电路(第一章)课件

1、电电 路路 分分 析析(Electric Circuit Analysis)80学时学时 5学分学分一、研究的课题一、研究的课题 电路电路 - 由实际部件所构成的电的通路由实际部件所构成的电的通路。求求 I=? U=？P=?用框图表示电路分析的课题用框图表示电路分析的课题1绪绪 论论激励)(tf响应 ?)( ty 已知电路已知电路 电路分析的目的：通过求解响应，认识已知电电路分析的目的：通过求解响应，认识已知电路的功能和固有属性。（技术指标）路的功能和固有属性。（技术指标）二、研究的对象二、研究的对象1、集总参数电路、集总参数电路 相接近、何尺寸元件 )几为( 1绪绪 论论 满足基尔霍夫定律满

2、足基尔霍夫定律 满足马克斯威定律满足马克斯威定律 2 、线性电路：、线性电路： 非线性电路非线性电路 由线性元件组成的电路由线性元件组成的电路 含非线性元件的电路含非线性元件的电路3、非时变电路：、非时变电路： 时变电路时变电路（元件参数不随时间变化的电路）（元件参数不随时间变化的电路） 即研究即研究线性线性、非时变非时变的的集总参数电路集总参数电路所遵循的基本规律所遵循的基本规律及分析方法。及分析方法。1绪绪 论论三、本课程的内容三、本课程的内容 以电路模型为基础，编写描述电路的方程式，以电路模型为基础，编写描述电路的方程式，通过响应的求解、分析，认识已知电路的功能和特通过响应的求解、分析，

3、认识已知电路的功能和特性。根据所分析电路的不同可分为性。根据所分析电路的不同可分为：2、动态电路分析、动态电路分析3、正弦稳态电路分析、正弦稳态电路分析1、电阻电路分析、电阻电路分析1绪绪 论论四、本课程的地位四、本课程的地位 电路分析基础是通信、信息工程、电气、自控等电路分析基础是通信、信息工程、电气、自控等电子类专业的主干技术基础课。要通过本课程的学习使电子类专业的主干技术基础课。要通过本课程的学习使学生掌握电路的基本理论、分析计算电路的基本方法和学生掌握电路的基本理论、分析计算电路的基本方法和进行实验的基本技能，为后续课程准备必要的电路知识。进行实验的基本技能，为后续课程准备必要的电路知

4、识。 其中许多重要概念要求透彻理解，不少基本分析其中许多重要概念要求透彻理解，不少基本分析方法要求牢固掌握。方法要求牢固掌握。 该课程不仅理论体系严谨，内容引人入胜，而且会从该课程不仅理论体系严谨，内容引人入胜，而且会从中学会一种思维方法，养成一种科学作风，使人终生受益。中学会一种思维方法，养成一种科学作风，使人终生受益。五、教材五、教材邱关源：邱关源：电路（第五版）电路（第五版），高教出版社，高教出版社1绪绪 论论1.William H.Hayt，Jr.；Jack E.Kemmerly；Steven M.Durbin 王大鹏；沈世洪等译王大鹏；沈世洪等译 工程电路分析工程电路分析 北京：北京

5、：电子工业出版社电子工业出版社2.James W.Nilsson；Susan A.Riedel著著 冼立勤冼立勤 周玉周玉昆等译昆等译 电路（第六版）电路（第六版） 北京：电子工业出版社北京：电子工业出版社3. 李瀚荪编李瀚荪编 电路分析基础（第三版）电路分析基础（第三版） 北京北京:高等教育高等教育出版社出版社, 1994年。年。4. 胡翔骏主编胡翔骏主编 电路基础电路基础 北京北京:高等教育出版社高等教育出版社,1996年。年。5. 胡翔骏编著胡翔骏编著 计算机辅助电路分析计算机辅助电路分析 北京北京:高等教育出高等教育出版社版社(中国中国)，施普林格出版社，施普林格出版社( 德国德国)，

6、1998年。年。六、六、主要参考书主要参考书1绪绪 论论 1、重视课堂教学环节、课后及时复习、重视课堂教学环节、课后及时复习 和做作业；和做作业； 2、 善于归纳总结；善于归纳总结； 3、 勤学好问。勤学好问。七、七、学习方法学习方法1绪绪 论论第第1 1章章电路模型和电路定律课程名称：课程名称：电路分析电路分析 电路和电路模型电路和电路模型 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 电阻元件电阻元件 电功率和能电功率和能 电压源和电流源电压源和电流源21365 电路元件电路元件4 受控电源受控电源7 基尔霍夫定律基尔霍夫定律8本章要求：本章要求： 1.了解了解电路模型、参考方向、电路理想元件

