電路基礎(chǔ)知識(shí)

電路與電路分析基礎(chǔ)evilkiller@IIISTHU2015.01.29電路與電路分析基礎(chǔ)1.1

電路和電路模型1.2

電路中的主要物理量1.3

電路的基本元件1.4

基爾霍夫電流定律1.5

基爾霍夫電壓定律1.1

電路和電路模型

(1)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒1.電路的作用

電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。

發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線2.電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負(fù)載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線中間環(huán)節(jié)：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載電源\信號(hào)源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚(yáng)聲器話筒電路基本組成：電源，中間傳輸環(huán)節(jié)，負(fù)載。為便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般將實(shí)際電路模型化，用反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。3.電路模型手電筒的電路模型R+RoE–S+U–I電池導(dǎo)線燈泡開關(guān)電池是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻Ro；

燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；

筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無(wú)電阻的理想導(dǎo)體。

開關(guān)用來控制電路的通斷。今后分析的都是指電路模型，簡(jiǎn)稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。1.2

電路中的主要物理量物理中對(duì)基本物理量規(guī)定的方向1.電路基本物理量及其方向物理量實(shí)際方向電流I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)E

(電位升高的方向)

電壓U(電位降低的方向)高電位

低電位

單位kA、A、mA、μA低電位

高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV(2)參考方向的表示方法電流：Uab

雙下標(biāo)電壓：

(1)參考方向IE+_在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。Iab

雙下標(biāo)2.電路基本物理量的參考方向aRb箭標(biāo)abRI正負(fù)極性+–abU

U+_實(shí)際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負(fù)值。(3)

實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系注意：在參考方向選定后，電流(或電壓)值才有正負(fù)之分。若I=5A，則電流從a流向b；例：若I=–5A，則電流從b流向a。abRIabRU+–若U=5V，則電壓的實(shí)際方向從a指向b；若U=–5V，則電壓的實(shí)際方向從b指向a。

電路的基本元素是元件，電路元件是實(shí)際器件的理想化物理模型，應(yīng)有嚴(yán)格的定義。電路中研究的全部為集總元件。最基本的幾個(gè)元件：電阻(元件)電容(元件)電感(元件)電源(元件)1.3電路的基本元件實(shí)際電阻元件

感性認(rèn)識(shí)電阻元件線性電阻－電路研究的模型1.

符號(hào)R2.

歐姆定律(Ohm’sLaw)(1)電壓與電流的參考方向設(shè)定為一致的方向Riu+u

RiR稱為電阻，電阻的單位：(歐)(Ohm，歐姆)一.

電阻元件

伏安特性曲線:

Rtg線性電阻R是一個(gè)與電壓和電流無(wú)關(guān)的常數(shù)。令G

1/RG稱為電導(dǎo)則歐姆定律表示為

iGu.電導(dǎo)的單位：S(西)(Siemens，西門子)uiO電阻元件的伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線Riu+–3.開路與短路對(duì)于一電阻R當(dāng)R=0，視其為短路。

i為有限值時(shí)，u=0。當(dāng)R=，視其為開路。

u為有限值時(shí)，i=0。*理想導(dǎo)線的電阻值為零。4.電阻的功率和能量由電功率的定義及歐姆定律可知，電阻吸收的功率實(shí)際電容元件感性認(rèn)識(shí)電容元件線性電容－電路研究的模型任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷q與電流u成正比。2、電路符號(hào)1、電容CC或i+uC-+uC-i二.

電容元件與電容有關(guān)兩個(gè)變量:u,q對(duì)于線性電容，有：

q=Cu

3.元件特性C

稱為電容器的電容電容C的單位：F(法)(Farad，法拉)

F=C/V=A?s/V=s/常用F，nF，pF等表示。Ciu+–+–4、庫(kù)伏特性：線性電容的q~u

特性是過原點(diǎn)的直線tg5、電壓、電流關(guān)系：u,i

取關(guān)聯(lián)參考方向Ciu+–+–或quO動(dòng)態(tài)特性記憶特性6、電容元件的功率和能量在電壓、電流關(guān)聯(lián)參考方向下，電容元件吸收的功率為到

t從t－-時(shí)間內(nèi)，電容元件吸收的電能為則電容在任何時(shí)刻t所儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量WC將等于其所吸收的能量。其他電容－全面認(rèn)識(shí)電容元件1、電磁特性實(shí)質(zhì)：電容是儲(chǔ)存電場(chǎng)能量或儲(chǔ)存電荷能力的度量。電容元件是用來模擬一類能夠儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的理想元件模型。2、分類1：線性時(shí)變、線性時(shí)不變；非線性時(shí)變、非線性時(shí)不變。3、分類2：二端子、三端子、多端子。4、電容效應(yīng)——與萬(wàn)有引力相似，任意兩個(gè)物體之間均有電容特性，常見如晶體管中三極管管腳之間的電容。5、實(shí)際電容——電容器：集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流值等多種指標(biāo)的設(shè)備。電容器結(jié)構(gòu)++++––––+q–q++++----兩個(gè)極板＋介質(zhì)實(shí)際電容器制作的材料和結(jié)構(gòu)不盡相同，通常有云母電容器、陶瓷電容器、鉭質(zhì)電容器、聚碳酸酯電容器等等。線性電感－電路研究的模型Li+–u變量:電流i

,

磁鏈1、線性定常電感元件符號(hào)與參數(shù)L

稱為自感系數(shù)L的單位：亨（利）符號(hào)：H(Henry）2、韋安（~i）特性i0tg三.

