電路分析基礎李瀚蓀演示

（優(yōu)選）電路分析基礎第一章李瀚蓀ppt講解本文檔共74頁；當前第1頁；編輯于星期二\17點18分1.1電路和電路模型（model)1.集總電路由電阻、電容、電感等集總參數(shù)元件組成的電路實際元件與集總元件關系本文檔共74頁；當前第2頁；編輯于星期二\17點18分

反映實際電路部件的主要電磁性質的理想電路元件及其組合。2.電路模型(circuitmodel)導線電池開關燈泡電路圖理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件電路模型本文檔共74頁；當前第3頁；編輯于星期二\17點18分本文檔共74頁；當前第4頁；編輯于星期二\17點18分幾種基本的電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產生電場，儲存電場能量的元件電源元件：表示各種將其它形式的能量轉變成電能的元件注

具有相同的主要電磁性能的實際電路部件，在一定條件下可用同一模型表示；同一實際電路部件在不同的應用條件下，其模型可以有不同的形式本文檔共74頁；當前第5頁；編輯于星期二\17點18分電阻本文檔共74頁；當前第6頁；編輯于星期二\17點18分電容本文檔共74頁；當前第7頁；編輯于星期二\17點18分電感本文檔共74頁；當前第8頁；編輯于星期二\17點18分例3.集總參數(shù)電路由集總元件構成的電路集總元件假定發(fā)生的電磁過程都集中在元件內部進行集總條件注集總參數(shù)電路中u、i可以是時間的函數(shù)，但與空間坐標無關本文檔共74頁；當前第9頁；編輯于星期二\17點18分1.2電路變量：電流、電壓及功率

電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流的參考方向(currentreferencedirection)電流電流強度帶電粒子有規(guī)則的定向運動單位時間內通過導體橫截面的電荷量本文檔共74頁；當前第10頁；編輯于星期二\17點18分本文檔共74頁；當前第11頁；編輯于星期二\17點18分

方向規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向

單位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導線)中電流流動的實際方向只有兩種可能:

實際方向實際方向AABB問題復雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實際方向往往很難事先判斷本文檔共74頁；當前第12頁；編輯于星期二\17點18分參考方向i

參考方向大小方向(正負）電流(代數(shù)量)任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。ABi

參考方向i

參考方向i>0i<0實際方向實際方向電流的參考方向與實際方向的關系：AABB本文檔共74頁；當前第13頁；編輯于星期二\17點18分電流參考方向的兩種表示：用箭頭表示：箭頭的指向為電流的參考方向。用雙下標表示：如

iAB

,電流的參考方向由A指向B。iABiABAB本文檔共74頁；當前第14頁；編輯于星期二\17點18分本文檔共74頁；當前第15頁；編輯于星期二\17點18分電壓U

單位：V(伏)、kV、mV、V2.電壓的參考方向(voltagereferencedirection)單位正電荷q從電路中一點移至另一點時電場力做功（W）的大小電位單位正電荷q從電路中一點移至參考點（＝0）時電場力做功的大小

實際電壓方向電位真正降低的方向本文檔共74頁；當前第16頁；編輯于星期二\17點18分例已知：4C正電荷由a點均勻移動至b點電場力做功8J，由b點移動到c點電場力做功為12J，(1)若以b點為參考點，求a、b、c點的電位和電壓Uab、Ubc;(2)若以c點為參考點，再求以上各值解acb(1)以b點為電位參考點本文檔共74頁；當前第17頁；編輯于星期二\17點18分abc解(2)電路中電位參考點可任意選擇；參考點一經選定，電路中各點的電位值就是唯一的；當選擇不同的電位參考點時，電路中各點電位值將改變，但任意兩點間電壓保持不變。結論以c點為電位參考點本文檔共74頁；當前第18頁；編輯于星期二\17點18分問題復雜電路或交變電路中，兩點間電壓的實際方向往往不易判別，給實際電路問題的分析計算帶來困難。

