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1、電路及磁路,第三章 非線性電阻電路,第四章 正弦電流電路,第五章 耦合電感和諧波電路,第六章 三相電路,第七章 非正弦周期電流電路,第八章 二端口網(wǎng)絡(luò),第九章 線性電路過(guò)渡過(guò)程的時(shí)域分析,電路 及磁路,第一章 電路的基本概念和基本定律,第二章 電阻電路,第十章 均勻傳輸線的正弦穩(wěn)態(tài)分析,第十一章 磁路和鐵心線圈電路,第一章電路的基本概念和基本定律,電路是指為了某種需要由一些電氣器件按一定方式連接起來(lái)的電流通路。,1.1 電路和電路模型,內(nèi)容提要,1.電路和電路的主要物理量及其參考方向； 2.獨(dú)立電源、受控源和電阻元件； 3.歐姆定律、基爾霍夫定律。,一 電路,第一章電路的基本概念和基本定律,電

2、路的組成,電源: 提供電能或 發(fā)出電信號(hào)的設(shè)備,負(fù)載: 消耗電能或 接收電信號(hào)的裝置,中間環(huán)節(jié)：電源和 負(fù)載中間的連接部分,電路模型,第一章電路的基本概念和基本定律,電路的作用, 實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理,第一章電路的基本概念和基本定律,二 理想電路元件,組成電路的實(shí)際電氣器件往往比較復(fù)雜，其電磁性能的表現(xiàn)可能是多方面交織在一起的。 為研究方便將實(shí)際器件加以理想化，即只考慮起主要作用的某些電磁現(xiàn)象，而將其它現(xiàn)象忽略。,電阻元件：只表示消耗電能的元件。,電感元件：反映電路周?chē)嬖谥艌?chǎng)而可以儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件。,電容元件：反映電路及其附近存在著電場(chǎng)而可以儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件

3、。,集總參數(shù)元件：每一種元件只表示一種基本現(xiàn)象。在任何時(shí)刻，從具有兩個(gè)端鈕的理想元件的某一端鈕流入的電流恒等于從另一端鈕流出的電流，并且元件兩個(gè)端鈕間的電壓值也是完全確定的。,第一章電路的基本概念和基本定律,由理想化的集總元件構(gòu)成的電路模型。簡(jiǎn)稱電路。,三 電路模型,四 有關(guān)電路的一些名詞,串聯(lián)和并聯(lián)：一些二端元件成串相連、中間沒(méi)有分支時(shí)稱為串聯(lián)；一些二端元件的兩個(gè)端鈕分別連在一起時(shí)稱為并聯(lián)。,支路和結(jié)點(diǎn)：一個(gè)或幾個(gè)二端元件串聯(lián)成的分支作為一條支路。三條或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。如上圖有3條支路，兩個(gè)結(jié)點(diǎn)。,第一章電路的基本概念和基本定律,回路和網(wǎng)孔：由一條或幾條支路組成的閉合路徑稱為回

4、路。平面電路圖中，在回路內(nèi)部不另含有支路的回路稱為網(wǎng)孔。如上圖有3個(gè)回路，2個(gè)網(wǎng)孔。,1.2 電路的主要物理量,一 電流及其參考方向,電流：帶電粒子的有秩序運(yùn)動(dòng)形成電流。,交流（AC）：,直流（DC）：,方向：規(guī)定正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉?電流的SI單位：安（培），符號(hào)：A。,第一章電路的基本概念和基本定律,含義：如果1秒內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量是1庫(kù)侖（C），則該導(dǎo)體中的電流為1安（A）。 常用單位：毫安（mA），微安（A）。,換算關(guān)系：,電流的參考方向：任意規(guī)定某一方向作為電流數(shù)值為正的方向。,參考方向表示符號(hào)：,雙下標(biāo)，如圖（c） 。 箭頭，如圖(a) 。,第一章電路的基本概念和基本

