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文檔簡介

1、主講:E-mil:l:87542726-015(C3-325)電路理論,、主編,電子工業(yè)參考電路分析基礎(chǔ)(上、中、下) ,編,高等教育Fundamentals of Electric Circuits. Charles k. Alexander. Matthew N.O.sadiku.習(xí)題集配套習(xí)題集 電路理論學(xué)習(xí)與指導(dǎo),電子工業(yè)教學(xué)安排學(xué)時:40+64學(xué)時(2.5+4學(xué)分)成績計算作業(yè)(占10%),每周一交作業(yè),超過1/3未交者不能參加期末平時測驗(占10%),一次,閉卷,安排在直流電路分析學(xué)完后;(占80%),閉卷。期末后續(xù)課程電路測試技術(shù)(實驗,2學(xué)分)、模擬電子技術(shù)、微機原理課程計劃(

2、學(xué)時)電路的基本概念和定律(6)簡單電阻電路分析(4)電路的一般方法(5)電路定理(6)含運算放大器的電阻電路(3)動態(tài)元件與動態(tài)電路(6)一階電路和二階電路(8)共計:40學(xué)時正弦穩(wěn)態(tài)電路分析及頻率響應(yīng)(10)含耦合元件的正弦穩(wěn)態(tài)電路(6) 三相正弦穩(wěn)態(tài)電路(6)周期性非正弦穩(wěn)態(tài)電路(4) 動態(tài)電路的復(fù)頻域分析法(4)二端口網(wǎng)絡(luò)(6)網(wǎng)絡(luò)的矩陣方程(5)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)方程(3)均勻傳輸線的正弦穩(wěn)態(tài)分析(8) 無損耗均勻傳輸線的暫態(tài)分析(6)共計:56學(xué)時學(xué)習(xí)方法:聽課。課堂效率,思維方式:問題的提出、分析和引申的方法筆記。知識的濃縮、要點的提煉作業(yè)。加深理解,學(xué)會應(yīng)用,思維創(chuàng)造能力培養(yǎng)。獲取知識

3、的能力,應(yīng)用知識的能力,創(chuàng)新能力。第1章電路的基本概念和基本定律1.1電路與電路模型1.2電流與電壓的其參考方向1.3電功率1.4電阻元件1.5獨立電源1.6受控電源1.7定律1.11.1.1 電路電路與電路模型1、電路:由電路元件和聯(lián)接導(dǎo)線組合而成的電流通路。一般由電源或信號源、負載(用電設(shè)備)和中間環(huán)節(jié)組成。電源(或信號源):將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能,提供給電路。負載(load):將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量(消耗電能)。中間環(huán)節(jié):包括導(dǎo)線(line)、開關(guān)(switch)等,主要作用是輸送、分配電能和對電信號進行處理。2、 集中參數(shù)電路和分布參數(shù)電路:電路按其幾何尺寸與工作信號的波長劃分

4、為集中參數(shù)電路和分布參數(shù)電路。一個電路元件可以用一個或多個參數(shù)表征,而不用考慮它的尺寸,這種參數(shù)被稱為集中參數(shù)電路。(1)、集中參數(shù)電路集中參數(shù)假設(shè):假定電磁波的速度為無限大,即電磁波在電路中的緊要。不需要時間,這樣,元件及電路的幾何尺寸變得無關(guān)工程上處理原則為d0.01,用集中參數(shù)電路加以研究其中d表示電路的最大幾何尺寸,表示電路的最高工作頻率所對應(yīng)的波長 。例:=c/f , c=3*105km/s,若f=50Hz,其波長為6000km,一般元件遠小于這個數(shù)值。(2)、分布參數(shù)電路當(dāng)d0.01時,就應(yīng)該按分布參數(shù)電路加以分析研究。電路中的參數(shù)時按幾何尺寸連續(xù)分布。對于直流高壓輸電線路,其長度

5、為幾百公里甚至上千公里,與電路頻率的波長在一個數(shù)量級,此時若采取集中假設(shè)就會產(chǎn)生錯誤結(jié)果;高頻電子線路中,信號波長為米,甚至是厘米數(shù)量級,與線路和電路器件的尺寸相當(dāng),這時也不能采用集中參數(shù)假設(shè)。1.1.2理想電路電元件和電路模型(circuit m)(1) 理想電路元件:在一定的條件下對實際器件加以理想化,忽略它的次要性質(zhì),用一個表征其主要性能的模型表示。實際電器件工作時,通常存在3中基本的電磁現(xiàn)象,即:消耗電能、磁場效應(yīng)、電場效應(yīng),為了描述這三種基本的電磁現(xiàn)象,引入與之相對應(yīng)的3個理想化電路元件。幾種基本的電路元件:電阻元件:表示消耗電能的元件。電感元件:表示各種電感線圈產(chǎn)生磁場,反映磁場效

