電路分析基礎(chǔ)講義ppt課件

1、退出,開始,電路分析基礎(chǔ),1-1 電路及集總電路模型,電路及集總電路模型,無線通信系統(tǒng),電力系統(tǒng),電路及集總電路模型,實(shí)際電路,由電阻器、電容器、電感器、電源等部 件(component)及晶體管等器件(device)相互連接組成的系統(tǒng),功能,電能的傳輸、分配、控制、轉(zhuǎn)換電能、信號處理,提供能量的部件（例電池、發(fā)電機(jī)等,消耗電能的部件（例照明燈、電爐、喇叭等,傳輸、分配和控制電能（例如導(dǎo)線、 開關(guān)等,電源(source,負(fù)載(load,連接設(shè)備,電路及集總電路模型,集總參數(shù)元件(lumped parameter element,當(dāng)實(shí)際電路的尺寸遠(yuǎn)小于其使用時(shí)最高工作 頻率所對應(yīng)的波長時(shí)而抽象出

2、的理想元件,二端集總元件的表示,集總參數(shù)元件,電路及集總電路模型,集總電路模型,由集總參數(shù)元件組成的電路,分布參數(shù)電路(distributed parameter circuit,當(dāng)實(shí)際電路的尺寸大于其最高工作頻率所對應(yīng)的波長或兩者屬于同一數(shù)量級時(shí),實(shí)際手電筒示意圖,實(shí)際手電筒的電路模型,退出,開始,電路分析基礎(chǔ),1-2 電路變量,描述電路性能的物理量有電流、電壓、電荷、磁通（或磁鏈）及電功率和電能量。本節(jié)主要介紹電路分析中最常用的電流、電壓和功率三個(gè)物理量,電流及其參考方向,電壓及其參考極性,關(guān)聯(lián)參考方向,功率,內(nèi)容提要,兩種粒子：質(zhì)子（正電荷）、電子（負(fù)電荷,電量：帶電粒子所帶電荷的多少,

3、符號：q或Q,1.1定義：單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量稱為 電流（current,1.電流(current)及其參考方向,單位：庫侖（C,單位：安培（A），mA，A,方向：正電荷流動(dòng)的方向,表示：箭頭，雙下標(biāo),1.電流(current)及其參考方向,根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定電流的真實(shí)方向,1.2 電流的參考方向(reference direction,任意選定的方向（正方向,返回,1.電流(current)及其參考方向,直流(Direct Current-DC)：電流的大小和方向都不隨時(shí)間變化?？梢杂谩癐”表示,交流(Alternating Current-AC)：電流的大小和方向都隨時(shí)間作周期性變

4、化,單位正電荷在電場中由a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)時(shí)所獲得或失去的能量。也稱為電位差,2.1 定義,方向：高電位點(diǎn)指向低電位點(diǎn)的方向,表示：箭頭，正、負(fù)號，雙下標(biāo),2.電壓(voltage)及其參考極性,單位：伏特（V），mV，V，kV,w是能量的符號，單位為焦耳（J,2.2 電壓的參考方向（參考極性,任意選定的方向（正方向,根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定電壓的真實(shí)方向,2.電壓(voltage)及其參考極性,直流電壓（U），交流電壓u,箝位,在電路分析中經(jīng)常箝位 （零電位,返回,例題1,則,關(guān)聯(lián)參考方向,非關(guān)聯(lián)參考方向,3.關(guān)聯(lián)參考方向,電流參考方向與電壓參考“”極到“”極的方向一致,定義,返回,4.功率(power

5、,在關(guān)聯(lián)參考方向下,若支路為非關(guān)聯(lián)，則,單位時(shí)間內(nèi)電荷獲得或失去的能量,單位時(shí)間內(nèi)支路所吸收的能量為,定義,單位：瓦特（W）， kW， mW，W,單位的對應(yīng)：i(A),u(V) p(W,4.功率(power,根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷是吸收能量還是供出能量,判斷元件是吸收能量還是供出能量的方法： 1、判斷關(guān)聯(lián)方向 2、計(jì)算功率，獲得功率值的符號,判斷下圖所示支路是吸收功率還是提供功率,a) ，吸收功率,b) ,提供功率,c,吸收功率，電源處于充電狀態(tài),例題2,解,返回,例題3,1-3 基爾霍夫定律,退出,開始,電路分析基礎(chǔ),基爾霍夫電流定律 （KCLKirchhoffs Current Law,基爾霍夫

