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电路原理
于勉 申杰奋
0373-3029112 18937325328 13598668590 13653732003 yumian918@ 生命科学技术系 医用物理学教研室
第1章
1.1 1.2 1.3 1.4
电路模型和电路定律
1.5 1.6 1.7 1.8 电阻元件 电压源和电流源 受控电源 基尔霍夫定律
iAB
B
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2.电压的参考方向 2.电压的参考方向
电位 电位 电压U 单位正电荷q 从电路中一点移至参考 点(=0)时电场力做功的大小. )时电场力做功的大小. 单位正电荷 q 从电路中一点移至另 一点时电场力做功(W)的大小. 的大小. 一点时电场力做功 的大小
dW U= dq
def
i>0
i<0
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电流参考方向的两种表示: 电流参考方向的两种表示: 用箭头表示:箭头的指向为电流的参考方向 电流的参考方向. 用箭头表示:箭头的指向为电流的参考方向. i A 参考方向 B
用双下标表示: 电流的参考方向由A指向 指向B. 用双下标表示:如 iAB , 电流的参考方向由 指向 . A
规定正电荷的运动方向为电流的实际方向 元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能: 元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:
实际方向
A A
⊕
B
⊕
实际方向
B 问题 对于复杂电路或电路中的电流随时间变 化时,电流的实际方向往往很难事先判断. 化时,电流的实际方向往往很难事先判断.
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d << λ
注意
数,但与空间坐标无关.因此,任何时刻,流 但与空间坐标无关.因此,任何时刻, 这类电路所涉及电路元件的电磁过程 入两端元件一个端子的电流等于从另一端子流 都集中在元件内部进行. 都集中在元件内部进行. 出的电流;端子间的电压为单值量. 出的电流;端子间的电压为单值量.
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2. 电路模型
10BASE-T wall plate
电路图
电 池 导线
R s Us
RL
电路模型 理想电路元件
反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合. 性质的理想电路元件及其组合. 有某种确定的电磁性能的理想 元件. 元件.
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5种基本的理想电路元件: 种基本的理想电路元件: 种基本的理想电路元件 电阻元件: 电阻元件:表示消耗电能的元件 电感元件:表示产生磁场, 电感元件:表示产生磁场,储存磁场能量的元件 电容元件:表示产生电场, 电容元件:表示产生电场,储存电场能量的元件 电压源和电流源: 电压源和电流源:表示将其它形式的能量转变成 电能的元件. 电能的元件.
实际电压方向 单位
电位真正降低的方向. 电位真正降低的方向.
V (伏),kV,mV,V
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例
a
b
已知: 正电荷由 正电荷由a点均匀移动 已知:4C正电荷由 点均匀移动 点电场力做功8J, 点移 至b点电场力做功 ,由b点移 点电场力做功 动到c点电场力做功为 点电场力做功为12J, 动到 点电场力做功为 , 点为参考点, ①若以b点为参考点,求a,b,c 若以 点为参考点 点的电位和电压U 点的电位和电压 ab,U bc;
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1.3
1.电功率 1.电功率
电功率和能量
单位时间内电场力所做的功. 单位时间内电场力所做的功.
dw p= dt
dw u= dq
dq i= dt
d w dw dq p= = = ui dt dq dt
功率的单位: (Watt,瓦特) 功率的单位:W (瓦) ( ,瓦特) 能量的单位: (Joule,焦耳) 能量的单位:J (焦) ( ,焦耳)
i
+ u
关联参考方向
i
u
非关联参考方向
+
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例
A
+
i
B
u
-
电压电流参考方向如图中所标, 电压电流参考方向如图中所标, 问:对A,B两部分电路电压电 两部分电路电压电 流参考方向关联否? 流参考方向关联否? 电压, 答:A电压,电流参考方向非关联; 电压 电流参考方向非关联; B电压,电流参考方向关联. 电压, 电压 电流参考方向关联.
1. 电路元件
是电路中最基本的组成单元. 是电路中最基本的组成单元. 5种基本的理想电路元件: 种基本的理想电路元件: 种基本的理想电路元件 电阻元件: 电阻元件:表示消耗电能的元件 电感元件:表示产生磁场, 电感元件:表示产生磁场,储存磁场能量的元件 电容元件:表示产生电场, 电容元件:表示产生电场,储存电场能量的元件 电压源和电流源: 电压源和电流源:表示将其它形式的能量转变成 电能的元件. 电能的元件.
