电路窦新第一章完整版

1、 电路分析基础电路分析基础 课程建设网课程建设网 http:/ suanji/cn/workroom/dianlu/ 教学资源教学资源 实验教学实验教学 网上答疑网上答疑 重点、难点分析重点、难点分析 作业答案作业答案 (circuit model and circuit laws) 1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型 一一 . 电路：电路： 各种电器元件各种电器元件(电源电源. .开关开关. .负载等负载等)，按一定的方式，按一定的方式 连接起来，所构成的电流通路。连接起来，所构成的电流通路。 1.电路的功能：电路的功能： 传送传送 处理及放大信号；处理及放大信号； 测量及提供电能

2、等。测量及提供电能等。 存贮信息存贮信息 数据；数据； 电力系统 音响 电 池 开关 灯 泡 白 象 白 象 实际模型实际模型 RS S E 电路模型电路模型 RL 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、 磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们 主要关心的是电流、电压和功率。主要关心的是电流、电压和功率。 一一 . . 电流电流 1.1.电流产生的必要条件电流产生的必要条件 电路必须是闭合路径。电路必须是闭合路径。 2.2.电流的大小及方向电流的大小及方向 (1) (1) 电流大小：单位时间内通过导体截面的电量

3、为电流强度，电流大小：单位时间内通过导体截面的电量为电流强度， 简称电流。简称电流。i(t)=dq/dti(t)=dq/dt RS S E RL (2) (2) 电流方向：正电荷移动的方向。电流方向：正电荷移动的方向。 (3) (3) 电流的单位电流的单位 : : 安培安培(A) 1A=1000mA 1mA=1000uA (A) 1A=1000mA 1mA=1000uA 0 一 致 0 一致一致 0 0 0 吸收功率 产生功率 = + - US R + - UR I 1A 10 10V 电压源 Ps =- -USI=- -101=- -10W（产生）（产生） 电阻元件PR=URI =101=1

4、0W : 在同一个电路中吸收的功 率和产生的功率总是平衡的。 -3A 2 V + - 3 A 2 V + - 求各元件的功率。 解: 解: IUP )3(2 W6 W6 32 IUP （吸收）（吸收） 电路元件是电路的最基本单元电路元件是电路的最基本单元 1. 二端元件、二端元件、 三端元件、三端元件、四端元件四端元件 无源元件无源元件2. 有源元件、有源元件、 4. 时不变元件、时不变元件、 3. 线性元件、线性元件、 非线性元件非线性元件 时变元件时变元件 集总参数元件：集总参数元件： 器件的尺寸远小于工作频率所对应的波长器件的尺寸远小于工作频率所对应的波长= 光速光速/频率频率 甚高频：

5、甚高频：300MHZ : = 1m 例：光速例：光速=299792458米米/秒秒 u i 0 电阻元件 一.定义： 在电压和电流取关联参考方向下，在任一时刻它的 电压和电流关系服从欧姆定律，则此二端元件为线性电阻。 伏安特性 i uR + - RT碳膜电阻 RJ金属膜电阻色码电阻 RX线绕电阻 开关电 位器 普通电 位器 同轴双联 电位器 开关双联 电位器 微调电 位器 色 别 黑棕红橙黄绿蓝紫灰白金银本 色 数 字0123456789IIIIII 误 差5 10 20 6 7 1 23 4 有效数值 00的个数的个数 误差等级误差等级 5 0 80 0 = 6.8K 5 % 10 % 1.

6、耗能的无源元件 2.无记忆元件 3.电阻的单位是欧姆（） I U+ - R 1k =1000 ；1M =1000k U=RI 关联 4.电导：G=1/R，单位 (S)， U=I/G 三三. .线性电阻的两种特殊情况线性电阻的两种特殊情况 1.开路： 2.短路： i u 0 i u 0 不论 i多大、 u都为零 不论 u多大、 i都为零 PR=UI 五五. .电阻电阻额定值额定值 （工作时不能超过的值）（工作时不能超过的值） 已知已知: R=100 , P=1w 求：额定值求：额定值U 、 I。 解：解：由由(1) 式式: U=IR=0.1100=10V 单位： W V A RI R U mAA

7、 R P I1001 . 0 100 1 =I2R =U2/R (1) 四四. .电阻功率电阻功率 一一. . 理想电压源理想电压源 一个元件在其两端总能保持一定的电压而不论流过一个元件在其两端总能保持一定的电压而不论流过 的电流为多少。的电流为多少。(理想理想)电压源电压源 1.它的端电压是定值它的端电压是定值Us或是一定的时间函数或是一定的时间函数us(t), 与流过的电流无关。与流过的电流无关。 l性质性质 l 定义：定义： 2. 电压源的电压是由它本身确定，流过它的电流是电压源的电压是由它本身确定，流过它的电流是 任意的。任意的。 (电压与电流之间的关系) 0 i u us l 符号：

