電路與電子學課件

第一章直流電路(1-1)電路與電子學第一章直流電路(1-2)一、電路都有哪些作用？序言第一章直流電路(1-3)二、什么是電路？圖1－1手電筒電路電路組成：電源（電池）負載（燈泡、揚聲器、電動機）導線與開關第一章直流電路(1-4)

實際電路電路原理圖電路模型第一章直流電路(1-5)實際電路電路模型計算分析電氣特性

電路分析

電路綜合掌握電路的基本理論和電路分析的方法。三、電路分析與電路綜合四、電分任務第一章直流電路(1-6)五、電子學

引入半導體器件（二極管、三極管、運放等）分析由這些器件構成的各種模擬電路，要求掌握基本概念、基本電路和基本分析方法。器件和電路的建模+電路分析方法，即可分析電子學中的問題。第一章直流電路(1-7)六、其他問題1、總學時64，實驗單設課。電路20學時，電子學44學時。學分：4學時2、平時分數：20%

期末卷面分數：80%3、按時交作業(yè)，保證出勤4、答疑安排：第一章直流電路(1-8)第一章直流電路§1.1電路與電路模型

§1.2電流、電壓、電位

§1.3電功率

§1.4電阻元件

§1.5電壓源與電流源§1.6基爾霍夫定律§1.8支路電流法§1.9節(jié)點電位分析法

§1.10疊加原理§1.11等效電源定理§1.12含受控源的電阻電路§1.7簡單的電阻電路第一章直流電路(1-9)§1.1電路與電路模型電池燈泡UsIRU+_負載電源一個最簡單的實例電源：為電路提供電能量的元件。負載：將電能轉換為其它形式能量的元件。第一章直流電路(1-10)§1.2電流、電壓、電位

一、物理量的正方向1、實際正方向2、假設正方向實際正方向：根據物理定義給出的方向。假設正方向（參考正方向）：為分析計算人為規(guī)定的物理量方向。USIRU+_第一章直流電路(1-11)問題的提出：在復雜電路中難于判斷元件中物理量的實際方向，電路如何求解？電流方向AB？電流方向BA？US1ABRUS2二、物理量正方向的表示方法第一章直流電路(1-12)(1)

在解題前先設定一個正方向，作為參考方向；解題方法(3)

根據計算結果確定實際方向： 若計算結果為正，則實際方向與假設方向一致； 若計算結果為負，則實際方向與假設方向相反。(2)

根據電路的定律、定理，列出物理量間相互關系的代數表達式；并依此進行計算。US1ABRUS2IR第一章直流電路(1-13)+-IR電流：從高電位指向低電位。+-IR電流：從低電位指向高電位。電路中的電壓和電流參考方向可以任意設定。關聯參考方向非關聯參考方向第一章直流電路(1-14)在電路中任選一節(jié)點，設其電位為零(用此點稱為參考點。其它各節(jié)點對參考點的電壓便是該節(jié)點的電位。記為：“VX”（注意：電位為單下標）。標記),Va=5V

a

點電位：ab15Aab15AVb=-5V

b

點電位：三、電位的概念第一章直流電路(1-15)①電位值是相對的,參考點選得不同，電路中其它各點的電位也將隨之改變；注意：電位和電壓的區(qū)別Va=5V

a

點電位：ab15Aab15AVb=-5V

b

點電位：②電路中兩點間的電壓值是固定的，不會因參考點的不同而改變。第一章直流電路(1-16)電位在電路中的表示法R1R3+U1-U2R2E1+_E2+_R1R2第一章直流電路(1-17)+15V-15V

參考電位在哪里？15V+-15V+-R1R2R1R2第一章直流電路(1-18)例：*電路中的參考點是人為確定的，bR1=20R2=5U2=90VU1=140V+-R3=6+_dacI1=4AI2=6AI3=10AbR1=20R2=5Ud=+90VUC=+140VR3=6dacI1=4AI2=6AI3=10A第一章直流電路(1-19)bR1=20R2=5Vd=+90VVC=+140VR3=6dacI1=4AI2=6AI3=10AbR1=20R2=5R3=6dacI1=4AI2=6AI3=10A電路中的電位由參考點確定，兩點間的電壓不隨參考點的變化而改變。第一章直流電路(1-20)§1.3電功率如果UI方向不一致結果如何？aIRUb功率的概念：

設電路中任意兩點間的電壓為

U

，流入此部分電路的電流為I，則這部分電路消耗的功率為:功率有正負！第一章直流電路(1-21)

