第1章 直流電路分析

1、廣東海洋大學信息學院電子基礎(chǔ)，第1章DC電路分析，學習目標1。掌握電流的參考方向和電壓的參考極性；相關(guān)參考方向和其他概念。2.掌握常見電路元件的電阻、電容和電感的伏安關(guān)系。3.掌握電壓源和電流源的性能和表示。4.掌握KCL和KVL上市的方法。5、掌握等效變換、串并聯(lián)和分壓、分流公式計算簡單DC電路的方法。6.熟悉疊加定理以及達文南定理和諾頓定理的使用。1.1電路概念和基本物理量，1.2電路基本元件，1.3基爾霍夫定律，1.4電路的一般分析方法，1.5電路的基本定理，1.6瞬態(tài)過程分析，電路：它是電流通過的路徑，電源：在運行過程中可以向電路提供電能的部件。負載：在運行過程中吸收電能并將其轉(zhuǎn)換成其

2、他形式的能量。負載分為電阻、電容、電感等。為了分析實際電路，可以忽略負載的次要因素，將其視為理想的短路元件。組件通過端子與外部電路相連。根據(jù)端子的數(shù)量，元件可分為兩端子元件、三端子元件和四端子元件。1.1電路的概念和基本物理量，電路由電源(信號源)、負載和中間環(huán)結(jié)組成。公共廣播系統(tǒng)，電源：提供電能的設(shè)備負載：消耗電能的設(shè)備中間環(huán)結(jié)：傳輸、分配和控制電能的部件，如變壓器、傳輸線和放大器。電路的三個基本物理量：電流、電壓、功率，注意理解和掌握：是由電荷有規(guī)律的定向流動形成的，是電場力將單位正電荷從一點移動到另一點所做的功，是單位時間內(nèi)元件吸收或發(fā)射的電能，電流強度等于單位時間內(nèi)通過導體某一截面的電

3、量。大小和方向不隨時間變化的電流稱為恒流?；蛘咧绷麟?，用I表示.正電荷流動的方向是電流的實際方向?？梢赃x擇任何方向作為電流的參考方向。當電流的實際方向與參考方向相同時，電流值為正。相反，電流值是負的。電流：大小和參考方向，參考方向(箭頭):可以任意假設(shè)；真實方向(用電流表測量):不受參考方向的影響。電場中兩點之間的電壓也稱為兩點之間的電位差。電勢如果正電荷從a點到b點并失去能量，那么a點處于高電勢。電壓的實際方向是從高電位端到低電位端。也可以選擇電壓的參考方向，從而也可以確定電壓的真實方向。一個元件或一段電路中電流和電壓的參考方向是一致的，稱為相關(guān)參考方向，否則稱為非相關(guān)參考方向。大小和方向不

4、隨時間變化的電壓稱為恒壓或直流電壓，用u表示，電壓：大小和參考極性，u=12v，_，實數(shù)=參考，實數(shù)參考，u=-12V，實數(shù)極性：(用電壓表測量)不受參考極性的影響。電壓計算示例、電勢的概念和計算、節(jié)點：電勢(節(jié)點電壓值)、u1、u2節(jié)點：和參考點之間的電勢電壓、相關(guān)參考方向、(a)、(c)相關(guān)；(b)和(d)沒有關(guān)系。電能是指單位時間內(nèi)元件吸收或釋放的電能。在電路中，電能通常簡稱為電能。在時間dt中，電路轉(zhuǎn)換的電能是dW，所以在國際單位制中，功率單位是瓦特(w)。常用的功率單位是千瓦(kW)和毫瓦(mW)，電能單位是焦耳(j)，表示設(shè)備在1秒內(nèi)用lW功率轉(zhuǎn)換的電能。在工程中，千瓦時(kWh)

5、通常被用作電能的單位，通常被稱為1 kWh，它等于ele，功率概念和計算，P=UI=(3)*(-2)=-6w(產(chǎn)生6W)，相關(guān)，P=-UI=-(-3)*(2)=6W(吸收6W)，功率概念和計算，非相關(guān)，P=UI=(3)*有線性電阻元件和非線性電阻元件。電阻的倒數(shù)是電導，電導的單位是西門子、或1.2。基本電路元件、電容和能存儲電場能量的電路參數(shù)稱為電容。電容器在工程中應(yīng)用廣泛，種類和規(guī)格繁多，如電解電容器和陶瓷電容器。在電路中，如果流經(jīng)電容的電流為i(t)，電容上建立的電壓為uc(t)，則它們具有以下伏安關(guān)系。如果i0，電容器充電，電壓增加；如果i0，電容放電，電壓下降。讓t0，uc0，得到另一