5、定律,參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：若電流為正，則電流實(shí)際方向與參考方向一致；若電流為負(fù)，則電流實(shí)際方向與參考方向相反，如圖（a）、(b)所示。,二 電壓、電位、電動(dòng)勢(shì)及其參考方向,電壓：電路中a、b兩點(diǎn)間的電壓為單位正電荷在電場(chǎng)力的作用下由a點(diǎn)轉(zhuǎn)移到b點(diǎn)時(shí)減少的電能，即。,方向：電壓的方向是電位降低的方向。,電壓的SI單位：伏（特），符號(hào)：V。,常用單位：千伏（kV），毫伏（mV）。,換算關(guān)系：,第一章電路的基本概念和基本定律,電位：若任取一點(diǎn)o作為參考點(diǎn)，則由某點(diǎn)a到參考點(diǎn)o的電壓 稱為a點(diǎn)的電位，用 表示。,電壓與電位的關(guān)系：a、b兩點(diǎn)間的電壓等于這兩點(diǎn)電位之差，即,電動(dòng)勢(shì)：?jiǎn)挝徽姾稍陔娫?/p>

6、力的作用下轉(zhuǎn)移時(shí)增加的電能，用符號(hào) 表示，即,電位的SI單位：伏（特），符號(hào)：V。,第一章電路的基本概念和基本定律,當(dāng)電壓和電動(dòng)勢(shì)的量值與方向都不隨時(shí)間而變化時(shí)，稱為直流電壓和直流電動(dòng)勢(shì)，分別用符號(hào) 和 表示。,注意：,參考方向一經(jīng)規(guī)定，在整個(gè)分析計(jì)算過(guò)程中就必須以此為準(zhǔn)，不能變動(dòng)。 不標(biāo)參考方向的電流或電壓是沒(méi)有意義的。 參考方向可以任意規(guī)定而不影響計(jì)算結(jié)果。 電流和電壓參考方向可以分別獨(dú)立地規(guī)定。 關(guān)當(dāng)元件的電流與電壓參考方向一致時(shí)，稱為關(guān)聯(lián)參考方向，反之，則為非關(guān)聯(lián)參考方向。,第一章電路的基本概念和基本定律,三 電功率和電能,電功率（功率）：電能轉(zhuǎn)換的速率，即,功率的SI單位：瓦（特），

7、符號(hào)：W。,含義：元件端電壓為1V，通過(guò)電流為1A時(shí)，則該元件吸收功率為1W。 常用單位：兆瓦（MW），千瓦（kW），毫瓦（mW）。,換算關(guān)系：,第一章電路的基本概念和基本定律,電能,從 到 時(shí)間內(nèi)，電路吸收的電能（量）為,直流時(shí),電能的SI單位：焦（耳），符號(hào)：J。,含義：1焦等于功率為1W的用電設(shè)備，在1s內(nèi)消耗的電能。實(shí)用上還采用千瓦小時(shí)（kWh）作為電能的單位。,第一章電路的基本概念和基本定律,解：元件1電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向，故,元件2、3電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，故,整個(gè)電路的功率為,第一章電路的基本概念和基本定律,1.3 基爾霍夫定律,一 基爾霍夫電流定律(Kirchhoff

8、s current law / KCL),i = 0,內(nèi)容：在集總參數(shù)電路中，任何時(shí)刻流入或流出任一節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和等于零，即,(a),由KCL得圖（a）電流關(guān)系為,廣義結(jié)點(diǎn),第一章電路的基本概念和基本定律, KCL的推廣,電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。即任何時(shí)刻，對(duì)于一個(gè)封閉面流入或流出的電流代數(shù)和等于零。,基爾霍夫電流定律（KCL），反映了電路中任一結(jié)點(diǎn)處各支路電流間相互制約的關(guān)系。,由KCL的推廣得圖（b）電流關(guān)系為,二 基爾霍夫電壓定律(Kirchhoffs voltage law / KVL),內(nèi)容： 在集總參數(shù)電路中，任何時(shí)刻沿任一回路所有支路電壓

9、的代數(shù)和等于零，即, u = 0,第一章電路的基本概念和基本定律,根據(jù)KVL，并沿順時(shí)針?lè)较颍梢粤谐鲇覉D的電壓方程為,即為,一般式為,第一章電路的基本概念和基本定律,結(jié)論： 繞行方向與電流方向一致時(shí)，該項(xiàng)前取“+”號(hào)，相反時(shí)取“-”號(hào)；經(jīng)過(guò)電壓源時(shí)從“+”到“-”時(shí)，該項(xiàng)前取“+”號(hào)，否則取“-”號(hào)。, 若將電阻壓降和電源壓降分別寫(xiě)在等式兩邊，則在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循環(huán)一周，在這個(gè)方向上電源的電位升之和等于電阻的電壓降之和。, KVL的推廣,電壓定律可以推廣運(yùn)用于電路中的假想回路。例圖中開(kāi)口電壓可按回路處理，故列方程為,第一章電路的基本概念和基本定律,注意：, 列方程前標(biāo)注