例 电感线圈的电路模型
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1.2 电流和电压的参考方向
电路中的主要物理量有电压,电流,电荷, 电路中的主要物理量有电压 , 电流 , 电荷 , 磁 能量,电功率等. 链 , 能量, 电功率等 . 在线性电路分析中人们主要 关心的物理量是电流,电压和功率. 关心的物理量是电流,电压和功率.
P =U4I2 =(4)×1= 4W 发 ) ( 出 4
P =U5I3 =7×(1 = 7W 发 ) ) ( 出 5
注意
P =U6I3 = (3) ×(1 =3W 吸 ) ) ( 收 6
对一完整的电路,满足:发出的功率= 对一完整的电路,满足:发出的功率=吸收的功率
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1.4 电路元件
由集总元件构成的电路 假定发生的电磁过程都集中在元 件内部进行. 件内部进行.
集总电路( ):在一般的 集总电路(Lumped circuit):在一般的 ): 电路分析中,电路的所有参数 如阻抗, 电路的所有参数,如阻抗 电路分析中 电路的所有参数 如阻抗,容 感抗都集中于空间的各个点上,各个 抗,感抗都集中于空间的各个点上 各个 元件上,各点之间的信号是瞬间传递的 各点之间的信号是瞬间传递的,这 元件上 各点之间的信号是瞬间传递的 这 集总参数电路中u 集总参数电路中 ,i 可以是时间的函 种理想化的电路模型称为集总电路. 种理想化的电路模型称为集总电路.
c
解
(1)
b = 0
②若以c点为参考点,再求以上 若以c点为参考点, 各值. 各值.
W 8 a = ab = = 2V q 4 Ubc =b c = 0 (3) =3V W W 12 cb bc c = = = = 3V q q 4
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Uab =a b = 20 = 2 V
解
(2)
注意
①5种基本理想电路元件有三个特征: 种基本理想电路元件有三个特征: 种基本理想电路元件有三个特征
(a)只有两个端子; 只有两个端子; (b)可以用电压或电流按数学方式描述; 可以用电压或电流按数学方式描述; (c)不能被分解为其他元件. 不能被分解为其他元件.
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注意
①具有相同的主要电磁性能的实际电路部件, 在 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件, 一定条件下可用同一电路模型表示; 一定条件下可用同一电路模型表示; ②同一实际电路部件在不同的应用条件下,其电路 同一实际电路部件在不同的应用条件下, 模型可以有不同的形式. 模型可以有不同的形式.
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复杂电路或交变电路中, 问题 复杂电路或交变电路中,两点间电压的实 际方向往往不易判别, 际方向往往不易判别,给实际电路问题的 分析计算带来困难. 分析计算带来困难. 电压( 电压(降)的参考方向 参考方向 U 实际方向 假设高电位指向低电 位的方向. 位的方向. 参考方向 U – 实际方向
1.5 电阻元件
1.定义 1.定义
电阻元件 对电流呈现阻力的元件. 对电流呈现阻力的元件.其特性可 平面上的一条曲线来描述: 用u~i平面上的一条曲线来描述: ~ 平面上的一条曲线来描述 u 伏安 特性 i 0
电路和电路模型 电流和电压的参考方向 电功率和能量 电路元件
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本章重点
1. 电压,电流的参考方向 电压, 2. 电阻元件和电源元件的特性 3. 基尔霍夫定律
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1.1 电路和电路模型
1.实际电路 1.实际电路
功能 由电工设备和电气器件按预期 目的连接构成的电流的通路. 目的连接构成的电流的通路. a 能量的传输,分配与转换; 能量的传输,分配与转换; 信息的传递,控制与处理. b 信息的传递,控制与处理. 共性 建立在同一电路理论基础上. 建立在同一电路理论基础上.
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+ I1 + 2 U2 - +
U1 - + 1 - U4 4 + U3 3 - I2
U6 - 6 + U5 5 - I3
解
P =U I1 =1×2 = 2W 发 ) ( 出 1 1
P =U2I1 =(3)×2 = 6W 发 ) ( 出 2
P =U3I1 =8×2 =16W 吸 ) ( 收 3
+
–
+
+
–
–
+
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U >0
U<0
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电压参考方向的三种表示方式: 电压参考方向的三种表示方式: (1) 用箭头表示: 用箭头表示:
U
(2)用正负极性表示
+
(3)用双下标表示
U
A
UAB
B
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3.关联参考方向 3.关联参考方向