《電路(武大出版)》第七章

《電路(武大出版)》第七章目錄第七章概述電路元件與電路模型電路分析方法電路定理及應(yīng)用含有運(yùn)算放大器的電路分析非線性電阻電路分析章節(jié)總結(jié)與拓展01第七章概述本章是電路分析的基礎(chǔ)，介紹了電路的基本概念和基本分析方法，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。電路分析基礎(chǔ)電路分析在工程領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，如電力系統(tǒng)、電子系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等，本章的學(xué)習(xí)有助于理解電路在工程中的應(yīng)用。工程應(yīng)用背景章節(jié)背景及意義基本電路元件電路的基本定律電路的等效變換電路的分析方法章節(jié)內(nèi)容結(jié)構(gòu)01020304介紹電阻、電容、電感等基本電路元件的特性及伏安關(guān)系。介紹基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律，以及它們的物理意義和應(yīng)用。介紹電路的等效電阻、等效電源等概念，以及電路的等效變換方法。介紹支路電流法、網(wǎng)孔電流法、節(jié)點(diǎn)電壓法等電路分析方法，以及這些方法的應(yīng)用范圍。能夠運(yùn)用支路電流法、網(wǎng)孔電流法、節(jié)點(diǎn)電壓法等電路分析方法，對(duì)簡(jiǎn)單電路進(jìn)行分析和計(jì)算。了解電路在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題中。掌握基本電路元件的特性和伏安關(guān)系，理解電路的基本定律和等效變換方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求02電路元件與電路模型電阻是電路中常見的元件，用于限制電流的流動(dòng)。它具有固定的電阻值，表示元件對(duì)電流的阻礙程度。電阻的模型可以用歐姆定律來描述，即電壓與電流成正比，電阻保持恒定。該模型適用于線性電阻，其伏安特性曲線為一條直線。電阻元件及模型電阻模型電阻元件電感元件電感是儲(chǔ)存磁能的元件，當(dāng)電流通過電感時(shí)，會(huì)在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而儲(chǔ)存能量。電感模型電感的模型可以用電感定律來描述，即電感中的磁通量與電流成正比。電感的伏安特性曲線表現(xiàn)為電流滯后于電壓90度。電感元件及模型電容是儲(chǔ)存電能的元件，由兩個(gè)相互靠近的導(dǎo)體組成，中間被絕緣介質(zhì)隔開。當(dāng)電容兩端施加電壓時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體上儲(chǔ)存電荷。電容元件電容的模型可以用電容定律來描述，即電容中的電荷量與電壓成正比。電容的伏安特性曲線表現(xiàn)為電壓滯后于電流90度。電容模型電容元件及模型獨(dú)立電源獨(dú)立電源是電路中提供電能的裝置，如電池或發(fā)電機(jī)。它們具有恒定的電壓或電流輸出，不受電路中其他元件的影響。受控電源受控電源是一種特殊類型的電源，其輸出受電路中其他元件的控制。例如，晶體管可以作為一個(gè)受控電流源，其輸出電流受輸入電壓的控制。獨(dú)立電源與受控電源03電路分析方法通過串并聯(lián)關(guān)系，將復(fù)雜電路簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單電路，求出等效電阻。等效電阻等效電源等效電路將實(shí)際電源等效為理想電源與內(nèi)阻串聯(lián)或并聯(lián)的形式，便于分析電路。根據(jù)電路特點(diǎn)，將部分電路等效為簡(jiǎn)單電路，簡(jiǎn)化分析過程。030201等效變換法以支路電流為未知量，根據(jù)KCL和KVL列出方程組，求解支路電流。支路電流方程根據(jù)電路中的獨(dú)立節(jié)點(diǎn)數(shù)和獨(dú)立回路數(shù)確定獨(dú)立方程數(shù)。獨(dú)立方程數(shù)采用代數(shù)方法或矩陣方法求解支路電流方程組。方程求解支路電流法

