电路分析基础知识

1、 放放 大大 器器 扬声器扬声器话筒话筒 电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或电路是电流的通路，是为了某种需要由电工设备或 电路元件按一定方式组合而成。电路元件按一定方式组合而成。 发电机发电机 升压升压 变压器变压器 降压降压 变压器变压器 电灯电灯 电动机电动机 电炉电炉 . 输电线输电线 电源电源: 提供提供 电能的装置电能的装置 负载负载: 取用取用 电能的装置电能的装置 中间环节：中间环节：传递、分传递、分 配和控制电能的作用配和控制电能的作用 发电机发电机 升压升压 变压器变压器 降压降压 变压器变压器 电灯电灯 电动机电动机 电炉电炉 . 输电线输电线 中间环节：中间环节

2、： 放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等 负载负载 电源电源信号源信号源: 提供信息提供信息 放放 大大 器器 扬声器扬声器话筒话筒 电路基本组成：电路基本组成：电源电源，中间传输环节中间传输环节，负载负载。 为便于用数学方法分析电路为便于用数学方法分析电路,一般将一般将实际电路模型化实际电路模型化， 用反映其电磁性质的用反映其电磁性质的理想电路元件或其组合理想电路元件或其组合来模拟实来模拟实 际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路 模型。模型。 理想电路元件主要有理想电路元件主要有电阻元件电阻元件、电感元件电感元件、电容电容 元件元件和和

3、电源元件电源元件等。等。 R + Ro E S + U I 电池电池导线导线 灯泡灯泡 开关开关 电池电池是电源元件，其是电源元件，其 参数为电动势参数为电动势 E 和内阻和内阻 Ro； 灯泡灯泡主要具有消耗电能主要具有消耗电能 的性质，是电阻元件，的性质，是电阻元件， 其参数为电阻其参数为电阻R； 筒体筒体用来连接电池和灯用来连接电池和灯 泡，其电阻忽略不计，认泡，其电阻忽略不计，认 为是无电阻的理想导体。为是无电阻的理想导体。 开关开关用来控制电路的通用来控制电路的通 断。断。 物理量物理量实实 际际 方方 向向 电流电流 I 正电荷运动的方向正电荷运动的方向 电动势电动势E ( (电位升

4、高的方向电位升高的方向) ) 电压电压 U ( (电位降低的方向电位降低的方向) ) 高电位高电位 低电位低电位 单单 位位 kA 、A、mA、 A 低电位低电位 高电位高电位 kV 、V、mV、 V kV 、V、mV、 V 电流：电流： Uab 双下标双下标 电压：电压： I E + _ 在分析与计算电路时，对在分析与计算电路时，对 电量任意假定的方向。电量任意假定的方向。 Iab 双下标双下标 a R b 箭箭 标标 ab R I 正负极性正负极性 + a b U U + _ 实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流，电流(或电压或电压)值为值为正值正值； 实际方向与参考方向实际

5、方向与参考方向相反相反，电流，电流(或电压或电压)值为值为负值负值。 注意：注意： 在参考方向选定后，电流在参考方向选定后，电流 ( 或电压或电压 ) 值才有正负之分。值才有正负之分。 若若 I = 5A，则电流从则电流从 a 流向流向 b；例：例： 若若 I = 5A，则电流从，则电流从 b 流向流向 a 。ab R I ab R U+ 若若 U = 5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向 从从 a 指向指向 b； 若若 U= 5V，则电压的实际方向，则电压的实际方向 从从 b 指向指向 a 。 电路的基本元素是元件，电路元件是实际器件的理电路的基本元素是元件，电路元件是实际器件的理 想化

6、物理模型，应有严格的定义。想化物理模型，应有严格的定义。 电路中研究的全部为电路中研究的全部为集总元件。集总元件。 实际电阻元件实际电阻元件 感性认识电阻元件 线性电阻电路研究的模型 1. 符号符号 R 2. 欧姆定律欧姆定律 (Ohms Law) (1) 电压与电流的参考方向设定为一致的方向电压与电流的参考方向设定为一致的方向 R i u+ u R iR 称为电阻，称为电阻， 电阻的单位：电阻的单位： (欧欧) (Ohm，欧姆欧姆) 伏安特性曲线伏安特性曲线: R tg 线性电阻线性电阻R是一个与电压和电流无关的常数。是一个与电压和电流无关的常数。 令令 G 1/RG称为电导称为电导 则则