6、電壓定律 （KVLKirchhoffs Voltage Law,電路名詞,內(nèi)容提要,1.幾個(gè)電路名詞,節(jié)點(diǎn)(node)：支路的連接點(diǎn),支路電壓和支路電流:流經(jīng)元件的電流和元件兩端的電壓,支路(branch)：聯(lián)接于電路中的每一個(gè)二端元件,回路(loop)：電路中的任一閉合路徑,網(wǎng)孔(mesh)：內(nèi)部不含有支路的回路,復(fù)合支路,1.幾個(gè)電路名詞,電荷守恒KCL,能量（功率）守恒KVL,返回,2.基爾霍夫電流定律(KCL,KCL 也適用于廣義節(jié)點(diǎn)（封閉面,說明,若規(guī)定流出為正，則流入就為負(fù)。KCL又可表示為,返回,定律內(nèi)容,在集總參數(shù)電路中，任一瞬間，流入（或流出）電路中任一節(jié)點(diǎn)的電流代數(shù)和恒等于

7、零,說明,對于C節(jié)點(diǎn),對于D節(jié)點(diǎn),式(1)+式(2)得,KCL 也適用于廣義節(jié)點(diǎn)（封閉面,返回,在集總參數(shù)電路中，任一瞬間，流入（或流出）電路的任一閉合面的電流代數(shù)和恒等于零,3.基爾霍夫電壓定律(KVL,定律內(nèi)容,在集總參數(shù)電路中，任一瞬間沿任一回路各支路電壓的代數(shù)和等于零,電壓參考方向與回路繞行方向一致為正，反之為負(fù),3.基爾霍夫電壓定律(KVL,KVL應(yīng)用于閉合節(jié)點(diǎn)序列,注意,總結(jié),KVL反映了電路在回路中的電壓約束關(guān)系,KCL反映了電路在節(jié)點(diǎn)上的電流約束關(guān)系,KCL與KVL兩者是拓?fù)浼s束關(guān)系,KCL、KVL適用于集總參數(shù)電路，只與電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)，與元件性質(zhì)無關(guān),返回,1-4 電阻元

8、件,定義,電壓電流關(guān)系,功率,內(nèi)容提要,開路和短路,1.定義,任意時(shí)刻，二端元件的電壓 u 與電流 i 之間存在代數(shù)關(guān)系 ，即為u-i平面上的一條曲線，則稱此二端元件為電阻元件(resistor,電阻元件是實(shí)際電阻器的抽象模型，只反映電阻器對電流呈現(xiàn)阻力的性能,返回,2.電壓電流關(guān)系(VCR)（伏安特性,線性電阻元件的VCR服從歐姆定律(Ohms law,單位：歐姆()伏(V)/安(A)，k ，M,u、i為關(guān)聯(lián)參考方向,電導(dǎo)(conductance,單位：西門子(S) 安(A) /伏(V,電阻(resistance,2.電壓電流關(guān)系,伏安特性曲線：在u-i平面(或i-u平面)上繪出的元件的VC

9、R,線性電阻元件的伏安特性曲線是一條經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。電阻值決定了直線的斜率,線性(linear)，非線性(nonlinear,符號 伏安特性,符號 充氣二極管的伏安特性,時(shí)變(time-varying)，非時(shí)變(time-invariant,非時(shí)變:伏安特性曲線不隨時(shí)間而變化,2.電壓電流關(guān)系,二極管,2.電壓電流關(guān)系,二極管具有單向?qū)щ娦?返回,3.功率,u、i為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí),或,討論,當(dāng)R 0時(shí)，p 0，元件吸收能量，消耗功率,當(dāng)R 0時(shí)，p 0，元件釋放能量，提供功率,實(shí)際電阻元件是一種耗能元件,無源(passive)元件：對所有t - 及所有的u、i組合，當(dāng)且僅當(dāng)元件吸收的能量滿

