計算機電路基礎(chǔ)第1章電路基本分析方法

1、 計算機電路基礎(chǔ) = + 模擬電子技術(shù) + 數(shù)字電路基礎(chǔ) + 高頻電子電路 的基礎(chǔ)知識電源、電源、usb、功率、考試作業(yè)出、功率、考試作業(yè)出電路基本物理量：電流、電壓、電功率電路元件：電阻、電容、電感、電壓源和電流源電路基本定律：歐姆定律、基爾霍夫定律 電路基本分析方法：疊加定理、戴維南定理線性電路暫態(tài)分析：換路定律三要素法 第1章 電路基本分析方法 1.1.1 電流1.1.定義：定義：本質(zhì)是電荷的本質(zhì)是電荷的定向移動定向移動。 （電子帶負電、質(zhì)子帶正電。單位（電子帶負電、質(zhì)子帶正電。單位C C 庫倫）庫倫）2.2.方向：規(guī)定方向：規(guī)定正電荷正電荷移動的方向為電流的實際方向。移動的方向為電流的

2、實際方向。 如果如果只有負電荷只有負電荷做定向移動，那么做定向移動，那么反方向反方向為實際方向為實際方向3.3.大?。簡挝粫r間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量大?。簡挝粫r間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量 I= = I= = 單位單位: :安安 培培 （A A）tqddtq1.1.1直流4.分類：直流：方向不變 穩(wěn)恒直流：大小方向不變 脈動直流：大小變，方向不變 問：圖中哪個是穩(wěn)恒直流問：圖中哪個是穩(wěn)恒直流1.1.1交流交流：電流方向隨時間而變化。交流：電流方向隨時間而變化。正弦交流（市電有效值為正弦交流（市電有效值為220V220V，50HZ50HZ。 工業(yè)用電工業(yè)用電380V380V，50HZ 50HZ

3、）非正弦交流非正弦交流1.1.1區(qū)分交流直流1.1.1電流的方向1.1.參考方向：假設(shè)電流方向（可以任意選定）參考方向：假設(shè)電流方向（可以任意選定）2.2.實際方向：若電流為正值，則實際方向與參考方向相同；實際方向：若電流為正值，則實際方向與參考方向相同； 若電流為負值，則實際方向與參考方向相反。若電流為負值，則實際方向與參考方向相反。3.Ia=1A03.Ia=1A0；實際方向與參考方向相同，由；實際方向與參考方向相同，由A A到到B B； Ib=-1A0 Ib=-1A00；方向；方向A AB B； “I IABAB ”00, 則電壓方向由則電壓方向由A指向指向BqWAB1.1.電壓通常說電壓

4、通常說“UsUs的電壓是的電壓是1V1V”或或“UsUs兩端電壓為兩端電壓為1V1V；” 電位電位“A A點的電位是點的電位是1V1V”A A2.2.任意選定一點為任意選定一點為0 0電位，其他電位，其他 點電位都是相對參考電位而言點電位都是相對參考電位而言3.3.選選A A點為零電位參考點；點為零電位參考點； B=1V；C=1V+2V=3V；D=？4.4.選選B B為零電位參考點；為零電位參考點； B=0V；A=0-1V=-1V；C=0+2V=2V；D=？ 1.UBA=B-A UAB=A-B因此電壓也叫 ”電位差 ”uR1兩端電壓為1V，uR2兩端電壓為2V，uR3兩端電壓為1V 還是 -1

5、V？uUCD=？ UDC=？1.I1.I和和U U參考方向選定是相互參考方向選定是相互獨立獨立的，可任意選定；但是的，可任意選定；但是2.2.對于同一段電路，同一個對于同一段電路，同一個元件，元件， I I和和U U參考方向參考方向通常選為一致，通常選為一致， 稱為稱為關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向；3.I3.I從從“+ +”流入，流入，“- -”流出。流出。4.4.否則，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。否則，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。1.1.2關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向1.1.電壓參考方向可以任意確定；電壓參考方向可以任意確定；2.2.電壓實際方向是客觀存在的，并不因電壓參考方向的電壓實際方向是客觀存在的，并不因電壓

