電路分析第一章課件

1、 江蘇師范大學(xué)江蘇師范大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院電氣工程及自動(dòng)化學(xué)院 二二.電路理論電路理論電路理論電路理論電路分析電路分析電路綜合設(shè)計(jì)電路綜合設(shè)計(jì)給定電路參數(shù)，給定電路參數(shù)，求求u、i 特性特性給定性能，設(shè)計(jì)電路給定性能，設(shè)計(jì)電路、與眾多學(xué)科的相互影響和相互促進(jìn)與眾多學(xué)科的相互影響和相互促進(jìn)；、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，4 4個(gè)學(xué)分，是后續(xù)課程個(gè)學(xué)分，是后續(xù)課程的基礎(chǔ)的基礎(chǔ) ；8484學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)、生活和工程中的應(yīng)用。生活和工程中的應(yīng)用。第一章第一章 電路模型和電路定律電路模型和電路定律電路和電路模型電路和電路模型1-1電阻元件電阻元件1-5電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向1-2電壓源和電

2、流源電壓源和電流源1-6電功率和能量電功率和能量1-3受控電源受控電源1-7電路元件電路元件1-4基爾霍夫定律基爾霍夫定律1-8本章內(nèi)容本章內(nèi)容 電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向; ; 判別（非）關(guān)聯(lián)參考方向判別（非）關(guān)聯(lián)參考方向4. 4. 基爾霍夫定律及其應(yīng)用基爾霍夫定律及其應(yīng)用l 重點(diǎn)重點(diǎn)：2. 2. 電阻元件、獨(dú)立電源及受控源電阻元件、獨(dú)立電源及受控源 的外特性的外特性3.3.功率的求解；吸收（發(fā)出）功功率的求解；吸收（發(fā)出）功率的判別。率的判別。電阻器電阻器電容器電容器線(xiàn)圈線(xiàn)圈電池電池運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器晶體管晶體管 低頻信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)低頻信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.1 電路

3、和電路模型（電路和電路模型（model)1. 實(shí)際電路實(shí)際電路功能功能a 能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b 信息的傳遞與處理。信息的傳遞與處理。共性共性建立在同一電路理論基礎(chǔ)上建立在同一電路理論基礎(chǔ)上由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。接構(gòu)成的電流的通路。電池電池?zé)襞轃襞蓦娐穬煞N表現(xiàn)形式：實(shí)際電路、電路模型電路兩種表現(xiàn)形式：實(shí)際電路、電路模型電池電池?zé)襞轃襞蓦娫措娫? 提供提供電能的裝置電能的裝置負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用、電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)

4、、電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器輸電線(xiàn)輸電線(xiàn)信號(hào)處理：信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載負(fù)載信號(hào)源信號(hào)源: 提供信息提供信息直流電源直流電源: 提供能源提供能源放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話(huà)筒話(huà)筒 電源或信號(hào)源的電壓或電流稱(chēng)為激勵(lì)，它推動(dòng)電路電源或信號(hào)源的電壓或電流稱(chēng)為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱(chēng)為響應(yīng)。工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱(chēng)為響應(yīng)

5、。輸入、輸出輸入、輸出+ -+ - - 棒裝線(xiàn)圈棒裝線(xiàn)圈工字形電感工字形電感固定電感器固定電感器“尖波殺手尖波殺手”電感電感穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源 電電 池池水泥電阻水泥電阻金屬膜電阻金屬膜電阻繞線(xiàn)式電阻繞線(xiàn)式電阻半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管三極管三極管 由理想電路元件及其組合代表實(shí)際由理想電路元件及其組合代表實(shí)際電路元件，與實(shí)際電路具有基本相電路元件，與實(shí)際電路具有基本相同的電磁性質(zhì)。同的電磁性質(zhì)。10BASE-T wall plate導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)電池電池開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)燈泡燈泡2. 電路模型電路模型 (circuit model)sRLRsU電路圖電路圖l理想電路元件理想電路元件抽掉了實(shí)際部件的外形、尺寸等差抽

6、掉了實(shí)際部件的外形、尺寸等差異性，反映其電磁共性的電路模型異性，反映其電磁共性的電路模型的最小單元。的最小單元。l電路模型電路模型R+RSUS-手電筒的電路模型手電筒的電路模型燈燈泡泡開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)電電池池導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn)S用理想電路元件或它們的組合模擬實(shí)際器件。用理想電路元件或它們的組合模擬實(shí)際器件。幾種基本的電路元件：幾種基本的電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件電源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的

7、元件電源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件注注l 具有相同的主要電磁性能的實(shí)際電路部件，具有相同的主要電磁性能的實(shí)際電路部件， 在一定條件下可用同一模型表示；在一定條件下可用同一模型表示；l 同一實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其同一實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其 模型可以有不同的形式模型可以有不同的形式 電路模型近似地描述實(shí)際電路的電氣特性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。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)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(xiàn)圈為例加用不同的電路模型模擬同一實(shí)際電路。

