《電路分析基 礎》課件-西電第1章電路的基本元件及定律

1.3.1電阻元件1.1電路和電路模型1.2電路分析基本物理量

電流、電壓和功率1.3電路分析基本元件第1章電路的元件及電路定律

1.3.2電容元件

1.3.3電感元件

1.4.1獨立電源

1.4電源

1.4.2受控源

1.5基爾霍夫定律1.6計算機輔助電路分析

1.7應用舉例

電路分析基礎【難點】【知識點及重點】1.電路模型，稱為集總參數(shù)元件電路。2.電路的基本變量：電流、電壓和功率。

參考方向及關聯(lián)參考方向；元件提供還是消耗功率。3.電路中的理想元件有電阻、電容、電感。

熟練掌握理想元件的伏安關系。4.電壓源、電流源和受控源的分類及特性。5.

熟練掌握基爾霍夫定律。KCL及KVL定律。1、電流、電壓的參考方向與實際方向的差別。2、獨立電源與受控電源的聯(lián)系與區(qū)別。3、基爾霍夫定律擴展及應用。第1章電路的元件及電路定律

電路----是電子元器件按一定方式連接構成的電流通路1131.1電路和電路模型1.1.1電路的分類和組成下一頁上一頁電路分析基礎第1章電路的元件及電路定律功能a

能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b信息的傳遞與處理。下一頁上一頁發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電動機、電爐等輸電線話筒放大電路揚聲器1.電路的分類第1章電路的元件及電路定律1.1電路和電路模型1.1.1電路的分類和組成下一頁上一頁導線電池開關燈泡2.電路的組成電源：將非電形態(tài)的能量轉(zhuǎn)化為電能的供電設備。負載：將電能轉(zhuǎn)化為非電形態(tài)的能量的用電設備。連結導線：溝通電路、輸送電能。開關：是控制元件，控制電路的接通與斷開。第1章電路的元件及電路定律1.1.1

電路的分類和組成

1.1電路和電路模型

反映實際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。1.1.2.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返回下一頁上一頁

1.1電路和電路模型

電路分析的任務是對給定的電路確定其電性能，而電路的電性能通?？梢酝ㄟ^一組物理量來描述，常計算電路中的最基本物理量：電流、電壓和功率。下一頁上一頁電路分析基礎

大小、方向不隨時間而變化的電流、電壓稱為稱恒定直流量(DC)，一般用大寫字母、表示，。

方向隨時間變化的電流、電壓稱交流量(簡寫作AC)，其瞬時值分別用小寫字母、表示，。第1章電路的元件及電路定律1.2電路的基本物理量81.2.1電流I帶電粒子的定向運動形成電流，一般把單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電量定義為電流(electriccurrent)，用符號或表示。電流的實際方向：規(guī)定為正電荷運動的方向。

EUS

＋－＋－＋－UL

＋8下一頁上一頁

單位1kA=103A1mA=10-3A1

A=10-6A1.2電路的基本物理量參考方向i

參考方向大小方向(正負）電流(代數(shù)量)預先假設的電流方向ABi

參考方向i

參考方向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系：AABB99下一頁上一頁1.2.1電流1.2電路的基本物理量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下一頁上一頁1.2.1電流1.2電路的基本物理量

單位：V(伏)、kV、mV、V

電壓的定義

電壓(voltage)，是電場力將單位正電荷由某點移到另一點時所做的功。用符號或表示下一頁上一頁電位的定義

電位(potential)是指某點到參考點（零電位點）的電壓

圖1.5電路與簡化電路

通常大地被認為是零電位，電氣設備外殼、電子線路的公共點等都需接地，接地符號為“”。1.2.2電壓與電位1.2電路的基本物理量2.電壓的參考方向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下一頁上一頁ABAB1.2.2電壓與電位1.2電路的基本物理量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+ABUAB1.2.2電壓與電位1.2電路的基本物理量