7、、受控源电路模型、参考方向、电路理想元件、受控源 等概念；等概念； 2.熟悉熟悉电路理想元件、受控源的特性电路理想元件、受控源的特性; ; 3.掌握掌握电流电压实际方向与参考方向之间的关系；电流电压实际方向与参考方向之间的关系； 4.掌握掌握理想电压源、理想电流源的特性；理想电压源、理想电流源的特性； 5.熟悉熟悉基尔霍夫定律的内容基尔霍夫定律的内容,能熟练列写能熟练列写KCL、KVL 方方 程。程。1电路和电路模型电路和电路模型 1. 电路电路 (electric circuit):电流流经的路径电流流经的路径。由电气设备、电子器件等联接而成，广泛应由电气设备、电子器件等联接而成，广泛应用于

8、社会用于社会 生活（灯）、工农生产（自控）、生活（灯）、工农生产（自控）、科研（微机）、科研（微机）、 国防国防 (雷达）、交通雷达）、交通(机车控机车控制系统制系统)等。等。1电路和电路模型电路和电路模型电电源源返返 回回下一页下一页上一页上一页下一节下一节US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.输电线输电线上一页上一页下一页下一页电能的输送和分配电能的输送和分配发电厂发电厂主传输线主传输线500 kV升压升压降压降压电压分配电压分配10 kV降压降压变电站变电站三三 相相单相单相 主设备主设备 ( 380V )插座插座 ( 220V )仪表控制

9、盘仪表控制盘仪表仪表单单 相相返返 回回架空输电线架空输电线上一页上一页下一页下一页返返 回回放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒电源电源: 提供提供电能的设备电能的设备负载负载: 取用取用电能的设备电能的设备中间环节：中间环节：起传递、分起传递、分分配和控制电能的作用分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、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

10、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。 3. 结构结构： a.电源电源（power supply source ): 供能供能 b.中间环节中间环节：除导线外除导线外,复杂电路还有保护、控复杂电路还有保护、控 制环节。制环节。 C.负载负载(load)：耗能耗能 实际电路：由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体实际电路：由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路电气器件和设备连接而成的电

11、路，称为实际电路。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 根据实际电路的几何尺寸根据实际电路的几何尺寸(d)与其工作信号波长与其工作信号波长()的的关系，可以将它们分为两大类：关系，可以将它们分为两大类： (1)集总参数电路：集总参数电路：满足满足d条件的电路。条件的电路。 (2)分布参数电路：分布参数电路：不满足不满足d0，表明该时刻电流的实际方向，表明该时刻电流的实际方向与参考方向相同；若电流与参考方向相同；若电流i(t)0时，表明该时刻二端元件实际吸收（消耗）功率；时，表明该时刻二端元件实际吸收（消耗）功率；当当p(t)0，即电压源工作在，即电压源工作在

12、i-u平平面的一、三象限时，电压源实际发面的一、三象限时，电压源实际发出功率。出功率。 当当p0，电流源实际发出功率；，电流源实际发出功率； 当当p0，电流源实际吸收功率。，电流源实际吸收功率。 独立电流源的特点是其独立电流源的特点是其电流由其特性确定电流由其特性确定，与电流源，与电流源在电路中的位置无关。在电路中的位置无关。 独立电流源的独立电流源的电压则与其连接的外电路有关电压则与其连接的外电路有关。由其电。由其电流和外电路共同确定。流和外电路共同确定。 随着电流源工作状态的不同，它既可发出功率，也可随着电流源工作状态的不同，它既可发出功率，也可吸收功率吸收功率。 例例l-6 电路如图所示

13、。已知电路如图所示。已知uS1=10V, iS1=1A, iS2=3A, R1=2 , R2=1 。 求电压源和各电流源发出的功率。求电压源和各电流源发出的功率。 A2A1A31S2S1iiiV3V)631(V6V)1022(bd2S2cd1S11bduiRuuiRu20W)W(20A2V1011S发出iupW)9W(9A3V3W)6W(6A1V6S2cd21Sbd1发出发出iupiup 电压源的吸收功率为电压源的吸收功率为 电流源电流源iS1和和iS2吸收的功率分别为：吸收的功率分别为： 解：解： 根据根据KCL求得求得 根据根据 KVL和和VCR求得：求得： 1-5-2 电路如图电路如图1