8、現(xiàn)在以線(xiàn)圈為例加以說(shuō)明。以說(shuō)明。 圖圖13 線(xiàn)圈的幾種電路模型線(xiàn)圈的幾種電路模型 (a)線(xiàn)圈的圖形符號(hào)線(xiàn)圈的圖形符號(hào) (b)線(xiàn)圈通過(guò)低頻交流的模型線(xiàn)圈通過(guò)低頻交流的模型 (c)線(xiàn)圈通過(guò)高頻交流的模型線(xiàn)圈通過(guò)高頻交流的模型1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 (reference direction) 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線(xiàn)性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量量、電功率等。在線(xiàn)性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。是電流、電壓和功率。1. 電流和電流的參考方向電流和電流的參考方向tqtq

9、itddlim) t (0def l電流電流l電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量l 方向方向規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向l 單位單位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、 A元件元件(導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)線(xiàn))中電流流動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能中電流流動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能: 實(shí)際方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向 AABB問(wèn)題問(wèn)題復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷

10、電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷實(shí)際方向?qū)嶋H方向 實(shí)際方向?qū)嶋H方向B 實(shí)際方向?qū)嶋H方向B 實(shí)際方向?qū)嶋H方向B 實(shí)際方向?qū)嶋H方向AB 實(shí)際方向?qū)嶋H方向 實(shí)際方向?qū)嶋H方向 B B Bl參考方向參考方向i 參考方向參考方向大小大小方向方向電流電流(代數(shù)量代數(shù)量)任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向即為電任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向即為電流的參考方向。流的參考方向。ABi 參考方向參考方向i 參考方向參考方向i 0i 0實(shí)際方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：AABB電流參考方向的兩種表示：電流參考方向的兩種表示： 用箭頭表示：箭頭的指向?yàn)橛眉^表示：箭頭

11、的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较?。電流的參考方向?用雙下標(biāo)表示：如用雙下標(biāo)表示：如 iAB , 電流的參考方向由電流的參考方向由A指向指向B。iABiABAB實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流值為電流值為正值正值；實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流值為電流值為負(fù)值負(fù)值。注意：注意： 在參考方向選定后，電流值才有正負(fù)之分。在參考方向選定后，電流值才有正負(fù)之分。 若若 I = 5A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，則電流從，則電流從 b 流向流向 a 。abRIl 電壓電壓UdqdWUdef l 單位：?jiǎn)挝唬篤 (伏伏)、kV、mV、 V2.

12、 電壓和電壓的參考方向電壓和電壓的參考方向電場(chǎng)中某兩點(diǎn)電場(chǎng)中某兩點(diǎn)A、B間的電壓間的電壓(降降)UAB， 等等于將單位正電荷于將單位正電荷q從從A點(diǎn)移至點(diǎn)移至B點(diǎn)電場(chǎng)力所做點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功的功WAB與該點(diǎn)電荷與該點(diǎn)電荷q的比值的比值l 實(shí)際電壓方向?qū)嶋H電壓方向 電位真正降低的方向電位真正降低的方向電位電位：電路中為分析的方便，常在電路中選某一點(diǎn)為參：電路中為分析的方便，常在電路中選某一點(diǎn)為參考點(diǎn)，把任一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱(chēng)為該點(diǎn)的電位?？键c(diǎn)，把任一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓稱(chēng)為該點(diǎn)的電位。參考點(diǎn)的電位則為參考點(diǎn)的電位則為零零，所以，參考點(diǎn)也稱(chēng)為零電位點(diǎn)。，所以，參考點(diǎn)也稱(chēng)為零電位點(diǎn)。電位用電位用 表示，單

13、位與電壓相同，也是表示，單位與電壓相同，也是V(伏伏)。接地點(diǎn)電位為零。接地點(diǎn)電位為零。abcd設(shè)設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，則 c=0 a=Uac， b=Ubc， d=Udc兩點(diǎn)間電壓與電位的關(guān)系：兩點(diǎn)間電壓與電位的關(guān)系：abcd仍設(shè)仍設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，點(diǎn)為電位參考點(diǎn)， c=0Uac = a ， Udc = dUad= Uac+Ucd =UacUdc= a d前例前例結(jié)論結(jié)論：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于該兩點(diǎn)間的電位之差。電位之差。例例已知：已知：4C正電荷由正電荷由a點(diǎn)均勻移動(dòng)至點(diǎn)均勻移動(dòng)至b點(diǎn)點(diǎn)電場(chǎng)力做功電場(chǎng)力做功8J，由，由b點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)

