電路分析基礎(chǔ)學(xué)習(xí)知識(shí)講稿1

1、第一章電路模型和電路定律、教學(xué)基本要求電路理論主要研究電路中發(fā)生的電磁現(xiàn)象，用電流、電壓和功率等物理量來(lái)描述其中 的過(guò)程。因?yàn)殡娐肥怯呻娐吩?gòu)成的，因而年整個(gè)電路的表現(xiàn)如何既要看元件的連接方 式，又要看每個(gè)元件的特性，這就決定了電路中各電流、電壓要受兩種基本規(guī)律的約束, 即:（1）電路元件性質(zhì)的約束。也稱電路元件的伏安關(guān)系（VCR），它僅與元件性質(zhì)有關(guān),與元件在電路中連接方式無(wú)關(guān)。（2）電路連接方式的約束。也稱拓補(bǔ)約束，它僅與元件在電路中連接方式有關(guān)，與元件性質(zhì)無(wú)關(guān)?；鶢柣舴螂娏鞫桑↘CL）、電壓定律（KVL）是概括這種約束關(guān)系的基本定律。本章學(xué)習(xí)的內(nèi)容有：電路和電路模型，電流和電壓的參考

2、方向，電功率和能量，電路 元件，電阻、電容、電感元件的數(shù)學(xué)模型及特性，電壓源和電流源的概念及特點(diǎn)，受控源 的概念及分類(lèi)，結(jié)點(diǎn)、支路、回路的概念和基爾霍夫定律。本章內(nèi)容是所有章節(jié)的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)時(shí)要深刻理解，熟練掌握。預(yù)習(xí)知識(shí):1）物理學(xué)中的電磁感應(yīng)定律、楞次定律2）電容上的電壓與電流、電荷與電場(chǎng)之間的關(guān)系內(nèi)容重點(diǎn):電流和電壓的參考方向，電路元件特性和基爾霍夫定律是本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。難點(diǎn):電壓電流的實(shí)際方向和參考方向的聯(lián)系和差別 理想電路元件與實(shí)際電路器件的聯(lián)系和差別 獨(dú)立電源與受控電源的聯(lián)系和差別、教學(xué)內(nèi)容共10節(jié):電路和電路模型電流和電壓的參考方向§1.3電功率和能量§1.4電

3、路元件電阻元件§1.6電容元件§1.7電感元件電壓源和電流源§1.9受控電源§1.10基爾霍夫定律§1.1電路和電路模型、電路電路是電流的通路。實(shí)際電路是由電阻器、電容器、線圈、變壓器、二極管、晶體管、運(yùn)算放大器、傳輸線、電池、發(fā)電機(jī)和信號(hào)發(fā)生器等電氣器件和設(shè)備連接而成的電路。fiI壬電戀35 L HI、電路的作用1、電能的傳輸和轉(zhuǎn)換電燈電動(dòng)扒2、傳遞和處理信號(hào)話簡(jiǎn)3、測(cè)量、控制、計(jì)算等功能三、電路的組成部分1、電源:電能或電信號(hào)的發(fā)生器2、負(fù)載:用電設(shè)備3、中間環(huán)節(jié):聯(lián)接電源和負(fù)載的部分。四、電路分析1、激勵(lì):電源或信號(hào)源的電壓或電流。2、響

4、應(yīng):由于激勵(lì)在電路各部分產(chǎn)生的電壓和電流。3、激勵(lì)稱為輸入，響應(yīng)稱為輸出。五、電路與電路模型電路：實(shí)際電路電路模型：模擬實(shí)際電路的理想電路電路模型是實(shí)際電路的簡(jiǎn)化、模擬和近似（在一定的假設(shè)條件下）電路模型是由一些理想電路元件所組成的電路。tJj- Ik 潦s電fflRHI電感LI .廠廠，=電容tphA3 Od)（躋ft«吟S舟予（b） tt Aid it悵*丸汽的老它IB 1-1 f電ff電第何囊陽(yáng)也tt （bCd電盡鍥蚣 町據(jù)撲（ikjS電路模型近似地描述實(shí)際電路的電氣特性。根據(jù)實(shí)際電路的不同工作條件以及對(duì)模型精確度的不同要求，應(yīng)當(dāng)用不同的電路模型模擬同一實(shí)際電路。 現(xiàn)在以線圈為