在U、I關聯參考方向下：

IRUab或IRUab“吸收功率”（負載）“發(fā)出功率”（電源）若P=UI0若P=UI0根據能量守衡關系P（吸收）=P（發(fā)出）功率平衡方程第一章直流電路(1-22)圖1－8例1－1例：在圖1－8電路中，已知U1=1V,U2=-6V,U3=-4V,U4=5V,U5=-10V,I1=1A,I2=-3A,I3=4A,I4=-1A,I5=-3A。整個電路吸收的功率為解：各二端元件吸收的功率為第一章直流電路(1-23)復習----參考方向一、電流參考方向第一章直流電路(1-24)I1第一章直流電路(1-25)二、電壓參考方向第一章直流電路(1-26)+-U1第一章直流電路(1-27)第一章直流電路(1-28)三、電壓參考方向與電流參考方向的關系第一章直流電路(1-29)解答1、為什么在分析電路時，必須規(guī)定電流的參考方向和

電壓的參考極性？參考方向與實際方向有什么關系？2、你能確定圖1電路中電壓Uab的實際極性嗎？為什么？圖1圖23、求圖2各二端元件的吸收功率。第一章直流電路(1-30)§1.4電阻元件及歐姆定律第一章直流電路(1-31)Ruiiuiu線性電阻非線性電阻1、電阻R（常用單位：、k、M）第一章直流電路(1-32)2、歐姆定律Rui或式中:R稱為電阻，其SI單位為歐[姆](Ω)G稱為電導，其SI單位為西[門子](S)

電阻吸收的功率為：第一章直流電路(1-33)(3)為了避免列方程時出錯，習慣上把

I

與U

的方向按相同方向假設，既“關聯參考方向”。(1)方程式U/I=R

僅適用于關聯參考的情況。(2)在解題過程中，首先要設置電壓電流的參考方向，分析過程始終依據這些參考方向列寫方程。提示Rui第一章直流電路(1-34)

線性電阻有兩種值得注意的特殊情況——開路和短路。短路的伏安特性開路的伏安特性第一章直流電路(1-35)§1.5電壓源與電流源第一章直流電路(1-36)用示波器觀測直流穩(wěn)壓電源的電壓隨時間變化的波形。示波器穩(wěn)壓電源第一章直流電路(1-37)IUS+_abU一、電壓源IU01、電壓源兩端電壓與電路其它部分無關，恒為Us2、電壓源電流由外電路決定特點：第一章直流電路(1-38)恒壓源中的電流由外電路決定設:

US=10V當R1

、R2

同時接入時：I=10AIUS+_abUabR22

當R1接入時：I=5A則：2R1第一章直流電路(1-39)abIUabIsIUabIS二、電流源特點：（1）輸出電流不變，其值恒等于電流源電流IS（2）端口電壓由外電路決定。第一章直流電路(1-40)恒流源兩端電壓由外電路決定IUIsR設:IS=1AR=10

時，U=10

VR=1

時，U=1

V則:第一章直流電路(1-41)例題:原則：Is不能變，US

不能變。①電壓源中的電流I=IS②恒流源兩端的電壓b_+IUS

RaUab=?Is①電壓源中的電流如何決定？②電流源兩端的電壓等于多少？第一章直流電路(1-42)三、兩種實際電源模型及其等效互換條件：對外的電壓、電流相等。I=I'Uab

=Uab'即：IRS+-USbaUabUab'ISabI'RS'第一章直流電路(1-43)等效互換公式ISabUab'I'RS'則I=I'Uab=Uab'若IRS+-USbaUab第一章直流電路(1-44)注意轉換前后US

與Is

的方向aUS+-bIRSUS+-bIRSaIsaRS'bI'aIsRS'bI'第一章直流電路(1-45)恒壓源和恒流源不能等效互換abI'Uab'IsaUS+-bI（不存在）第一章直流電路(1-46)IsR1R3R2R5R4I3I1I應用舉例-+IsR1U1+-R3R2R5R4IU3I=?第一章直流電路(1-47)(接上頁)IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3IsR5R4IR3R1R2I3I1第一章直流電路(1-48)+RdUd-R5I+R4U4-(接上頁)R5IR1//R2//R3I1+I3R4IS第一章直流電路(1-49)10V+-2A2I討論題哪個答案對???+-10V+-4V2第一章直流電路(1-50)電路如圖所示。

若：(1)R=10；(2)R=5；(3)R=2時;

