單元一電路分析基礎(chǔ)

1.1電路及電路模型電路分析基礎(chǔ)1.1.1實際電路實際電路

為某種目標(biāo)而將各種電氣、電子器件（如電阻、電容、線圈、變壓器、電機、開關(guān)、電池、晶體管）按照一定的方式相互連接。按電路的功能可分為兩大類：1）進(jìn)行電能的產(chǎn)生、傳輸、分配與轉(zhuǎn)換發(fā)電機

升壓變壓器

降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線強電系統(tǒng)：工作電壓高、電流大。1.1.1實際電路按電路的功能可分為兩大類：2）實現(xiàn)電信號的產(chǎn)生、傳遞、變換、處理與控制弱電系統(tǒng)：工作電壓低、電流小。放大器揚聲器話筒不管簡單還是復(fù)雜，電路的基本組成都離不開三個基本環(huán)節(jié)。任何一個電路都是由電源、負(fù)載、中間環(huán)節(jié)三部分組成。1.1.1實際電路

向電路提供電能的裝置；

將其它形式的能量，如化學(xué)能、熱能、機械能、原子能等轉(zhuǎn)換為電能；

通常人們熟悉的各種用電器，是電路中接收電能的裝置；

在電路中，通過負(fù)載，把從電源接收到的電能轉(zhuǎn)換為人們需要的能量形式。

電源和負(fù)載連通離不開傳輸導(dǎo)線，電路的通、斷離不開控制開關(guān)，實際電路為了長期安全工作還需要一些保護(hù)設(shè)備是在電路中起著傳輸和分配能量、控制和保護(hù)電氣設(shè)備等作用的部分。電源負(fù)載中間環(huán)節(jié)1.1.2電路模型

為便于對實際電路進(jìn)行分析和計算，對實際電路進(jìn)行模型化處理,建立電路模型。在一定條件下，忽略電路實體部件的次要性質(zhì)，用以表征其主要特性的模型來表示，即把它們近似地看作理想電路元件或者它們的組合，理想電路元件簡稱為理想元件，它是組成電路模型的最小單元。本課程將介紹5個理想元件即電阻元件、電感元件、電容元件、理想電壓源及理想電流源。IS＋US—－CLR

實際電路可近似地看作理想電路元件，并用規(guī)定的圖形符號表示，根據(jù)器件的連接方式，用理想導(dǎo)線將這些理想電路元件連接1.1.2電路模型1.1.3電路的分類求解實際部件模型時，集總意味著把部件的電場和磁場分隔開，電場只與電容元件關(guān)聯(lián)、磁場只與電感元件關(guān)聯(lián)，這樣，兩種場之間就不存在相互作用。

實際電場與磁場間會產(chǎn)生電磁波，一部分能量將通過輻射損失，因此只有在輻射能量可忽略不計的狀況下才能采用集總的概念。集總參數(shù)電路：實際電路器件的幾何尺寸l遠(yuǎn)小于其使用時最高頻率所對應(yīng)的波長λ

，在分析電路時可以忽略器件本身的幾何尺寸。分布參數(shù)電路：在分析電路時不可以忽略器件本身的幾何尺寸。1.1.3電路的分類例如：我國電力工程的電源頻率是50Hz，屬于低頻電路，對應(yīng)的波長為6000km,對實驗室的設(shè)備來說，其尺寸與波長相比完全可以忽略不計，因而可以用集總概念。對于遠(yuǎn)距離的電力輸電線路，電路本身的幾何尺寸相對于工作波長不可忽略不能用集總的概念進(jìn)行集總參數(shù)電路：按其元件參數(shù)是否為常數(shù)，又分為線性電路和非線性電路。本課程重點學(xué)習(xí)集總參數(shù)電路1.1電路及電路模型知識闖關(guān)1.電路的基本組成部分都離不開三個基本環(huán)節(jié)如電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)。（

）2.本書所討論分析的電路都是實際電路。（

）感謝觀看。。。。。。。。。。。。。。1.2電流、電壓及其參考方向作者姓名單位電路基礎(chǔ)1.2.1電流為了表示電流的強弱，引入電流強度這一物理量。電流強度定義為在電場力作用下，單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量，即：金屬導(dǎo)體內(nèi)部，自由電子可以在原子間作無規(guī)則的運動；在電解液中，正負(fù)離子可以在溶液中自由運動；如果在金屬導(dǎo)體或電解液兩端加上電壓，在金屬導(dǎo)體內(nèi)部或電解液中就會形成電場，自由電子或正負(fù)離子就會在電場力的作用下，作定向移動從而形成電流。電流強度簡稱為電流，所以“電流”不僅僅表明一種物理現(xiàn)象，也代表一個物理量。