電壓(降)的參考方向U>0參考方向U+–+實際方向+實際方向參考方向U+–

<0U假設的電壓降低之方向本文檔共74頁；當前第19頁；編輯于星期二\17點18分電壓參考方向的三種表示方式：(1)用箭頭表示(2)用正負極性表示(3)用雙下標表示UU+ABUAB本文檔共74頁；當前第20頁；編輯于星期二\17點18分元件或支路的u，i采用相同的參考方向稱之為關聯(lián)參考方向。反之，稱為非關聯(lián)參考方向。關聯(lián)參考方向非關聯(lián)參考方向3.關聯(lián)參考方向i+-+-iUU本文檔共74頁；當前第21頁；編輯于星期二\17點18分注(1)分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。(2)參考方向一經選定，必須在圖中相應位置標注(包括方向和符號），在計算過程中不得任意改變。（3）參考方向不同時，其表達式相差一負號，但實際方向不變。ABABi例＋－U電壓電流參考方向如圖中所標，問：對A、B兩部分電路電壓電流參考方向關聯(lián)否？答：A電壓、電流參考方向非關聯(lián)；

B電壓、電流參考方向關聯(lián)。本文檔共74頁；當前第22頁；編輯于星期二\17點18分電路元件的功率(power)1.電功率功率的單位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的單位：J(焦)(Joule，焦耳)單位時間內電場力所做的功。本文檔共74頁；當前第23頁；編輯于星期二\17點18分2.電路吸收或發(fā)出功率的判斷

u,i

取關聯(lián)參考方向P=ui表示元件吸收的功率P>0

吸收正功率(實際吸收)P<0吸收負功率(實際發(fā)出)p=ui

表示元件發(fā)出的功率P>0

發(fā)出正功率(實際發(fā)出)P<0

發(fā)出負功率(實際吸收)

u,i

取非關聯(lián)參考方向+-iu+-iu本文檔共74頁；當前第24頁；編輯于星期二\17點18分例564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1求圖示電路中各方框所代表的元件消耗或產生的功率。已知：U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A解注對一完整的電路，發(fā)出的功率＝消耗的功率本文檔共74頁；當前第25頁；編輯于星期二\17點18分本文檔共74頁；當前第26頁；編輯于星期二\17點18分1.３基爾霍夫定律(Kirchhoff’sLaws)基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律(KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構成了電路分析的基礎。本文檔共74頁；當前第27頁；編輯于星期二\17點18分1.幾個名詞電路中通過同一電流的分支。(b)二條或二條以上支路的連接點稱為節(jié)點。(

n

)b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路(branch)電路中每一個兩端元件就叫一條支路i3i2i1(2)節(jié)點(node)b=5cd本文檔共74頁；當前第28頁；編輯于星期二\17點18分由支路組成的閉合路徑。(l)兩節(jié)點間的一條通路。由支路構成。對平面電路，其內部不含任何支路的回路稱網孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3)路徑(path)(4)回路(loop)(5)網孔(mesh)網孔是回路，但回路不一定是網孔本文檔共74頁；當前第29頁；編輯于星期二\17點18分2.基爾霍夫電流定律(KCL)令流出為“+”，有：例

在集總參數(shù)電路中，任意時刻，對任意結點流出或流入該結點電流的代數(shù)和等于零。流進的電流等于流出的電流本文檔共74頁；當前第30頁；編輯于星期二\17點18分1

32例三式相加得：表明KCL可推廣應用于電路中包圍多個結點的任一閉合面明確（1）KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結點處的反映；（2）KCL是對支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關，與電路是線性還是非線性無關；（3）KCL方程是按電流參考方向列寫，與電流實際方向無關。本文檔共74頁；當前第31頁；編輯于星期二\17點18分（2）選定回路繞行方向，順時針或逆時針.–U1–US1+U2+U3+U4+US4=03.基爾霍夫電壓定律(KVL)

在集總參數(shù)電路中，任一時刻，沿任一閉合路徑繞行，各支路電壓的代數(shù)和等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1）標定各元件電壓參考方向U2+U3+U4+US4=U1+US1

或：–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4本文檔共74頁；當前第32頁；編輯于星期二\17點18分例KVL也適用于電路中任一假想的回路aUsb__-+++U2U1明確（1）KVL的實質反映了電路遵從能量守恒定律;（2）KVL是對回路電壓加的約束，與

回路各支路上接的是什么元件無關，與

電路是線性還是非線性無關；（3）KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實際方向無關。本文檔共74頁；當前第33頁；編輯于星期二\17點18分4.KCL、KVL小結：(1)KCL是對支路電流的線性約束，KVL是對回路電壓的線性約束。(2)KCL、KVL與組成支路的元件性質及參數(shù)無關。(3)