14、52所示。所示。 若：若：(1)R=10 ； (2) R=5 ；(3) R=2 时时; 试判断试判断5V电压源是发出功率或吸收功率。电压源是发出功率或吸收功率。图图152思考与练习思考与练习1-5-l 独立电压源能否短路独立电压源能否短路?独立电流源能否开路独立电流源能否开路? 在电子电路中广泛使用各种晶体管、运算放大器等多端器在电子电路中广泛使用各种晶体管、运算放大器等多端器件。这些多端器件的某些端钮的电压或电流受到另一些端钮电件。这些多端器件的某些端钮的电压或电流受到另一些端钮电压或电流的控制。为了模拟多端器件各电压、电流间的这种耦压或电流的控制。为了模拟多端器件各电压、电流间的这种耦合关

15、系，需要定义一些多端电路元件合关系，需要定义一些多端电路元件(模型模型)。 本节介绍的本节介绍的受控源是一种非常有用的电路元件，常用来模受控源是一种非常有用的电路元件，常用来模拟含晶体管、运算放大器等多端器件的电子电路拟含晶体管、运算放大器等多端器件的电子电路。从事电子、。从事电子、通信类专业的工作人员，应掌握含受控源的电路分析。通信类专业的工作人员，应掌握含受控源的电路分析。 一、受控源一、受控源 受控源又称为非独立源受控源又称为非独立源。一般来说，一条支路的电压。一般来说，一条支路的电压或电流受本支路以外的其它因素控制时统称为受控源。或电流受本支路以外的其它因素控制时统称为受控源。受受控源

16、控源由两条支路组成，其第一条支路是控制支路，呈开路由两条支路组成，其第一条支路是控制支路，呈开路或短路状态；第二条支路是受控支路，它是一个电压源或或短路状态；第二条支路是受控支路，它是一个电压源或电流源，其电压或电流的量值受第一条支路电压或电流的电流源，其电压或电流的量值受第一条支路电压或电流的控制。控制。)312( 0121riuu)322( 0121guii)332( 0121iiu)342( 0121uui每种受控源由两个线性代数方程来描述：每种受控源由两个线性代数方程来描述：CCVSCCVS：VCCSVCCS：CCCSCCCS：VCVSVCVS：r具有电阻量纲，称为转移电阻。具有电阻量

17、纲，称为转移电阻。g具有电导量纲，称为转移电导。具有电导量纲，称为转移电导。 无量纲，称为转移电流比。无量纲，称为转移电流比。 亦无量纲，称为转移电压比。亦无量纲，称为转移电压比。类型：类型： 当受控源的控制系数当受控源的控制系数r、g、 和和 为常量时，它们是时不变为常量时，它们是时不变双口电阻元件。本书只研究线性时不变受控源，并采用菱形符双口电阻元件。本书只研究线性时不变受控源，并采用菱形符号来表示受控源号来表示受控源(不画出控制支路不画出控制支路)，以便与独立电源相区别。，以便与独立电源相区别。 受控源与独立电源的特性完全不同，它们在电路中所起的受控源与独立电源的特性完全不同，它们在电路

18、中所起的作用也完全不同。作用也完全不同。 受控源则描述电路中两条支路电压和电流间的一种约束关系，受控源则描述电路中两条支路电压和电流间的一种约束关系，它的存在可以改变电路中的电压和电流，使电路特性发生变化。它的存在可以改变电路中的电压和电流，使电路特性发生变化。 独立电源是电路输入或激励，它为电路提供按给定时间函数变独立电源是电路输入或激励，它为电路提供按给定时间函数变化的电压和电流，从而在电路中产生电压和电流。化的电压和电流，从而在电路中产生电压和电流。图图16-1 图图(a)所示的晶体管在一定条件下可以用图所示的晶体管在一定条件下可以用图(b)所示的模型来表示。所示的模型来表示。这个模型由

19、一个受控源和一个电阻构成，这个受控源受与电阻并联这个模型由一个受控源和一个电阻构成，这个受控源受与电阻并联的开路的控制，控制电压是的开路的控制，控制电压是ube，受控源的控制系数是转移电导，受控源的控制系数是转移电导gm。 图图(d)表示用图表示用图(b)的晶体管模型代替图的晶体管模型代替图(c)电路中的晶体电路中的晶体管所得到的一个电路模型。管所得到的一个电路模型。图图1-6-218 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 （Kirchhoffs Law) 基尔霍夫定律是任何集总参数电路都适用的基尔霍夫定律是任何集总参数电路都适用的基本定律，它包括电流定律和电压定律。基尔霍基本定律，它包括电流定律和电压定