10、回路繞行方向；, 應(yīng)用 U =0 列方程時(shí)，如果規(guī)定電壓降取正號(hào)，則電位升就取負(fù)號(hào)。,1.4 電阻元件,一 電壓電流關(guān)系(voltage-current relationship / VCR),在 u-i 坐標(biāo)平面上表示元件電壓電流關(guān)系（VCR）的曲線稱為伏安特性曲線。, 線性電阻：伏安特性曲線是通過(guò)原點(diǎn)的直線的電阻。其表達(dá)式為,第一章電路的基本概念和基本定律, 歐姆定律：它是反映電路中電能損耗的電路參數(shù)，其定義為,( u與 i 關(guān)聯(lián)參考方向時(shí) ),( u與 i 非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí) ),令 則有,G 稱為電阻元件的電導(dǎo)。其SI單位是西門(mén)子（S）。,電阻 的SI單位是歐（姆），符號(hào) 。, 開(kāi)路和短

11、路,開(kāi)路：若線性電阻為無(wú)限大，則當(dāng)電壓是有限值時(shí)，其電流總是零，這時(shí)稱它為開(kāi)路。,第一章電路的基本概念和基本定律,短路：若線性電阻為 零，則當(dāng)電流是有限值時(shí)，其電壓總是零，這時(shí)稱它為短路。, 線性電阻元件吸收（消耗）的功率,在電壓和電流的關(guān)聯(lián)方向下，任何時(shí)刻線性電阻元件吸收的電功率為,如電阻元件把吸收的電能轉(zhuǎn)換成熱能，即從 到 時(shí)間內(nèi)，電阻元件吸收（消耗）的電能為,（焦耳定律）,第一章電路的基本概念和基本定律,1.5 獨(dú)立源,一 理想電壓源, 電壓源的兩個(gè)基本性質(zhì),它的電壓是給定值或給定的時(shí)間函數(shù)，與流過(guò)的電流無(wú)關(guān)；,它的電流是與相連的外電路共同決定的。, 電壓源的符號(hào)及伏安特性,第一章電路的

12、基本概念和基本定律,二 由理想電壓源構(gòu)成的實(shí)際直流電壓源模型, 實(shí)際電壓源模型及其伏安關(guān)系,* 電源內(nèi)阻 越小，就越接近于理想電壓源。,第一章電路的基本概念和基本定律,三種工作狀態(tài), 、 端開(kāi)路， ， ， 稱為開(kāi)路電壓 ；, 、 端短路， ， ， 稱為短路電流 ；, 、 端接負(fù)載 ， 或 。,三 理想電流源, 電流源的兩個(gè)基本性質(zhì),它的電流是給定值或給定的時(shí)間函數(shù)，與電壓無(wú)關(guān)；,它的電壓是與相連的外電路共同決定的。,第一章電路的基本概念和基本定律, 電流源的符號(hào)及伏安特性,四 由理想電流源構(gòu)成的實(shí)際直流電流源模型, 實(shí)際電流源模型及其伏安關(guān)系,第一章電路的基本概念和基本定律,* 電源內(nèi)阻 越小

13、，就越接近于理想電流源。,三種工作狀態(tài), 、 端開(kāi)路， ， ；, 、 端短路， ， ；, 、 端接負(fù)載 ， 或 。,1.6 受控源,受控源：受電路中另一部分的電壓或電流控制的電源。 受控源是一個(gè)二端口元件，用菱形符號(hào)表示。 受控源有以下四種類型：,第一章電路的基本概念和基本定律,第一章電路的基本概念和基本定律, 注意：, 獨(dú)立源與受控源的相同點(diǎn)：都可以對(duì)外電路作功。 獨(dú)立源與受控源的不同點(diǎn)：獨(dú)立源的輸出量是獨(dú)立 的；受控源的輸出量是不獨(dú)立的。,1.7 單回路電路分析,單回路電路一般用KVL和歐姆定律就可以求解。有些電路表面看來(lái)并不是單回路電路，但可以分解成幾個(gè)單回路電路，再結(jié)合KCL求解。,第