電感元件3、電壓、電流關(guān)系：Li+–uVCR常用VCR次常用動(dòng)態(tài)記憶4、電感的儲(chǔ)能也是無(wú)損元件L是無(wú)源元件(1)u的大小與i

的變化率成正比，與i的大小無(wú)關(guān)；(3)電感元件是一種記憶元件；(2)電感在直流電路中相當(dāng)于短路；(4)當(dāng)u，i為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，u=Ldi/dt；

u，i為非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，u=–Ldi/dt。5

、小結(jié)：（5）L既表示元件，也表示參數(shù)動(dòng)態(tài)記憶其他電感－全面認(rèn)識(shí)電感元件1、電磁特性實(shí)質(zhì)：導(dǎo)體中有電流流過時(shí)，導(dǎo)體周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)。變化的磁場(chǎng)可以使置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓的大小與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流隨時(shí)間的變化率成正比。這里所討論的電感元件就是用來模擬實(shí)際電磁器件的理想元件。2、分類1：線性時(shí)變、線性時(shí)不變；非線性時(shí)變、非線性時(shí)不變。3、分類2：二端子、三端子、多端子。4、電感效應(yīng)——與萬(wàn)有引力相似，任意兩個(gè)物體之間均有電感特性，常見如同軸電纜有重要參數(shù)就是其電感，長(zhǎng)距離傳輸線之間的電感等。5、實(shí)際電感——電感器：集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流值等多種指標(biāo)的設(shè)備。更多的是理想電感元件與電阻的組合，因而不可能是無(wú)損元件。實(shí)際電感線圈

結(jié)構(gòu)：由具有絕緣外包線繞制成有心或空心的線圈構(gòu)成感性認(rèn)識(shí)電源1、任何實(shí)際電路正常工作必須要有提供能量的電源。2、實(shí)際電源多種多樣，圖給出了幾種實(shí)際電源的圖片。如手電筒和收音機(jī)上用的干電池和計(jì)算器中用的紐扣電池圖(a)，實(shí)驗(yàn)室中用的穩(wěn)壓電源圖(b)。還有其它種類的電源，如機(jī)動(dòng)車上用的蓄電池和人造衛(wèi)星上用的太陽(yáng)能電池，工程上使用的直流發(fā)電機(jī)，交流發(fā)電機(jī)等等。

實(shí)際電源

(a)電池(b)穩(wěn)壓電源規(guī)定：電源兩端電壓為uS，其值與流過它的電流i

無(wú)關(guān)。(2)特點(diǎn)：(a)

電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；(b)

通過它的電流是任意的，由外電路決定。直流：uS為常數(shù)交流：uS是確定的時(shí)間函數(shù)，如uS=Umsint(1)電路符號(hào)uS+_i四.

電壓源五.

電流源規(guī)定:電源輸出電流為iS，其值與此電源的端電壓u

無(wú)關(guān)。(2).特點(diǎn)：(a)

電源電流由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；(b)

電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。直流：iS為常數(shù)交流：iS是確定的時(shí)間函數(shù)，如iS=Imsint(1).電路符號(hào)iS+_u

支路：電路中流過同一電流的幾個(gè)元件互相連接起來的分支稱為一條支路。結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的連接點(diǎn)叫做結(jié)點(diǎn)?；芈罚河芍方M成的閉合路徑稱為回路。網(wǎng)孔：將電路畫在平面圖上，內(nèi)部不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。本圖中有?條支路本圖中有3條支路本圖中有?個(gè)結(jié)點(diǎn)本圖中有2個(gè)結(jié)點(diǎn)本圖中有?個(gè)回路本圖中有3個(gè)回路本圖中有?個(gè)網(wǎng)孔本圖中有2個(gè)網(wǎng)孔①②Us1+-R1Us2+-R2Is1.4

基爾霍夫定律一.

支路、結(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔圖中有6個(gè)節(jié)點(diǎn)

+abdcef圖中有4個(gè)節(jié)點(diǎn)圖中有6條支路圖中有8條支路圖中有3個(gè)回路圖中有7個(gè)回路聰明的腦瓜ADF4

在任一時(shí)刻，流出任一結(jié)點(diǎn)的支路電流之和等于流入該結(jié)點(diǎn)的支路電流之和∑I＝０。(KCL)在任一時(shí)刻，流出一封閉面的電流之和等于流入該封閉面的電流之和。KCL推廣應(yīng)用把以上三式相加得：封閉面二.基爾霍夫電流定律選定回路的繞行方向，電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù)。在任一瞬間，沿任一閉合回路繞行一周，各部分電壓降的代數(shù)和等于零，即∑U＝０。與繞向一致的電壓取正，反之取負(fù)。-U3–

U4+U1-U2=0U1U2U3U4U1-U3-U2+

U4=0Us1Us2+-R2+-R1U2IU1U4U3三.基爾霍夫電壓定律(KVL)

以支路電流為待求量，應(yīng)用KCL、KVL列寫電路方程組，求解各支路電流的方法稱為支路電流法。

支路電流法是計(jì)算復(fù)雜電路最基本的方法。需要的方程個(gè)數(shù)與電路的支路數(shù)相等。U