關聯(lián)參考方向(associatedreferencedirection)：如果指定流過元件電流的參考方向是從標以電壓“+”極流向“-”極性的一端，即兩者的參考方向一致，稱電壓、電流的這種參考方向為關聯(lián)參考方向；否則稱為非關聯(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+-+-iUUABAB1.2.2電壓與電位1.2電路的基本物理量1.功率的定義功率的單位：W(瓦)(Watt，瓦特)電功率是電流在單位時間內(nèi)做的功。下一頁上一頁電器上常常標注的功率是額定功率，為該電器工作時需要消耗的電功率，該電器工作時不能低于或高于額定功率，否則，用電器不能正常工作，甚至發(fā)生災害事故。額定功率也給用戶設計布線的線徑、開關、保險的容量提供計算依據(jù)。1.2.3功率1.2電路的基本物理量2.功率的計算

u,i

取關聯(lián)參考方向P=ui

表示元件吸收的功率P>0

消耗功率，起著負載作用。P<0

提供功率，起著電源作用。p=-ui

P>0

？？功率

P<0

？？功率

u,i

取非關聯(lián)參考方向+-iu+-iu下一頁上一頁1.2.3功率1.2電路的基本物理量[例1.1]電路如圖1.8所示，方框代表電源或電阻，各電壓、電流的參考方向均已設定。已知試（1）判斷各元件電壓、電流的參考方向是否為關聯(lián)參考方向？171717下一頁上一頁（2）計算各元件消耗或向外提供的功率，判斷哪個元件起電源作用？并驗證是否滿足功率守恒。圖1.81.2電路的基本物理量圖1.8[例1.1][解]

（1）從圖1.8可知，元件1、4的電壓、電流參考方向為非關聯(lián)參考方向，元件2、3的電壓、電流為關聯(lián)參考方向。

元件1(提供功率，電源)1818下一頁上一頁（2）計算各元件的功率元件2(消耗功率，負載)元件3(消耗功率，負載)

元件4(消耗功率，負載)功率的和

滿足功率守恒。++1.2電路的基本物理量1.3電路分析的基本元件電路元件分類從能量特性方面可分{無源元件：w(t)>0有源元件：w(t)<0

從外部端鈕數(shù)量可分{二端元件：具有兩個引出端多端元件：具有兩個以上引出端本節(jié)將介紹理想電阻、理想電容、理想電感。需掌握元件的電壓電流關系，也稱為伏安特性或伏安關系(VoltageCurrentRelation，VCR或VAR)。下一頁上一頁下一節(jié)上一節(jié)第1章電路的元件及電路定律

電路分析基礎下一頁上一頁1.電阻元件伏安關系

理想電阻的伏安關系(VoltageCurrentRelation，VCR或稱VAR)，在任意時刻都是通過平面坐標原點的一條直線。1.3.1電阻元件

電阻如具有如圖1.9(b)所示的伏安關系，則稱該電阻為線性時不變電阻元件，用R表示。單位為歐姆，簡稱“歐”，符號為?。圖1.9(b)圖1.9(a)

第1章1.3電路分析的基本元件

21下一頁上一頁線性電阻的電壓電流關系滿足歐姆定律

(u和i為關聯(lián)參考方向)

(u和i為非關聯(lián)參考方向)

電導(G)：電阻的倒數(shù)定義為電導(conductance)單位：S（西門子）1.3.1電阻元件

第1章1.3電路分析的基本元件

22下一頁上一頁1.3.1電阻元件

第1章1.3電路分析的基本元件

下一頁上一頁額定值（ratedvalue）

就是為了保證安全，制造廠家所給出的電壓、電流或功率的限制數(shù)值。例如，一只燈泡上標明220V，40W。

電氣設備額定值通常在銘牌上標出，也可以在產(chǎn)品目錄中找到，使用時必須遵守規(guī)定。2.電阻元件的功率1.3.1電阻元件

第1章1.3電路分析的基本元件

例1.2求一只額定功率為100W、額定電壓為220V的燈泡的額定電流及電阻值。若每天使用4小時，每月（30天）用電多少？

解

在實際設計裝配電路時，不但應按所需電阻值大小來選電阻，還應根據(jù)電阻在電路中所消耗的功率選擇電阻型號。下一頁上一頁1.3.1電阻元件

第1章1.3電路分析的基本元件

25下一頁上一頁

電容器是用來表征電路中電場能儲存性質(zhì)的理想元件。理想線性電容元件的特性是它所儲存電荷q同它的端電壓u成正比C為電容元件的參數(shù)，簡稱電容(capacitance)。單位F（法拉）1.電容元件伏安關系設u和q為關聯(lián)參考方向1.3.2電容元件