6、個公式。根據(jù)歐姆定律的概念，電容的容抗可以計算為電感，實際的電感是用導線纏繞的線圈。電感器有很多種，規(guī)格也很多。當電感線圈通過交流電流il時，線圈周圍會產(chǎn)生磁場，線圈兩端會出現(xiàn)感應(yīng)電壓uL。流經(jīng)線圈的電流iL和線圈兩端的感應(yīng)電壓uL之間存在以下關(guān)系，上述公式是電感伏安關(guān)系的表達式。當iL(0)=0時，上述公式也可以寫成：根據(jù)歐姆定律的概念，電感的感抗可以計算為：理想電壓源：工作時，無論連接到其輸出端的負載如何變化，其輸出端電壓保持不變。它的輸出電流與連接到它的外部電路，即負載有關(guān)。實際電壓源：(內(nèi)阻不為零)電壓源型號：由理想電壓源與電阻串聯(lián)表示、us、RS、U、us、U、I、us RS、電壓源

7、型號、伏安特性，US為理想電壓源的輸出電壓，其值等于RS為電源的內(nèi)阻。U=us RS I、I、理想電流源：工作時，無論連接到其輸出端的負載如何變化，其輸出電流保持不變，而其兩端的電壓與連接到它的外部電路即負載有關(guān)。電流源模型：用理想電流源和電導的并聯(lián)來表示、IS、GS、U、GS是電源的內(nèi)部電導。該模型的輸出電流I與端電壓u有關(guān)，I=IS GSU，電壓源和電流源之間的等效變換，等效變換：對于外部電路，當用新的電路結(jié)構(gòu)替換電路的某一部分時，它必須不影響電路其他未變換部分的電壓和電流。理想電流源可以并聯(lián)，理想電壓源可以串聯(lián)。如果兩種型號具有相同的伏安特性，它們可以互換。注：(1)電壓源和電流源之間的

8、等效變換關(guān)系僅適用于外部電路，內(nèi)部不等效。(2)當電壓源和電流源等效變換時，兩種電路模型的極性必須一致。(3)理想電壓源和理想電流源不能等效變換。電流(KCL)，電壓(KVL)，1.3基爾霍夫定律，幾個重要術(shù)語：支路：沒有支路的電路稱為支路。節(jié)點：三個或更多分支的交集稱為節(jié)點?；芈罚弘娐分械娜魏伍]合路徑。網(wǎng)格：在環(huán)平面上沒有分支的環(huán)?；鶢柣舴螂妷憾桑夯芈分忻總€支路的電壓之間的關(guān)系。該定律表明，當繞過任何閉環(huán)時，每個支路的電壓代數(shù)總是等于零。列寫關(guān)系：任意選擇回路的迂回方向，回路中各電壓的參考方向與回路的迂回方向一致時為正，相反時為負。電路中任意兩點之間的電壓：它等于以這兩點為端點的任意路徑上

9、的電壓之和。電路中兩點之間的電壓與路徑無關(guān)的特性。，KCL:流出節(jié)點A，流入節(jié)點A，列寫KVL:1。電阻串聯(lián)：幾個電阻連接成一個沒有分支的電路。電流關(guān)系：1=I1=I2=電壓關(guān)系：U=U1 U2等效電阻：R=R1 R2分壓公式：U，R1，I，U1，R2，U2，-，A，B，U，R，-，I，2，電阻并聯(lián)：幾個電阻連接在同一對節(jié)點之間電壓關(guān)系：U=U1=U2=Un電流關(guān)系：I=I1 I2等效電阻混合連接A，B，U，R1，I，R2，I2，-，3，電阻：并聯(lián)和串聯(lián)，A，B，R1，R2，R3，R4，C，R3有四個節(jié)點：A，B，C，R3.可以寫入的節(jié)點電流方程的最大數(shù)量是4-1=3。如果流出量為正，則：節(jié)點

10、A: I1i2I40節(jié)點B: I2I3I50節(jié)點C: I1i3I60，例如：已知的US136V、US2108V、IS318A、R1R22、R48，嘗試找出每個支路的電流I1、I2、I4以及電流源產(chǎn)生的功率P3。R1，共有3個未知數(shù)。所以1。列出一個KCL方程；2.列出兩個KVL方程；3.同時解三個方程。我得到il22 (a) i214 (a) i410 (a)，這三個方程如下：ili2 is 3 I 40 i1 us 1 I2 IR 20 I2 r2us 2 i4r 40，5。節(jié)點電壓法將節(jié)點電壓視為未知量，用節(jié)點電壓表示各支路的電流，用kcl列出電流方程的獨立解法。R1，選擇C作為參考節(jié)點，

