概論電路分析基礎(chǔ)

1、1第1頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四課程內(nèi)容電路的基本概念和基本定律 線性電阻電路的分析方法 電路基本定理 動態(tài)元件與動態(tài)電路方程 一階電路與二階電路 正弦交流電路 交流電路的頻率特性 含耦合電感的電路 三相電路 正弦周期電流電路的分析2第2頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四教 材電路分析基礎(chǔ) 吳曉娟 王書鶴 王德強(qiáng) 許宏吉 編著 國防工業(yè)出版社3第3頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四參考書目1李翰遜主編. 電路分析基礎(chǔ)（第三版）. 高教出版社，1997 2邱關(guān)源主編. 電路（第四版）. 高教出版社，19993周守昌主編.

2、電路原理（上冊）. 高教出版社，19994秦曾煌主編. 電工學(xué)（上冊）. 高教出版社，19965胡翔駿編. 電路分析. 高教出版社，20016上官右黎編. 電路分析基礎(chǔ). 北京郵電大學(xué)出版社,20034第4頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四概論5第5頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電路分析基礎(chǔ)課程的作用和任務(wù)是研究電路理論及其分析方法的主干技術(shù)基礎(chǔ)課程前期課程： 高中物理相關(guān)內(nèi)容后續(xù)課程：低頻電子線路、高頻電子線路、 數(shù)字電路、信號與系統(tǒng)等6第6頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四本課程在學(xué)科中的地位與重要性電子設(shè)備 硬件研究電

3、路構(gòu)成軟件學(xué)習(xí)順序： 材料元件電路分系統(tǒng)系統(tǒng)以后作具體工作時的順序： 系統(tǒng)分系統(tǒng)電路元件材料7第7頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四本課程的學(xué)習(xí)方法和基本要求 前期課程已講過一些電路的簡單例子，但其缺乏系統(tǒng)的分析和論述通過本門課學(xué)習(xí)培養(yǎng)正確地分析任一基本電路的能力。教學(xué)方式：課堂教學(xué)獲得知識實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)動手能力、實(shí)踐能力（學(xué)以致用） 基本要求： 明確概念、掌握理論、學(xué)會分析、熟悉應(yīng)用8第8頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四課堂要求聽講氣氛互動9第9頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四考 核 平時成績：約占 10（或20） 實(shí)驗(yàn)成績

4、：約占 20（或20） 期末試卷成績：約占70（或60） 10第10頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四 第一章 電路的基本概念和基本定律 11第11頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四內(nèi)容提要電路和電路模型 電流、電壓的參考方向及功率 基爾霍夫定律電阻元件 獨(dú)立源和受控源運(yùn)算放大器12第12頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四1-1 電路與電路模型什么是電路(circuit)電流的通路叫電路。 是由若干個電氣設(shè)備或器件按照一定方式組合起來，亦稱電網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)（Network）。電路的組成(component)簡而言之，由電源、負(fù)載、中

5、間聯(lián)接部分構(gòu)成電路組成部分中的設(shè)備或器件，例如供電設(shè)備(電源,source)、用電設(shè)備(負(fù)載, load)、電阻器、電感器、電容器、晶體管、電子管等。 注意：激勵響應(yīng)13第13頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四1-1 電路與電路模型電路的作用：能量和信息兩大領(lǐng)域 電力系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。 能量是主要的著眼點(diǎn)。涉及大規(guī)模電能的產(chǎn)生、傳輸和轉(zhuǎn)換(為其他形式的能量)，構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、家庭生活電氣化等方面的基礎(chǔ)。信息與控制系統(tǒng)：信號的傳遞與處理。 信息是主要的著眼點(diǎn)。電具有攜帶信息的能力，如日常的電話通信，計(jì)算機(jī)間信息的交流，工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制等。電用作信息處理和交換

6、的媒介已成為當(dāng)代社會的顯著特征。14第14頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四1-1 電路與電路模型電路的分類集總參數(shù)電路 當(dāng)實(shí)際電路部件和電路的各向尺寸遠(yuǎn)小于電路最高工作頻率所對應(yīng)的波長時，此時電路參數(shù)的分布性不明顯，可用集總參數(shù)元件構(gòu)成。分布參數(shù)電路 當(dāng)實(shí)際電路部件和電路的各向尺寸遠(yuǎn)大于電路最高工作頻率所對應(yīng)的波長時，必須考慮分布參數(shù)。15第15頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四1-1 電路與電路模型理想電路元件（元件模型） 當(dāng)實(shí)際電路的尺寸遠(yuǎn)小于最高工作頻率所對應(yīng)的波長時，可以定義出幾種“集總參數(shù)元件”(Lumped Parameter elem

