现代电工电子技术 课件 第1、2章 电路基本概念、电路分析方法

第一章

电路的基本概念与定律第一章电路的基本概念与定律介绍概念:什么是电路?电路元件?电路模型?电路参数?参考方向?什么是什么是KCL?KVL?第一节电路和电路模型第二节电路的基本物理量及其参考方向第四节电压源和电流源第五节受控电源第六节基尔霍夫定律第七节电功率和电位的计算第三节电阻、电感和电容HOME什么是电路?

由电路器件和电路元件(如电容、电感、电阻等）相互连接而成，具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能

最简单的电路由电源、负载、中间环节构成观看电流的通路

电压源中间环节

负载电池中间环节负载实际电路电路模型HOME第一节电路和电路模型

下面是简单电路和电路模型：实际的电路很复杂，本书只讨论电路模型而非实际电路本身比如上图的电池等效成了电压源；而灯泡等效成了电阻。

电容电感电流源它从复杂实际电路中等效而来,是由电路元件构成的。电阻

何为

电路模型？

何为电路元件？无源电路元件有源电路元件HOME电压源1、电流在导体中，自由电子在电场力的作用下做有规则的移动形成电流正电荷移动的方向为电流的实际方向规定：电路理论中涉及的电路变量电流、电压、电功率I

直流电流

电流的单位是安培1A=1000mA1mA=1000μA

i

交流电流HOME第二节电路的基本物理量及其参考方向2、电压UABABI电场力把单位正电荷由A搬到B所做的功

表示为

UAB也叫电压降或电位差单位

伏特V1V=1000mV,1mV=1000μV

与电压代表的意义相同，可以说电位是电压的一种特例定义：A点与参考点间的电压，记做UA方向为从A至B

电场力将电位正电荷从电源的低电位点移到高电位点所做的功电动势用E表示，实际方向为电位升的方向，与电压方向相反电压？电位？电动势？电压电位电动势HOME电压、电压降、电位差、电位、电动势它们的相同点它们的区别单位相同都是伏特（V）仅电动势的方向与其它的相反注意电压的名称3.电功率

电功率与电压和电流密切相关。当正电荷从元件上电压的“+”极经元件移至“-”极时，电场力要对电荷作功，这时，元件吸收能量；反之，正电荷从“-”极到“+”极时，电场力作负功，元件向外释放能量。功率用p来表示p(t)=u(t)i(t)单位为W

、mW

、kW定义HOME当电压、电流均是直流量，应有

P=UI在直流电路中电阻元件

始终消耗功率电感和电容元件

不消耗功率电压源和电流源

有时发出功率，也有时消耗功率，需要看I和U的方向。4.参考方向

电路变量的参考方向原则上可以任意假定,一般地，无源电路元件的电流参考方向一旦确定,则电压的参考方向也随之而定,即取与电流相关联的参考方向。如：如此确定电流I如此确定电流才有如此的电压IUABUBAHOME才有如此的电压ABAB电压降是有方向的abab从a到b从b到a有源元件上自有方向+US

Is电压源电流源在这一节里要弄懂电路变量和变量的参考方向

无源电路元件：电阻R

、电感

L

、电容C

这里介绍1.电阻文字符号：R图形符号（灯泡、电炉等均可视为电阻）当电压和电流取关联参考方向时，任何时刻它两端的电压和电流关系服从欧姆定律u=Ri{伏安关系功率情况：p=ui直流电路中：永远消耗功率2.电容{文字符号图形符号伏安关系功率情况Cp=ui电流和电压的变化率成正比在直流电路中P=0电容是储能元件,不消耗有功功率3.电感文字符号图形符号伏安关系功率情况Lp=ui电压和电流的变化率成正比在直流电路中P=0电感是储能元件,不消耗有功功率{

第三节电阻、电感和电容HOME无内阻的电压源即是理想电压源输出电压恒定,即特点外特性uULi特点有内阻的电压源即是实际电压源

输出电压不再恒定！外特性iuUL第四节电压源和电流源

1.电压源理想电压源实际电压源输出电流任意（随RL

而定）HOME无内阻的电流源即理想电流源特点输出电流恒定输出电压随RL而定有内阻的电流源即实际电流源特点输出电压和电流均随RL而定2.电流源理想电流源实际电流源HOME实际电压源与实际电流源的端口处具有相同的伏安特性:对外电路来说,电压源和电流源可以互相等效两种实际电源间的等效变换电流源电压源开路时短路时开路时短路时HOME开路电压对等短路电流对等即即对外电路来说,电压源和电流源可以互相等效等效互换的条件HOME将下图中的电压源等效为电流源,并求两种情况下负载的I、U、P.解：仍然有I=2AU=2VP=4WI=6/3=2AU=2VP=2*2=4W