第1章1.3電路分析的基本元件

26下一頁上一頁1.3.2電容元件

第1章1.3電路分析的基本元件

對線性電容，得若u和i為非關聯(lián)參考方向，則27下一頁上一頁1.電容元件伏安關系1.3.2電容元件

第1章1.3電路分析的基本元件

+=+電容電壓與電流的“全部歷史”有關，具有“記憶”電流的作用下一頁上一頁2.電容元件的作用和性質(zhì)電容有隔斷直流的作用

為零，雖有電壓，但電流為零。如果電容兩端加直流電壓1.3.2電容元件

第1章1.3電路分析的基本元件

電容電壓具有連續(xù)性質(zhì)和記憶性質(zhì)。下一頁上一頁2.電容元件的作用和性質(zhì)電容電壓不能躍變

電容電壓具有兩個重要性質(zhì)1.3.2電容元件

第1章1.3電路分析的基本元件

若電容電壓、電流為關聯(lián)參考方向，則任一瞬間電容吸收的瞬時功率為電容功率的特點：電容有時吸收功率（）充電狀態(tài)，有時卻又放出功率（），放電狀態(tài)。電容儲能與該時刻電壓的平方成正比，為非負值，說明電容是一種儲能元件，電容的儲能是電容電壓具有記憶的本質(zhì)。3.電容元件的功率和儲能30下一頁上一頁1.3.2電容元件

第1章1.3電路分析的基本元件

下一頁上一頁電感器是用來表征電路中磁場能儲存性質(zhì)的理想元件。L為電感元件的參數(shù)，簡稱電感(capacitance)。單位H（亨利）1.電感元件伏安關系理想電感元件的特性是元件中的磁鏈

與流過的電流i成正比1.3.3電感元件

第1章1.3電路分析的基本元件

下一頁上一頁1.3.3電感元件

第1章1.3電路分析的基本元件

根據(jù)電磁感應定律

33下一頁上一頁若u和i為非關聯(lián)參考方向，則1.電感元件伏安關系1.3.3電感元件

第1章1.3電路分析的基本元件

電感電流與電壓的“全部歷史”有關，具有“記憶”電壓的作用下一頁上一頁2.電感元件的作用和性質(zhì)電感對直流起著短路的作用

為零，雖有電流，但電壓為零。如果電感兩端加直流電流+1.3.3電感元件

第1章1.3電路分析的基本元件

電感電流具有記憶性質(zhì)和連續(xù)性質(zhì)。下一頁上一頁2.電感元件的作用和性質(zhì)電感電流不能躍變

電感電流具有兩個重要性質(zhì)1.3.3電感元件

第1章1.3電路分析的基本元件

36下一頁上一頁3.電感元件的功率和儲能電感功率的特點：電感有時吸收功率（）充電狀態(tài)，有時卻又放出功率（），放電狀態(tài)。電感是一種儲能元件

實際的電感線圈，除標明電感量外，還應標明額定工作電流。電流過大，會使線圈過熱或使線圈受到過大電磁力的作用而發(fā)生機械變形，甚至燒毀線圈。1.3.3電感元件

第1章1.3電路分析的基本元件

例1.3如圖1.12所示，電壓u和i的參考方向在圖中已經(jīng)標出，寫出各元件u和i的特性方程解（a）下一頁上一頁（b）（c）

第1章1.3電路分析的基本元件

1.4電源電源分為獨立電源和非獨立電源（受控源）。從實際電源抽象得到的電路模型{理想電壓源理想電流源本節(jié)主要介紹電壓源、電流源的符號、特性，受控電源的定義、分類和符號。下一頁上一頁第1章電路的元件及電路定律

電路分析基礎若一個二端元件接到任何電路后，該元件兩端電壓始終保持給定的時間函數(shù)或定值，則稱該二端元件為理想電壓源(亦稱獨立電壓源)，簡稱為電壓源(voltagesource)

電路符號1.理想電壓源定義下一頁上一頁1.4.1電壓源第1章1.4電源

1)電壓不變外接電阻變化時，電壓源上電流變化，但電壓不變。2)電流不定其端電壓是定值或是一定的時間函數(shù)，與流過的電流無關，因此也稱為獨立電壓源。電壓源的電壓是由它本身決定的，流過它的電流則是任意的，由電壓源與外電路共同決定2.理想電壓源的特性下一頁上一頁注意！！電壓源不能短路，如果短路會產(chǎn)生大電流，燒毀線路或者電源自身。1.4.1電壓源第1章1.4電源若一個二端元件的輸出電流總能保持給定的電流，與該元件兩端電壓無關，則稱此二端元件為理想電流源，簡稱為電流源(currentsource)。