1.電流的概念1.2.1電流

國際單位制（SI）中，電量q（Q）單位采用庫侖【C】、時間t單位采用秒【s】，電流i（I）單位采用安培【A】電流常用單位還有毫安【mA】、微安【μA】和納安【nA】，它們之間的換算關(guān)系為：

1A=103mA=106μA=109nA1.2.1電流2.電流的方向

電流不僅有大小，而且有方向，習(xí)慣規(guī)定正電荷移動的方向作為電流的正方向，當(dāng)負(fù)電荷或電子運動時，電流的實際方向與負(fù)電荷或電子運動的方向相反。

對于復(fù)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。問題參考方向任意假定一個方向即為電流的參考方向。1.2.1電流3.電流的參考方向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。i

參考方向AB

用雙下標(biāo)表示：如iAB,電流的參考方向由A指向B。iABAB1.2.1電流i>0i<0實際方向?qū)嶋H方向電流的參考方向與實際方向的關(guān)系：i

參考方向ABi

參考方向ABi

參考方向AB1.2.2電壓1.電壓的概念

當(dāng)電壓大小和方向不隨時間變化時，恒定的直流電壓用大寫字母Uab表示。

國際單位制（SI）中，當(dāng)電功的單位用焦耳【J】，電量的單位用庫侖【C】時，電壓的單位是伏特【V】。電壓的常用單位還有千伏【kV】和毫伏【mV】，各種單位之間的換算關(guān)系為：1kV=103V=106mV1.2.2電壓與電壓相關(guān)的另一個概念為電位，在電路中任選一點為參考點，則從電路中a點到參考點之間的電壓稱為a點的電位。電路中的電位具有相對性，參考點的選取是任意的，只有先明確了電路的參考點，再討論分析電路。2.電位的概念電路參考點的電位取零值，其它各點的電位值均要和參考點相比，高于參考點的電位是正電位，低于參考點的電位是負(fù)電位。1.2.2電壓電位與電壓不同，電位特指電場力把單位正電荷從電場中的一點移到參考點所作的功。為了區(qū)別于電壓，在電學(xué)中電位用“V”表示，電壓和電位的關(guān)系為：

電路中任意兩點間電壓，在數(shù)值上等于這兩點電位之差。電壓是絕對量，電路中任意兩點間的電壓大小，僅取決于這兩點電位的差值，與參考點無關(guān)。

3.電壓與電位的區(qū)別1.2.2電壓4.電壓的方向

實際電壓方向

電位真正降低的方向復(fù)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。問題1.2.2電壓分析電路時，同電流需要指定參考方向一樣，對電路兩點之間的電壓也需要指定參考方向。4.電壓的方向電壓參考方向的三種表示方式：(1)用箭頭表示：(2)用正負(fù)極性表示(3)用雙下標(biāo)表示UU+ABUAB1.2.2電壓4.電壓的方向U>0參考方向U+–參考方向U+–<0U+實際方向–+實際方向–1.2.3電流與電壓的參考方向分析和計算電路的過程中，電壓和電流都需要規(guī)定參考方向，二者各自選定，不需要必須一致。實際電路分析中，為了方便，一般把元件電壓的參考方向與電流的參考方向選為一致，稱為關(guān)聯(lián)參考方向，反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向i+-+-iuu1.2.3電流與電壓的參考方向例電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問：對A、B兩部分電路電壓電流參考方向關(guān)聯(lián)否？答：A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)。＋－uBAi需要注意：關(guān)聯(lián)參考方向，必須首先明確是對哪個元件而言。知識闖關(guān)

1.2電流、電壓及其參考方向A．電流參考方向與實際方向一致

B．電流參考方向與實際方向相反1.電流參考方向如習(xí)題圖1所示，計算結(jié)果表明i>0，則（

）習(xí)題圖1知識闖關(guān)

1.2電流、電壓及其參考方向2.電壓參考方向如習(xí)題圖2所示，計算結(jié)果表明u<0，則（

）A．電壓參考方向與實際方向一致B．電壓參考方向與實際方向相反習(xí)題圖23.判斷習(xí)題圖3元件1和元件2，哪一個電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向（

）A．元件1B．元件2習(xí)題圖3感謝觀看。。。。。。。。。。。。。。1.3電功率和能量作者姓名單位電路基礎(chǔ)1.3.1電功率當(dāng)電場力推動正電荷在電路中運動時，電場力做功，電路吸收能量，電路在單位時間內(nèi)吸收的能量稱為電路吸收的電功率，簡稱為功率。