解得等效为求图示电路的开路电压与短路电流。例1-1例1-2HOME与理想电压源并联的所有电路元件失效（对外电路来说）与理想电流源串联的所有电路元件失效（对外电路来说）化简如下电路：（a）（b）切记例1-3（c）HOME独立电源独立电压源，其电压不受外电路影响和控制独立电流源，其电流不受外电路影响和控制受控电源电压控制的电压源

VCVS电流控制的电压源

CCVS电压控制的电流源

VCCS电流控制的电流源

CCCS受控电压源受控电流源HOME第五节受控电源支路（Branch）：电路中的每一条分支节点（Node）：三条以上支路的交叉点回路（Loop）由支路构成的闭合路径6条支路----b=64个节点----n=47个回路----L=7该电路拥有预备知识名词解释：1.6.1HOME第六节基尔霍夫定律基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律（Kirchhoff’sCurrentLaw）基尔霍夫电压定律（Kirchhoff’sVoltageLaw）简称

KCL简称

KVLKCL内容KVL内容对任意节点，任意时刻，对任意闭合回路，任意时刻，沿一定方向绕行一周，各元件上电压降的代数和为零。流入（或流出）该节点的电流代数和为零。即∑u=o即

∑i=o1.6.2HOME

基尔霍夫电流定律（KCL）祥解I1I2I3I4KCL的依据：电流的连续性

I=0即：例如在下图节点中可以根据KCL列写方程：流入为正，流出为负1.6.2定律内容∑i=oI1I2I3KCL还可适用于任意封闭的面，对下面封闭面可列方程：I1+I2-I3

=0HOMEU2U3U1+_RR1R+_+_RI=?I=0

基尔霍夫电压定律（KVL）详解

回路#1

#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1回路#2：

#2回路#3

：#3第3个方程不独立1.6.2即：对任意闭合回路，任意时刻，沿一定方向绕行一周，各元件上电压降的代数和为零。对下图中各回路列写方程：HOME不要列写不独立的方程如何避免？？所选回路必须含有新支路！！

基尔霍夫电压定律（KVL）详解

回路#1

#1aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1回路#2

#2回路#3

#3第3个方程不独立!1.6.2即：对任意闭合回路，任意时刻，沿一定方向绕行一周，各元件上电压降的代数和为零。对下图中各回路列写方程HOME3个回路，2个方程独立扩展：不仅适用于封闭的回路，也适用于形式上半封闭的回路

节点电流方程：节点a：节点b：独立方程只有1个

回路电压方程：独立方程只有2个1.6.2HOMEaI1I2U2+-R1R3R2+_I3#1#2#3bU1

回路#1

回路#2

回路#3

设：电路中有N个节点，B个支路小结独立的节点电流方程有(N-1)个则：归纳总结独立的回路电压方程有(B-N+1)个1.7.1电功率的计算在直流电路中电阻元件

始终消耗功率电感和电容元件

不消耗功率电压源和电流源

有时发出功率，也有时消耗功率，需要看I

和U

的方向。IU1

发出功率+-U2

吸收功率当电源上的电压和电流方向相反时，电源发出功率。当电源上的电压和电流方向相同时，电源吸收功率。U1与I方向相反U2与I方向相同

在电路中，功率是平衡的HOME第七节电路中的功率和电位的计算1.7.2电位的计算a+-12V经常这样表示：12Vaa+12V0Va+12V-4V5030aUAUBR1R2HOME图示电路：求U和I。例1-4解：3+1-2+I=0，I=-2（A）U1=3I=-6（V）U+U1+3-2=0，U=5（V）1A3A2A3V2V3UIU1HOME例1-510V55i1i2ii2S求下图电路开关S打开和闭合时的i1和i2。S打开：i1=0i2=1.5(A)i2=i+2i5i+5i2=10S闭合：i2=0i1=i+2ii=10/5=2i1=6(A)第一章电路的基本概念和定律习题课学习要点