11、選擇的參考方向如下：每個支路的電流用節(jié)點電位表示，節(jié)點C的電流方程：i1i 2 i30節(jié)點B的電流方程：I3i4I0將表達式I1、I2、I3、I4代入上述公式，得到節(jié)點電壓方程。眾所周知，E1=70V，E2=6V，R1=7，R2=11，R3=7計算每個支路的電流。解決方案：如果選擇B作為參考節(jié)點，Uab就是節(jié)點電壓。對于點A，節(jié)點方程可以列如下：疊加定理，戴維南定理，諾頓定理，1.5電路基本定理，1。疊加定理在線注釋：1)電路中的單個電源意味著其他電源為零。也就是說，其他電壓源短路，電流源開路。2)疊加原理僅適用于線性電路。疊加定理不能用于計算功率。眾所周知，E1=70V，E2=6V，R1=7

12、，R2=11，R3=7，利用疊加定理求出每個支路的電流解：1。當E1單獨行動時，2 .當E2單獨行動時，3 .聯(lián)合行動是每個單獨行動的總和(注意積極和消極的跡象)，1。如圖(a)所示，當3V單獨作用時：例如：疊加解：1。找到3V單獨行動；2.發(fā)現(xiàn)2A獨自行動；3.然后線性相加；2.當2A單獨行動時，如圖(b)所示，你可以用分流公式找到u”，并最終疊加它；2.達文南定理和諾頓定理的雙端網(wǎng)絡(luò)：不管電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是什么，只有電路的兩端與外部電路相連。它分為主動雙端網(wǎng)絡(luò)和被動雙端網(wǎng)絡(luò)。任何線性有源雙端網(wǎng)絡(luò)總是可以被其外部電路的等效電源模型所取代。兩個等效電路的內(nèi)部功耗不同。達文南定律：任何線性有源雙端

13、網(wǎng)絡(luò)的外部作用總是可以被一個帶有與電阻串聯(lián)的電壓源的電路所代替。電壓源的電壓等于有源線性網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，當網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部電源都為0時，電阻等于等效電阻。例如，uoc=-2 * 103=-17v(4的電阻上沒有壓降)(電流源單獨工作，電壓源單獨工作)，r0=104=14，由戴維南等效電路計算：U=-17*6/(14 3 6)=-4.4V，諾頓定理：線性有源電流源的電流等于有源網(wǎng)絡(luò)的短路電流，當網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部電源全部為0時，電導等于等效電導示例：計算圖表中的電流I。，I3，1，電壓對電流；2.并聯(lián)電流的總和；注意方向！1.6瞬態(tài)過程分析，穩(wěn)態(tài)：電路中的電流和電壓是恒定的，或者只是隨時間周期性地變化。過渡過程

14、：電路從一個穩(wěn)態(tài)到另一個穩(wěn)態(tài)的過程。開關(guān)定理：在包含電容或電感等儲能元件的電路中，開關(guān)電路時電容兩端的電壓不能跳變，流經(jīng)電感的電流也不能跳變。讓t=0表示此時換道，然后t=0表示換道前的瞬間，t=0表示換道后的瞬間。然后，每個元件的電壓和電流是元件在切換后瞬間的初始值，過渡過程的分析步驟如下：1 .根據(jù)原來的穩(wěn)態(tài)，找出開關(guān)前的瞬間，電容電壓和電感電流；2.根據(jù)開關(guān)定理，找出開關(guān)后瞬間電容電壓和電感電流的初始值；3.根據(jù)基爾霍夫定理和歐姆定理，找出電路中其他電壓和電流的初始值。4.分析電路中其他電壓和電流的變化規(guī)律。在開關(guān)閉合之前，電路已經(jīng)達到穩(wěn)定狀態(tài)。在t=0時合上開關(guān)，并找出分支開關(guān)后電流和電感電壓的初始值。眾所周知，Us=10v，R0=1，R2=4，R3=4，Us，R2，R1，R0，IC (0)，UL (0)，-，解決方案：在改變路線之前：時間常數(shù)表示在轉(zhuǎn)變過程中電壓和電流變化的物理量。阻尼比越大，過渡過程越長，阻尼比越小，過渡過程越短。3.一階電路過渡過程的三元素法，其中三個元素是：穩(wěn)態(tài)值、初始值和時間常數(shù)。求解步驟：根據(jù)KVL列寫出一階電路的微分方程，并寫出微分方程的通解。根據(jù)問題的含義，找出三個元素，并將其代入通解，求出方程的解。RC電路的全響應(yīng)，即初始值不為零且同時有電源時的響應(yīng)。當Us=100v，R=200，C=0.2uF時，在開關(guān)k閉合之前，電容器上沒