7、ents)，用來構(gòu)成實(shí)際的模型，即：理想電路元件或元件模型。 每一種集總參數(shù)元件(以后簡稱為元件)只反映一種基本電磁現(xiàn)象，電場、磁場被認(rèn)為只集中在相應(yīng)元件的內(nèi)部，且可由數(shù)學(xué)方法精確定義。 主要元件模型 電阻元件：只涉及消耗電能的現(xiàn)象，為耗能元件；電容元件：只涉及與電場有關(guān)的現(xiàn)象，為電場儲能元件；電感元件：只涉及與磁場有關(guān)的現(xiàn)象，為磁場儲能元件；電壓源、電流源等元件。16第16頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四1-1 電路與電路模型實(shí)際電路部件與理想元件關(guān)系 實(shí)際電路部件可以由一種或幾種理想元件進(jìn)行建模，以便于精確描述其電磁特性。例如，我們可以用電阻元件來描述燈泡，用電阻元

8、件和理想電壓源來描述干電池等。電路模型：由若干理想元件構(gòu)成的電路即實(shí)際電路的電路模型。17第17頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四1-2電流、電壓的參考方向及功率 電路分析的目的分析計(jì)算電路中的某些電路變量及其變化規(guī)律。電路變量電流(單位：安培，A)電壓(單位：伏特，V)功率(單位：瓦特，W) 電流、電壓的方向 電流方向：正電荷的移動方向。電壓方向：電位下降的方向。18第18頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電壓與電流的參考方向參考方向：任意假定的電壓、電流方向。為什么規(guī)定參考方向？在實(shí)際電路中，我們很難準(zhǔn)確知道電流和電壓在某個瞬時的實(shí)際方向。便于建

9、立電路方程。 如何表示參考方向？電壓參考方向：+、-電流參考方向： 如何選擇參考方向？電壓、電流參考方向可以任意規(guī)定，不影響分析結(jié)果采用關(guān)聯(lián)參考方向 / 一致參考方向更為方便，也更為常用+-ui關(guān)聯(lián) / 一致參考方向：指規(guī)定的電壓參考方向與電流參考方向相互關(guān)聯(lián)，相互一致。19第19頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電流的定義及其參考方向電流的實(shí)際方向：正電荷運(yùn)動的方向。參考方向：假設(shè)的電流方向，參考方向可以隨意規(guī)定。 為什么有了電流的實(shí)際方向還要提出參考方向呢？20第20頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電流參考方向的表示箭頭雙下標(biāo) iab=-iba

10、 已知電流的參考方向連同它的值，則可知其實(shí)際方向。在規(guī)定的參考方向下，電流為正值時，其實(shí)際方向與其參考方向相同，否則相反。 21第21頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電壓的定義及其參考方向?qū)嶋H方向：電位降低的方向。 假設(shè)的電壓降的方向。電壓的參考方向也可以隨意規(guī)定。電壓的參考方向：22第22頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電壓參考方向的表示 電流的參考方向和電壓的參考方向都可隨意規(guī)定。但一經(jīng)規(guī)定，在計(jì)算過程中便不得隨意改變。 箭頭 + - 號 雙下標(biāo) Uab=-Uba （ Uab ， a參考極性為+，b參考極性為-） 已知電壓的參考方向連同它的值

11、，則可知其實(shí)際方向。在規(guī)定的參考方向下，電壓為正值時，其實(shí)際方向與其參考方向相同，否則相反。 23第23頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四關(guān)聯(lián) / 一致參考方向 電流從高電位流向低電位 ，或者說順電流方向電位是降低的。 24第24頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四關(guān)聯(lián)參考方向時功率的意義關(guān)聯(lián)參考方向時，電壓電流瞬時值的乘積表示二端元件/網(wǎng)絡(luò)吸收的瞬時功率。瞬時功率大于零，表示二端元件/網(wǎng)絡(luò)吸收能量瞬時功率小于零，表示二端元件/網(wǎng)絡(luò)釋放能量關(guān)于電源與負(fù)載當(dāng)元件吸收的功率為正或釋放的功率為負(fù)，稱元件為負(fù)載。反之，則稱元件為電源。+-ui25第25頁，共4

12、9頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四1-3 基爾霍夫定律KCL / KVL 基爾霍夫定律是分析、計(jì)算電路的基本依據(jù) 電路分析中的基本術(shù)語支路：每一個二端元件構(gòu)成一個支路。（或電路中的每個分支為一個支路）節(jié)點(diǎn)：支路的連接點(diǎn)叫做節(jié)點(diǎn)。兩個或兩個以上的支路接于一點(diǎn)叫節(jié)點(diǎn)。簡單節(jié)點(diǎn)：僅僅關(guān)聯(lián)兩個支路的節(jié)點(diǎn)。回路：由若干支路構(gòu)成的，其中每一個節(jié)點(diǎn)只與兩條支路相連接的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含其余支路的回路稱作網(wǎng)孔。 26第26頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四支路、節(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔支路：1、2、3、4、5、6、7節(jié)點(diǎn)：、簡單節(jié)點(diǎn)： 回路： - - - 等等。網(wǎng)孔： - -

