電路分析基礎(chǔ)課件第1章_電路基本概念

1、電路(dinl)分析基礎(chǔ)李春息(xnx)系共六十七頁引 言一、課程的性質(zhì)、地位及任務(wù) 1、 技術(shù)基礎(chǔ)課。 電類本科學(xué)生的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課。是后續(xù)課程“信號與線性系統(tǒng)”、“模擬電子電路”、“數(shù)字電路”等課程的基礎(chǔ)。 2、掌握電路(dinl)分析的基本概念、基本理論和基本分析方法。共六十七頁二、學(xué)習(xí)要求(yoqi)和方法5. 答疑(d y)，總結(jié)。1. 上課不講話，有問題下課來問；2.預(yù)習(xí)；3. 聽講,筆記；4. 復(fù)習(xí)，獨(dú)立完成作業(yè)（最低限度作業(yè)量）；必須抄題目、畫電路?？朔把鄹呤值汀钡拿?。共六十七頁1.李翰蓀，電路分析(fnx)基礎(chǔ)（第三版）,高等教育出版社 199

2、4年。 2.邱關(guān)源，電路（修訂版）,高等教育出版社 1999年。3.林爭輝，電路理論, 高等教育出版社，1979年。三 參考書目參考書 開闊知識面；但要以教材(jioci)為主；以講課的內(nèi)容為主。共六十七頁四、電路(dinl)理論包括電路分析和電路綜合兩方面內(nèi)容電路分析(fnx)：已知 已知 求解電路綜合：已知 求解 已知電路分析是電路綜合的基礎(chǔ)。輸入 輸出 電路共六十七頁電路分析(fnx)與電路綜合實際電路電路模型計算分析電氣特性電路分析電路綜合共六十七頁第一章 電路(dinl)基本概念1-1 實際(shj)電路和電路模型1-2 電路分析的變量1-3 電路元件1-4 基爾霍夫定律共六十七頁1

3、-1 實際電路和電路模型 實際電路是由一定的電工、電子器件按照一定的方式相互聯(lián)接(lin ji)起來，構(gòu)成電流通路，并具有一定功能的整體。 電路模型(mxng)是實際電路的抽象化，理想化，近似化。 電路理論中所說的電路是指由各種理想電路元件按一定方式連接組成的總體。共六十七頁實際器件 理想元件 符號 圖形 反映特性電阻(dinz)器 電阻(dinz)元件 R 消耗電能電容器 電容元件 C 貯存電場能電感器 電感元件 L 貯存磁場能 互感器 互感元件 M 貯存磁場能共六十七頁實際(shj)器件與理想元件的區(qū)別：實際器件有大小、尺寸，代表多種電磁現(xiàn)象；理想元件是一種假想元件，沒有大小和尺寸(ch

4、cun)，即它的特性表現(xiàn)在空間的一個點(diǎn)上，僅代表一種電磁現(xiàn)象。共六十七頁 集總參數(shù)電路：電器器件的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上通過的電壓、電流的波長時，其元件特性表現(xiàn)在一個點(diǎn)上。有時(yush)也稱為集中參數(shù)電路。 分布參數(shù)電路 ：電器器件(qjin)的幾何尺寸與其上通過的電壓、電流的波長屬同一數(shù)量級。共六十七頁例 晶體管調(diào)頻收音機(jī)最高工作頻率約108MHz。問該收音機(jī)的電路是集中(jzhng)參數(shù)電路還是分布參數(shù)電路? 幾何尺寸(ch cun)db；解：（1）共六十七頁(2)參考(cnko)方向改變，代數(shù)表達(dá)式也改變, 但真實方向不變。即為表明此時真實方向與參考(cnko)方向相反，從b-a共六十七

5、頁1-2-2電壓及其參考方向1 電壓：即兩點(diǎn)間的電位差。ab間的電壓，數(shù)值(shz)上為單位正電荷從a到b移動時所獲得或失去的能量。方向：電壓降落(jinglu)的方向為電壓方向；高電位端標(biāo)“+”，低電位端標(biāo)“-”。單位：伏，1伏=1焦/庫。共六十七頁2 直流電壓大小(dxio)、方向恒定，用大寫字母U表示。3 參考方向：也稱參考極性。兩種表示方法：在圖上標(biāo)正負(fù)號；用雙下標(biāo)表示 。+ -a b在電子電路課程中也可用箭頭(jintu)表示。共六十七頁在假設(shè)(jish)參考方向（極性）下，若計算值為正，表明電壓真實方向與參考方向一致；若計算值為負(fù)，表明電壓真實方向與參考方向相反。注意：計算前，一定