試判斷5V電壓源是發(fā)出功率或吸收功率。思考與練習第一章直流電路(1-51)§1.6基爾霍夫定律

用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關系，包括基爾霍夫電流和基爾霍夫電壓兩個定律。

一、電路的幾個名詞二、基爾霍夫電流定律三、基爾霍夫電壓定律

第一章直流電路(1-52)一、電路的幾個名詞

1、支路：通過一個電流的分支叫支路。

下圖所示電路共有5條支路。第一章直流電路(1-53)2、節(jié)點：三個或三個以上支路的聯結點。a、b點是節(jié)點，d點和e點間由理想導線相連，應視為一個節(jié)點。該電路共有3個節(jié)點。

第一章直流電路(1-54)3、回路：由支路組成的閉合路徑稱為回路。

圖中{1,2}、{1,3,4}、{1,3,5,6}、{2,3,4}、{2,3,5,6}和{4,5,6}都是回路。

第一章直流電路(1-55)4、網孔：內部不含有支路的回路，稱為網孔。圖中的{1,2}、{2,3,4}和{4,5,6}回路都是網孔。第一章直流電路(1-56)二、基爾霍夫電流定律--KCLKirchhoff’sCurrentLaw

基爾霍夫電流定律的依據：電流的連續(xù)性I1I2I3I4例：在任一瞬間，對任意節(jié)點，流出電流之和等于流入電流。第一章直流電路(1-57)電流定律還可以擴展到電路的任意封閉面。I3-I1-I2=0基爾霍夫電流定律的擴展I1I2I3例：例：第一章直流電路(1-58)I=0US3R1+_R+U2S2US1+_R_IRI=?I=?當兩個單獨的電路只用一條導線相連接時，此導線中的電流必定為零。第一章直流電路(1-59)求下圖電路中的電流i。思考與練習

第一章直流電路(1-60)三、基爾霍夫電壓定律—KVL

Kirchhoff'sVoltageLaw沿任一閉合回路繞行一周，各支路電壓代數和恒為零。即：在列寫回路KVL方程時，其電壓參考方向與回路繞行方向相同的支路電壓取正號，與繞行方向相反的支路電壓取負號。第一章直流電路(1-61)例：對圖示電路的三個回路，沿順時針方向繞行回路一周，寫出的KVL方程為：

第一章直流電路(1-62)四、關于獨立方程式的討論問題的提出：在用基爾霍夫電流定律或電壓定律列方程時，究竟可以列出多少個獨立的方程？分析以下電路中應列幾個電流方程？幾個電壓方程？例：aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1+++___第一章直流電路(1-63)電流方程：節(jié)點a：節(jié)點b：獨立電流方程只有1個電壓方程：#1#2#3獨立電壓方程有2個#1#2#3aI1I2U2+-R1R3R2+_I3bU1+++___第一章直流電路(1-64)設：電路中有N個節(jié)點，B個支路N=2、B=3bR1R2U2U1+-R3+_a小結獨立的節(jié)點電流方程有

(N-1)個獨立的回路電壓方程有

(B-N+1)=M個則：（一般為網孔個數）獨立電流方程：１個獨立電壓方程：２個第一章直流電路(1-65)？求：I1、I2

、I3

能否很快說出結果討論題1++--3V4V11+-5VI1I2I3第一章直流電路(1-66)§1.7簡單的電阻電路US+-２RUS+-R２RRR２R２R２R

對于簡單電路，通過串、并聯關系即可求解。如：第一章直流電路(1-67)a+-204V84306簡單電阻電路的計算方法一：電阻變換法方法二：電源等效變換法求：a點電位第一章直流電路(1-68)§1.8支路電流法未知數：各支路電流解題思路：(1)、根據基爾霍夫定律，列節(jié) 點電流和回路電壓方程。

(2)、聯立求解。第一章直流電路(1-69)解題步驟：1.對每一支路假設一未知電流（I1--I6）4.解聯立方程組對獨立節(jié)點寫2.列電流方程對獨立回路寫3.列電壓方程節(jié)點數N=4支路數B=6R6I6I3U3-+R3R1I1bdacR5I5R2I2U4R4I4+_例1：第一章直流電路(1-70)節(jié)點a：對獨立節(jié)點列電流方程節(jié)點c：節(jié)點b：節(jié)點數N=4支路數B=6R6I6I3U3-+R3R1I1bdacR5I5R2I2U4R4I4+_第一章直流電路(1-71)對獨立回路列電壓方程電壓、電流方程聯立求得：R6I6I3U3-+R3R1I1bdacR5I5R2I2U4R4I4+_第一章直流電路(1-72)是否能少列一個方程?電流方程N-1個支路電流未知數少一個：支路中含有恒流源的情況N=4B=6R6aI3sI3dU+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1例2：第一章直流電路(1-73)電壓方程:B-N+1=M個N=4B=6R6aI3sI3dU+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1Ux第一章直流電路(1-74)結果：5個電流未知數