5、例加以說(shuō)明。lb>ff號(hào)FT柚產(chǎn)ffi挽It二釵W電各e隹機(jī)tedt 二a 肯«斷科ii電樂(lè)農(nóng)比祇電動(dòng)機(jī)fl電龍i 一 7 §1.2電流和電壓的參考方向、問(wèn)題的引入考慮電路中每個(gè)電阻的電流方向10V9V、電流1、實(shí)際方向:正電荷運(yùn)動(dòng)的方向。2、參考方向:任意指定一個(gè)方向作為電流的方向。把電流看成代數(shù)量。若電流的參考方向與它的實(shí) 際方向一致，貝皿流為正值;若電流的參考方向與它的實(shí)際方向相反，則電流為負(fù)值。3、電流參考方向的表示方法箭頭（常用）雙下標(biāo)三、電壓1、實(shí)際方向:高電位指向低電位的方向。2、參考方向:任意選定一個(gè)方向作為電壓的方向。當(dāng)電壓的參考方向和它的實(shí)際方向一

6、致時(shí)，電壓 為正值；反之，當(dāng)電壓的參考方向和它的實(shí)際方向相反時(shí)，電壓為負(fù)值。3、電壓參考方向的表示方法:r正負(fù)號(hào)（常用）Q-Y箭頭厭 6 5-雙F標(biāo)U砧偽電位在前” 低電位在后）四、關(guān)聯(lián)參考方向電流的參考方向與電壓的參考方向一致，則把電流和電壓的這種參考方向稱為關(guān)聯(lián)參 考方向，否則為非關(guān)聯(lián)參考方向。+ H“實(shí)際方向”是物理中規(guī)定的，而“參考方向”貝規(guī)人們?cè)谶M(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí), 任意假設(shè)的。 在以后的解題過(guò)程中，注意一定要先假定“正方向”（即在圖中表明物理量的參考方向），然后再列方程計(jì)算。缺少“參考方向”的物理量是無(wú)意義的。五、電位在電路中任選一點(diǎn)，設(shè)其電位為零（用丄標(biāo)記），此點(diǎn)稱為參考點(diǎn)。其它

7、各點(diǎn)對(duì)參考點(diǎn)的電壓，便是該點(diǎn)的電位。記為：“ Vx” （注意:電位為單下標(biāo)）。比參考點(diǎn)電位高為正，否則為負(fù)。a點(diǎn)迴位：r； = 5V ； b點(diǎn)電位*= 5V注意：電位和電壓的區(qū)別。電位的特點(diǎn)：電位值是相對(duì)的，參考點(diǎn)選得不同,電路中其它各點(diǎn)的電位也將隨之改變;電壓的特點(diǎn)：電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，不會(huì)因參考點(diǎn)的不同而改變。1葉亠亠4XXa対參考點(diǎn):；=0Vb=L0V=10 3=7VHEb為參考點(diǎn)V,= -10V*3= 3V= -7V電拉Ji相対量§1.3電功率和能量在電壓和電流的關(guān)聯(lián)參考方向下,電功率可寫(xiě)成p(t) = u(t) i(t)，當(dāng)p>0時(shí)，元件吸收電能；pvO時(shí)，

8、元件吸收的電能為負(fù)的(實(shí)際上是釋放電能)。在U、I為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，若P = UI > 0吸收功率”若P = UI < 0吸收功率”為負(fù)的，實(shí)際是發(fā)出功率La根據(jù)能量守衡關(guān)系，對(duì)于同一電路某一電路元件為電源或負(fù)載的判別SVionIV結(jié)論在進(jìn)行功率計(jì)算時(shí)，如果假設(shè)U、I為關(guān)聯(lián)參考方向，當(dāng)計(jì)算的P > 0時(shí)，則說(shuō)明U、I的實(shí)際方向一致，此部分電路消耗電功率，為負(fù)載。當(dāng)計(jì)算的P<0時(shí)，則說(shuō)明U、I的實(shí)際方向相反，此部分電路發(fā)出電功率，為電源。所以，從P的4戍-可以區(qū)分器件的性質(zhì). 或迢電源，或叢負(fù)鞍.課堂練習(xí)：習(xí)題1 1，1 2，1 3習(xí)題1-11-1說(shuō)明圖(a),(b)中：

9、u、啲參考方向是否關(guān)聯(lián)？ ui乘積表示什么功率? 如果在圖(a)中u>0, i<0;圖(b)中u>0, i>0,元件實(shí)際發(fā)出還是吸收功率？Ibi習(xí)題1-1答案答案分析:(1)圖(a)中的u、i為關(guān)聯(lián)參考方向；圖(b)中的u、i為非關(guān)聯(lián)參考方向. 圖(a)中p=ui表示吸收功率；圖(b)中p=ui表示發(fā)出功率.(3)圖(a)中p=ui<0表示吸收的負(fù)功率，實(shí)際發(fā)出功率；圖(b)中p=ui>0表示發(fā)出的正功率,實(shí)際發(fā)出功率.習(xí)題1-21-2若某元件端子上的電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向，而u=170cos (100 n) V,i=7sin (100 n) A。求：(1