電路符號1.理想電流源定義41下一頁上一頁1.4.2電流源第1章1.4電源

1)電流不變

2)電壓不定電流源發(fā)出的電流是定值或一定的時間函數(shù)，與兩端的電壓無關，也稱獨立電流源。

電流源的端電壓是由電流源與外電路共同決定的

理想電流源的特性外接電阻變化時，電流源兩端電壓變化，但電流不變。42下一頁上一頁1.4.2電流源第1章1.4電源受控源，也是一種電源，其輸出電壓或電流受電路中其他地方的電壓或電流控制，即依靠其他支路的電流或電壓向外電路提供電流或電壓的元件。受控源又稱為非獨立電源。

受控源是一種有源元件，是四端元件。1.受控源定義1.4.3受控源(controlledsourceordependentsource)

43下一頁上一頁電路符號+–受控電壓源受控電流源第1章1.4電源2.受控源的分類（1）電壓控制電壓源（VCVS)（2）電壓控制電流源（VCCS)（3）電流控制電壓源（CCVS)（4）電流控制電流源（CCCS)

受控源是一種有源元件，是四端元件，由兩條支路組成：其中一條支路是控制支路，另一條是被控制支路。1.4.3受控源(controlledsourceordependentsource)

第1章1.4電源(a)晶體三極管(c)晶體三極管小信號等效電路（b)晶體三極管符號1.4.3

受控源

第1章1.4電源電路中的電壓、電流受到兩類約束。一類是元件本身的伏安關系約束(如電阻元件的歐姆定律)；另一類是電路結構的約束也稱為拓撲約束。下一頁上一頁第1章電路的元件及電路定律

電路分析基礎1.5基爾霍夫定律本節(jié)介紹的基爾霍夫定律就是描述電路結構約束的基本定律，包括基爾霍夫電流定律(Kirchhoff’sCurrentLaw，KCL)和基爾霍夫電壓定律(Kirchhoff’sVoltageLaw，KVL)。它反映了電路中所有支路電流和電壓的約束關系，是分析電路的基本定律。1.5.1電路圖的幾個名詞電路中通過同一電流的分支。(b)三條或三條以上支路的連接點稱為節(jié)點。(n)b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R31.支路(branch)電路中每一個兩端元件就叫一條支路i3i2i12.節(jié)點

(node)b=5下一頁上一頁第1章1.5基爾霍夫定律

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(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R31233.路徑(path)4.回路(loop))5.網(wǎng)孔(mesh)網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。m=2下一頁上一頁1.5.1電路圖的幾個名詞第1章1.5基爾霍夫定律

1.5.2基爾霍夫電流定律(KCL)令流出為“+”，有：例

在集總參數(shù)電路中，在任一時刻，任一節(jié)點上，流出(或流入)該節(jié)點的所有支路的電流的代數(shù)和為零。流進的電流之和等于流出的電流之和下一頁上一頁1.KCL定律的內(nèi)容第1章1.5基爾霍夫定律

應將代數(shù)方程中各項前的正負號與電流本身數(shù)值的正負號區(qū)別開來。RCICRBIBIEbce＋UCC可將KCL推廣到電路中任何一個假定的閉合面?！獜V義結點IC+IB—IE＝0下一頁上一頁2.

KCL定律的說明不僅適用于節(jié)點，而且適用于任何一個封閉曲面。對任意的閉合面，流入(或流出)閉合面的電流的代數(shù)和等于零。1.5.2基爾霍夫電流定律(KCL)第1章1.5基爾霍夫定律

例1.4對封閉面有：對節(jié)點1有KCL方程：對節(jié)點3有KCL方程下一頁上一頁圖1.19中已知，，

求電流

的值。解第1章1.5基爾霍夫定律

（2）選定回路繞行方向，順時針或逆時針.–U1–US1+U2+U3+U4+US4=0

在集總參數(shù)電路中，在任一時刻、沿任一回路繞行一周，各支路(元件)的電壓降的代數(shù)和為零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1）標定各元件電壓參考方向

U2+U3+U4+US4=U1+US1

或：下一頁上一頁1.5.3基爾霍夫電壓定律(KVL)1.KVL定律的內(nèi)容第1章1.5基爾霍夫定律

（1）KVL的實質(zhì)反映了電路遵從能量守恒定律;下一頁上一頁2.