本章学习要点是理解和掌握下述基本概念和知识点：

1、电路和电路模型分析方法；

2、电路变量的参考方向；

3、一般激励时的R、L、C电路特性；

4、电压源和电流源；

5、受控电源；

6、电源的等效变换；

7、基尔霍夫定律；

8、电功率和电位的计算。HOME选择题1、在下图电路中，对负载电阻RL而言，虚线框中的电路可用一个等效电源代替，该等效电源是（）。理想电压源b)理想电流源c)不能确定a2、已知电路中,则A、B间的电压UAB为（）c-1Vb)0c)1VHOME3、在下图电路中，已知则A、B两点间的电压UAB为（）。-18V18Vc)-6Va12V2A4、已知图1中的电流源代替图1所示的电路，该等效电流源的参数为（）。6A2Ac)–2A图1图2c用图2所示的等效理想HOME5、在下图电路中，当增大电阻R1的阻值时，电流I2将（）。a)减小b)增大c)不变c6、下图电路的开路电压为（）。4Vb)8.67Vc)6Vc+2VI？对回路列写KVL：HOME7、在下图的电路中，由（）供给功率。a)电压源b)电流源c)电压源和电流源b8、已知下图电路中的电阻R1和R2消耗的功率由（）供给。a)电压源b)电流源c)电压源和电流源cHOMEc9、在图示电路中，当开关S打开时，A

点的电位UA（）。-3V-6Vc）-9V10、在下图的电路中，当开关S闭合时，A点的电位UA（）。a)-3Vb)-6Vc)-9VbHOME第二章电路分析方法

第二章电路的分析方法2.1电路的等效变换HOME2.2支路电流法2.3节点电位法2.4迭加定理2.5戴维南定理I=I'

；Uab

=Uab'即：IRS+-UbaUabISabUab'I'RS'U=ISRS´RS=RS´IS=U/RS等效互换的条件：开路电压对等，或短路电流对等。不难得出等效互换公式如下：HOME2.1电源的等效变换法例：电压源与电流源的等效互换举例I2

+-10VbaUab5AabI'10V/2

=5A2

5A

2

=10VU=ISRS´RS=RS´IS=U/RS2.1HOME等效变换的注意事项“等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏--安特性一致），对内不等效。(1)2.1注意转换前后

Us与

Is

的方向(2)恒压源和恒流源不能等效互换(3)(5)RS和

RS'不一定是电源内阻。aUS+-bIRSIsaRS’bI'aIsRS'bI'US+-bIRSa(4)与恒压源并联的电路元件失效；与恒流源串联的电路元件失效HOME应用举例-+3A212V+-4454I=？16V43A454I2??6A4A3A54I??6+4=10A10A2//4//4=1Ω1+110V+412V5I--（负号表示实际方向与假设方向相反）2.1求I=？HOME10V+-2A2

I讨论题哪个答案对???

2.110V+-2

I实际上HOME未知数：各支路电流解题思路：根据KCL，列节点电流方程

根据KVL，列回路电压方程方程总数=未知电流数联立求解解题步骤：1.假设各支路电流参考方向2.列写“KCL”方程和“KVL”方程3.联立求解2.2HOME

2.2支路电流法例1列写3个节点电流方程：

？条支路，？个未知电流数dU+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1UxaI3s2.2电路如图，求解各支路电流。解：要列5个方程56列写回路电压方程：联立求解注意避免列写含恒流源的回路方程！HOME0=0=0=3-SI6-I4I:c5-I4-I2I:b3+SI2-I1I:a例:U1=140V，U2=90VR1=20

，R2=5

，R3=6

求：各支路电流。I2I1I3R1U1R2U2R3+_+_解法1：支路电流法ABA节点：I1-I2-I3=0回路1：I1R1+I3R3-U1=012回路2：I2R2-I3R3+U2=0I1-I2-I3=020I1+6I3=1405I2-6I3=-90I1=4AI2=-6AI3=10A负号表示与设定方向相反2.2整理得：解得假设电流参考方向列写方程HOME例:U1=140V，U2=90VR1=20

，R2=5

，R3=6

求：电流I3

。I3R1U1R2U2R3+_+_解法2：电压源电流源的等效互换IS12R3R1225A6

4

I3IS1IS2R3R1R27A18A6

20

5

I32.2HOME

2.3节点电压法2.3R1R2+--+Us1Us2R3R4R5+-U5节点电压法是以节点电压为变量，应用KCL列出与独立节点数相同的方程，从而解得节点电压乃至支路电流。下图中有？

个节点①

②③3选择一个节点作为参考节点另外两个节点的电位或电压为U1U2节点电压法解题步骤：选定参考节点列写节点电压方程3.解方程求节点电压如何列写节点电压方程？请看下页HOME2.3节点电压方程的推导先列写两个对应的节点电流方程：R1R2+--+Us1Us2R3R4R5I2I3I4I1①

U1U2②Is1将各电流用节点电压表示：并将其代入上式整理得：节点电压方程HOME找出列节点电压方程的规律性2.3R1R2+--+Us1Us2R3R4R5I2I3I4I1①