6、要標(biāo)明電壓極性； 參考方向可任意選定，但一旦選定，便不再改變。共六十七頁解：（1）相當(dāng)于正電荷從b到a失去能量，故電壓(diny)的真實極性為：b”+”, a”-”。 + v -a b例 2（1）若單位負(fù)電荷從a移到b，失去4J能量(nngling)，問電壓的真實極性。（2）若電壓的參考方向如圖，則該電壓v為多少？（2）單位負(fù)電荷移到時，失去4J能量，說明電壓大小為4伏，由于電壓的參考極性與真實方向相反，因而，u = - 4伏。共六十七頁1-2-3 關(guān)聯(lián)參考(cnko)方向關(guān)聯(lián)：電壓與電流(dinli)的參考方向選為一致。即 電流(dinli)的參考方向為從電壓參考極性的正極端“+”流向“”極

7、端。為了方便，電壓與電流參考方向關(guān)聯(lián)時，只須標(biāo)上其中之一即可。 a i b + u -共六十七頁1-2-4 功率(gngl)與能量直流時，P=UI單位(dnwi)：瓦（W），1W = 1 J/S = 1VA功率：能量隨時間的變化率共六十七頁注意：u 與 I 關(guān)聯(lián)時 ，u與 i 不關(guān)聯(lián)時 ，無論用上面的哪一個公式(gngsh)，其計算結(jié)果 若 p0 ，表示該元件吸收功率； 若 p0, 吸收6W B段，u2 ,i2不關(guān)聯(lián)， PB= - u2i2 =10 W0, 吸收共六十七頁C段，u3,i3關(guān)聯(lián)， ，產(chǎn)生(chnshng)24W功率D段，u4,i4不關(guān)聯(lián)， W0, 吸收功率BCD- u3 +i3+

8、 u4 _ i4 驗證：=0 稱為功率(gngl)守恒共六十七頁能量：從 -到 t 時間(shjin)內(nèi)電路吸收的總能量。共六十七頁電路(dinl)元件特性描述：伏安關(guān)系（VCR）無源元件：該元件在任意電路中，全部時間里，輸入的能量不為負(fù)。即 如R、L、C 1-3電路(dinl)元件有源元件：在任意電路中，在某個時間 t 內(nèi)，w(t)0，供出電能。如 uS 、iS 。共六十七頁1-3-1 電阻(dinz)元件線性：VCR曲線為通過原點(diǎn)的直線。否則，為非線性。時變： VCR曲線隨時間變化而變化。非時變： VCR曲線不隨時間變化而變化電阻元件有以下(yxi)四種類型：共六十七頁u-i特性(txng

9、) 線性非線性 u u 時不變 i i u t1 t2 u t1 t2時變 i i 共六十七頁1 線性時不變電阻(定常電阻)VCR即歐姆定律：也稱線性電阻元件的約束關(guān)系。 確定時，R 增大，則 i 減小。 體現(xiàn)(txin)出阻礙電流的能力大小。單位：歐姆（ ）共六十七頁其中，G=1/R稱為電導(dǎo)，單位(dnwi)：西門子（S)當(dāng) R=(G=0)時，相當(dāng)于斷開，“開路”當(dāng) G=（R=0）時，相當(dāng)于導(dǎo)線，“短路”注意：u與 i 非關(guān)聯(lián)(gunlin)時 ，歐姆定理應(yīng)改寫為共六十七頁例4 分別求下圖中的電壓V或電流I。3A 2+ u -+ -6v -I 2解：關(guān)聯(lián)(gunlin) 非關(guān)聯(lián)(gunlin