10、)該元件吸收功率的最大值;(2)該元件發(fā)出功率的最大值。習(xí)題1-2答案答案分析:(1 ) jp=ui=170cos( 100 nt)7sin ( 100 nt)=1190 cos ( 100 nt) sin (100 nt)=595sin(200n);該元件吸收的最大功率為595。(2 )元件吸收的總功率=元件發(fā)出的總功率;該元件發(fā)出的最大功率為595 。習(xí)題1-31-3試校核圖中電路所得解答是否滿足功率平衡。(提示：求解電路以后，校核所得結(jié)果的方法之一是核對(duì)電路中所有元件的功率平衡，即元件發(fā)出的總功率應(yīng)等于其他元件 吸收的總功率）。D4J0VIA13A+ +A B 關(guān)丫 C *0V習(xí)題1-3

11、答案答案分析:元件A: U、i參考方向非關(guān)聯(lián);PA=ui=( 5) X60= 300W < 0，發(fā)出。元件B、C、D、E: / u、i參考方向關(guān)聯(lián);P B=ui=1 X60=60W >0 ，吸收;Pc=ui=2 X60=120W >0 ，吸收;PD=ui=2 X40=80W >0，吸收;PE=ui=2 X20=40W >0 ，吸收。 P總發(fā)出=300W; P總吸收=60+120+80+40=300W電路所得的解答滿足功率平衡。§1.4電路元件、集總電路1、集總電路兀件在任何時(shí)刻，流入二端元件的一個(gè)端子的電流一定等于從另一端子流出的電流，兩個(gè) 端子之間的電

12、壓為單值量。當(dāng)構(gòu)成電路的器件以及電路本身的尺寸遠(yuǎn)小于電路工作時(shí)的電磁波的波長(zhǎng)，或者說(shuō)電磁波通過(guò)電路的時(shí)間可認(rèn)為是瞬時(shí)的，這種理想電路元件稱為集總元件或集總參數(shù)元件。2、集總電路由集總元件構(gòu)成的電路稱為集總電路。例如日光燈，50Hz工頻情況下，C = Xf電磁波長(zhǎng)為6000公里，日光燈電路為集總電路，同樣的波長(zhǎng)對(duì)于遠(yuǎn)距離傳輸線來(lái)說(shuō), 就是非集總電路。再例如收音機(jī)，收聽(tīng)北京音樂(lè)臺(tái)FM97.4MHZ，取近似值100MHz，電磁波波長(zhǎng)X=?X=3米，電路為非集總路。、電路元件的分類(lèi)1、按與外部連接的端子數(shù)目二端元件，三端元件，四端元件2、有源元件，無(wú)源元件3、線性元件，非線性元件4、時(shí)變?cè)?，時(shí)不變?cè)?/p>

13、件線性時(shí)不變集總參數(shù)元件電阻元件常用的各種二端電阻器件a晶2制L旺II、歐姆定律流過(guò)電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比。根據(jù)歐姆定律，電阻兩端的電壓和電流之間的關(guān)系可寫(xiě)成:u= ± Rn=?Jf、電導(dǎo)1、定義：G=1/R2、單位:S （西門(mén)子）電阻的單位為Q （歐姆）,計(jì)量高電阻時(shí)，則以k Q和M Q為單位。三、電阻元件的伏安特性以電壓和電流為坐標(biāo)，畫(huà)出電壓和電流的關(guān)系曲線。四、電阻元件吸收的電功率任何時(shí)刻線性電阻元件吸取的電功率P = ui 二 i2R= Gu2建議在今后計(jì)算中使用P = i2R五. 電阻的開(kāi)路與短路ftf H 0 M = 0 囂22 = 0 or G = ®

14、;開(kāi)路六、非時(shí)變電阻如果電阻的伏安特性不隨時(shí)間改變，則稱為非時(shí)變電阻；否則稱為時(shí)變電阻。在電子設(shè)備中使用的碳膜電位器、實(shí)心電位器和線繞電位器是一種三端電阻器件，它 有一個(gè)滑動(dòng)接觸端和兩個(gè)固定端圖(a)。在直流和低頻工作時(shí)，電位器可用兩個(gè)可變電阻 串聯(lián)來(lái)模擬圖(b)。電位器的滑動(dòng)端和任一固定端間的電阻值，可以從零到標(biāo)稱值間連續(xù)變化，可作為可變電阻器使用。1:一i§1.6電容元件、電容的定義It、電容的特性方程(ft三、電容元件的特性方程的積分式0os " f0 1 ivi iiit1'iiii-tIh-Q-:_I_L-q耳q "(T) j p弘!四、電容元件