6、參考方向的 不同選擇而改變；不同選擇而改變；3.3.不規(guī)定電壓參考方向而分析電壓正負是沒有意義的。不規(guī)定電壓參考方向而分析電壓正負是沒有意義的。1.1. 定義：定義： 電能對時間的變化率稱為電功率電能對時間的變化率稱為電功率p p( (t t)= )= = =uiui 。 2.2.含義：表示器件發(fā)出或者吸收電能的快慢。含義：表示器件發(fā)出或者吸收電能的快慢。 單位單位: :瓦瓦 特特 （W W）3.3.p p 0 0時為吸收功率，時為吸收功率，p p 00，吸收功率u圖b，U和I方向相反，P0, 發(fā)出功率圖a，b均表示實際方向。1. 電流從高電位流向低電位，電流從高電位流向低電位， 耗能元件，吸

7、收功率；耗能元件，吸收功率；2. 電流從低電位流向高電位，電流從低電位流向高電位， 如電源，發(fā)出功率。如電源，發(fā)出功率。水往低處流，如果水往高出，一定是其他能量轉(zhuǎn)化，如化學(xué)能，動能水往低處流，如果水往高出，一定是其他能量轉(zhuǎn)化，如化學(xué)能，動能1.1.3電能/額定值1.1.電能：一定功率的元件在一段電能：一定功率的元件在一段時間內(nèi)發(fā)出或吸收的能量，時間內(nèi)發(fā)出或吸收的能量，單位單位 J J（焦耳）。（焦耳）。2.2.一度電一度電=1=1千瓦時千瓦時=1KWh=1KWh =1000w X 3600s=3.6 x 106J =1000w X 3600s=3.6 x 106J3.3.額定值：指設(shè)備安全、經(jīng)

8、濟、額定值：指設(shè)備安全、經(jīng)濟、正常運行時的使用值。對應(yīng)正常運行時的使用值。對應(yīng)有：額定電流，額定電壓，有：額定電流，額定電壓，額定功率額定功率u某燈泡額定電壓某燈泡額定電壓220V220V，額定功，額定功率率40W40Wu接到接到110V110V，燈泡昏暗，功率小，燈泡昏暗，功率小于于40W40Wu接到接到380V380V，燈泡過亮，功率大，燈泡過亮，功率大于于40W40W，容易燒壞，容易燒壞 定義：定義：元件兩端的電壓與流過元件的電流的比值稱為電阻。元件兩端的電壓與流過元件的電流的比值稱為電阻。 R R = = ，單位：，單位：歐歐 姆姆 特點：特點： 對電流有阻礙作用；對電流有阻礙作用；

9、電阻是耗能元件；電阻是耗能元件； 電流流過電阻會產(chǎn)生電壓降電流流過電阻會產(chǎn)生電壓降 , ,電阻兩端有一定的電壓。電阻兩端有一定的電壓。 電導(dǎo)：電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，電導(dǎo)：電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，G G = = 。單位：。單位：S S 西西 門子門子 iuR1u串聯(lián)串聯(lián)uR RABAB=R1+R2+R3=R1+R2+R3u并聯(lián)，電導(dǎo)相等并聯(lián)，電導(dǎo)相等 = + + = + + 。+ +21Rn1RR111R黑板串并聯(lián)計算黑板串并聯(lián)計算u先計算BC間電阻 GBC=1/RBC =1/30+1/30+1/30=1/10 S RBC=10 RAB=RAC+RCB =10+10 =201、標(biāo)節(jié)點2、編序號3、改畫

10、電路【例【例1-1】 已知電阻混聯(lián)電路如圖所示，試求已知電阻混聯(lián)電路如圖所示，試求AB端等效電阻。端等效電阻。 R1R2R3R6R4R7R5ABCDR1R2R3R7R4R6R5ABABBACCCD3222444AB改畫電路改畫電路 標(biāo)節(jié)點標(biāo)節(jié)點; 編序號編序號 計算等效電阻計算等效電阻R=R1/(R3/R2)+R4/(R5/R6)+R7=3/(2/2)+4/(4/4)+2=1.5 定義：定義：C C = = ；一個二端元件其存儲的電荷一個二端元件其存儲的電荷q q與其端電壓與其端電壓u u的比值的比值 稱為電容。稱為電容。 單位：單位：F F法法 拉拉 ，1F=101F=106 6F=10F=

