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1、电路与信号 模块1电路与信号的基本概念电路的基本变量电路的基本元件电源任务任务1任务任务2任任务3任任务4目目录录CONTENTS基尔霍夫定律任任务5模块1 电路的基本概念和基本定律电路与信号的基本概念3个基本元件（R、L、C）的伏安关系本模块知识学习重点基尔霍夫定律模块1 电路的基本概念和基本定律电流、电压的参考方向及关联参考方向的意义电源的分类及性质 本模块知识学习难点电路与信号的基本概念电路与信号的基本概念01模块模块1 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律任务1 电路与信号的基本概念一、电路 电路是电流通过的路径。实际电路是由若干电气元器件按照一定的方式组合起来并能完成某种
2、特定功能的整体。电路模型是实际电路的理想化和模型化，保留其主要的电磁性能，并用一个抽象的模型元件（即理想元件）来描述。导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡RLRSUS+-任务1 电路与信号的基本概念 电路分析中所涉及的各种元件均指理想元件。由理想元件组成的电路称为电路模型或电路图。几种常见的理想元件如下：任务1 电路与信号的基本概念电路图中的几个名词 1支路：电路中通过同一电流的分支。含源支路、无源支路 2节点：三条或三条以上支路的连结点。3回路：电路中的任一闭合路径。单回路电路 4网孔：内部不含有支路的回路。任务1 电路与信号的基本概念二、信号 信号是一种带有信息的随时间变化的物理量。电信号是携
3、带着信息的随时间变化的电压或电流。信号是运载信息的工具，而电路起着传递、处理信号的作用。任务1 电路与信号的基本概念信号的分类 确定信号（周期、非周期、连续、离散）随机信号 任务1 电路与信号的基本概念 时间特性：信号随时间变化的规律 频率特性：信号包含的频率成分的分布规律 两者之间有着密切的联系任务1 电路与信号的基本概念支路、节点、回路、网孔电路、信号的概念基本元件模型电路的组成与作用任务1小结电路的基本变量电路的基本变量02模块模块1 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律任务2 电路的基本变量一、电流及其参考方向一、电流及其参考方向电流强度电流强度单位时间内通过导体横截面的电
4、荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量。表达式：表达式：直流直流DC 恒定电流恒定电流 I交流交流AC i周期：正弦、非正弦周期：正弦、非正弦非周期非周期单位：单位：kA、A、mA、A。1kA=103A、1mA=10-3A、1A=10-6A任务2 电路的基本变量l实际方向实际方向：规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。l参考方向参考方向：任意假定的电流方向称为电流的参考方向。任意假定的电流方向称为电流的参考方向。电流的参考方向与实际方向的关系：电流的参考方向与实际方向的关系：AB实际方向实际方向i 参考方向参考方向AB实际方向实际方向i 参考方向参考方向i
5、0i 0 吸收正功率吸收正功率 (吸收吸收)P 0 吸收正功率吸收正功率 (吸收吸收)P 0 吸收负功率吸收负功率 (发出发出)任务2 电路的基本变量由于能量守恒，所以功率平衡，即吸收的功率之和等于产生的功率之和。作业：P19 1.1任务2 二极管的认识与测试电功率的计算与判断电流、电压、电功率电流、电压的参考方向关联参考方向任务2小结电路的基本元件电路的基本元件03模块模块1 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律任务3 电路的基本元件 伏 安 特 性：元 件 的 电 压 电 流 之 间 的 关 系（Voltage-Current Relation）一、电阻元件线性电阻元件（R为常
6、数）欧姆定律 电阻表征电阻元件阻止电流通过的能力，单位是欧姆（）。定义 ，称为电导，单位是西门子（S）。计算时要注意关联参考方向问题!线性电阻的VCR曲线任务3 电路的基本元件非线性电阻元件（R不是常数）2、电阻元件的功率 （恒大于0）电阻元件 只消耗电能而不储存电能 灯泡电阻的VCR曲线半导体二极管的VCR曲线任务3 电路的基本元件3、电气设备的额定值 额定值，就是使设备安全工作所允许的最大值。额定电压 额定电流 额定功率 计算 例1.3.1 （电阻元件是无记忆元件 短路 开路）例1.3.2任务3 电路的基本元件二、电容元件 1.实际电容器的构造：两个极板被介质所隔开 2.符号 C表征电容元
