文档介绍：第一章电路模型和电路定律
本章讨论的问题
电路的基本组成是什么?电路通常分为几类?我们所研究的电路是电路模型还是实际电路?
为什么在电路分析是要设电流和电压的参考方向?什么是元件伏安特性的关联参考方向?
如何判断实际元件在电路中是发出功率还是吸收功率。
集总参数元件的条件是什么?
电源的电路模型是什么?什么是受控电源?
什么是基尔霍夫定律?
教学重点
一、电路与电路模型
电路是电流的通路,它是为了某种需要由实际的电工设备或元件按一定方式组合而成的。
电路的结构形式和所能完成的任务是多种多样的。一般将电路的作用分为两类。
1、实现电能的传输和转换(通常认为是强电)。
2、信号的产生、传递和处理(通常认为是弱电)。
为了便于对实际电路进行分析和数学描述,我们将实际的元件理想化。即在一定的条件下突出主要电磁性质,忽略次要方面,将它近似成理想电路元件。由理想的电路元件所组成的电路,就是实际电路的电路模型。今后我们分析的都是指电路模型,简称电路。
二、电压和电流的参考方向
电压和电流是电路分析的基本物理量,所谓参考方向是一种假想方向(又称正方向),其作用是和电压、电流计算结果的正负号一起确定其实际方向。若计算结果大于零,说明假想方向与实际方向一致;反之,则相反。在求解电路时, 必须首先确定电压和电流的参考方向。
我们将某一元件的电压、电流参考方向取一致称关联参考方向;不一致为非关联参考方向。
三、元件的伏安特性
元件的伏安特性是表示元件本身的电压和电流约束关系。是电路分析中基本依据之一。应熟练掌握电阻元件、独立电源、受控电源的电压和电流关系。
四、基尔霍夫定律
它描述了支路电流之间或支路电压之间的约束关系;与元件的伏安特性构成了电路两类约束关系。基尔霍夫定律只与元件的相互连接有关,与元件的性质无关。
基尔霍夫电流定律(KCL):在集总参数电路中,假设了各支路电流的参考方向后,在任一瞬时,电路中任一结点电流代数和为零。数学表达式
∑i=0。
KCL也适用于电路中的任一闭合面。
2. 基尔霍夫电压定律(KVL):在集总电路中,假设了各支路电压的参考方向后,在任一瞬时,沿任一回路,所有支路电压代数和为零。数学表达式
∑u=0
KVL也适用于虚拟回路、开口电路。
五、电功率的计算
1、当指定了参考方向后,一个元件(或一段电路)的电功率用P=±UI 计算。
2、功率为代数量,其数值的正、负表示相应的元件(或电路)功率的性质,即该元件是吸收功率还是发出功率。
3、功率计算的正、负号确定:
当关联参考方向 P=UI
当非关联参考方向 P=-UI
计算其结果 P>0 表示吸收功率
P<0 表示发出功率
六、独立电源
属于有源元件,是二端元件,在电路中起激励作用。电压源的电压与电流源的电流由电源本身决定,与电源外的其它电路无关。
理想电压源
(1)、符号
(2)特点
其两端电压总能保持一定或一定的时间函数,且电压值大小由电压源本身决定,与流过它的电流值无关。
理想电流源。
符号
特点:
其输出电流总能保持一定或一定的时间函数,且电流值大小由电流源本身决定,与外部电路及它的两端电压值无关。
七、受控电源
又称非独立电源,是为电子器件中所发生的物理现象提出的一种理想化的模型,为四端元件。受控电源两端电压或电流受另一支路电压或电流控制。分四种类型:
电压控制型电压源(VCVS)。输出电压u2=µu1
电压控制型电流源(VCCS)。输出电流i2=gu1
VS), 输出电压u2=ri1
CS)。输出电流 i2=βi1