11、109 9nF=10nF=101212pFpF。2.2. 電容并聯(lián)：電容并聯(lián)：C C = = C C1 1+ + C C2 2+ + + C Cn n 3.3. 電容串聯(lián)：電容串聯(lián)： = + + + = + + +uqC111C21Cn1C1.2.2 1.2.2 電容元件電容元件 4.4. 伏安關(guān)系：伏安關(guān)系：i iC C( (t t) =) =C C ；u uC C( (t t) =) = 電流大小與電容兩端電壓的變化率電流大小與電容兩端電壓的變化率 成正比。成正比。 5.5.對直流，對直流，d du uC C( (t t)/d)/dt t =0=0，即電容對直流相當(dāng)于開路。，即電容對直流相

12、當(dāng)于開路。 6. 6. 電容電容是一種儲能元件：是一種儲能元件：W WC C( (t t) = ) = C CttuCd)(dttiC)d(1C21)(2CtuttuCd)(d 定義：定義：L L= = ；單位：；單位：H H亨亨 利利 ， 1H=101H=103 3mH=10mH=106 6HH。 一個二端元件，其交鏈的磁通量與電流的比值一個二端元件，其交鏈的磁通量與電流的比值 伏安關(guān)系：伏安關(guān)系：u uL L( (t t) =) =L L ；i iL L( (t t) =) = 對直流，對直流，d di iL L( (t t)/d)/dt t =0=0，即電感對直流相當(dāng)于短路，即電感對直流

13、相當(dāng)于短路（導(dǎo)線）。（導(dǎo)線）。 電流變化率越快，電感兩端電壓越高。電流變化率越快，電感兩端電壓越高。3.3.方向：方向： i iL L與與u uL L參考方向一致時，取參考方向一致時，取“+”“+”號；號；否則否則，取，取“-”“-”4.4. 電感儲能：電感儲能：W WL L( (t t) = ) = L L （思考獨立（思考獨立/ /耦合電感串并聯(lián)？）耦合電感串并聯(lián)？）ittid)(dLttLu)d(1L21)(2Lti1.2.4 電壓源和電流源 電壓源 理想電壓源：在任何情況下，端電壓均能按給定規(guī)律變化 的電路元件。 實際電壓源：由理想電壓源US與電阻RS串聯(lián)組成。 伏安特性： 符號符號

14、與外電路連接與外電路連接 伏安特性伏安特性 電流源 理想電流源：在任何情況下，輸出電流均能按給定規(guī)律 變化的電路元件。 實際電流源：由理想電流源IS與電阻RS并聯(lián)組成。 伏安特性： 符號符號 與外電路連接與外電路連接 伏安特性伏安特性 電壓源與電流源等效互換 等效網(wǎng)絡(luò)概念：若一個二端網(wǎng)絡(luò)的端口電壓、電流， 與另一個二端網(wǎng)絡(luò)的端口電壓、電流相同， 則這兩個二端網(wǎng)絡(luò)互為等效網(wǎng)絡(luò)。 電壓源與電流源等效互換：US=ISRS RSIABIS+U-USAB+-RS+U-I3VAB66V3-+-+【例【例1-2】已知電路，試將其等效為一個電壓源電路。已知電路，試將其等效為一個電壓源電路。 AB60.5A32

15、AAB22.5A-+5VAB2電流源合并電流源合并電壓源等效為電流源電壓源等效為電流源電流源等效為電壓源電流源等效為電壓源【例【例1-3】已知電路，試將其等效為一個電流源電路。已知電路，試將其等效為一個電流源電路。 電壓源合并電壓源合并電流源等效為電壓源電流源等效為電壓源電壓源等效為電流源電壓源等效為電流源6A2A53AB+-+AB510V318V+-AB88V81AAB1.3 電路基本定律電路基本定律1.3.1 歐姆定律歐姆定律 歐姆定律歐姆定律: u = iR。對直流：。對直流：U =IR u 與與 i 的的參考方向相同時取正號；相反時取負號。參考方向相同時取正號；相反時取負號。 電阻串聯(lián)