7、件聚集电荷的能力，单位是法拉（F）。微法(F)皮法(pF)线性电容的q-u曲线=常数常数 线性电容线性电容常数常数 非线性电容非线性电容3.电容的定义、单位、q u 曲线任务3 电路的基本元件 4.电容元件的VCR 物理意义：i 的大小与u的变化率成正比，而与u的大小无关。对于直流电路，由于u u的变化率为零，i=0，电容相当于开路。若某一时刻u为零，但u的变化率不为零，此时i 也不为零。说明：a)电容是动态元件。任意时刻的i取决于该时刻u的变化率。电容是惯性元件。电容电压不能跃变。任务3 电路的基本元件c)电容是记忆元件 某一时刻t的电容电压值并不取决于同一时刻的电流值，而与从-到t时刻的全
8、部电流值有关。因此，电容是电流记忆元件。5.电容元件的功率与储能任务3 电路的基本元件三、电感元件（注意与电容元件的对比）1.实际电感器的构造：不同材料的芯子上绕以导线形成线圈（当线圈通过电流时，产生磁链 。磁链与电流的方向，满足右手定则）2.符号 L表征电感元件产生磁链的能力，单位是亨利（H）。线性电感的-i曲线=常数常数 线性电感线性电感常数常数 非线性电感非线性电感3.电感的定义、单位、-i 曲线 任务3 电路的基本元件 4.电感元件的VCR 物理意义：u的大小与i的变化率成正比，而与i的大小无关。对于直流电路，由于i i的变化率为零，u=0，电感相当于短路。若某一时刻i为零，但i的变化
9、率不为零，此时u也不为零。说明：a)电感是动态元件。任意时刻的u取决于该时刻i的变化率。电感是惯性元件。电感电流不能跃变。任务3 电路的基本元件c)电感是记忆元件 某一时刻t的电感电流值并不取决于同一时刻的电压值，而与从-到t时刻的全部电压值有关。因此，电感是电压记忆元件。5.电感元件的功率与储能任务3 电路的基本元件根据伏安特性计算电流或电压电阻、电容、电感元件的伏安特性电气设备的额定值动态元件的功率与储能任务3小结电源电源04模块模块1 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律任务4 电源一、独立源（又称理想源）1.独立电压源（理想电压源、恒压源）两个特点：电源的端电压是恒定值Us
10、或函数us(t)，与流过的电流无关流过理想电压源的电流大小和方向不由它本身所确定，而由与其相联接的外电路确定。US+_IU+_任任意意外外电电路路(a)电路模型电路模型 IU0(b)伏安伏安特性曲线特性曲线 U US US 任务4 电源2.独立电流源（理想电流源、恒流源）两个特点：电源输出的电流是恒定值Is或函数is(t)，与两端的电压无关理想电流源端电压的大小和极性，由与其相联接的外电路决定。ISIU+_任任意意外外电电路路(a)电路模型电路模型 I IS IU0(b)伏安伏安特性曲线特性曲线 IS任务4 电源二、受控源（非独立源）1 含义 受控源，不能单独为电路提供能量。举例：三极管的集电
11、极电流ic受基极电流ib的控制。2 结构 受控源是一个四端元件，又称双口元件，它有两个控制端(又称输入端)，两个受控端(又称输出端)，用菱形符号表示，以示区别。3 特点 受控源的存在与否，完全取决于控制量的存在与否。控制量变化，受控源也要跟着变化。化简过程中，控制量不能被化掉。任务4 电源 4 受控源的四种模型作业：P19 1.2 1.3 任务4 电源电源的分类各种独立源和受控源的符号模型独立源和受控源的基本特性任务4小结基尔霍夫定律基尔霍夫定律05模块模块1 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律任务5 基尔霍夫定律 德国物理学家：基尔霍夫（Gustav Robert Kirchh
12、off，18241887年）提出了稳恒电路中电流、电压、电阻关系的两条电路定律，即著名的基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL），解决了电路设计中电路方面的难题，被称为“电路求解大师”。任务5 基尔霍夫定律一、基尔霍夫电流定律（KCL）1.KCL的内容 在电路的任一节点处，任一时刻流出(或流入)该节点的所有支路电流的代数和恒为零。对“代数和”的规定：流出节点的电流为“正”，流入节点的电流为“负”。当然也可以做相反的规定。但一经确定，便不能再改。或者 2.KCL的推广 节点换成任意封闭面，结论同样成立。任务5 基尔霍夫定律二、基尔霍夫电压定律（KVL）1.KVL的内容 在电路的任一
13、回路中，在任一时刻，按一定方向沿回路绕行一周，回路中各支路电压的代数和恒为零。对“代数和”的规定：支路电压的参考方向(电位降方向)与回路绕行方向一致，则取正号；不一致时取负号。回路绕行方向可以任意设置，但一经确定，便不能再改。2.KVL的推广 对于假想的回路，结论同样成立。作业：P19 1.4 1.5 1.7 1.10 任务5 基尔霍夫定律KCL、KVL的数学表达式电路拓扑结构间的约束关系运用基尔霍夫定律计算电流或电压任务5小结模块1 电路的基本概念和基本定律 模模块块1 小小结结概念概念电路（支路、节点、回路、网孔、电路（支路、节点、回路、网孔、电流、电压、电功率）电流、电压、电功率）信号（时间特性、频率特性）信号（时间特性、频率特性）元件元件电阻、电容、电感电阻、电容、电感独立源、受控源独立源、受控源计算计算利用Kirchhoff定律，计算电流、电压