7、欧姆定律表示为欧姆定律表示为 i G u . 电导的单位：电导的单位： S (西西) (Siemens，西门子西门子) u i O 电阻元件的伏安特性为电阻元件的伏安特性为 一条过原点的直线一条过原点的直线 R i u + 3. 开路与短路开路与短路 对于一电阻对于一电阻R 当当R=0，视其为短路。视其为短路。 i为有限值时，为有限值时，u=0。 当当R= ，视其为开路。视其为开路。 u为有限值时，为有限值时，i=0。 * 理想导线的电阻值为零。理想导线的电阻值为零。 4. 由电功率的定义及欧姆定律可知，电阻吸收的功率由电功率的定义及欧姆定律可知，电阻吸收的功率 22 GuRiuip 实际电容

8、元件 感性认识电容元件 线性电容电路研究的模型 任何时刻，电容元件极板上的电荷任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电流与电流 u 成正比。成正比。 2、电路符号、电路符号 1、电容、电容 C uC uC 与电容有关两个变量与电容有关两个变量: u, q 对于线性电容，有：对于线性电容，有： q =Cu 3. 元件特性元件特性 u q C def C 称为电容器的电容称为电容器的电容 电容电容 C 的单位：的单位：F (法法) (Farad，法拉法拉) F= C/V = As/V = s/ 常用常用 F，nF，pF等表示。等表示。 C i u + + 4、库伏特性：线性电容的、库伏特性：线性电容的

9、qu 特性特性是过原点的直线是过原点的直线 tg 5、电压、电流关系：、电压、电流关系： u, i 取关联参考方向取关联参考方向 C i u + + 或或 t t t t t t tt iqtq i C u id C i C i C tu t t 0 0 0 0 0 0 d)( d 1 1 d 1 d 1 )( )( )( q uO u q C t u C t q i d d d d 动态 特性 6 6、电容元件的功率和能量、电容元件的功率和能量 在电压、电流关联参考方向下，电容元件吸收的功率为在电压、电流关联参考方向下，电容元件吸收的功率为 到到 t从 从t - 时间内，电容元件吸收的电能为

10、时间内，电容元件吸收的电能为 0)( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 ) ( 2 1 d d d 22 0)( 222 tq C tCu CutCuCu u CuW u t t C 若 则电容在任何时刻则电容在任何时刻 t 所储存的电场能量所储存的电场能量WC 将等于将等于 其所吸收的能量。其所吸收的能量。 t u Cu t u uCuip d d d d 其他电容全面认识电容元件 1、电磁特性实质：、电磁特性实质：电容是储存电场能量或储存电荷能力的电容是储存电场能量或储存电荷能力的度量度量。 电容元件是用来模拟一类能够储存电场能量的理想元件模型电容元件是用来模拟一类能够储存

11、电场能量的理想元件模型。 2、分类、分类1：线性时变、：线性时变、线性线性时不变；非线性时变、非线性时不变。时不变；非线性时变、非线性时不变。 3、分类、分类2：二端子、：二端子、三端子三端子、多端子。、多端子。 4、电容效应、电容效应与万有引力相似，任意两个物体之间均有电容特性，与万有引力相似，任意两个物体之间均有电容特性， 常见如晶体管中三极管管脚之间的电容。常见如晶体管中三极管管脚之间的电容。 5、实际电容、实际电容电容器：集额定功率、尺寸要求、耐压值、耐流值等多电容器：集额定功率、尺寸要求、耐压值、耐流值等多 种指标的设备。种指标的设备。 电容器结构电容器结构 + + + + +q q

12、 + + - - 实际电容器制作的材料和结实际电容器制作的材料和结 构不尽相同，通常有云母电容构不尽相同，通常有云母电容 器、陶瓷电容器、钽质电容器、器、陶瓷电容器、钽质电容器、 聚碳酸酯电容器等等。聚碳酸酯电容器等等。 线性电感电路研究的模型 L i + u 变量变量: 电流电流 i , 磁链磁链 1 、线性定常电感元件符号与参数线性定常电感元件符号与参数 L 称为自感系数称为自感系数 L 的单位：亨（利）的单位：亨（利） 符号：符号：H (Henry） 2 、韦安韦安（ i ）特性特性 i 0 i L def tg i L 3 、 电压、电流关系：电压、电流关系： t i Lu d d L

13、 i + u t tu L id 1 t tu L i 0 d 1 )0( 4 、 电感的储能电感的储能 t i Liuip d d 吸吸 0)( 2 1 )( 2 1 22 0)( t L tLi i 若若 也是无损元件也是无损元件 L是无源元件是无源元件 i LiW t d d d 吸吸 (1) u的大小与的大小与 i 的的变化率变化率成正比，与成正比，与 i 的大小无关；的大小无关； (3) 电感元件是一种电感元件是一种记忆记忆元件；元件； (2)电感在直流电路中相当于短路；电感在直流电路中相当于短路； (4) 当当 u，i 为关联方向时，为关联方向时，u=L di / dt； u，i