15、儲(chǔ)存的能量電容元件在任何時(shí)刻t所儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量電容的特點(diǎn)：的大小取決于u的變化率，與u的大小無(wú)關(guān)，電壓有變化才有電流，電容是動(dòng)態(tài)元件;當(dāng)當(dāng)u為常數(shù)(直流)時(shí),i =0.電容相當(dāng)于開(kāi)路，電容有隔斷直流作用； u、i為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，上述微分和積分表達(dá)式前要冠以負(fù)號(hào)；(4)u(to)稱為電容電壓的初始值，它反映電容初始時(shí)刻的儲(chǔ)能狀況，也稱為初始狀態(tài)電容有記憶功能，電壓不能突變，但電流可以突變，電容儲(chǔ)存的能量也不能突變.當(dāng)電容充電，u>0 , du/dt> 0,則i>0，p>0,電容儲(chǔ)存能量.當(dāng)電容放電，u>0 ,du/dtvO，則i<0，p<0,電容釋放能量

16、.§1.7電感元件、線圈的磁通和磁通鏈 1 k 0 a*=u =BH r I I'如果u的參考方向與電流i的參考方向一致dt線性電感元件的自感磁通鏈與元件中電流有以下關(guān)系、電感元件的特性方程dr三、電感元件特性方程的積分形式四、電感元件儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量§1.8電壓源和電流源、電壓源1、特點(diǎn)(1)電壓u(t)的函數(shù)是固定的，不會(huì)因它所聯(lián)接的外電路的不同而改變。(2 )電流則隨與它聯(lián)接的外電路的不同而不同。2、圖形符號(hào)+O只用來(lái)* 示直流既寸以表示«流 也町以農(nóng)示交流3、電壓源的不同狀態(tài)空載有載4、特殊情況us = 0電壓為零的電壓源相當(dāng)于短路，電壓源不允許短路

17、!電池容量的含義:600mAh表示如果通過(guò)電池的電流是600mA的時(shí)候，電池能工作1小時(shí)；當(dāng)然如果通過(guò)電池的電流是100mA的時(shí)候，電池可以工作6小時(shí)。常用的干電池和可充電電池EHiCSSOW 5J：rf wRfH； Wn rti片艸2呼h”片tfE4ni減訕I(yè) EijB'ki n衛(wèi)訊 bE d艸Hr耳銓 卄ftSi ' 申utE 阿iiwn 尉rsJisy一 "1實(shí)驗(yàn)室使用的直流穩(wěn)壓電源示鐵器穩(wěn)壓電練用示it器觀測(cè)直流穩(wěn)壓電源妁電壓隨時(shí)間變化的it形.、電流源1、特點(diǎn)(1)電流i(t)的函數(shù)是固定的，不會(huì)因它所聯(lián)接的外電路的不同而改變。(2)電壓則隨與它所聯(lián)接的外電

18、路的不同而不同。2、圖形符號(hào)3、電流源的不同狀態(tài)r+外* »電j/=04、特殊情況is = 0電流為零的電流源相當(dāng)于開(kāi)路,電流源一般不允許開(kāi)路。恒流源兩端電壓由外電路決定例設(shè):Is=1 A，貝U: R=10?時(shí)，U =1 V , R=1?時(shí)，U =10 V恒流源特性小結(jié)ifb恒流源特性中不變的是Is，恒流源特性中變化的是Uab，外電路的改變會(huì)引起Uab的變 化。Uab的變化可能是大小的變化，或者是方向的變化。原則:厶不能變，£不能變電壓源中的電流i=h恒流源兩端的電壓J=IR E10V2Q占 V哪個(gè)答案對(duì)V /= + 2 = 7 A X2'"冒二品X課堂練