13、 -27第27頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四基爾霍夫電流定律（KCL）KCL是電荷守恒法則運(yùn)用于集總電路的結(jié)果，反映電路中各支路電流間的約束關(guān)系。KCL的一般描述對于任一集總參數(shù)電路中的任一節(jié)點(diǎn)，在任意時刻，流入(或流出)該節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和為零。KCL的數(shù)學(xué)描述基爾霍夫電流方程，或節(jié)點(diǎn)電流方程 KCL同樣適用于“廣義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)”KCL的另一種描述：任意瞬時，流入某節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出電流之和。28第28頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四KCL示例廣義節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn) ：節(jié)點(diǎn) ：注意：首先需規(guī)定各支路電流的參考方向，可規(guī)定流入節(jié)點(diǎn)為 ，流出為+

14、 。29第29頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四基爾霍夫電壓定律（KVL） KVL是能量守恒法則和電荷守恒法則運(yùn)用于集總電路的結(jié)果，反映電路中各支路電壓間的約束關(guān)系。KVL的一般描述對于任一集總參數(shù)電路中的任一回路，在任意時刻，沿著該回路所有支路電壓的代數(shù)和為零。KVL的數(shù)學(xué)描述基爾霍夫電壓方程，或回路電壓方程 KVL同樣適用于“假想回路”KVL的另一種描述：集總參數(shù)電路中，沿任意閉合回路繞行一周，電壓降的代數(shù)和=電壓升的代數(shù)和。30第30頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四KVL示例回路1 ：回路2 ：回路3 ：注意：首先需規(guī)定各支路電壓的參考方向和

15、回路的繞行方向。31第31頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四1-4 電阻元件電阻元件(電阻) 電阻元件是從實(shí)際電阻器抽象出來的模型，反映電阻器對電流呈現(xiàn)阻力的性能。電阻元件的基本屬性：“耗能”電阻的表示以符號R表示，電阻值單位：歐姆(Ohm)以符號G表示，電導(dǎo)值單位：西門子(Seimens)電阻與電導(dǎo)關(guān)系：32第32頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電阻元件電阻元件的U-I特性U-I特性：亦稱伏安特性，反映元件電壓與電流的關(guān)系。電阻元件在任一時刻的電壓值(電流值)僅取決于電阻值和電阻元件的瞬時電流值（電壓值），與其余時刻的電流值(電壓值)無關(guān)。因此，

16、電阻元件是一種“無記憶元件”。電阻元件分類線性電阻元件與非線性電阻元件 （根據(jù)U-I曲線）非時變電阻元件與時變電阻元件 （根據(jù)阻值的特性）分析重點(diǎn)：線性非時變電阻元件線性電阻元件的U-I特性(歐姆定律)：前提條件為一致參考方向33第33頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電阻元件分類+-Ru(t)i(t)線性電阻元件的符號表示注意為一致參考方向34第34頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電阻元件的功率電壓電流參考方向不一致時的歐姆定律電阻消耗的瞬時功率電阻消耗的能量-+Ru(t)i(t)一致方向非一致方向35第35頁，共49頁，2022年，5月20日，

17、6點(diǎn)14分，星期四1-5 獨(dú)立源術(shù)語激勵 (Excitation)：電路的輸入信號，包括待處理的信號和為電路提供能源的電源。激勵的分類：電壓激勵、電流激勵。響應(yīng) (Response)：經(jīng)過電路傳輸或處理后輸出的信號，可以是任何激勵源在電路任一部分引起的電壓、電流。 激勵源，又稱獨(dú)立源：是指不受電路其他部分控制的信號源。激勵源(獨(dú)立源)分類：電壓源、電流源 36第36頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四一個實(shí)際電源模型37第37頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電壓源 電壓源(voltage source)是一個二端元件，其端電壓在任意瞬時與其端電流無關(guān)

18、，（或者恒定不變-直流情況，或者按照某一固有的函數(shù)規(guī)律隨時間變化）。電壓源端電壓特性 電壓源的端電流取決于負(fù)載電路電壓源吸收的瞬時功率 與端電流無關(guān)負(fù)載網(wǎng)絡(luò)+-us(t)i(t)可見：電壓源輸出瞬時功率與瞬時電流成 正比，電壓源的負(fù)載能力為無窮大。電壓源可與其他元件組合來模擬實(shí)際電壓源。當(dāng)電壓源的電壓為0時，可視作一個短路元件 關(guān)聯(lián)參考方向P(t)0 吸收功率P(t)0 吸收功率P(t)0 發(fā)出功率40第40頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四電流源的符號與U-I特性（VCR）電流源符號電流源 U-I 特性41第41頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四例

19、 題分析電壓源和電流源，哪個是負(fù)載？哪個是電源 ？42第42頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四例 題負(fù)載電路中的電流及其兩端的電壓各為多少？分析功率平衡關(guān)系。 43第43頁，共49頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)14分，星期四1-6 受控源受控源又稱非獨(dú)立源，與獨(dú)立源不同，其電壓(或電流)依賴于電路中另一支路的電壓或電流。用于晶體管、場效應(yīng)管等器件的建模和電路分析。受控源的組成受控源是一個二端口元件，其輸入端口為控制支路的端口，輸出端為受 控支路的端口。受控源的控制支路或?yàn)殚_路(輸入電流為零)或?yàn)槎搪?輸入電壓為零)； 受控源的受控支路的電壓或電流受輸入端口電壓或電流的控制。線性受控源與非線性受