14、移動(dòng)到c點(diǎn)電場(chǎng)點(diǎn)電場(chǎng)力做功為力做功為12J，(1) 若以若以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，求點(diǎn)為參考點(diǎn)，求a、b、c點(diǎn)點(diǎn)的電位和電壓的電位和電壓Uac解解bVqWaba 248 0 b VqWqWbccbc 3412 VUbaab 202 VUcbbc )(330 (1)以以b點(diǎn)為電位參考點(diǎn)點(diǎn)為電位參考點(diǎn)abc解解VqWaca 54128 0 c VqWbcb 3412 VUbaab 235 VUcbbc 303 (2)電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；參考點(diǎn)一經(jīng)選定，電路中電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；參考點(diǎn)一經(jīng)選定，電路中各點(diǎn)的電位值就是唯一的；當(dāng)選擇不同的電位參考點(diǎn)時(shí)，各點(diǎn)的電位值就是唯一的；當(dāng)選擇不同的電位參

15、考點(diǎn)時(shí)，電路中各點(diǎn)電位值將改變，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。電路中各點(diǎn)電位值將改變，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。結(jié)論結(jié)論以以c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)點(diǎn)為電位參考點(diǎn)問(wèn)題問(wèn)題復(fù)雜電路或交變電路中，兩點(diǎn)間電壓的實(shí)際方向往往復(fù)雜電路或交變電路中，兩點(diǎn)間電壓的實(shí)際方向往往不易判別，給實(shí)際電路問(wèn)題的分析計(jì)算帶來(lái)困難。不易判別，給實(shí)際電路問(wèn)題的分析計(jì)算帶來(lái)困難。l 電壓電壓(降降)的參考方向的參考方向U 0參考方向參考方向U+實(shí)際方向?qū)嶋H方向+實(shí)際方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向U+U假設(shè)的電壓降低方向假設(shè)的電壓降低方向如如：abRU+若若 U = 5V，則電壓的實(shí)際方向，則電壓的實(shí)際方向從從 a 指向指向 b；若若 U=

16、 5V，則電壓的實(shí)際方向，則電壓的實(shí)際方向從從 b 指向指向 a 。電壓參考方向的三種表示方式電壓參考方向的三種表示方式：(1) 用箭頭表示用箭頭表示(2) 用正負(fù)極性表示用正負(fù)極性表示(3) 用雙下標(biāo)表示用雙下標(biāo)表示UU+ABUAB元件或支路的元件或支路的u，i 采用相同的參考方向稱(chēng)之為采用相同的參考方向稱(chēng)之為關(guān)聯(lián)參考關(guān)聯(lián)參考方向方向。反之，稱(chēng)為反之，稱(chēng)為非關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向3. 關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向i+-+-iUU注注(1) 分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。(2) 參考方向一經(jīng)選

17、定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注 (包包括方向和符號(hào)），括方向和符號(hào)），在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。（3）參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式相差一負(fù)號(hào)，但實(shí)際）參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式相差一負(fù)號(hào)，但實(shí)際 方向不變。方向不變。例例ABABiU電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問(wèn)：對(duì)電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問(wèn)：對(duì)A、B兩部分電路電壓電流參考方向關(guān)聯(lián)否？?jī)刹糠蛛娐冯妷弘娏鲄⒖挤较蜿P(guān)聯(lián)否？答：答： A 電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)； B 電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。1.3 電功率和能量電功率和能量1. 電功率電功率

18、twpdd uitqqwtwp dddddd功率的單位：功率的單位：W (瓦瓦) (Watt，瓦特，瓦特)能量的單位：能量的單位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳)單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。qwudd tqidd 2. 電路吸收或發(fā)出功率的判斷電路吸收或發(fā)出功率的判斷l(xiāng) u, i 取取關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向P=ui 表表示元件吸收的功率示元件吸收的功率P0 吸收正功率吸收正功率 (實(shí)際吸收實(shí)際吸收)P0 發(fā)出正功率發(fā)出正功率 (實(shí)際發(fā)出實(shí)際發(fā)出)P0 吸收正功率吸收正功率 (吸收吸收)P0，d u/d t0，則，則i0，q ， p0, 電容吸收功率。電容吸收功率。 當(dāng)電容放電，當(dāng)電容放電，u0，d u/d t0，則，則i0，q ，p0，d i/d t0，則，則u0， ， p0, 電感吸收功率。電感吸收功率。 當(dāng)電流減小，當(dāng)電流減小，i0，d i/d t0，則，則u0， ，p0, 電感發(fā)出功率。電感發(fā)出功率。l 功率功率表明表明 電感能在一段時(shí)間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能電感能在一段時(shí)間內(nèi)吸收外部供給的能量轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在另一段時(shí)間內(nèi)又把能量釋放回電路，因此電量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在另一段時(shí)間內(nèi)又把能