电路分析第一章课件

1、 江苏师范大学江苏师范大学电气工程及自动化学院电气工程及自动化学院 二二.电路理论电路理论电路理论电路理论电路分析电路分析电路综合设计电路综合设计给定电路参数，给定电路参数，求求u、i 特性特性给定性能，设计电路给定性能，设计电路、与众多学科的相互影响和相互促进与众多学科的相互影响和相互促进；、专业基础课，、专业基础课，4 4个学分，是后续课程个学分，是后续课程的基础的基础 ；8484学时学时、生活和工程中的应用。生活和工程中的应用。第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律电路和电路模型电路和电路模型1-1电阻元件电阻元件1-5电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1-2电压源和电

2、流源电压源和电流源1-6电功率和能量电功率和能量1-3受控电源受控电源1-7电路元件电路元件1-4基尔霍夫定律基尔霍夫定律1-8本章内容本章内容 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向; ; 判别（非）关联参考方向判别（非）关联参考方向4. 4. 基尔霍夫定律及其应用基尔霍夫定律及其应用l 重点重点：2. 2. 电阻元件、独立电源及受控源电阻元件、独立电源及受控源 的外特性的外特性3.3.功率的求解；吸收（发出）功功率的求解；吸收（发出）功率的判别。率的判别。电阻器电阻器电容器电容器线圈线圈电池电池运算放大器运算放大器晶体管晶体管 低频信号发生器的内部结构低频信号发生器的内部结构1.1 电路

3、和电路模型（电路和电路模型（model)1. 实际电路实际电路功能功能a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；b 信息的传递与处理。信息的传递与处理。共性共性建立在同一电路理论基础上建立在同一电路理论基础上由电工设备和电气器件按预期目的连由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。接构成的电流的通路。电池电池灯泡灯泡电路两种表现形式：实际电路、电路模型电路两种表现形式：实际电路、电路模型电池电池灯泡灯泡电源电源: 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、电源、负载、中间环节

4、、电源、负载、中间环节负载负载: 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降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.电源电源: 提供提供电能的装置电能的装置发电机发电机升压升压变压器变压器输电线输电线信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息直流电源直流电源: 提供能源提供能源放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。工作；由激励所产生的电压和电流称为响应

5、。输入、输出输入、输出+ -+ - - 棒装线圈棒装线圈工字形电感工字形电感固定电感器固定电感器“尖波杀手尖波杀手”电感电感稳压电源稳压电源 电电 池池水泥电阻水泥电阻金属膜电阻金属膜电阻绕线式电阻绕线式电阻半导体二极管半导体二极管三极管三极管 由理想电路元件及其组合代表实际由理想电路元件及其组合代表实际电路元件，与实际电路具有基本相电路元件，与实际电路具有基本相同的电磁性质。同的电磁性质。10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡2. 电路模型电路模型 (circuit model)sRLRsU电路图电路图l理想电路元件理想电路元件抽掉了实际部件的外形、尺寸等差抽

6、掉了实际部件的外形、尺寸等差异性，反映其电磁共性的电路模型异性，反映其电磁共性的电路模型的最小单元。的最小单元。l电路模型电路模型R+RSUS-手电筒的电路模型手电筒的电路模型灯灯泡泡开关开关电电池池导线导线S用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件。用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件。几种基本的电路元件：几种基本的电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的

7、元件电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件注注l 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定条件下可用同一模型表示；在一定条件下可用同一模型表示；l 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其同一实际电路部件在不同的应用条件下，其 模型可以有不同的形式模型可以有不同的形式 电路模型近似地描述实际电路的电气特性电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。现在以线圈为例加用不同的电路模型模拟同一实际电路。

8、现在以线圈为例加以说明。以说明。 图图13 线圈的几种电路模型线圈的几种电路模型 (a)线圈的图形符号线圈的图形符号 (b)线圈通过低频交流的模型线圈通过低频交流的模型 (c)线圈通过高频交流的模型线圈通过高频交流的模型1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 (reference direction) 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能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主要关心的物理量量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。是电流、电压和功率。1. 电流和电流的参考方向电流和电流的参考方向tqtq

9、itddlim) t (0def l电流电流l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量l 方向方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向l 单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、 A元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能: 实际方向实际方向实际方向实际方向 AABB问题问题复杂电路或电路中的电流随时间变化时，复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断

10、电流的实际方向往往很难事先判断实际方向实际方向 实际方向实际方向B 实际方向实际方向B 实际方向实际方向B 实际方向实际方向AB 实际方向实际方向 实际方向实际方向 B B Bl参考方向参考方向i 参考方向参考方向大小大小方向方向电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。流的参考方向。ABi 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0实际方向实际方向实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：电流的参考方向与实际方向的关系：AABB电流参考方向的两种表示：电流参考方向的两种表示： 用箭头表示：箭头的指向为用箭头表示：箭头