U1U2②Is1流入节点①的电激流节点①与②的互电导节点①的自电导节点②的自电导流入节点②的电激流节点②与①的互电导HOME找出列节点电压方程的规律性2.3I3R1R2+--+Us1Us2R3R4R5I2I4I1①

U1U2②Is1电激流互电导自电导与某节点相关联的所有支路电阻倒数之和（取正）①与②间的互电导是指与①②均关联的支路电阻倒数之和（取负）有几个含源支路，就有几项，流入为正，流出为负对于电压源支路，若电源的正极对着节点，则取正HOME

节点电压法适用于支路数多，节点少的电路。

在有多个独立电源同时作用的线性电路中，任意支路的电流或任意两点间的电压，等于各个电源单独作用时所得结果的代数和。叠加原理内容一个电源单独作用时，其它独立源失效独立源失效意为2.4独立电压源短路独立电流源开路

2.4叠加原理HOME+BI2R1I1U1R2AU2I3R3+_+_原电路I2''R1I1''R2ABU2I3''R3+_U2单独作用+_AU1BI2'R1I1'R2I3'R3U1单独作用叠加原理这里，U2失效即令其短路；2.4U1失效即令其短路。HOME用叠加原理求I2BI2R1I1U1R2AU2I3R3+_+_I2''2

6

AB7.2V3

+_+_A12VBI2'2

6

3

已知：U1=12V，U2=7.2V，R1=2

，R2=6

，R3=3

解：I2´=根据叠加原理，I2=I2´+I2

1A–1A0A=+I2=I2´+I2

=I2"=？？2.4HOME例1+-10

I4A20V10

10

用迭加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10

I´4A10

10

+-10

I"20V10

10

解：2.4“恒流源失效”即令其开路。HOME例2原电路分解为应用叠加定理要注意的问题1.只适用于线性电路。2.叠加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。2.4HOME3.迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功率，即功率不能叠加.4.运用迭加定理时也可以把电源分组求解，每个分电路的电源个数可能不止一个。=+名词解释：无源二端网络：有源二端网络：2.5戴维南定理和诺顿定理二端网络：若一个电路只通过两个输出端与外电路相联，则该电路称为“二端网络”。ABAB2.5HOME有源二端网络用电压源模型替代

---戴维南定理有源二端网络用电流源模型替代---诺顿定理2.5有源二端网络RUocReq+_R有源二端网络R戴维南定理诺顿定理ReqRIsc等效为等效为2.5戴维南定理和诺顿定理HOME等效电压源的电压等于有源二端网络的开端电压UOC；等效电压源的内阻等于有源二端网络对应无源二端网络的输入电阻RO

有源二端网络RUocRO+_R2.5等效电压源的电压Uoc

等于有源二端网络的开路电压等效电压源的内阻Ro等于有源二端网络中独立源失效后的输入电阻。有源二端网络ocUAB相应的无源二端网络ABROUoc=?RO=?掌握了求解Uoc

和RO的方法就是掌握了戴维南定理HOME2.5戴维南定理适用于求解复杂网络中某一条支路的电流或某两点间的电压用戴维南定理求解电压或电流的步骤：4

4

50

5

33AB1ARL+_8V_+10VCDEI移去待求支路，造一个二端网络1求出Ro2求出Uoc3求出待求量5移回待求支路，画出戴维南等效电路4UocRo+_RLIABHOME例1已知：R1=R4=20

R3=R2=30

U=10V求：当R5=10时，I5=?R1R3+_R2R4R5UI5R5I5R1R3+_R2R4U2.5移去待求支路，造一个二端网络1AB解：有源二端网络未完，接下页HOME求出R02R0R1R3R2R4AB求出Uoc3UocR1R3+_R2R4UABCD移回待求支路，画出戴维南等效电路4求出待求量5R510UocRo+_I242V2.5HOME电路如图，试用戴维南定理求UL=?4

4

50

5

33AB1ARL+_8V_+10VCDEUL例22.5AB移去待求支路，造一个二端网络1求出Ro24

4

50

5

ABCDEAB解：显然，Ro=50+2+5=57Ω独立源失效后的等效电路未完，接下页HOME求出Uoc3移回待求支路，画出戴维南等效电路4求出待求量54

4

50

5

33AB1ARL+_8V_+10VCDEULAB电流通路UocRL33UocRo+_579VABUL#续例2HOME第二章小结及习题举例HOME1、电路、电路模型、支路、回路、节点；2、参考方向、参考节点和节点电压。各电路分析方法的特点：5、戴维南定理：（适用于线性