KCL表明在每一節(jié)點上電荷是守恒的；KVL是能量守恒的具體體現(xiàn)(電壓與路徑無關)。(4)KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。本文檔共74頁；當前第34頁；編輯于星期二\17點18分本文檔共74頁；當前第35頁；編輯于星期二\17點18分思考：i1=i2?3.AB+_1111113+_2i2i1UA=UB?I=01.？AB+_1111113+_22.i1i1=800mA

i2=1A本文檔共74頁；當前第36頁；編輯于星期二\17點18分1。2。++--4V5Vi=?3.++---4V5V1A+-u=?4.33本文檔共74頁；當前第37頁；編輯于星期二\17點18分10V++--1A-10VI=?105.4V+-10AU=?26.+-3AI1I10V++--3I2U=?I=057.5-+2I2I25+-本文檔共74頁；當前第38頁；編輯于星期二\17點18分解10V++--1A-10VI=?105.4V+-10AU=?26.+-3AI解I1本文檔共74頁；當前第39頁；編輯于星期二\17點18分10V++--3I2U=?I=057.5-+2I2I25+-解本文檔共74頁；當前第40頁；編輯于星期二\17點18分++-－I1U=?8.R2I1R1US解選擇參數(shù)可以得到電壓和功率放大。本文檔共74頁；當前第41頁；編輯于星期二\17點18分

1.4電阻元件(resistor)2.線性定常電阻元件

電路符號R電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其伏安關系用u～i平面的一條曲線來描述：iu任何時刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。1.定義伏安特性本文檔共74頁；當前第42頁；編輯于星期二\17點18分本文檔共74頁；當前第43頁；編輯于星期二\17點18分

u～i

關系R稱為電阻，單位：

(歐)(Ohm，歐姆)滿足歐姆定律(Ohm’sLaw)ui

單位G稱為電導，單位：S(西門子)(Siemens，西門子)u、i取關聯(lián)參考方向Rui+－伏安特性為一條過原點的直線本文檔共74頁；當前第44頁；編輯于星期二\17點18分(2)如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯(lián)公式中應冠以負號注(3)說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件歐姆定律(1)只適用于線性電阻，(R為常數(shù)）則歐姆定律寫為u–Rii–Gu公式和參考方向必須配套使用！Rui+-本文檔共74頁；當前第45頁；編輯于星期二\17點18分3.功率和能量上述結果說明電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p

–ui–(–Ri)ii2R–u(–u/R)u2/Rp

uii2Ru2/R功率：Rui+-Rui+-本文檔共74頁；當前第46頁；編輯于星期二\17點18分可用功表示。從t到t0電阻消耗的能量：Riu+–4.電阻的開路與短路能量：

短路

開路ui本文檔共74頁；當前第47頁；編輯于星期二\17點18分

1.5電壓源(voltagesource)

其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與流過它的電流i

無關的元件叫理想電壓源。

電路符號理想電壓源

定義i+_i+_本文檔共74頁；當前第48頁；編輯于星期二\17點18分

電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；與流經它的電流方向、大小無關。

通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。

理想電壓源的電壓、電流關系ui伏安關系例Ri-+外電路電壓源不能短路！本文檔共74頁；當前第49頁；編輯于星期二\17點18分電壓源的功率電場力做功，電源吸收功率。（1）

電壓、電流的參考方向非關聯(lián)；

物理意義：+_iu+_+_iu+_電流（正電荷）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功電源發(fā)出功率。

發(fā)出功率，起電源作用（2）

電壓、電流的參考方向關聯(lián)；

物理意義：吸收功率，充當負載或：發(fā)出負功本文檔共74頁；當前第50頁；編輯于星期二\17點18分例+_i+_+_10V5V計算圖示電路各元件的功率。解發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）本文檔共74頁；當前第51頁；編輯于星期二\17點18分

實際電壓源也不允許短路。因其內阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。usuiO

實際電壓源i+_u+_考慮內阻伏安特性一個好的電壓源要求本文檔共74頁；當前第52頁；編輯于星期二\17點18分

其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u無關的元件叫理想電流源。

電路符號1.6電流源

定義u+_(1)電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關；與它兩端電壓方向、大小無關

電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定

理想電流源的電壓、電流關系ui伏安關系本文檔共74頁；當前第53頁；編輯于星期二\17點18分例外電路電流源不能開路！Ru-+實際電流源的產生可由穩(wěn)流電子設備產生，如晶體管的集電極電流與負載無關；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產生一定值的電流等。本文檔共74頁；當前第54頁；編輯于星期二\17點18分電流源的功率（1）