網(wǎng)孔電流法網(wǎng)孔電流假設(shè)每個(gè)網(wǎng)孔中都有一個(gè)獨(dú)立的電流，稱為網(wǎng)孔電流。網(wǎng)孔方程以網(wǎng)孔電流為未知量，根據(jù)KVL列出方程組，求解網(wǎng)孔電流。方程求解采用代數(shù)方法或矩陣方法求解網(wǎng)孔電流方程組。參考節(jié)點(diǎn)選擇一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為參考節(jié)點(diǎn)，其他節(jié)點(diǎn)的電壓均相對(duì)于該節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)電壓以節(jié)點(diǎn)電壓為未知量，根據(jù)KCL列出方程組，求解節(jié)點(diǎn)電壓。方程求解采用代數(shù)方法或矩陣方法求解節(jié)點(diǎn)電壓方程組。節(jié)點(diǎn)電壓法04電路定理及應(yīng)用疊加定理指出，在線性電路中，任一支路的電壓或電流，都是電路中各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)，在該支路產(chǎn)生的電壓或電流的代數(shù)和。定義疊加定理適用于任何線性電路，包括電阻電路、動(dòng)態(tài)電路和正弦穩(wěn)態(tài)電路等。應(yīng)用范圍在求解電路時(shí)，可以先將各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用，求出各自在待求支路中產(chǎn)生的電壓或電流，然后將這些結(jié)果代數(shù)相加即可。使用方法疊加定理定義：替代定理是指，如果網(wǎng)絡(luò)N由一個(gè)電阻單口網(wǎng)絡(luò)NR和一個(gè)任意單口網(wǎng)絡(luò)NL連接而成，則1.如果端口電壓u有唯一解，則可用電壓為u的恒壓源來替代單口網(wǎng)絡(luò)NL，只要替代后的網(wǎng)絡(luò)[圖](/item/%E7%94%B5%E8%B7%AF%E5%AE%9A%E7%90%86/8507074?fr=aladdin#2_2)仍有惟一解，并不會(huì)影響單口網(wǎng)絡(luò)NR內(nèi)的電壓和電流。2.如果端口電流i有唯一解，則可用電流為i的恒流源來替代單口網(wǎng)絡(luò)NL，只要替代后的網(wǎng)絡(luò)[圖](/item/%E7%94%B5%E8%B7%AF%E5%AE%9A%E7%90%86/8507074?fr=aladdin#2_2)仍有惟一解，并不會(huì)影響單口網(wǎng)絡(luò)NR內(nèi)的電壓和電流。替代定理替代定理適用于任何電路分析，尤其是當(dāng)電路中存在非線性元件時(shí)。應(yīng)用范圍在求解電路時(shí)，可以先將待求支路從電路中分離出來，然后用一個(gè)恒壓源或恒流源來替代它，使得替代后的電路與原電路在端口處有相同的電壓或電流。接著，就可以利用已知的端口電壓或電流來求解原電路中的待求量。使用方法替代定理戴維南定理與諾頓定理戴維南定理定義：任何一個(gè)含有獨(dú)立源、線性電阻和受控源的一端口，對(duì)外電路來說，總可以用一個(gè)電壓源和電阻的串聯(lián)組合來等效置換。此電壓源的電壓等于該一端口的開路電壓Uoc，電阻等于該一端口的全部獨(dú)立源置零（電壓源短路、電流源開路）后的輸入電阻Ri。諾頓定理定義：任何一個(gè)含有獨(dú)立源、線性電阻和受控源的一端口，對(duì)外電路來說，總可以用一個(gè)電流源和電阻的并聯(lián)組合來等效置換。此電流源的電流等于該一端口的短路電流Isc，電阻等于該一端口的全部獨(dú)立源置零（電壓源短路、電流源開路）后的輸入電阻Ri。應(yīng)用范圍：戴維南定理和諾頓定理都是用于簡(jiǎn)化電路分析的重要定理，它們可以將一個(gè)復(fù)雜的電路等效為一個(gè)簡(jiǎn)單的電源和電阻的組合，從而方便求解電路中的待求量。使用方法：在求解電路時(shí)，可以先將待求支路從電路中分離出來，然后利用戴維南定理或諾頓定理將其等效為一個(gè)簡(jiǎn)單的電源和電阻的組合。接著，就可以利用已知的電源和電阻的值來求解原電路中的待求量。定義01最大功率傳輸定理（MaximumPowerTransferTheorem）是一種電工學(xué)上的定理，該定理表明，當(dāng)負(fù)載電阻等于源電阻時(shí)，負(fù)載獲得最大功率。應(yīng)用范圍02最大功率傳輸定理適用于任何包含電源、負(fù)載和傳輸線的電路系統(tǒng)。使用方法03在設(shè)計(jì)和分析電路系統(tǒng)時(shí)，可以利用最大功率傳輸定理來確定負(fù)載的最佳匹配條件以及傳輸線的特性阻抗等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)最大功率傳輸和最優(yōu)性能。最大功率傳輸定理05含有運(yùn)算放大器的電路分析高開環(huán)增益高輸入阻抗低輸出阻抗線性化特性運(yùn)算放大器的基本特性運(yùn)算放大器具有極高的開環(huán)電壓增益，通常可達(dá)10^4~10^6倍。運(yùn)算放大器的輸出阻抗非常低，能夠提供穩(wěn)定的輸出電壓，并具備帶負(fù)載能力。運(yùn)算放大器的輸入阻抗非常高，通常可達(dá)兆歐級(jí)別，使得其對(duì)輸入信號(hào)的影響極小。在負(fù)反饋?zhàn)饔孟?