10、)共六十七頁iu線性電阻R的VCR電阻是耗能元件，無源元件。 線性電阻R的VCR關(guān)于(guny)原點(diǎn)對稱，因此，線性電阻又稱為雙向性元件。瞬時功率：共六十七頁實際(shj)電阻有額定值（電壓，電流）例5電阻器RT-100-0.5W，（1）求額定電壓和額定電流。（2）若其上加5V電壓，求流經(jīng)的電流和消耗的功率。解：（1）額定（rating)電壓 額定電流共六十七頁（2）例5電阻器RT-100-0.5W，（1）求額定( dng)電壓和額定( dng)電流。（2）若其上加5V電壓，求流經(jīng)的電流和消耗的功率。解：共六十七頁1-3-2 獨(dú)立電源是有源元件，能獨(dú)立對外提供能量(nngling)。1 電壓源

11、符號： + -特性： 端電壓由元件本身確定，與流過的電流(dinli)無關(guān)；流過的電流由外電路確定；若 uS = 0，相當(dāng)于一條短路線；共六十七頁注意不能短接（電流為無窮大）； uS為常數(shù)時 ，稱為直流電壓源。VCR曲線平行于i軸的直線。 uS為給定時間函數(shù)(hnsh)時，稱為時變電壓源。VCR曲線：平行于i軸的直線，隨時間變化。 iuSUSiuS (t)uS (t1)uS (t2)共六十七頁特性： 流過的電流由元件本身確定，與端電壓無關(guān)；端電壓由外電路確定；若 iS = 0，相當(dāng)于開路(kil)；注意不能開路（電壓為無窮大）；iS 為常數(shù)時 ，稱為直流電流源。 iS 為時間函數(shù)時，稱為時變電

12、流源。is2 電流(dinli)源符號：共六十七頁例6 圖(a)，求其上電流(dinli):（1）R=1 （2）R=10 （3） R=100 圖 (b)，求其上電壓:（1）R=1 （2）R=10 （3） R=100 解：圖(a)，I +us= R10V - 共六十七頁圖(b) Is= + 1A u R -電流(dinli)源上電壓由外電路確定。共六十七頁1-3-3 受控電源(dinyun)可對外提供能量，但其值受另外支路電壓或電流控制，是四端元件。 受控電壓源 受控電流源有四種(s zhn)形式：共六十七頁1 受控電壓源 VCVS 電壓放大系數(shù) i1 i2 + + +u1 uu1 u2- -

13、- i1 i2 + + +u1 ri1 u2- - - CCVS u2 = ri1r 轉(zhuǎn)移(zhuny)電阻共六十七頁 2 受控電流源 VCCS g轉(zhuǎn)移電導(dǎo) i1 i2 + +u1 gu1 u2- - i1 i2 + +u1 u2- -CCCS 電流放大系數(shù) 共六十七頁與獨(dú)立源相似之處：1受控電壓源的電流由外電路決定(judng)； 受控電流源的電壓由外電路決定。 2 能對外提供能量（有源）。與獨(dú)立源不同之處：受控源不能獨(dú)立作為電路的激勵。即：電路中若沒有(mi yu)獨(dú)立電源，僅有受控源，電路中任意元件的電壓、電流為零。共六十七頁瞬時功率：關(guān)聯(lián)參考方向下由于控制端，不是i1=0,就是u1=0

14、, 故對于CCVS右端接RL的電路(dinl)，得 受控源功率 ，即 為有源。 i1 i2 + + +u1 ri1 u2- - -共六十七頁1-4 基爾霍夫定律(dngl)它們是電路基本定律，適用于任何集總參數(shù)電路，而與元件性質(zhì)無關(guān)(wgun)。幾個重要名稱：ac d eb（）支路：一個二端元件稱為一條支路。為了減少支路個數(shù)，往往將流過同一電流的幾個元件的串聯(lián)組合作為一條支路，如a-c-b,a-d-b,a-e-b.共六十七頁()節(jié)點(diǎn)：兩條或兩條以上(yshng)支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn) （a,b）ac d eb()網(wǎng)孔：內(nèi)部不含有 支路的回路(hul) （前2個回路）。注意：平面網(wǎng)絡(luò)才有網(wǎng)孔的定義。()回