電壓、電流的參考方向非關聯(lián)；

發(fā)出功率，起電源作用（2）

電壓、電流的參考方向關聯(lián)；

吸收功率，充當負載或：發(fā)出負功u+_u+_本文檔共74頁；當前第55頁；編輯于星期二\17點18分例計算圖示電路各元件的功率。解發(fā)出發(fā)出滿足：P（發(fā)）＝P（吸）+_u+_2A5Vi表示吸收了10W本文檔共74頁；當前第56頁；編輯于星期二\17點18分

實際電流源也不允許開路。因其內阻大，若開路，電壓很高，可能燒毀電源。isuiO

實際電流源考慮內阻伏安特性一個好的電流源要求u+_i本文檔共74頁；當前第57頁；編輯于星期二\17點18分1.7受控電源(非獨立源)(controlledsourceordependentsource)

電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。

電路符號+–受控電壓源1.定義受控電流源本文檔共74頁；當前第58頁；編輯于星期二\17點18分(1)電流控制的電流源(CCCS):電流放大倍數(shù)

根據(jù)控制量和被控制量是電壓u或電流i

，受控源可分四種類型：當被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；當被控制量是電流時，用受控電流源表示。2.分類四端元件bi1+_u2i2_u1i1+輸出：受控部分輸入：控制部分本文檔共74頁；當前第59頁；編輯于星期二\17點18分g:轉移電導(2)電壓控制的電流源(VCCS)u1gu1+_u2i2_i1+(3)電壓控制的電壓源(VCVS)u1+_u2i2_u1i1++-:電壓放大倍數(shù)本文檔共74頁；當前第60頁；編輯于星期二\17點18分ri1+_u2i2_u1i1++-(4)電流控制的電壓源(CCVS)r:轉移電阻

例電路模型本文檔共74頁；當前第61頁；編輯于星期二\17點18分3.受控源與獨立源的比較(1)獨立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。(2)獨立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關系，在電路中不能作為“激勵”。例求：電壓u2。解5i1+_u2_u1=6Vi1++-3本文檔共74頁；當前第62頁；編輯于星期二\17點18分1.8分壓公式和分流公式（1）電路特點1.電阻串聯(lián)(SeriesConnectionofResistors)+_R1Rn+_U

ki+_u1+_unuRk(a)各電阻順序連接，流過同一電流(KCL)；(b)總電壓等于各串聯(lián)電阻的電壓之和

(KVL)。u=u1+……+uk+……+un本文檔共74頁；當前第63頁；編輯于星期二\17點18分

由歐姆定律結論：等效串聯(lián)電路的總電阻等于各分電阻之和。(2)等效電阻u+_Reqi+_R1Rn+_Uki+_u1+_unuRku=R1i+…+Rki+…+Rni=(R1+…+Rn)i=Reqi

本文檔共74頁；當前第64頁；編輯于星期二\17點18分(3)串聯(lián)電阻的分壓說明電壓與電阻成正比，因此串連電阻電路可作分壓電路+_uR1R2+-u1-+u2ioo

注意方向!例兩個電阻的分壓：本文檔共74頁；當前第65頁；編輯于星期二\17點18分(4)功率p1=R1i2，p2=R2i2，，pn=Rni2p1:p2::pn=R1:R2::Rn總功率p=Reqi2=(R1+R2+…+Rn)i2=R1i2+R2i2++Rni2=p1+p2++pn（1）電阻串連時，各電阻消耗的功率與電阻大小成正比（2）等效電阻消耗的功率等于各串連電阻消耗功率的總和表明本文檔共74頁；當前第66頁；編輯于星期二\17點18分2.電阻并聯(lián)(ParallelConnection)inR1R2RkRni+ui1i2ik_(1)電路特點(a)各電阻兩端分別接在一起，兩端為同一電壓(KVL)；(b)總電流等于流過各并聯(lián)電阻的電流之和

(KCL)。i=i1+i2+…+ik+…+in本文檔共74頁；當前第67頁；編輯于星期二\17點18分等效i=i1+i2+…+ik+…+in=u/R1+u/R2

+…+u/Rn=u(1/R1+1/R2+…+1/Rn)=uGeqG=1/R為電導(2)等效電阻+u_iReq等效電導等于并聯(lián)的各電導之和inR1R2RkRni+ui1i2ik_由KCL:本文檔共74頁；當前第68頁