19、習(xí)：習(xí)題 1-4 , 1-5 , 1-10 , 1-12a?作業(yè)：習(xí)題1-9習(xí)題1-41-4在指定的電壓u和電流i參考方向下，寫(xiě)出各元件u和i的約束方程（元件的組成關(guān)系）。stCa)10 nFto*-itCc>習(xí)題1-4答案在給定的u,i的參考方向下，電阻、電感、電容元件的u和啲關(guān)系分別為:»_ df. duli = Ri ," = JL T J = C drdr二、r difez： Mu = L dr所以:(n ) M = 10打b ) H心dr=-0.02： dL習(xí)題1-51-5圖(a)電容中電流i的波形圖(b)所示，現(xiàn)已知uc(0)=0。試求t=1s , t=2

20、s和t=4s時(shí)電容電壓uc。I. JL-JuvZ=JL 2-1O習(xí)題1-5答案+ 一-10根抵公式f益)牴求;C fM皿(0)十山"尸!-仙*2 * G*）b = 13V當(dāng)"藥朮噸)=w (0) +1丸 * 廿 5沁=卜(孑)| 冷 $VL上丄4當(dāng)廣=4胡寸*w（4） - W + 右K0出、+7r（一1°）皿 5 + 大（一 15）12 -5V 習(xí)題1-101-10 電路如圖所示，設(shè) Us（t）= UmCOS（ cot）, is （t）= le- at 試求 UL（t）和 ic2（t）十Ul+丿1 *八dr二C 普二-C'b境'血習(xí)題1-12a1-

21、12試求圖中電路中每個(gè)元件的功率。l-l）衣(&)圖屮：2QI fe阻的勸牢為：礦=力0 6 0 一3 = 2礦> 0,吸收: 1F電壓源的功率為：IT=lxO-S=0 5rT'>0,吸收： 0 5電渣源的功率人:rr = -2X0.5 = -lT<6發(fā)出.§1.9受控電源、電源的分類(lèi)翹立電瀰電壓源的電壓和電流源的 削流，車(chē)受外電路的影響. 作為電源或輸入信號(hào)時(shí)， 在電g中起“撤勵(lì)-n用.受控電壓源的電壓和覺(jué)控電流源的電流不是蛤定的時(shí)間函數(shù)，而雄愛(ài)電幽中某部分的電浹或電正控K為.又稱為非獨(dú)立電源，、以晶體管為例C /B I Z / C ._ n y

22、= 0SE三、受控源的類(lèi)型1、電壓控制電壓源(VCVS)+ti<>12、電壓控制電流源(VCCS)剖13、電流控制電壓源(CCVS)<> %、4、電流控制電流源(CCCS)1昴CIOBC iECPA ” +74+/罠U204 S 二扌凡§1.10基爾霍夫定律用來(lái)描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關(guān)系，其中包括基爾霍夫電流和基爾霍 夫電壓兩個(gè)定律。名詞注釋：結(jié)點(diǎn)(node):三個(gè)或三個(gè)以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)支路(branch)：電路中每一個(gè)分支回路(looP)：電路中任一閉合路徑支路數(shù) X結(jié)點(diǎn)數(shù)心回路數(shù)；=6、基爾霍夫電流定律（KCL）1、內(nèi)容:在集總電路中，任何時(shí)

23、刻，對(duì)任一結(jié)點(diǎn)，所有與之相連支路電流的代數(shù)和恒等于零。2、公式:3、說(shuō)明:規(guī)定流出結(jié)點(diǎn)的電流前面取“ + ”號(hào)，流入結(jié)點(diǎn)的電流前面取“-”號(hào)。電流是流出結(jié)點(diǎn)還是流入結(jié)點(diǎn)按電流的參考方向來(lái)判斷。對(duì)結(jié)點(diǎn)對(duì)結(jié)點(diǎn)疳:*I-I -任何時(shí)刻，流入任一結(jié)點(diǎn)的支路電流必等 于流出該結(jié)點(diǎn)的玄路電流對(duì)結(jié)點(diǎn)B對(duì)結(jié)點(diǎn)C心7訐乓了 1 = 10f5 = 2A厶=A 壬 =2-(-3)=5A=- 5 = -lA4、推廣形式KCL對(duì)包圍幾個(gè)結(jié)點(diǎn)的閉合面也適用。=-3+4-1 = -1A基爾霍夫電流定律是電荷守恒的體現(xiàn)。三、基爾霍夫電壓定律（KVL）1、內(nèi)容:在集總電路中，任何時(shí)刻，沿任一回路，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。2、公式:0 = Zu3、說(shuō)明:先任意指定一個(gè)回路的繞行方向，凡支路電壓的參考方向與回路的繞行方向一致者,該電壓前面取“ +”號(hào)，支路電壓的參考方向與回路的繞行方向相反者，該電壓前面取“-”號(hào)。i»L| -十pL-721 _ .對(duì)回賂1