14、为为非非关联方向时，关联方向时，u= L di / dt 。 5 、小结：小结： （5）L 既表示元件，也表示参数既表示元件，也表示参数 其他电感全面认识电感元件 1、电磁特性实质、电磁特性实质：导体中有电流流过时，导体周围将产生磁场。变化的磁场可导体中有电流流过时，导体周围将产生磁场。变化的磁场可 以使置于磁场中的导体产生电压，这个电压的大小与产生磁场的电流随时间的变以使置于磁场中的导体产生电压，这个电压的大小与产生磁场的电流随时间的变 化率成正比。这里所讨论的电感元件就是用来模拟实际电磁器件的理想元件化率成正比。这里所讨论的电感元件就是用来模拟实际电磁器件的理想元件。 2、分类、分类1：线

15、性时变、：线性时变、线性线性时不变；非线性时变、非线性时不变。时不变；非线性时变、非线性时不变。 3、分类、分类2：二端子、：二端子、三端子三端子、多端子。、多端子。 4、电感效应、电感效应与万有引力相似，任意两个物体之间均有电感特性，常与万有引力相似，任意两个物体之间均有电感特性，常 见如同轴电缆有重要参数就是其电感，长距离传输线之间的电感等。见如同轴电缆有重要参数就是其电感，长距离传输线之间的电感等。 5、实际电感、实际电感电感器：集额定功率、尺寸要求、耐压值、耐流值等多电感器：集额定功率、尺寸要求、耐压值、耐流值等多 种指标的设备。更多的是理想电感元件与电阻的组合，因而不可能是无损种指标

16、的设备。更多的是理想电感元件与电阻的组合，因而不可能是无损 元件。元件。 实际电感线圈实际电感线圈 感性认识电源 q1 1、任何实际电路正常工作必须要有提供能量的电源、任何实际电路正常工作必须要有提供能量的电源 。 实际电源 (a) 电池 (b) 稳压电源 规定规定：电源两端电压为：电源两端电压为uS，其值与流过它的电流其值与流过它的电流 i 无关。无关。 (2) 特点：特点： (a) 电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关； (b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。通过它的电流是任意的，由外电路决定。 直流：直流：uS为常数为常数 交流：交流：

17、 uS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 uS=Umsin t (1)电路符号电路符号 uS + _ i 规定规定:电源输出电流为电源输出电流为iS，其值与此电源的端电压其值与此电源的端电压 u 无关。无关。 (2). 特点：特点： (a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；电源电流由电源本身决定，与外电路无关； (b) 电源两端电压电源两端电压是任意的，由外电路决定。是任意的，由外电路决定。 直流：直流：iS为常数为常数 交流：交流： iS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 iS=Imsin t (1).电路符号电路符号 iS + _ u 电路中流过同一电流电路中流过同一电流

18、 的几个元件互相连接的几个元件互相连接 起来的分支称为一条起来的分支称为一条 支路。支路。 三条或三条以上支路三条或三条以上支路 的连接点叫做结点。的连接点叫做结点。 由支路组成的闭合路由支路组成的闭合路 径称为回路。径称为回路。 将电路画在平面图上，内部将电路画在平面图上，内部 不含支路的回路称为网孔。不含支路的回路称为网孔。 本图中有本图中有?条支路条支路 本图中有本图中有3条支路条支路 本图中有本图中有?个结点个结点本图中有本图中有2个结点个结点本图中有本图中有?个回路个回路本图中有本图中有3个回路个回路 本图中有本图中有?个网孔个网孔本图中有本图中有2个网孔个网孔 Us1 + - R1

19、 Us2 + - R2 Is 图中有图中有6个节点个节点 + a b d c ef 图中有图中有4个节点个节点 图中有图中有6条支路条支路 图中有图中有8条支路条支路 图中有图中有3个回路个回路 图中有图中有7个回路个回路 聪明 聪明 的脑瓜的脑瓜 A D F 4 在任一时刻，流出任一结点的支路电流之和等于在任一时刻，流出任一结点的支路电流之和等于 流入该结点的支路电流之和流入该结点的支路电流之和 I。 ( KCL) 2 i 1 i 3 i ca i bc i ab i a b c :a :b :c 0 1 abca iii 0 2 bcab iii 0 3 cabc iii 在任一时刻，流出一封闭在任一时刻，流出一封闭 面的电流之和等于流入该面的电流之和等于流入该 封闭面的电流之和。封闭面的电流之和。 把以上三式相加得：把以上三式相加得： 0 321 iii 封闭面封闭面 选定回路的绕行选定回路的绕行 方向，电压参考方向，电压参考 方向与回路绕行方向与回路绕行 方向一致时为正方向一致时为正 ，