11、的指向为电流的参考方向。电流的参考方向。 用双下标表示：如用双下标表示：如 iAB , 电流的参考方向由电流的参考方向由A指向指向B。iABiABAB实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致，电流值为电流值为正值正值；实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反，电流值为电流值为负值负值。注意：注意： 在参考方向选定后，电流值才有正负之分。在参考方向选定后，电流值才有正负之分。 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 。abRIl 电压电压UdqdWUdef l 单位：单位：V (伏伏)、kV、mV、 V2.

12、 电压和电压的参考方向电压和电压的参考方向电场中某两点电场中某两点A、B间的电压间的电压(降降)UAB， 等等于将单位正电荷于将单位正电荷q从从A点移至点移至B点电场力所做点电场力所做的功的功WAB与该点电荷与该点电荷q的比值的比值l 实际电压方向实际电压方向 电位真正降低的方向电位真正降低的方向电位电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为参：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。参考点的电位则为参考点的电位则为零零，所以，参考点也称为零电位点。，所以，参考点也称为零电位点。电位用电位用 表示，单

13、位与电压相同，也是表示，单位与电压相同，也是V(伏伏)。接地点电位为零。接地点电位为零。abcd设设c点为电位参考点，则点为电位参考点，则 c=0 a=Uac， b=Ubc， d=Udc两点间电压与电位的关系：两点间电压与电位的关系：abcd仍设仍设c点为电位参考点，点为电位参考点， c=0Uac = a ， Udc = dUad= Uac+Ucd =UacUdc= a d前例前例结论结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。电位之差。例例已知：已知：4C正电荷由正电荷由a点均匀移动至点均匀移动至b点点电场力做功电场力做功8J，由，由b点移动到点

14、移动到c点电场点电场力做功为力做功为12J，(1) 若以若以b点为参考点，求点为参考点，求a、b、c点点的电位和电压的电位和电压Uac解解bVqWaba 248 0 b VqWqWbccbc 3412 VUbaab 202 VUcbbc )(330 (1)以以b点为电位参考点点为电位参考点abc解解VqWaca 54128 0 c VqWbcb 3412 VUbaab 235 VUcbbc 303 (2)电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中各点的电位值就是唯一的；当选择不同的电位参考点时，各点的电位值就是唯一的；当选择不同的电位参

15、考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。结论结论以以c点为电位参考点点为电位参考点问题问题复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。l 电压电压(降降)的参考方向的参考方向U 0参考方向参考方向U+实际方向实际方向+实际方向实际方向参考方向参考方向U+U假设的电压降低方向假设的电压降低方向如如：abRU+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=

16、 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 。电压参考方向的三种表示方式电压参考方向的三种表示方式：(1) 用箭头表示用箭头表示(2) 用正负极性表示用正负极性表示(3) 用双下标表示用双下标表示UU+ABUAB元件或支路的元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称之为采用相同的参考方向称之为关联参考关联参考方向方向。反之，称为反之，称为非关联参考方向非关联参考方向。关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向3. 关联参考方向关联参考方向i+-+-iUU注注(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2) 参考方向一经选

17、定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包包括方向和符号），括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。在计算过程中不得任意改变。（3）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际 方向不变。方向不变。例例ABABiU电压电流参考方向如图中所标，问：对电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？两部分电路电压电流参考方向关联否？答：答： A 电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联； B 电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。1.3 电功率和能量电功率和能量1. 电功率电功率

18、twpdd uitqqwtwp dddddd功率的单位：功率的单位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)能量的单位：能量的单位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳)单位时间内电场力所做的功。单位时间内电场力所做的功。qwudd tqidd 2. 电路吸收或发出功率的判断电路吸收或发出功率的判断l u, i 取取关联参考方向关联参考方向P=ui 表表示元件吸收的功率示元件吸收的功率P0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P0 吸收正功率吸收正功率 (吸收吸收)P0，d u/d t0，则，则i0，q ， p0, 电容吸收功率。电容吸收功率。 当电容放电，当电容放电，u0，d u/d t0，则，则i0，q ，p0，d i/d t0，则，则u0， ， p0, 电感吸收功率。电感吸收功率。 当电流减小，当电流减小，i0，d i/d t0，则，则u0， ，p0, 电感发出功率。电感发出功率。l 功率功率表明表明 电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能电感能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为磁场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电量储存起来，在另一段时间内又把能