16、電路的分壓概念電阻串聯(lián)電路的分壓概念 U1 : U2 : : Un = R1 : R2 : : Rn 兩個電阻串聯(lián)時，有：兩個電阻串聯(lián)時，有：U1= ； U2= 211RRUR212+ RRUR 電阻并聯(lián)電路的分流概念電阻并聯(lián)電路的分流概念 I 1 : I 2 : : I n = : : : 兩個電阻并聯(lián)時，有：兩個電阻并聯(lián)時，有：I1= ; I2= 11R21Rn1R212RRIR112R IRR1.3.1 歐姆定律歐姆定律U1=UsR1/(R1+R2) =3 x 10/(10+20) =3 x 1/3 =1VU2?I1:I2= (Us/R1):(Us/R2) = (3/10):(3/20)

17、 =0.3:0.15 =2:1 1.3.2 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律(KCL) 在任一時刻，任一節(jié)點上，所有支路電流的代數(shù)和恒為零。在任一時刻，任一節(jié)點上，所有支路電流的代數(shù)和恒為零。 i=0； 對直流：對直流：I=0 或或 I入入= I出出 I = I1+I4+I5-I2-I3 = 0 （流入為正，流出為負）（流入為正，流出為負）或：流入或：流入=流出，流出，即：即：I1+I4+I5 = I2+I3 推論推論1：任一時刻，：任一時刻， 穿過任一假設(shè)閉合面的電流代數(shù)和恒為零。穿過任一假設(shè)閉合面的電流代數(shù)和恒為零。推論推論2：若兩個電網(wǎng)絡(luò)之間只有一根導(dǎo)線連接，：

18、若兩個電網(wǎng)絡(luò)之間只有一根導(dǎo)線連接， 則該連接導(dǎo)線中電流為則該連接導(dǎo)線中電流為0。KCL推論推論問題問題1； I1 = 2A I2 = 1A I3 = ？問題問題2； I1 = 2A I2 = -1A I3 = ？應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律(KVL)任一時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。任一時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。u=0； 對直流：對直流：U =0 或或 US= IRU= UAB+ UBC+ UCD+ UDE+ UEF+ UFA = - -I1R1- -US1+I2R2- -I3R3+US2+I4R4 = 0 基爾霍夫電壓定律推論基爾

19、霍夫電壓定律推論推論推論1：兩點間電壓是定值，與計算時所沿路徑無關(guān)。：兩點間電壓是定值，與計算時所沿路徑無關(guān)。推論推論2：KVL可推廣應(yīng)用于任一不閉合電路。可推廣應(yīng)用于任一不閉合電路。U= UAB+ UBC+ UCD+ UDE+ UEF+ UFA = - -I1R1- -US1+I2R2- -I3R3+US2+I4R4 = 0 【例【例1-4】 已知電路，已知電路，R1=10，R2=5，R3=5，US1=13 V， US3=6 V，試求支路電流，試求支路電流 I1、I2、I3 。解：解：列出列出KVL方程：方程： 回路回路I：I1R1+I2R2- -US1=0 回路回路II：- -I2R2-

20、-I3R3+US3=0 對節(jié)點對節(jié)點A，列出，列出KCL方程方程：I1- -I2+I3=0 聯(lián)立求解聯(lián)立求解方程方程 、得：得： I1=0.8A，I2=1A，I3=0.2A1.4 電路基本分析方法電路基本分析方法 1.4.1 疊加定理疊加定理 有多個獨立電源共同作用的線性電路，有多個獨立電源共同作用的線性電路， 任一支路電流（或電壓）等于任一支路電流（或電壓）等于 每個電源單獨作用時每個電源單獨作用時 在該支路產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和（疊加）。在該支路產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和（疊加）。USR1R2ISI2I1-+=+ +USR1R2-2I 1I R1ISR22I 1I I1= + ，I