8、符号： US 直流电源 + - US 老式符号 US 一般电源 + - R u i S )( Ri0 )( 0 Ri电压源不能短路！电压源不能短路！ R i - + S u l电压源的功率电压源的功率 iuP S 电压、电流是非关联参考方向电压、电流是非关联参考方向 + _ i u + _ S u 电流（正电荷电流（正电荷 ）由低电位向高）由低电位向高 电位移动，外力克服电场力作功电源电位移动，外力克服电场力作功电源 发出功率。发出功率。 发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用 计算各元件的功率。计算各元件的功率。 i 5R + _ +_ R u + _ 10V5V 解解:VuR5510 )

9、( A R u i R 1 5 5 iuP SV 10 WRiP R 515 2 WiuP SV 515 5 吸收吸收 满足满足：P（产）（产）P（吸）（吸） 产生产生 吸收吸收 W10110 S u S R i + _ u + _ 考虑内阻考虑内阻 伏安特性伏安特性: iRuu SS us u i O 0 S R 一个好的电压源要求一个好的电压源要求: 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，实际电压源也不允许短路。因其内阻小， 若短路，电流很大，可能烧毁电源。若短路，电流很大，可能烧毁电源。 一个元件不论其端电压是多少，其输出电流总能保一个元件不论其端电压是多少，其输出电流总能保 持定值。持定

10、值。(理想理想) 电流源电流源 l 定义：定义： 1.它发出的电流是定值它发出的电流是定值 IS , 或是一定的时间函数或是一定的时间函数IS(t) , 与两端的电压无关。与两端的电压无关。 l性质：性质： 2. 电流源的电流是由它本身确定，它的端电压是任意电流源的电流是由它本身确定，它的端电压是任意 的的,由外电路决定。由外电路决定。 l符号：符号： IS 老式符号 IS 新式符号 时，当0R 0 i u is R u - + S i 0u 时，当R电流源不能开路！电流源不能开路！ S Riu u 计算各元件的功率。计算各元件的功率。 解解:AiiS2 Vu5 WuiP SA 1052 2

11、WiuP SV 1025 5 产生产生10W 产生产生-10W 满足满足：P（产）（产）P（吸）（吸） 5V + _ u + _ 2A i u + _ S i S R i 考虑内阻考虑内阻 伏安特性伏安特性: S S R u ii 实际电流源也不允许开路，因内阻大。实际电流源也不允许开路，因内阻大。 一个好的电流源要求一个好的电流源要求 S R is i u O 若开路，电压很高，可能烧毁电源。若开路，电压很高，可能烧毁电源。 电电 源源 独立电源独立电源 + - Vs Is 非独立电源非独立电源 受控源受控源 它的电压或电流受其他它的电压或电流受其他 支路的电压或电流来控支路的电压或电流来控

12、 制制 + - + - u 1 u1 电压控制电压源 VCVS i1 + - i1 r r 电流控制电压源 CCVS 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u u 或电流或电流i i ，受控源，受控源 可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表 示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。 : 电压放大倍数电压放大倍数 r : 转移电阻转移电阻 CCCS i1 i1 电流控制电流源 + - u1 u1 g 电压控制电流源 VCCS g: 转移电导转移电导 : : 电流放大倍数电流放大倍数

13、 1.1.受控源是双口元件，由控制支路、受控支路组成。受控源是双口元件，由控制支路、受控支路组成。 2.2.受控源不能独立存在，若控制量为零，输出也为零。受控源不能独立存在，若控制量为零，输出也为零。 3.3.控制量改变方向时，受控源输出也改变方向。控制量改变方向时，受控源输出也改变方向。 4.4.受控源的功率由受控支路计算。受控源的功率由受控支路计算。 P=IP=I2 2. . U U2 2 求：电压求：电压u2。 。 解解:Ai2 3 6 1 112 35iiu + _ u2 u1 6V i1 5i1 +- 3 + - 610 V4 一一. .名词介绍名词介绍 支路支路 : : 节点节点