20、律。基尔霍夫电流定律描述电路中各电流的约束关系，基尔夫电流定律描述电路中各电流的约束关系，基尔霍夫电压定律描述电路中各电压的约束关系。霍夫电压定律描述电路中各电压的约束关系。 本节内容：本节内容：1 1）电路的几个名词；）电路的几个名词；2 2）基尔霍夫）基尔霍夫电流定律；电流定律；3 3）基尔霍夫电压定律）基尔霍夫电压定律 (1) 结点（结点（node）：）：3个及以上电路元件的连接点称为结点个及以上电路元件的连接点称为结点。 图示电路中，图示电路中，a、b点是结点，点是结点，d点和点和e点间由理想导线点间由理想导线相连，应视为一个结点。相连，应视为一个结点。c点不是结点。该电路共有点不是结

21、点。该电路共有3个结个结点。点。 一、几个名词的介绍一、几个名词的介绍 (2) 支路（支路（branch）：跨接在结点之间的电路分支。）：跨接在结点之间的电路分支。下图所下图所示电路共有示电路共有5条支路。条支路。 (3) 回路（回路（loop）：由支路组成的闭合路径称为回路。）：由支路组成的闭合路径称为回路。 图示电路中图示电路中 1,2、1,3,4、1,3,5,6、2,3,4、2,3,5,6和和4,5,6都是回路。都是回路。 (4) 网孔（网孔（mesh）：电路画在平面上内部不含有支路的）：电路画在平面上内部不含有支路的回路。回路。 图示电路中的图示电路中的1,2、2,3,4和和4,5,6

22、回路都是网孔。回路都是网孔。 网孔与平面电路的画法有关网孔与平面电路的画法有关，例如将图示电路中的支，例如将图示电路中的支路路1和支路和支路2交换位置，则三个网孔变为交换位置，则三个网孔变为注：平面电路是指能够画在一个平面上而没有支路交叉的电路。注：平面电路是指能够画在一个平面上而没有支路交叉的电路。1,2、1,3,4和和4,5,6。二、基尔霍夫电流定律二、基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs Current Law),简写为简写为KCL，它陈述为：，它陈述为：)91 (0i 对于任何集总参数电路的任一结点，在任一时刻，流对于任何集总参数电路的任一结点，在任

23、一时刻，流出该结点全部支路电流的代数和等于零，其数学表达式为：出该结点全部支路电流的代数和等于零，其数学表达式为： 对电路某结点列写对电路某结点列写 KCL方程时，习惯上，方程时，习惯上，流出该结点的流出该结点的支路电流取支路电流取正号正号，流入该结点的支路电流取，流入该结点的支路电流取负号负号。 特别注意：特别注意： “流出流出”、“流入流入”是针对参考方向而言。是针对参考方向而言。 例如下图所示电路中的例如下图所示电路中的 a、b、c、d 4个结点写出的个结点写出的 KCL方方程分别为：程分别为：0321iii06421iiii065ii0543iii KCL方程是方程是以支路电流为变量的

24、常系数线性齐次代数方程，以支路电流为变量的常系数线性齐次代数方程，它对连接到该结点的各支路电流施加了线性约束。它对连接到该结点的各支路电流施加了线性约束。 若已知若已知i1=1A, i3=3A和和i5=5A，则由，则由 KCL可求得：可求得： A4A3A1 0312321iiiiiiA2A5A30534543iiiiiiA505665iiii3A5A1A 此例说明，根据此例说明，根据KCL，可以从一些电流求出另一些电流。，可以从一些电流求出另一些电流。-4A-2A5A 1）KCL不仅适用于结点，也适用于任何假想的封闭面，不仅适用于结点，也适用于任何假想的封闭面，即即流出任一封闭面的全部支路电流的代数和等于零流出任一封闭面的全部支路电流的代数和等于零。例如对图示电。例如对图示电路中虚线表示的封闭面，写出的路中虚线表示的封闭面，写出的KCL方程为方程为0643iii注意事项：注意事项： 2）当两个单独的电路只用一条导线相连接时，）当两个单独的电路只用一条导线相连接时，此导线此导线中的电流必定为零。中的电流必定为零。图图l10 i = 0l3l 求图求图 l31电路中的电流电路中的电流i.思考与练习思考与练习 A3 0A2A1i