OL时注意:
19、欧姆定律只适合用于线性电阻,非线性电阻不适用;电阻上电压电流参考方向关联性。下一页前一页第 1-25 页返回本章目录1、欧姆定律1.3 1.3 电阻元件与欧姆定律电阻元件与欧姆定律第25页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作开路(Open circuit):R=,G=0,伏安特征短路(Short circuit):R=0,G=,伏安特征下一页前一页第 1-26 页返回本章目录2、两种特殊情况1.3 1.3 电阻元件与欧姆定律电阻元件与欧姆定律第26页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作下一页前一页第 1-27 页返回本章目录1.3 1.3 电阻元件与欧姆定律电阻元件与欧姆定律对于正电阻R来
20、说,吸收功率总是大于或等于零。例1 阻值为2电阻上电压、电流参考方向关联,已知电阻上电压u(t)=4cost(V),求其上电流i(t)和消耗功率p(t)。解:因电阻上电压、电流参考方向关联,由OL得其上电流 i(t)=u(t)/R=4cost/2=2cost(A)消耗功率 p(t)=R i2(t)=8 cos2t(W)。第27页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作电源独立电源独立电压源,简称电压源(Voltage Source)独立电流源,简称电流源(Current Source)非独立电源,常称为受控源(Controlled Source)下一页前一页第 1-28 页返回本章目录 电源是有
21、源电路元件,它是各种电能量(电功率)产生器理想化模型。第28页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作1.4 1.4 理想电源理想电源 若一个二端元件接到任何电路后,该元件两端电压总能保持给定时间函数uS(t),与经过它电流大小无关,则此二端元件称为电压源。u(t)=uS(t),任何ti(t)任意R=6,u=6V,i=1 AR=3,u=6V,i=2AR=0,u=6V,i=下一页前一页第 1-29 页返回本章目录1、电压源定义第29页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作从定义可看出它有两个基本性质:其端电压是定值或是一定时间函数,与流过电流无关,当uS=0,电压源相当于短路。电压源电压是由它本身
22、决定,流过它电流则是任意,由电压源与外电路共同决定。理想电压源在现实中是不存在;实际电压源不能随意短路。3、需注意问题下一页前一页第 1-30 页返回本章目录2、电压源性质1.4 1.4 理想电源理想电源第30页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 在电力系统中,常选大地为参考点;而在电子线路中,常要求一条公共导线作为参考点,这条公共导线常是众多元件聚集点。参考点用接地符号表示。如图(a),选d为参考点,b点节点电压实际上即为b点至参考点d电压降ubd,可记为ub。显然参考点电压ud=udd=0,故参考点又称为“零电位点”。依据以上特点,电子线路中惯用一个简化习惯画法极性数值法,来简画有一端
23、接地电压源,如图(b)所表示。下一页前一页第 1-31 页返回本章目录 在电路分析中,经常指定电路中某节点为参考点零电位点,计算或测量其它各节点对参考点电位差,称为各节点电位,或各节点电压。1.4 1.4 理想电源理想电源4、电路中参考点零电位点第31页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 强调指出:电路中某点电位随参考点选取位置不一样而改变;电压是两点之间电位差,与参考点选取无关。例 如图电路,求节点电压Ua。解:在回路abc,由KVL和OL列方程得 3i1 5+3i1=0,故i1=1(A)显然有 i2=0,所以Ua=3i1+6i2 5=3 5=-2(V)下一页前一页第 1-32 页返回本
24、章目录1.4 1.4 理想电源理想电源第32页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作 若一个二端元件接到任何电路后,该元件上电流总能保持给定时间函数iS(t),与其两端电压大小无关,则此二端元件称为电流源。i(t)=iS(t),任何tu(t)任意R=0,i=2A,u=0 VR=3,i=2A,u=6 VR=6,i=2A,u=12 V下一页前一页第 1-33 页返回本章目录1、电流源定义1.4 1.4 理想电源理想电源第33页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作从定义可看出它有两个基本性质:其上电流是定值或是一定时间函数,与它两端电压无关。当 iS=0,电流源相当于开路。电流源电流是由它本身决定
25、,其上电压则是任意,由电流源与外电路共同决定。理想电流源在现实中是不存在;实际电流源不能随意开路。3、需注意问题下一页前一页第 1-34 页返回本章目录2、电流源性质1.4 1.4 理想电源理想电源第34页西安电子科技大学电路与系统多媒体室制作例1 如图电路,已知i2=1A,试求电流i1、电压u、电阻R和两电源产生功率。解:由KCL i1=iS i2=1A故电压 u=3 i1+uS=3+5=8(V)电阻 R=u/i2=8/1=8iS产生功率 P1=u iS=82=16(W)uS产生功率 P2=-u i1=-51=-5(W)可见,独立电源可能产生功率,也可能吸收功率。下一页前一页第 1-35 页
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