10、足 時(shí)，稱該元件為無源元件。否則，為有源(active)元件,返回,電阻元件是一種無源、無記憶元件,4.開路和短路,當(dāng)R 時(shí)，i = 0，開路,當(dāng)R = 0時(shí)，u = 0，短路,返回,人體對電流的反應(yīng),人體電阻：體內(nèi)，皮膚 500歐姆 幾十幾百歐姆,安全電流：10mA,1-5 電壓源,退出,開始,電路分析基礎(chǔ),內(nèi)容提要,1.理想電壓源,1.1 基本性質(zhì)：（1）端電壓是定值或是固定的時(shí)間函 數(shù)，與流過的電流無關(guān)；（2）流過電壓源的電流 由與之相連接的外電路決定,注意,返回,1.2 伏安特性,2.非理想電壓源（實(shí)際電壓源,理想電壓源是從實(shí)際電源中抽象出來的一種模型。本書只研究理想電壓源（電壓源,分

11、析,觀察一個(gè)實(shí)際電源的例子,負(fù)載電流,分析,如果電源是恒壓源，則無論R取何值，恒有,隨著R，i，u,原因：電源內(nèi)部存在電阻（稱為內(nèi)阻,實(shí)際電壓源模型,結(jié)論,返回,1-6 電流源,理想電流源,非理想電流源,內(nèi)容提要,1.理想電流源,理想電流源不能開路,注意,1.1 基本性質(zhì)：（1）供出的電流是定值或是固定的時(shí) 間函數(shù)，與其兩端的電壓無關(guān)；（2）電流源兩端 的電壓由與之相連接的外電路決定,1.2 伏安特性,可以是直流信號 ，也可以是交變信號,返回,輸出特性,開路電壓,短路電流,2.非理想電流源（實(shí)際電流源模型,理想電流源是由實(shí)際電流源抽象而來的理想化模 型。實(shí)際電流源可以看作是理想電流源 和一個(gè)電

12、 導(dǎo) 或電阻 的并聯(lián)組合,返回,求圖（a）所示電路中的電流 、 和 及 圖（b）中的電壓 和,a,b,b,例題1,a,解,1-7 受控源,退出,開始,電路分析基礎(chǔ),基本概念,理想受控源模型,幾點(diǎn)說明,內(nèi)容提要,1.基本概念,受控源(controlled source)是由某些電子器件抽象而來的一種電 源模型，這些電子器件都具有輸出端的電壓或電流受輸入端的 電壓或電流控制的特點(diǎn)。像晶體管、變壓器、運(yùn)算放大器等電 子器件都可以用受控源作為其電路模型,1.基本概念,端口(port)：指電路中具有以下性質(zhì)的一對端點(diǎn)：從這對端點(diǎn)中的一端流入的電流等于從另一端流出的電流,受控電源是二端口元件，由控制支路和

13、受控支路組成,受控電源的符號表示,單端口網(wǎng)絡(luò)（單口網(wǎng)絡(luò)）：有一個(gè)端口的網(wǎng)絡(luò),二端口網(wǎng)絡(luò)（雙口網(wǎng)絡(luò)）：有兩個(gè)端口的網(wǎng)絡(luò),受控源的類型,控制量,受控量,1.基本概念,返回,2.理想受控源模型,VCVS(Voltage Controlled Voltage Source,CCVS (Current Controlled Voltage Source,電壓比系數(shù),轉(zhuǎn)移電阻,CCCS (Current Controlled Current Source,VCCS (Voltage Controlled Current Source,電流比系數(shù),轉(zhuǎn)移電導(dǎo),2.理想受控源模型,返回,3.幾點(diǎn)說明,受控源與獨(dú)

14、立源有本質(zhì)的區(qū)別。獨(dú)立源的電壓或電流是獨(dú)立存在的，而受控源的電壓或電流受電路中某些量的控制，控制量消失，則受控源也不存在,受控源吸收的功率為,在分析電路時(shí)，通常先把受控源看作獨(dú)立源對待， 并將控制量代入,解,例題1,下圖所示為一簡化的晶體管微變等效電路， 已知 ，求,解,返回,例題2,如圖所示電路中，已知 ， ， 求受控源的功率,吸收功率,退出,開始,電路分析基礎(chǔ),1-8 電阻的等效變換 輸入電阻,電阻元件的等效變換,等效的概念,內(nèi)容提要,輸入電阻,1.等效的概念,等效(equivalence): 如果一個(gè)單口網(wǎng)絡(luò)N和另一個(gè)單口網(wǎng)絡(luò)N的電壓電流關(guān)系完全相同，即它們在平面上的伏安特性曲線完全重合