6、應(yīng)電容元件:表示各種電容器產(chǎn)生電場,反映電場效應(yīng)電源元件:表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件(2). 電路模型:由集中參數(shù)電路中,實際電器件雖然存在多種電磁現(xiàn)象,但在特定的條件下,某一電磁現(xiàn)象起主導(dǎo)作用,其他電磁現(xiàn)象可以忽略不計,可用理想電路元件來近似描述實際電器件。例如:白熾燈可用電阻元件來描述,低頻下工作的螺線管線圈用電阻和電感元件串聯(lián)模型來描述。理想元件及其組合代表實際電路元件,與實際電路具有基本相同的電磁性質(zhì),稱其為電路模型。電路模型為電路理論研究的對象。.B S1.2電流與電壓的參考方向電路中的主要物理量主要有電壓、電流、電荷、磁鏈、功率和能量等,這些物理量稱為電路變量或網(wǎng)絡(luò)變

7、量。電流、電壓是線性電路分析中常用的兩個基本物理量。1.2.1 電流 (current):電荷有規(guī)則的定向運動或電場的變化產(chǎn)生電流。電流強度:表征電流大小的概念。它被定義為時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量,用符號i表示dqdefi(t) :A (安)(ere,)dt1.2.2電壓 (voltage):在電場中,電量為dq的電荷由A點被移動到B點時,電場力所做的功為dw,則A、B兩點間的電壓為:dWABdef:V (伏)(Volt,伏特)UABd q電位:電路中為分析的方便,常在電路中選某一點為參考點,把任一點到參考點的電壓稱為該點的電位。與電壓相同,也是V(伏)。參考點的電位一般選為零,ba設(shè)c點為

8、電位參考點,則 c=0a=UacUad= Uacb=Ubcd=UdcdcUdc= a d電位值是相對的,參考點選得不其它各點的電位也將隨之改變;路中電路中兩點間的電壓值是固定的,不會因參考點的不同而改變。1.2.3電壓和電流的參考方向BAABIRABRE1E21-2-3電壓和電流的參考方向1、參考方向的概念參考方向是一個假定的方向,它和電壓、電流數(shù)值的正、負結(jié)合起來,便能確定電量的真實方向。(1)電流的參考方向電流的實際方向為正電荷運動的方向,電流的參考方向為任意選定的一個方向。I1I1例101010V10VI1 = 1AI1 = -1A(2)電壓的參考方向兩點之間電壓的實際方向是從高電位的一

9、點指向低電位的一點?;趦牲c間電壓的實際方向只有兩個可能,所以人為的為電路的各部分電壓假定一個方向,這個假定的電壓方向稱為電壓的參考方向。參考方向U參考方向U+U 0-+本書中電壓的參考方向有兩種表示方法:uabbaab+uab(b)(a)一種是用+、-符號表示,即高電位端標(biāo)以符號+,低電位端標(biāo)以符號-,如圖(a)所示;二是用箭頭表示,箭頭指向低電位端,如圖(b)所示。電壓參考方向的選擇是任意的,它并不影響電壓的實際方向。在指定了電壓的參考方向以后,結(jié)合電壓數(shù)值的正負,可確定電壓的實際方向。2、關(guān)聯(lián)的參考方向在分析電路時,電壓和電流的參考方向選取是互相獨立的。為了方便起見,常采用關(guān)聯(lián)的參考方向

10、:電流參考方向與電壓參考+到- 極的方向一致,即電流與電壓降的參考方向一致,如下(b) (c)所示, 也稱為一致的參考方向或關(guān)聯(lián)正向。aaa+u-+u-(a)(b)(c)圖3、關(guān)于參考方向的說明:(1)(2)分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。參考方向一經(jīng)選定,必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注 (包括方向和符號),在計算過程中不得任意改變。關(guān)聯(lián)參考方向和非關(guān)聯(lián)參考方向。元件或支路的u,i通常采用相同的參考方向,以減少公式中負號,稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。反之,稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。(3)+U+UI關(guān)聯(lián)參考方向I非關(guān)聯(lián)參考方向(4)參考方向也稱為假定正方向,以后均在參考方向下進行,不考慮實際方向。1.3電功率

11、p dw ,u dw ,i dqdtdqdtp dw dw dq uidtdq dtW (J()(Watt(Joule)1.u, iip = uiuP0P0P0IS 0i I s ( e 1 )bu1.4.3時變電阻元件Rt Rttit+utit = gt utut = Rt itut1t2i1.51.5.1獨立電源(independentsource)Ideal Voltage Source1.定義:一個二端元件,如果在與任意電路聯(lián)接時,能維持其兩端電壓為確定量值或波形,而與流過此元件的電流無關(guān),則該二端元件稱為獨立電壓源。uuSUS0i伏安特性電路符號us(t)Eabba+Usba2.(a

12、)u=usiuuuS_Oi_(b)(c) U=0i,(d)iRR=0i=0u=uS(1)(2)iuSR_ii3.功率u_uSu_uS_i , uSi , usp= uS ip=- uSip=uSip=u Siu_1.5.21.定義:一個二端元件,如果在與任意電路聯(lián)接時,能維持通過此元件的電流為確定量值或波型,而與其兩端間的電壓無關(guān),則該二端元件稱為獨立電流源。uISiS0i電路符號伏安特性is(t)Isbaba2.特點:電源電流由電源本身決定,與外電路無關(guān);電源兩端電壓是由外電路決定。3.ii= iSu=0(1)R=0RiSRu (2)i= iSu_3.功率u , iS 非關(guān)聯(lián)u_pp= u