21、2= + 2I 1I 2I 1I 疊加定理注意事項疊加定理注意事項： 疊加定理只能用來計算線性電路的電流和電壓，疊加定理只能用來計算線性電路的電流和電壓， 不適用于非線性電路或計算線性電路功率。不適用于非線性電路或計算線性電路功率。 所謂一個電源單獨作用，其他電源不作用，所謂一個電源單獨作用，其他電源不作用， 是指不作用的電源置零，即：電壓源短路，電流源開路。是指不作用的電源置零，即：電壓源短路，電流源開路。 求電流（或電壓）代數(shù)和（疊加）時，求電流（或電壓）代數(shù)和（疊加）時， 一個電源單獨作用時的電流（或電壓）參考方向一個電源單獨作用時的電流（或電壓）參考方向 與多個電源共同作用時的電流（或

22、電壓）參考方向與多個電源共同作用時的電流（或電壓）參考方向 相同時取相同時取“+”號，相反時取號，相反時取“- -”號。號。I2= + = (1.25+0.75)A=2A，I2= + =(2-0.8)A=1.2A2I 2I 1I 1I 【例1-5】 已知電路，US=10V，IS=2A，R1=5，R2=R3=3， R4=2，試用疊加定理求解 I1、I2。=+ +IS-+AI2I1R2R4R1R3CDUSBIS-+AR2R4R1R3CDUSB2I 1I ISAR2R4R1R3CDB2I 1I 2I 1I ISAR3R4R1R2CDB = = A=1.25A， = = A= 2A 2I 1I 31S

23、RRU3+51042SRRU2+310 = = A=0.75A， = = A=-0.8A 2I 1I 313SRRRI3+532424SRRRI-2+322-1.4.2 戴維南定理戴維南定理 任何一個線性含源二端電阻網(wǎng)絡(luò)任何一個線性含源二端電阻網(wǎng)絡(luò)NS，對外電路來講，對外電路來講，都可以用一個電壓源和一個電阻相串聯(lián)的模型等效替代。都可以用一個電壓源和一個電阻相串聯(lián)的模型等效替代。電壓源的電壓等于該網(wǎng)絡(luò)電壓源的電壓等于該網(wǎng)絡(luò)NS的開路電壓的開路電壓uOC；串聯(lián)電阻等于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有獨立源置零后，串聯(lián)電阻等于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有獨立源置零后，所得無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻所得無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻RO。+u-B

24、i ANS外電路+uOC-BANSBANSRO=RAB+u-Bi A-+uOCRO外電路【例【例1-22】第一步：求端電壓；第一步：求端電壓； 第二步：短路電壓源，求等效電阻第二步：短路電壓源，求等效電阻【例【例1-25】已知電路如圖所示，已知電路如圖所示，R1=1，R2=2，R3=3，R4=4，RL=5，US=6V，試用戴維南定理求電阻，試用戴維南定理求電阻RL中的電中的電流流I。 1.5 線性電路暫態(tài)分析 引起電路過渡過程的原因：引起電路過渡過程的原因：外因：電路換路；內(nèi)因：電路中含有儲能元件。外因：電路換路；內(nèi)因：電路中含有儲能元件。 電路從一種穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一種穩(wěn)定狀態(tài)的中間過程。電

25、路從一種穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一種穩(wěn)定狀態(tài)的中間過程。1.5.1 換路定律換路定律 注意事項：注意事項：除換路定律所規(guī)定的除換路定律所規(guī)定的uC(0+)=uC(0-)、iL(0+)=iL(0-)外，外，電路中其余電流電壓參數(shù)均不存在電路中其余電流電壓參數(shù)均不存在f(0+)=f(0-)。 數(shù)學(xué)表達式數(shù)學(xué)表達式：uC(0+)=uC(0-)；iL(0+)=iL(0-)。 文字表述：文字表述：在換路瞬間，電容兩端電壓不能躍變，電感中電流不能躍變。在換路瞬間，電容兩端電壓不能躍變，電感中電流不能躍變。 產(chǎn)生換路定律結(jié)論的原因：激勵電源的功率不可能為產(chǎn)生換路定律結(jié)論的原因：激勵電源的功率不可能為。 換路定律推論：換路定律推論：1）換路前，若電容