功率的單位：瓦特（W），常用單位還有毫瓦（mW）、千瓦（kW）和兆瓦（MW）1.電功率的定義能量的單位：J(焦)(Joule，焦耳)1.3.1電功率1.電功率的定義說明關(guān)聯(lián)參考方向圖（ａ）P=ui非關(guān)聯(lián)參考方向圖（b）P=-ui根據(jù)功率值的正負(fù)判斷元件的工作狀態(tài)P>0，說明該元件吸收功率,消耗能量，元件是負(fù)載性質(zhì)P<0，說明該元件發(fā)出功率，提供能量，元件是電源性質(zhì)1.3.1電功率

求圖示電路中各方框所代表的元件吸收或產(chǎn)生的功率？例1：已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－1.3.1電功率解:對一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率＝吸收的功率564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－注意

1.3.1電功率

例2：圖示電路，若已知元件吸收功率為－20W，電壓U為5V，求電流I。+UI元件I=PU=－205=－4A

解+UI元件

解P=UI=10×(-100)=1000W元件吸收正功率，說明元件是負(fù)載。

例3：圖示電路，已知元件中通過的電流為－100A，電壓U為10V，電功率P。并說明元件性質(zhì)。1.3.2能量能量：某一時間內(nèi)消耗的功率。能量的單位是焦耳（J）,它等于功率是1W的用電設(shè)備在1s的時間內(nèi)消耗的電能。工程上或生活中還常用千瓦小時（kW?h）作為電能的單位，1kW?h又稱為1度電。

知識闖關(guān)1.3電功率和能量1.計算功率時不用考慮元件的電壓、電流是否為關(guān)聯(lián)參考方向。（

）2.不管任何元件，在電路中都只會吸收能量。（

）感謝觀看。。。。。。。。。。。。。。1.4電阻元件作者姓名單位電路基礎(chǔ)1.4.1線性時不變電阻電阻元件是最常見的電路元件之一，如電阻器、白熾燈、電爐等在一定條件下，其主要電磁特性是消耗電能，簡稱為電阻（R）；它是一種對電流呈現(xiàn)阻礙作用的耗能元件。各種各樣的電阻1.4.1線性時不變電阻當(dāng)伏安特性曲線為過原點的直線則稱該電阻為線性時不變電阻。假如取電流作為橫坐標(biāo)，電壓作為縱坐標(biāo)，可以畫出u-i平面上的一條曲線，這條曲線就稱為電阻的伏安特性曲線。1.線性時不變電阻i1.4.1線性時不變電阻1.線性時不變電阻

常用的電阻單位有：kΩ、MΩ，之間的換算關(guān)系為：1MΩ=103kΩ=106

Ω電壓單位用伏特（V）表示、電流單位用安培（A）表示時，電阻的單位用歐姆（Ω）表示，簡稱歐。

線性時不變電阻元件，在電流和電壓為關(guān)聯(lián)參考方向的條件下：

i1.4.1線性時不變電阻2.電導(dǎo)在電流和電壓為關(guān)聯(lián)參考方向的條件下，根據(jù)歐姆定律有：電阻的倒數(shù)稱為電阻元件的電導(dǎo)，它也是電阻元件的參數(shù)，用G表示，電導(dǎo)的單位符號為S，西門子，簡稱西。電導(dǎo)常用的單位還有：毫西門子（mS)1S=103mS

1.4.1線性時不變電阻當(dāng)電流與電壓非關(guān)聯(lián)參考方向時，根據(jù)歐姆定律，電壓與電流之間關(guān)系式可以表示為：u=?Ri或者i=?Gu1.4.1線性時不變電阻3.開路與短路（a）R=∞情況下

（b）開路一個線性電阻元件的端電壓不論為何值時，流過它的電流恒為零值，即伏安特性曲線在u-i平面上與電壓軸重合，相當(dāng)于R=∞或者G=0，稱為“開路”或“斷路”。1.4.1線性時不變電阻3.開路與短路一個線性電阻元件的電流不論為何值，它的端電壓恒為零值，即伏安特性曲線在u-i平面上與電流軸重合，相當(dāng)于R=0或者G=∞，稱之為“短路”。若把ab兩端子用理想導(dǎo)線連接起來，稱這對端子ab被“短路”。1.4.1線性時不變電阻如果該電阻的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點的曲線，則稱該電阻為非線性電阻。電阻還可以按照是否隨時間變換分為兩大類：如果電阻值不隨時間t變換，則稱為非時變電阻，反之稱為時變電阻。

本課程只討論學(xué)習(xí)線性、非時變電阻及電路4.非線性電阻與時變電阻1.4.2電阻元件的耗能

1.4.2電阻元件的耗能

電阻的功率P恒為正值，在任何時刻，只能從電路中吸收功率，其吸收的電能轉(zhuǎn)換成熱能或其它能量，所以電阻都是耗能元件。1.4電阻元件【例1】35W的電烙鐵其阻值為多少？1KW電爐呢？