14、: : 回路回路 : : 网孔网孔 : : 网络网络 : : 节点节点1 节点节点2 节点节点3 6个回路个回路 a b c d 23 4 5 1 a b c d a b c d 12 6 4 5 12 3 3 3个网个网 孔孔 13 4 5 2 1 .1 .定义：定义： 对于任一对于任一集总集总电路中的任一节点，在任一时刻，流电路中的任一节点，在任一时刻，流 出出 （或流入）该节点的所有支路电流的代数和为零。（或流入）该节点的所有支路电流的代数和为零。 或 ： ii 进 = 出 K k k i 1 (t) =0 i i1 1i i2 2i i3 3+ = i i1 1i i2 2i i3 3

15、+ _ = 0 i3 i2 i1 列列KCL方程时应注意：方程时应注意： 1.先标出所有电流的参考方向；先标出所有电流的参考方向； 2.若取流入的电流为正，则流出的电流为负；若取流入的电流为正，则流出的电流为负； 若取流入的电流为负，则流出的电流为正；若取流入的电流为负，则流出的电流为正； 3.定律与元件的性质无关。定律与元件的性质无关。 例例 节点 b: 节点a: b I1 + - a + - Us1 Us2 I2 I3 a I1 + I2 - I3 = 0 I3 - I2 - I1 = 0 a 求I4 =? aI1=5A I4=?I3=-3A I2=2A 解：根据KCL定律： I1-I2-

16、I3+I4= 0 I4=I2+I3-I1 1A 2A I 求I=? I = - 1A I + 2 - 1= 0 解：根据KCL定律： =2+(-3) - 5 = - 6A 1.1.定义：定义：对于任一电路中的任一回路，在任一时刻，对于任一电路中的任一回路，在任一时刻， 沿着该回路的所有支路电压降的代数和为零。沿着该回路的所有支路电压降的代数和为零。 a b + - 0 1 K k k u 或：或： 电压升电压降 电 压 降 电 压 升 0 21 11 K k K k 电压升电压降 - + + - u1 u2 - + u4 - + u3 + U5 - - + U2 - - U5 + U3 - -

17、 + U4 - - + U1 - - + U6 - 3 2 2 - -7 3 求U5的值。 解：先画绕行方向 电压升 电压降 电压降 电压降 电压升 电压升 -U1+U2-U6-U5+U4+U3= 0 根据KVL： 电压降电压升 或：U2+U3+U4 +U6+U5 = U1 - -（2） +（3） +（3） +（- -7） - - U5- -（2） = 0 U5 = - - 5V + U2 - + U3 - + U4 - + U1 - + U6 - 3V 2V 2V - - 7V 3V + U5 - a b - - 5V 求a、b两点间的电压。 解解:(1)沿上边路径 电压升 电压升 电压升

18、电压降 电压降 电压降 -U1+U2 U6+U5- -U4- -U3 Uab= = -（2）+（3）= 1V Uab= = (2) + (-5) - (-7) - (3) = 1V 电压和路径无关电压和路径无关 (2)沿下边路径 求(1)电流 I ; (2)电压Uab。 I R1 0.2 R2 0.1 Us2 + - Us1 - + R4 1.4 R3 2.3 - + - + + - U1 + - U2 U4U3 12v 6 v a b 解：解：(1) 由KVL: -Us1+Us2+U1+U4+U3+U2= 0 电压升电压降电压降 电压降 电压降电压降 U1+ U2 + U3 + U4 = U

19、S1-US2 I (R1+R2+R3+R4)= US1-US2A RRRR UU I SS 5 . 1 4321 21 (2) 右边路经：Uab= US2 + U2 + U3 左边路经：Uab= - U1 + US1 - U4 左 右 电压和路径无关电压和路径无关 = 9.6V = 9.6V 12v 8v a b 8v 2 2 1 1 2 2 4 cd I 求求I=? 、Uab=? 、Ucd=? 电压升 电压降 = 解：(1). 由KVL: S URI即： (10)I=12-8; 10I= 4; I= 0.4A (2). Uab下 =2I+8+1I+2I (3). Ucd= uab+ubd U

20、ab上= -2I+12- 1I-2I =5I+ 8 =5(0.4)+8=10 V =12- 5(0.4)=10V =12-5I =10 +(-8) = 2V (1) KCL(1) KCL是对支路电流的线性约束，是对支路电流的线性约束，KVLKVL是对是对回回路电路电 压的线性约束。压的线性约束。 (2) KCL(2) KCL、KVLKVL仅仅与与元件的连接有关元件的连接有关, ,与与组成支路的元组成支路的元 件性质及参数无关。件性质及参数无关。 (3) KCL(3) KCL、KVLKVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。 1. I = 0 ？ UA =UB ? 2. A B + _ 1 1 1 1 1 1 3 + _ 2 i1 i1=i2 ?3. i2 i1 A B +