15、，則稱這兩個(gè)單口網(wǎng)絡(luò)是等效的,注意：等效是指對任意外電路都等效,返回,由非時(shí)變線性無源元件、線性受控源和獨(dú)立源組 成的電路稱為非時(shí)變線性電路，簡稱線性電路,如果組成線性電路的無源元件均為線性電阻，則稱 為線性電阻電路，簡稱電阻電路。電阻電路包含有 受控源的電路,如果電路中的電源均為直流電源，則稱為直流電路,根據(jù)KVL和歐姆定律,網(wǎng)絡(luò)N1,網(wǎng)絡(luò)N2,如果,則N1和N2兩網(wǎng)絡(luò)端鈕ab上的伏安關(guān)系完全相同。 即N1和N2等效,2.電阻元件的等效變換,2.1 串聯(lián),N1,N2,n個(gè)電阻串聯(lián)，則每個(gè)電阻的分壓為,即各電阻上的分壓與電阻值成正比,因?yàn)?結(jié)論：n個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)，等效電阻消耗的功率等于每個(gè)串聯(lián)電

16、阻消耗的功率之和,2.2 分壓公式,2.電阻元件的等效變換,所以,注意：熟記兩個(gè)電阻串聯(lián)的分壓公式,2.3 并聯(lián),n個(gè)電阻并聯(lián)的等效電導(dǎo)為,2.4 分流公式,即各電導(dǎo)上的分流與電導(dǎo)值成正比,2.電阻元件的等效變換,注意：熟記兩個(gè)電阻并聯(lián)的分流公式,2.電阻元件的等效變換,2.5 混聯(lián)電路,計(jì)算各支路電流、電壓的一般方法,1）利用等效電阻概念逐步化簡,2）利用分壓、分流關(guān)系求解電路,求下圖所示電路ab端的等效電阻,a,b,c,解,電路等效為如圖（b）所示,電路等效為如圖（c）所示,例題1,2.電阻元件的等效變換,2.6 T-（Y-)型等效變換,T(Y)型網(wǎng)絡(luò),型網(wǎng)絡(luò),對T型網(wǎng)絡(luò)有,2.電阻元件的

17、等效變換,對型網(wǎng)絡(luò)有,2.電阻元件的等效變換,2.電阻元件的等效變換,若,則T、網(wǎng)絡(luò)等效，對應(yīng)系數(shù)相等，故得,2.電阻元件的等效變換,2.電阻元件的等效變換,如果,則,3.輸入電阻,對不含獨(dú)立電源（可以含有受控源）的單口網(wǎng)絡(luò)，定義端口的電壓和電流之比為該單口網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻（入端電阻,等效電阻和輸入電阻相等，但概念不同,返回,解,例題2,求圖示單口網(wǎng)絡(luò)的輸入電阻,結(jié)論：對于不含獨(dú)立源但含有受控源的單口網(wǎng)絡(luò)可以等效為一個(gè)電阻，而且等效電阻還可能為負(fù)值,退出,開始,電路分析基礎(chǔ),1-9 電源的等效變換,電壓源的等效變換,電流源的等效變換,內(nèi)容提要,實(shí)際電壓源模型與實(shí)際電流源模型的等效變換,1.電壓源

18、的等效變換,1.1 電壓源的串聯(lián),結(jié)論：n個(gè)串聯(lián)的電壓源可以用一個(gè)電壓源等效置換（替代），等效電壓源的電壓是相串聯(lián)的各電壓源電壓的代數(shù)和,思考：電壓源能否并聯(lián),1.電源的等效變換,結(jié)論：電壓值不同的電壓源不能并聯(lián)，電壓值相同且電壓極性一致的n個(gè)電壓源并聯(lián)時(shí)，其對外電路的作用與一個(gè)電壓源的作用等效,1.2 電壓源的并聯(lián),推論：任何元件與電壓源并聯(lián)，其對外電路的作用與一個(gè)電壓源的作用等效,2.電流源的等效變換,2.1 電流源的并聯(lián),結(jié)論：n個(gè)并聯(lián)的電流源可以用一個(gè)電流源等效置換（替代），等效電流源的電流是相并聯(lián)的各電流源電流的代數(shù)和,思考：電流源能否串聯(lián),2.電源的等效變換,結(jié)論：電流值不同的電流源不能串聯(lián)，電流值相同且電流方向也相同的n個(gè)電流源串聯(lián)時(shí)，其對外電路的作