1.4電阻元件【例2】已知下圖中U=-6V，I=2A，求電阻R。與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，則：解：U=-6V，表明電壓實際方向與參考方向相反：R=-U/I=-（-6）/2=3（Ω）【例3】一個標(biāo)有“220V50W”的白熾燈泡，試問220V電壓下正常工作時，通過電路的電流為多少？燈絲的電阻多大？若一個月（30天）消耗5度電能，試問工作了多少小時？

根據(jù)度和焦耳的關(guān)系，可以計算出：5度=5kWh=18MJ

1.4電阻元件1.4電阻元件知識闖關(guān)

感謝觀看。。。。。。。。。。。。。。1.5獨立電源作者姓名單位電路基礎(chǔ)1.5獨立電源

有些實際電源在工作時提供的端電壓基本穩(wěn)定或按固定的時間函數(shù)變化，如干電池、蓄電池、直流發(fā)電機、交流發(fā)電機、電子穩(wěn)壓源等，將這類電源可抽象為理想電壓源元件。有些實際電源在工作時提供的端電流基本穩(wěn)定或按固定的時間函數(shù)變化，如光電池、電子穩(wěn)流源等，將這類電源可抽象為理想電流源元件?！蔼毩ⅰ笔窍鄬?yīng)后面介紹的“受控”源而言的。獨立電源端電壓和端電流是不受電源之外的其它參數(shù)控制，是獨立量。1.5.1理想電壓源

理想電壓源簡稱電壓源，其圖形符號如圖所示，us為電壓源的激勵電壓，它是恒定值或按一定的時間函數(shù)變化，與流過它的電流無關(guān)。恒壓不恒流

當(dāng)us為恒定值時，這種電壓源稱為恒定電壓源或直流電壓源，用Us表示，有時也用蓄電池圖形符號表示，其中長線代表電源的“+”端。一般電壓源符號直流電壓源符號直流電壓源伏安特性曲線1.5.1理想電壓源1.理想電壓源的開路與短路開路I=0US+_RL+_U=USI=∞US+_RL短路+_U=0理想電壓源不允許短路！1.5.1理想電壓源2.理想電壓源的串聯(lián)與并聯(lián)串聯(lián)US=

USk

電壓值相同的電壓源才能并聯(lián)，且每個電源的電流不確定。US2+_－+US1注意參考方向US=

US1

—U

S25V+_+_5VI5V+_I+_USoo并聯(lián)1.5.2理想電流源

理想電流源簡稱電流源，其圖形符號如圖所示，iS為電流源的激勵電流，是恒定值或是一定的時間函數(shù)，與元件兩端的電壓無關(guān)。恒流不恒壓

當(dāng)電流源電流為恒定值時，這種電流源稱為恒定電流源或直流電流源，用IS表示一般電流源符號直流電流源符號直流電流源伏安特性曲線1.5.2理想電流源1.理想電流源的開路與短路開路I=IS+_U=∞短路+_U=0理想電流源輸出的電流值恒定，開路時由于理想電流源內(nèi)阻無窮大，因此其端電壓將趨近于無窮大！ISRLISRL理想電流源不允許開路！光電池、穩(wěn)流三極管一般可視為實際電流源。1.5.2理想電流源2.理想電流源的串聯(lián)與并聯(lián)IS1IS2IS3IS并聯(lián)IS=

ISk注意參考方向IS=

IS1+IS2

－IS3

電流相同的理想電流源才能串聯(lián)，且每個恒流源的端電壓均由它本身及外電路共同決定。串聯(lián)1.5獨立電源ISUS

ISUS

IS1

IS2US1US2？

US？IS？

ISIs=Is2-Is1

在電路等效的過程中，與理想電壓源相并聯(lián)的電流源不起作用！

與理想電流源相串聯(lián)的電壓源不起作用！同學(xué)們想想1.理想電壓源兩端的電壓與外電路無關(guān)（

）2.流過理想電流源的電流與外電路無關(guān)（

）3.電路如習(xí)題圖4所示，求流過電阻的電流（

）A．10AB.5AC.2A4.電路如習(xí)題圖5所示，求電阻兩端的電壓（

）A．10VB.5VC.20V知識闖關(guān)1.5獨立電源感謝觀看。。。。。。。。。。。。。。1.6受控源作者姓名單位電路基礎(chǔ)1.6受控源層間水沸石水在電路理論中還存在一種有源理想電路元件，這種電路元件上的電壓或電流不像獨立源那樣由自身決定，而是受電