+

1個電壓未知數

=

6個未知數由6個方程求解。N=4B=6R6aI3sI3dU+_bcI1I2I4I5I6R5R4R2R1UxRIRIRI-U=0++552211

第一章直流電路(1-75)支路電流法小結解題步驟結論與引申12對每一支路假設一未知電流(1).假設未知數時，正方向可任意選擇。對每個節(jié)點有4解聯立方程組#1#2#3根據未知數的正負決定電流的實際方向。3列電流方程：對每個回路有列電壓方程：(2).原則上，有B個支路就設B個未知數。

（恒流源支路除外）若電路有N個節(jié)點，則可以列出？個獨立方程。(N-1)獨立回路的選擇：需補足B

-（N

-1）=M個方程。一般按網孔選擇第一章直流電路(1-76)支路電流法的優(yōu)缺點優(yōu)點：支路電流法是電路分析中最基本的方法 之一。只要根據基爾霍夫定律、歐姆定 律列方程，就能得出結果。缺點：電路中支路數多時，所需方程的個數較多，求解不方便。支路數B=4須列4個方程式ab第一章直流電路(1-77)§1.9節(jié)點電位分析法共a、b兩個節(jié)點，b設為參考點后，僅剩一個未知數（a點電位Va）。節(jié)點電位法中的未知數=獨立節(jié)點數[N-1]節(jié)點電位法解題思路

求其它各節(jié)點電位(對參考點的電壓)，求各支路的電流或電壓。

假設一個參考電位點，令其電位為零，

節(jié)點電位法適用于支路數多，節(jié)點少的電路。abVa第一章直流電路(1-78)節(jié)點電位方程的解題過程（以下圖為例）則：各支路電流分別為：設：節(jié)點電流方程：A點：B點：ABI3I1R1R2+--+U1U2R3R4R5+-U5I2I4I5C求電位：VA、

VB第一章直流電路(1-79)

將各支路電流代入A、B

兩節(jié)點電流方程，然后整理得：

其中未知數僅有VA、VB

兩個，利用兩個方程即可解出結果。ABI3I1R1R2+--+U1U2R3R4R5+-U5I2I4I5C第一章直流電路(1-80)I=?不作用的電壓源短路I'=2A不作用的電流源斷路I"=-1AI=I'+I"=1A+解：+-10I4A20V101010I’4A101010I”1010+-20V§1.10疊加原理引入：第一章直流電路(1-81)在多個電源共同作用的線性電路中，各支路電流或任意兩點間電壓都是各個電源單獨作用時所得結果的代數和。+概念:原電路BI2I1AR1U1R2U2I3R3+_+_I2''U2單獨作用BR1I1''R2AU2I3''R3+_U1單獨作用BAI2'I1'U1R1R2I3'R3+_第一章直流電路(1-82)應用迭加定理要注意的問題1.迭加定理只適用于線性電路（電路參數不隨電壓、電流的變化而改變）。2.迭加時只將電源分別考慮，電路的結構和參數不變。 將暫時不考慮的恒壓源短路，即令Us=0； 將暫時不考慮的恒流源開路，即令Is=0。3.解題時要標明各支路電流、電壓的正方向。原電路中各電壓、電流的最后結果是各分電壓、分電流的代數和。=+第一章直流電路(1-83)4.迭加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用來求功率。如：5.運用迭加定理時也可以把電源分組求解，每個分電路的電源個數可能不止一個。

設：則：I3R3=+第一章直流電路(1-84)§1.11等效電源定理無源二端網絡：二端網絡中沒有電源有源二端網絡：二端網絡中含有電源ABAB二端網絡：若一個電路只通過兩個輸出端與外電路相聯，則該電路稱為“二端網絡”。（Two-terminals=Oneport）第一章直流電路(1-85)等效電源定理的概念有源二端網絡用電壓源模型替代

-----戴維南定理有源二端網絡用電流源模型替代

----諾頓定理

有源二端網絡用電源模型替代，便為等效電源定理。AB第一章直流電路(1-86)一、戴維南定理注意：“等效”是指對端口外等效。1、概念：有源二端網絡用電壓源模型等效。有源二端網絡RUocRo+_R等效的電壓源為有源二端網絡的開路電壓。等效的電阻為有源二端網絡內部電源為零時的電阻。第一章直流電路(1-87)2、戴維南定理應用已知：R1=20、R2=30

