电路第一章2016

1、计算机与信息学院计算机与信息学院姓名：姓名： 赵赵 烨烨 QQ: 107824889 QQ: 107824889电路分析基础电路分析基础1 1 电路模型和电路定律电路模型和电路定律2 2 电阻电路的一般分析电阻电路的一般分析3 3 电路定理电路定理4 4 含有受控源电路分析含有受控源电路分析5 5 动态元件动态元件7 7 相量法相量法8 8 正弦稳态电路的分析正弦稳态电路的分析 9 9 含有耦合电感的电路含有耦合电感的电路10 10 电路的频率响应电路的频率响应6 6 动态电路分析动态电路分析11 11 二端口网络二端口网络1.6 1.6 电压源与电流源电压源与电流源 * * 1.5 1.5

2、电阻元件电阻元件 * * 1.7 1.7 基尔霍夫定理基尔霍夫定理 * * 1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型 * *1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 * *1.3 1.3 功率功率 * * 1.4 1.4 电路元件电路元件 * * (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，按一定的方式连接起来，所构成的一定的方式连接起来，所构成的电流通路电流通路。1.电路的定义：电路的定义：电池电池灯泡灯泡电池

3、电池灯泡灯泡（2 2）. .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直流电源直流电源: 提供能源提供能源信号处理：信号处理：放大、检波等放大、检波等负载负载信号源信号源: 提供信息提供信息R+RoE-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 为了便于用数学方法分析电路为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟

4、实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。 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.电流的定义及方向电流的定义及方向(1) (1) 电流的大小以单位时间内在导体截面通过多少电荷进行度量。电流的大小以单位时间内在导体截面通过多少电荷进行度量。 i(

5、t)=dq/dti(t)=dq/dtRSSERL(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000吸收功率产生功率=+-USR+-URI 1A1010V电压源 Ps =- -USI=- -101=- -10W（产生）（产生）电阻元件PR=URI =101=10W : 在同一个电路中吸收的功率和产生的功率总是平衡的。-3A2V+-3A2V+-求各元件的功率。解:解:IUP)3(2W6W632IUP

6、（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：甚高频：300MHZ : = 1m 例：例：光速光速=299792458米米/秒秒 *ui0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

7、性电阻。伏安特性iuR+-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 20671 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.耗能的无源元件2.无记忆元件 3.电阻的单位是欧姆（） IU+-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：iu0iu0不论 i多

8、大、u都为零 不论 u多大、 i都为零 PR=UI 五五. .电阻额定值电阻额定值 （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 AI RUR10.1100100PIAmAR =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

9、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)0iuusl 符号：符号：US 直流电源+-US老式符号US一般电源+-RuiS)( Ri0)( 0 Ri电压源不能短路！电压源不能短路！Ri-+Sul电压源的功率电压源的功率iuPS电压、电流是非关联参考方向电压、电流是非关联参考方向+_iu+_Su 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

10、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+_+_Ru+_10V5V解解:VuR5510 )(ARuiR155 iuPSV10WRiPR5152 WiuPSV5155吸收吸收满足满足：P（产）（产）P（吸）（吸）产生产生吸收吸收W10110SuSRi+_u+_考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性:iRuuSS usuiO0SR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

11、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0R0iuisRu-+Si0u时，当R电流源开路没有意义电流源开路没有意义SRiu 0Siu+_SiSRi考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性:SSRuii 实际电

12、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 SRisiuO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。*电路的模型：电路的模型： 电流、 电压、 功率电路元件电路元件：电源 电容 电阻 电感 R C L iS i1 i2 i3 U +(1824-1887), a German physicist, stated two basic laws in 1847 concerning the relationship between the currents and voltages in an electrical net

13、work. Kirchhoffs laws form the basis of circuit theiry. 基尔霍夫基尔霍夫 1847two1. 支路（支路（branch)： 2. 节节点点(node): 3. 回路回路(loop)： 4. 网孔网孔(mesh)： 电路中通过同一电流的每个分支。电路中通过同一电流的每个分支。 ab2R4 1R1 R2 R3 +S1 12三条或三条以上支路的连接点称为节点。三条或三条以上支路的连接点称为节点。 电路中任一闭合路径。电路中任一闭合路径。 在平面电路中，内部不包含支路的回路。在平面电路中，内部不包含支路的回路。 图（a）图（b）思考思考 电路图（