13、is= ui siS_u , iS 關(guān)聯(lián)pp= uis= ui suiS總結(jié):電壓源的電壓和電流源的電流,都不受所接外電路的影響;它們作為電源或輸入信號時,在電路中起激勵作用,將在電路中產(chǎn)生電流和電壓,這些電壓和電流便是響應(yīng)。這類電源叫做獨立電源。1.6受控電源(controlledsource)1.定義:受控源是一種雙口元件,它含有兩條支路,其一為控制支路;另一為受控支路,這支路或為一電壓源或為一個電流源。ibiCiCbcibbibRbeuceeubee晶體管工作在放大區(qū)時,集電極電流Ic的大小受基極電流Ib的控制,基本上與集電極電壓無關(guān)。2.分類:根據(jù)控制支路是電壓還是電流,受控支路是電壓

14、源還是電流源受控源可以分為四種基本類型。電流控制的電流源 ( Current Controlled Current Source )(a)1 i2u =021+i = ii1u21u2-12(b) 電壓控制的電流源 ( VoltageControlled Current Source )i1 i2 i1=012+i2=gu1,uu2-g :s1211i1(c) 電流控制的電壓源 ( Current Controlled Voltage Source ) i212u1=0+u2=ri1u2u-r :12(d) 電壓控制的電壓源 ( VoltageControlled Voltage Source

15、 )i1 i2 i1=012+u2= u1u2u :-12+-1+ri1-1i13、功率4.受控源的有源性和無源性p= u1i1 + u2i2i1i2+u2_+u_1= u i_u12 2R=u2 (-u2/R) 0VCVSi1i22+u2_ i13iu_23 A6CCCSu1=0i2i2=i1+15.受控源與獨立源的比較(1)獨立源電壓(或電流)由電源本身決定,與電路中其它電壓、電流無關(guān);而受控源電壓(或電流)直接由控制量決定,一般該值是未知的。(2)獨立源在電路中產(chǎn)生電壓、電流,是電路能量的來源;而受控源只是某一電路中反映輸出端與輸入端的關(guān)系,在電路中不能單獨的作為“電源”。( Kirch

16、hoffs Laws )1.7定律定律包括壓定律。電流定律和電它反映了電路中所有支路電壓和電流的約束關(guān)系,是分析集中參數(shù)電路的基本定律。定律與元件特性了電路分析的基礎(chǔ)。1.7.1電路的圖電路中的幾個基本名詞:二端元件(或稱一端口元件)支路(branch):電路中通過同一電流的每個分支。支路電流u1-支路電壓結(jié)點(node)i+1i231332i2i5i6654i4741i1ii1i21i3iiii2323i = 0i = 0+-1.圖中每一個線段對應(yīng)電路圖中的一個二端元件,也可以代表電路圖中的一條典型支路。在圖論中常提到移去某一支路,這一支路被移去后,其兩個端點應(yīng)予保留。圖允許孤立結(jié)點存在。圖

17、僅反映電路圖中各支路及結(jié)點的連接方式,并不能反映它們之間的電氣特性。2.3.4.LR2CuSR15.172231325578984566 .(Tree)TG(1)(2)(3)GGTbt= n-1bl=b-(n-1)441143556327獨立7、平面圖與非平面圖,網(wǎng)孔(mesh)b n + 18.QG(1)(2)QQG63211123334566451Q1: 2 , 3 , 6 Q2: 3 , 5 , 4Q3: 1 , 5 ,3 , 6 1.7.2電流定律 (KCL):1、定律內(nèi)容:在任何集數(shù)電路中,在任一時刻,流出(流入)任一結(jié)點的各支路電流的代數(shù)和為零。 即ik(t)=0u1-i+1i32

18、133-i2+ i3+ i5=0i 1 i 3+ i6=02i5i2i6654i4i77KCL的列寫步驟:54指定各支路的參考方向;按照參考方向離開結(jié)點的取正號,進入結(jié)點的取負號列寫方程12、廣義的KCL:在任一時刻,流出(或流進)閉合曲面的各支路電流的代數(shù)和等于零。針對結(jié)點的表述方式可以認為是它的特殊情況。u1-i+1對封閉面: i 1 i2 + i5+ i6=0i321332iii對結(jié)點2、3列寫KCL方程:52665結(jié)點2:-i +i +i =04i4253結(jié)點3:-i1-i3+i6=0i77541BA =?= i11B1.i112+i =?=i121312_A = Bi1 =i21AB A =?= i3 =?=i4A = Bi3 =i42.iiB13114+1312_1A不會有電流。1.7.3電壓定律 (KVL)1、定律內(nèi)容:在任何集數(shù)電路中,在任一時刻,沿任一閉合路徑(為零。 即按固定

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