R3=30、R4=20

U=10V求：當R5=10時，I5=?等效電路有源二端網絡R1R3+_R2R4R5UI5R5I5R1R3+_R2R4UABDC第一章直流電路(1-88)第一步：求開路電壓UocUocR1R3+_R2R4UABDC第一章直流電路(1-89)RoR1=20,

R2=30R3=30,R4=20U=10V已知：R5I5R1R3+_R2R4UABR1R3R2R4第二步：求 等效電阻Ro第一章直流電路(1-90)等效電路UocRo+_R5

I5R5I5R1R3+_R2R4UABDCUoc

=2V

Ro=24時：第三步：求未知電流I5第一章直流電路(1-91)二、諾頓定理1、概念：

有源二端網絡用電流源模型等效。=

等效電流源Is

為二端網絡輸出端的短路電流。

等效電阻為二端網絡內部電源為零時的電阻。Ro有源二端網絡ABABIsRo第一章直流電路(1-92)諾頓定理應用舉例(同前例）等效電路有源二端網絡已知：R1=20、R2=30

R3

=30、R4=20

U=10V

求：當R5=10時，I5=?R1R3+_R2R4R5UI5R5I5R1R3+_R2R4U第一章直流電路(1-93)第一步：求短路電流IsVA=VBIs

=0?R1=20、

R2=30R3=30、R4=20

U=10V已知：有源二端網絡AIsDCBR1R3+_R2R4UR1//R3R2//R4+-UA、BCD第一章直流電路(1-94)AIIIs083.021=-=BI1I2DCR1R3+_R2R4UAIs第一章直流電路(1-95)等效電路R5I5R1R3+_R2R4UI5ABIs240.083AR510Ro第二步：求等效電流源電阻Ro計算方法與戴維南定理相同（略）AId083.0=第一章直流電路(1-96)第三步：求解未知電流I5。I5ABIs240.083AR510Ro結果同前！第一章直流電路(1-97)三、等效電源定理應用舉例求：U=?_33445051A8V+10VCDEABRLU+_UocRo+_RL

U第一章直流電路(1-98)第一步：求開端電壓Uoc。445051A8V+10VCDEABUoc+_第一章直流電路(1-99)第二步：求等效電阻Ro。44505445051A8V+10VCDEABUoc+_-第一章直流電路(1-100)第三步：求解未知電壓Ｕ。UocRo579V33Ｕ+_33445051A8V+10VCDEABRLU+_第一章直流電路(1-101)§1.12含受控電源的電阻電路電源非獨立源（受控源）獨立源電壓源電流源獨立電源的電壓或電流可以獨立存在，其大小、方向和電路的工作狀態(tài)（電壓、電流）無關。受控源的電壓或輸出電流受電路中某個電壓或電流的控制。它不能獨立存在，其大小、方向由控制量決定。第一章直流電路(1-102)一、受控源分類壓控電壓源+-U1+-U2壓控電流源U1I2流控電流源I2I1流控電壓源I1+-+-U2第一章直流電路(1-103)求：I1、I2UD=0.4UAB例1：電路參數如圖所示則：

設VB

=0用節(jié)點電位法解：++-_Us20VR1R3R22A221IsABI1I2UD二、受控源電路的分析計算第一章直流電路(1-104)（1）Us

單獨作用（２）Is

單獨作用Us++--R1R2ABU’D=0.4U’ABI1'I2'+-R1R2ABU”D=0.4U”ABI1''I2''IsUD

=0.4UAB++-_UsIsUDABR1R3R2I1I2解法二：用疊加定理第一章直流電路(1-105)解得：代入數據得：（1）

Us

單獨作用Us++--R1R2ABU’D=0.4U’ABI1'I2'節(jié)點電位法：

設VB

=0第一章直流電路(1-106)（２）Is單獨作用+-R1R2ABU”D=0.4U”ABI1''I2''Is節(jié)點電位法：

設VB

=0第一章直流電路(1-107)（3）最后結果：+-R1R2ABU”D=0.4U”ABI1''I2''IsUs++--R1R2ABU’D=0.4U’ABI1'I2'結果同前！第一章直流電路(1-108)兩種電源互換412+_U9VR1R2R5ID641+_U9VR1R2I1+_UD2I1已知:求:I1例2：第一章直流電路(1-109)+_UD2641+_U9VR1R2I1+_U9VR1R2I16ID’61第一章直流電路(1-110)+_U9VR1I1ID’6+_U9VR1R2I16ID’61第一章直流電路(1-111)+_U9VR1I1I