电路分析基础-上海交通大学出版社-第1章-1

1、电路分析基础,电路？,电力产生,电力配送,强电电路高压电路,输配电电路,民用供电电路,电路是电流的通路，是由电气器件相互联接而构成的；是由电源、负载和中间环节组成的。,弱电电路低压电路,电路是信息的通路，用于传递和处理信号。,本课程研究的电路是,基本元件构成的电路,电阻、电容、电感、变压器、电源等构成的电路所有电路的基础！,电路的基本物理量,电压、电流、电荷、磁通、能量和功率等。,支路分析法，回路分析法，节点分析法，网孔分析法和等效变换法等。,电路的基本定律和定理,电路分析的基本方法,欧姆定律、基尔霍夫电压和电流定律；叠加定理、戴维南定理和诺顿定理等。,本课程所处地位,它是电类各专业的专业理论

2、基础课。,（1）提高课堂上的学习效率；,（3）注重基本概念的理解并灵活运用；,（4）多做习题，必须独立完成作业；,（5）及时交流和沟通；,（6）注重实验环节。,（2）养成课前预习，课后复习的习惯；,俗话说：基础不牢，地动山摇！,本课程学习方法,（1）按时上课；缺课三分之一，将被取消考试资格；,（2）课堂上认真听讲，重点内容要做笔记；,（4）实验要预习并写出预习报告，认真完成实验；每次实验前，需交本次实验的预习报告，以及上次实验的实验报告。,（3）认真完成作业，要“抄题”、要“画图”，图上标明参数、变量和方向；每次布置的作业要求在下周第一次上课时交齐，逾期未交，则一律不再收取。欠交三之一作业，取

3、消考试资格。,学习本课程几点要求,1.电压、电流的参考方向,3.基尔霍夫定律,重点,第一章电路的基本概念和基本定律,2.电路元件的特性,下页,4.电路的等效变换,1.1电路和电路模型（model),1.实际电路,功能,a能量的传输、分配与转换；,由电工设备和电气元器件按预期目的连接，构成电流的通路。,b信息的传递与处理。,名词,电源：,提供电能或电信号的器件。,也称之为“激励”。,负载：,用电设备。(消耗、存储能量),响应：,各支路的电压和电流。,下页,由理想元件符号连接组成的电路，反映实际电路部件的主要电磁性质。,2.电路模型(CircuitModel),电路图,理想元件,反映元件主要电磁性

4、能而忽略它的次要性能元件。元件性能理想化。,电路模型,下页,上页,几种基本的理想电路元件：,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；,电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件；,电源元件：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。,下页,上页,例,下页,上页,注,（1）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；,（2）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。,电感元件,直流应用下模型,交流应用下理想模型,交流应用下实际模型,高频应用下实际模型,3.集总参数电路,由集总元件构成的电路,集总元件,假定发生的电磁过程都集

5、中在元件内部进行；,集总条件,从一端流入的电流等于另一端流出的电流；,下页,上页,两个端子之间的电压为单值量。,不满足集总参数条件的电路称为分布参数电路。,例：晶体管调频收音机最高工作频率约108MHz。问该收音机的电路是集总参数电路还是分布参数电路?,收音机的几何尺寸d0吸收正功率(实际吸收),P0发出正功率(实际发出),P0发出负功率(实际吸收),（2）u,i取非关联参考方向,下页,上页,例,图所示电路图中,解,注,计算功率时必须注意电压和电流的参考方向，还需注意公式中各数值的正负号的含义,求其功率。,因为图中电压电流为非关联参考方向,表示该元件提供功率。,解,为负值的电压、电流，表明其实

6、际方向与参考方向相反。,下图标出了元件的实际方向，电压也可以用箭头表示极性由“+”指向“-”,例,求:图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功率。已知：U1=1V,U2=3V,U3=8V,U4=4V,U5=7V,U6=3VI1=2A,I2=1A,I3=1A,解,注,对一完整的电路，发出的功率消耗的功率,下页,上页,压敏电阻,贴片电阻,热敏电阻,滑线电阻,电位器,1.3电阻元件(Resistor)和欧姆定律,水泥电阻,金属膜电阻,电阻元件实物图,线性电阻元件,电路符号,对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用ui平面的一条过零点的曲线来描述。,任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。,1.电阻定义,

7、伏安特性,下页,上页,ui关系,R称为电阻，单位：(欧)(欧姆),满足欧姆定律(OhmsLaw),单位,G称为电导，单位：S(西)(西门子),u、i取关联参考方向,伏安特性为一条过原点的直线,下页,上页,2.欧姆定律,(2)如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号；,注,(3)线性电阻是无记忆、双向性的元件。,欧姆定律,(1)只适用于线性电阻(R为常数）；,则欧姆定律写为：,uRiiGu,公式和参考方向必须配套使用！,下页,上页,+,3.功率和能量,上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。,功率,下页,上页,从t0到t时刻电阻消耗（吸收）的能量：,能量,4.电阻的开路与短路,