14、一章電路的基本概念和基本定律,解：對(duì)單回路電路，取順時(shí)針繞行方向，列KVL方程為,解得,第二章 電阻電路,2.1電阻的串聯(lián)、并聯(lián),內(nèi)容提要,1.網(wǎng)絡(luò)的等效變換； 2.電阻電路的一般分析方法：支路分析法、網(wǎng)孔分析法、結(jié)點(diǎn)電壓法； 3.網(wǎng)絡(luò)定理：疊加定理、戴維寧定理、諾頓定理、替代定理。,對(duì)外電路具有完全相同的伏安關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)，可以互相替代，這種替代稱為等效變換。,一 等效變換,第二章 電阻電路,例如：,等效是具有傳遞性的。如果兩個(gè)二端網(wǎng)絡(luò) 和 等效，而二端網(wǎng)絡(luò) 又與 等效，那么必有二端網(wǎng)絡(luò) 和 等效。,應(yīng)用等效變換，可將一個(gè)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的電路變換成一個(gè)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的電路，使電路的分析得以簡(jiǎn)化。,第二章

15、 電阻電路,二 電阻的串聯(lián), 個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)，其等效電阻為 ：,第二章 電阻電路, 等效電阻：任一無(wú)源二端電阻網(wǎng)絡(luò)，在其二端施加獨(dú)立電源us(或is)，輸入電流為i (或u)，此網(wǎng)絡(luò)可等效為一電阻，即等效電阻為R，其值為：, 結(jié)論,第二章 電阻電路, 限流作用：端口電壓一定時(shí)，串聯(lián)電阻越多，電流越小，所以串聯(lián)電阻可以“限流”。, 分壓公式：串聯(lián)的各電阻上電壓與各電阻大小成正比，即,三 電阻的并聯(lián),第二章 電阻電路, 個(gè)電阻并聯(lián)時(shí)，其等效電阻為 ：,或用電導(dǎo)表示, 結(jié)論, 兩個(gè)電阻的并聯(lián)公式：,第二章 電阻電路, 分流公式：并聯(lián)的各電阻中電流與各電阻大小成反比，即,四 電阻的混聯(lián),既有電阻元件串聯(lián)

16、又有電阻元件并聯(lián)的電路稱為電阻元件的混聯(lián)。, 兩個(gè)電阻并聯(lián)的分流公式：,第二章 電阻電路,解：電源右端的等效電阻為,第二章 電阻電路,電阻的三角形連接,電阻的星形連接,2.2電阻的三角形連接與星形連接的等效變換,等效變換的條件： 對(duì)應(yīng)端流入或流出的電流( )對(duì)應(yīng)相等，對(duì)應(yīng)端間的電壓( )也對(duì)應(yīng)相等。,第二章 電阻電路,據(jù)此可推出兩者的關(guān)系為,不難得出，下述條件：,* 經(jīng)這樣等效變換后，不影響其它部分的電壓和電流。,第二章 電阻電路,等效變換,第二章 電阻電路, 特殊情況, 將Y形聯(lián)接等效變換為形聯(lián)結(jié)時(shí)： 若 時(shí)，則有 ；, 將形聯(lián)接等效變換為Y形聯(lián)結(jié)時(shí)： 若 時(shí)，則有 。, 結(jié)論,第二章 電阻電路,例:計(jì)算圖（a）所示電路中的電流 。,解:將1、2、3作三角形連接的3個(gè)電阻等效變換為星形連接，如圖（b）。,第二章 電阻電路,其中：,于是：,第二章 電阻電路,2.3電源模型的等效變換和電源支路的串并聯(lián),一 兩種電源模型的等效變換,等效變換的根據(jù)：伏安關(guān)系完全相同。,等效變換的條件：,電壓源伏安關(guān)系為,電流源伏安關(guān)系為,第二章 電阻電路,例:求下列各電路的等效電壓源模型。,解:,第二章 電