14、a）中，有几条支路？几个结点？几个回路？几个网孔？电路图（b）为平面电路吗？ 图（b）图（b）图（b）由由KCL(KCL(令流出为令流出为“+”)+”)i2 +i4 =i1 +i3 在在集总电路中，任集总电路中，任何何时刻，时刻，对对任一任一节节点点，所有，所有支路支路电流电流的代数和的代数和恒恒为零。为零。 0i节节点点， i2i1i3i4i4i2i1i3例例:a节点节点a：+=0入入出出ii 在在集总电路中，任集总电路中，任何何时刻，时刻，流出任一节点流出任一节点的的支路支路电流之和等于流入该节点的支路电流之和电流之和等于流入该节点的支路电流之和。 0i闭合面，闭合面， 验证验证 1A 2

15、A I I= -1A I= -1A 1-2-I=0 1-2-I=0 解：解：根据根据KCLKCL： ？I =? I = 0 _RE2 E3E1 +_R R1R +_+I I =? 在在集总电路中，任集总电路中，任何何时刻，时刻，沿任一回路的绕行方向沿任一回路的绕行方向绕行一周，各段电压的绕行一周，各段电压的代数和代数和恒恒为零。为零。 0u回路，回路， 选定一个绕行方向：顺时针方向，选定一个绕行方向：顺时针方向， 例例: 电阻压降电阻压降 电源压升电源压升 S UUR即即根据根据KVL有：有： - -U1+U2+U3+U4= US1 - -US4 +US1R1_+US4R4R3R2_U2U3U

16、4U1- -U1 - -US1 + +U2 + +U3 + +U4 + +US4 =0 =0 2.2.推论推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的各段电压的代数和。各段电压的代数和。 AB l1l2UAB (沿沿l1)=UAB (沿沿l2） 电位的单值性电位的单值性 UAB (沿沿l1)- -UAB (沿沿l2）=0 电压与路径无关电压与路径无关 32UUUAB 4411UUUUUSSAB U2 U3 U1 U4 BAR3 R2 +US1 R1 _+US4 R4 UAB (沿沿l1) UAB (沿沿l2） 电压降方向与绕行方向一致时

17、取正号，相反取负号。电压降方向与绕行方向一致时取正号，相反取负号。 BAABUU 在在集总电路中，任集总电路中，任何何时刻，时刻，对对任一任一节节点点，所有，所有支路支路电流电流的代数和的代数和恒恒为零。为零。 0i节节点点， 入入出出ii 在在集总电路中，任集总电路中，任何何时刻，时刻，流出任一节点流出任一节点的的支路支路电流之和等于流入该节点的支路电流之和电流之和等于流入该节点的支路电流之和。 0i闭合面，闭合面， 在在集总电路中，任集总电路中，任何何时刻，时刻，沿任一回路的绕行沿任一回路的绕行方向绕行一周，各段电压的方向绕行一周，各段电压的代数和代数和恒恒为零。为零。 0u回路，回路，

18、2.2.推论推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的各段电压的代数和。径经过的各段电压的代数和。 电压降方向与绕行方向一致时取正号，相反取负号。电压降方向与绕行方向一致时取正号，相反取负号。 BAABUU电压与路径无关电压与路径无关 图示电路：求图示电路：求U和和I。 1A3A2A3V2V3 UI例例 1 U1解：解： 解得解得 I= -2= -2（A） U1=3I =3I +U1 UI3 3 +1 +1 -2 -2 +I=0 +I=0 = -6= -6（V V） 解得解得U=5=5（V V） U -2=0 -2=0 +3 +3 KCL：支

19、路电流支路电流KVL：各段各段电压电压KCL：节点，节点，I=0I=0KVL: 回路，回路， U=0U=0KCL：电流的参考方向，：电流的参考方向，I I中中 “+”、“-”KVL：电压的参考方向，回路绕行方向，：电压的参考方向，回路绕行方向，U U中的中的“+”、“-”注意区别：电流、电压的正负值注意区别：电流、电压的正负值 I I和和U U中中电流、电压前的加减号电流、电压前的加减号 -7A5A2A-3Aa+ U5 - -+ U2 - - U5 + U3 - - + 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：- -（2） +（3） +（3） +（- -7） - - U5- -（2） = 0U5 = - - 5V+ U2 -+ U3 - + U4 - + U1 - + U6 - 3V2V2V- -7V3V+ U5 -ab- -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电压降电压降电压降-U1+U2U6+U5- -U4- -U3Uab= = -（2）+（3）