，運(yùn)算放大器能夠逼近線性化特性，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)學(xué)運(yùn)算。利用運(yùn)算放大器的虛短（兩輸入端電位相等）和虛斷（流入輸入端的電流為零）特性，簡(jiǎn)化電路分析過程。虛短和虛斷分析法以運(yùn)算放大器的輸入端為節(jié)點(diǎn)，列出節(jié)點(diǎn)電壓方程，進(jìn)而求解電路中的各支路電流和電壓。節(jié)點(diǎn)電壓法對(duì)于含有多電源的電路，可分別求出每個(gè)電源單獨(dú)作用時(shí)的響應(yīng)，然后將各響應(yīng)疊加得到總響應(yīng)。疊加定理含運(yùn)放電路的分析方法輸入信號(hào)經(jīng)反相輸入端進(jìn)入運(yùn)放，輸出電壓與輸入電壓成比例關(guān)系，比例系數(shù)由反饋電阻和輸入電阻決定。反相比例運(yùn)算電路輸入信號(hào)經(jīng)同相輸入端進(jìn)入運(yùn)放，輸出電壓與輸入電壓成比例關(guān)系，比例系數(shù)由反饋電阻和運(yùn)放內(nèi)部電阻決定。同相比例運(yùn)算電路將多個(gè)輸入信號(hào)分別接入運(yùn)放的反相輸入端和同相輸入端，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的加法運(yùn)算。加法運(yùn)算電路將兩個(gè)輸入信號(hào)分別接入運(yùn)放的反相輸入端和同相輸入端，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的減法運(yùn)算。減法運(yùn)算電路含運(yùn)放電路的計(jì)算實(shí)例06非線性電阻電路分析電阻值變化隨著電壓或電流的變化，非線性電阻的阻值也會(huì)發(fā)生變化，這與線性電阻的固定阻值不同。功率特性非線性電阻在電路中的功率消耗也呈現(xiàn)非線性特性，其功率與電壓或電流的平方成正比。伏安特性非線性電阻的電壓與電流之間呈現(xiàn)非線性關(guān)系，其特性曲線在坐標(biāo)系中通常為一條曲線而非直線。非線性電阻元件的特性123在非線性電阻的伏安特性曲線上，通過作圖法可以確定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，即電壓和電流的穩(wěn)態(tài)值。靜態(tài)工作點(diǎn)的確定根據(jù)電路的連接方式和電源參數(shù)，可以在伏安特性曲線上繪制負(fù)載線，用于分析電路的動(dòng)態(tài)過程。負(fù)載線的繪制圖解法適用于簡(jiǎn)單電路的分析，對(duì)于復(fù)雜電路可能難以準(zhǔn)確繪制伏安特性曲線和負(fù)載線。圖解法的局限性非線性電阻電路的圖解法將非線性電阻電路在靜態(tài)工作點(diǎn)附近進(jìn)行線性化處理，得到小信號(hào)等效電路，從而簡(jiǎn)化分析過程。小信號(hào)等效電路在小信號(hào)等效電路中，非線性電阻可以用一個(gè)微變等效電阻來替代，該電阻的阻值等于靜態(tài)工作點(diǎn)處的切線斜率。微變等效電阻首先確定靜態(tài)工作點(diǎn)，然后繪制小信號(hào)等效電路并計(jì)算微變等效電阻，最后利用線性電路的分析方法求解電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。分析步驟非線性電阻電路的小信號(hào)分析法07章節(jié)總結(jié)與拓展介紹了節(jié)點(diǎn)電壓法和回路電流法，用于解決復(fù)雜電路的分析問題。復(fù)雜電路分析方法二端口網(wǎng)絡(luò)濾波器設(shè)計(jì)諧振電路詳細(xì)闡述了二端口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)、性質(zhì)和等效電路，為電路設(shè)計(jì)和分析提供了有效工具。介紹了濾波器的基本原理和設(shè)計(jì)方法，包括低通、高通、帶通和帶阻濾波器等。講解了諧振電路的工作原理、特性及分析方法，涉及串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路。章節(jié)知識(shí)點(diǎn)回顧熟練掌握節(jié)點(diǎn)電壓法和回路電流法，能夠靈活運(yùn)用它們分析復(fù)雜電路。掌握分析方法深入理解二端口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和性質(zhì)，能夠建立等效電路并進(jìn)行分析。理解二端口網(wǎng)絡(luò)通過實(shí)際設(shè)計(jì)濾波器，加深對(duì)濾波器原理和設(shè)計(jì)方法的理解。加強(qiáng)濾波器設(shè)計(jì)實(shí)踐通過實(shí)驗(yàn)觀察諧振電路的特性和現(xiàn)象，加深對(duì)諧振電路工作原理的理解。注重諧振電路實(shí)驗(yàn)學(xué)