15、路：電路中任一閉合的路徑（3個） a-c-b-d-a, a-d-b-e-a, a-c-b-e-a共六十七頁（）網(wǎng)絡(luò)(wnglu)：指電網(wǎng)絡(luò)(wnglu)，一般指含元件較多的電路，但往往把網(wǎng)絡(luò)(wnglu)與電路不作嚴(yán)格區(qū)分，可混用；（）平面網(wǎng)絡(luò)：可以畫在一平面(pngmin)上而無支路交叉現(xiàn)象的網(wǎng)絡(luò)；（）有源網(wǎng)絡(luò)：含獨(dú)立電源的網(wǎng)絡(luò)。共六十七頁在集總參數(shù)電路中，任一時刻，任一節(jié)點(diǎn)上，所有支路(zh l)電流的代數(shù)和為零。1-4-1基爾霍夫電流(dinli)定律KCLi1 i4 i2 i3說明：先選定參考方向，習(xí)慣上取流出該節(jié)點(diǎn)的支路電流為正，流入為負(fù)。如由下圖可得共六十七頁另一形式(xngsh)

16、：流出電流之和=流入電流之和。實質(zhì)是電流(dinli)連續(xù)性或電荷守恒原理的體現(xiàn)i3i2i1i6i5i7i4電路可以擴(kuò)大到廣義節(jié)點(diǎn)（封閉面）共六十七頁例7 已知：i1= -1 A , i2 = 3 A , i 3 = 4 A , i8= -2A, i 9=3A求：i4 , i5 , i6 , i7解：A： i8 i4 i9 i2 B i5 C i7i1 A i3 D i6B共六十七頁i1 A i3 D i6D: i8 i4 i9 i2 B i5 C i7共六十七頁在集總參數(shù)電路(dinl)中，任一時刻，任一回路中，各支路電壓的代數(shù)和等于零。即1-4-2基爾霍夫電壓(diny)定律KVL說明：先

17、選定回路的繞行方向。支路電壓參考方向與繞行方向一致時取正，相反時取負(fù)。+-_+_+u3u1u4u2共六十七頁另一形式電壓降之和=電壓降之和。實質(zhì)(shzh)是能量守恒原理在電路中的體現(xiàn)u1-u2-u3-uAD = 0 = u1-u2-u3 =3-(-5)-(-4)=12V解：選順時針方向(fngxing)推廣到廣義回路（假想回路）例8 求uAD A B + u1=3V - - u2=-5V E + u3=-4V- + CD共六十七頁例9 求 i1 和 i2 。 da + 14V -3A - b2V +c + 4V - i1i2I a ca: I2+I a c-3=0, 得 I2=1Ad: -I

18、2-I b d-I1=0 I1=-I2-I b d=-1-1=-2A解：u b d-4+2=0 u b d=2V, I b d=1Au a c+4-14=0 ua c=10V, I a c=2A共六十七頁例10 求電壓(diny)U及各元件吸收的功率。解：4-I+2I-U/2=0 又 U=6I 故 U=12V, I=2AP6 =UI=24W; P4A= -4U= -48W;P2 =U2/2=72W; P2I= -2IU= -48W（產(chǎn)生功率）2I26 + 4A I U -共六十七頁 +6V -+ 3U -2- U +6I例11 求電流I及各元件(yunjin)吸收的功率。P6 =6I2=54W

19、; P2 = -UI=18W; P6V= -6I= -18W; P3U= 3IU= -54W （產(chǎn)生功率）解：-6-U+3U+ 6I =0 又 U= -2I 故 U= -6V, I=3A共六十七頁電路理論(lln)有： 一條假設(shè)集總參數(shù) 兩條公設(shè)電荷守恒，能量守恒邏輯(lu j)推論得電路的兩類約束：拓?fù)洌娐方Y(jié)構(gòu)）約束KCL、KVL 元件特性約束VCR共六十七頁摘 要 1實際電路的幾何尺寸(ch cun)遠(yuǎn)小于電路工作信號的波長時，可用電路元件連接而成的集中參數(shù)電路(模型)來模擬。基爾霍夫定律適用于任何集中參數(shù)電路。 2一般來說,二端電阻由代數(shù)方程(dish fngchng)f(u,i)=0來表征。線性電阻滿足歐姆定律(v=Ri)，其特性曲線是v-i平面上通過原點(diǎn)的直線。 共六十七頁3電壓源的特性曲線是v-i平面上平行于i軸的垂直線。電壓源的電壓按給定時間函數(shù)vS(t)變化，其電流(