8、短路,下页,上页,线性电阻元件的电流无论为何值时，其两端电压均为零。,开（断）路,线性电阻元件的端电压无论为何值时，其电流均为零。,元件两端电压总能保持定值或是一定的时间函数，其电压值与流出的电流i无关，这样的元件叫做理想电压源。,电路符号,定义,下页,上页,1.4电压源与电流源,1.1理想电压源,1.独立源,电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关；,通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。,理想电压源的电压、电流关系：,伏安关系,例,外电路,电压源不能短路！,下页,上页,电压源的功率,电流（正电荷）经过电源，由高电位向低电位移动，能量降低，电源吸收功率。,（1

9、）电压、电流的参考方向非关联,电流（正电荷）经过电源，由低电位向高电位移动，能量增高，电源发出功率。,发出功率，起电源作用,（2）电压、电流的参考方向关联,吸收功率，充当负载,下页,上页,例,计算图示电路各元件的功率。,解,满足：P（发）P（吸）,下页,上页,实际电压源,考虑内阻,伏安特性,一个好的电压源要求,下页,上页,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。,输出电流总能保持定值或一定的时间函数，且电流大小与它的两端电压u无关。,电路符号,1.2理想电流源,定义,(1)电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。,电流源两端的电压由

10、电流源及外电路共同决定。,理想电流源的电压、电流关系：,伏安关系,下页,上页,例,外电路,电流源不能开路！,实际电流源的产生：,可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下被激发产生定值的电流等。,下页,上页,电流源的功率,（1）电压、电流的参考方向非关联,发出功率，起电源作用,（2）电压、电流的参考方向关联,吸收功率，充当负载,下页,上页,例,计算图示电路各元件的功率。,解,满足：P（发）P（吸）,下页,上页,实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。,实际电流源,考虑内阻,伏安特性,一个好的电流源要求,下页,上页,电压源电压（或电流

11、源电流）的大小和方向不是定值或给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压(或电流)控制，这类电源称之为受控源。,电路符号,受控电压源,2.1定义,受控电流源,下页,上页,2.受控源(非独立源)(ControlledSourceorDependentSource),(1)受电流控制的电流源(CCCS),:电流放大系数,由控制量和被控制量是电压u或电流i，受控源可分四种类型：（当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。）,2.2分类,输出：受控部分,输入：控制部分,下页,上页,g:转移电导,(2)电压控制的电流源(VCCS),(3)电压控制的电压源(VCVS),:

12、电压放大系数,下页,上页,(4)电流控制的电压源(CCVS),r:转移电阻,例,电路模型,下页,上页,晶体管放大电路,2.3受控源与独立源的比较,(1)独立源电压(或电流)由电源本身决定，与外接电路无关；而受控源电压(或电流)由控制量决定。,(2)独立源在电路中起“激励”作用，产生电压和电流；而受控源只是反映输出端与输入端的控制关系，不能作为“激励”。,例,求：电压u2。,解,下页,上页,1.5基尔霍夫定律(KirchhoffsLaws),基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律(KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)。它反映了电路元件连接之后所有支路电压和电流应遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本

13、定律。,下页,上页,基尔霍夫定律与VCR构成了电路分析的基础。,VCR,KCL、KVL,元件特性,连接结构,1.几个名词,电路中通过同一电流的分支。(b),三条或三条以上支路的连接点称为结点。,b=3,a,n=2,b,（1）支路(branch),每一个二端元件或每个二端元件串联组合。,(2)结点(node),下页,上页,两个结点之间至少有一个电路元件。,由支路组成的闭合路径。(l),两结点间的一条通路，由支路构成。,对于平面电路，其内部不含任何支路的回路称为网孔。,l=3,3,(3)路径(path),(4)回路(loop),(5)网孔(mesh),网孔是回路，但回路不一定是网孔,下页,上页,2

14、.基尔霍夫电流定律(KCL),令流出为“+”，有：,例,在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出或流入该结点电流的代数和等于零。,流进的电流等于流出的电流,下页,上页,标定各支路电流参考方向，,例,三式相加得：,KCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面,明确,（1）KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；,（2）KCL是对支路电流施加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,（3）KCL方程是按电流参考方向列写，无须考虑电流实际方向。,下页,上页,（2）选定回路绕行方向，顺时针或逆时针。令参考方向与绕行方向一致的电压为“+”，否则为“-”，有：,在集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合路径绕行，各元件电压的代数和等于零。,（1）标定各元件电压参考方向,或：,下页,上页,3.基尔霍夫电压定律(KVL),例,KVL也适用于电路中任一假想的回路,明确,（1）KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律;,（2）KVL是对回路电压施加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非