KVL定律的說明(2)應用列寫方程步驟是：首先對回路中各元件電壓要規(guī)定參考方向；并設定回路的繞行方向，選順時針繞行和逆時針繞行均可。凡元件電壓參考方向(由“+”極到“－”極的方向)與繞行方向相同者取“+”，反之取“－”。(3)應將代數(shù)方程中各項前的正負號與電壓本身數(shù)值的正負號區(qū)別開來。1.5.3基爾霍夫電壓定律(KVL)第1章1.5基爾霍夫定律

(4)KVL定律可推廣應用于開路電路。圖1.20中，無閉合回路，可以在a、b之間假設有一假想支路，與其他元件構成一個假想回路?？梢粤谐鱿旅娴腒VL方程：下一頁上一頁2.

KVL定律的說明圖1.201.5.3基爾霍夫電壓定律(KVL)第1章1.5基爾霍夫定律

［解］首先要先選定回路的繞行方向。如圖1.21所示，假定兩個回路繞行方向均為順時針。對左邊回路列KVL方程：求得［例1.5］電路圖如2.21所示，（1）求電壓

，電壓

；

(2)并求電阻

的值。

對右邊回路列KVL方程：上一頁下一頁圖1.211.5.3基爾霍夫電壓定律(KVL)［解］（2）利用歐姆定律和基爾霍夫定律求電阻值求得

上一頁下一頁［例1.5］電路圖2.21所示，(2)并求電阻

的值。

圖1.21第1章1.5基爾霍夫定律

[例1.6]圖1.22(a)中的受控源是CCCS，圖1.22(b)為簡化圖在圖1.22(a)所示電路中，

求電壓

。[解]，圖1.22例1.6電路圖

在左邊的回路中，利用KVL和歐姆定律列方程

在右邊的回路中返回下一頁上一頁第1章1.5基爾霍夫定律

Multisim是一款方便實用的電路仿真與設計軟件。上一頁下一頁第1章電路的元件及電路定律

電路分析基礎1.6計算機輔助電路分析菜單欄電路仿真工作平臺元器件工具欄工具欄使用中元件列表仿真開關儀器儀表工具欄設計管理窗口圖1.24（a)例1.7電路圖上一頁下一頁第1章1.6計算機輔助電路分析

[例1.7]利用計算機軟件分析圖1.24(a)中的電壓U和I。利用KCL及KVL計算電路圖1.24（a)得I=3AU=6V。圖1.24（b)從元件庫選元件及儀表上一頁下一頁[例1.7]利用計算機軟件分析圖1.24(a)中的電壓U和I。電路仿真分析過程：首先從元件庫中選取元件，在虛擬儀器儀表欄選萬用表，在電源庫里選直流電壓源和電流源，放置在電路輸入窗口，并設置元件與電源參數(shù)。如圖1.24（b)所示。第1章1.6計算機輔助電路分析

圖1.24（c)連接電路元件及測量儀表上一頁下一頁[例1.7]利用計算機軟件分析圖1.24(a)中的電壓U和I。電路仿真分析過程：然后連接電路元件及測量儀表，如圖1.24（c)第1章1.6計算機輔助電路分析

圖1.24（d)運行仿真上一頁下一頁[例1.7]利用計算機軟件分析圖1.24(a)中的電壓U和I。電路仿真分析過程：運行仿真，如圖1.24（d)所示。在虛擬儀表中讀出待分析的電流為3A和電壓為6V，與計算結果一致第1章1.6計算機輔助電路分析

1.標稱電阻電阻產(chǎn)品上標示的阻值，其單位為，千歐、兆歐，有時還以，、代替小數(shù)點，例如表示為；而電阻上標識為表示為。2.

色環(huán)標識法色環(huán)電阻使用較廣泛，看色環(huán)可以讀出阻值，使用很方便。色標電阻可分為四環(huán)和五環(huán)兩種標識方法，其中五色標識法常用于精密電阻。帶有四個色環(huán)的電阻其中第一、二環(huán)分別代表阻值的前兩位數(shù)，第三環(huán)代表倍率，第四環(huán)代表誤差。不同環(huán)數(shù)和不同顏色都有不同的含義，見表1.1所示。下一頁上一頁電路分析基礎1.7應用實例1.7.1電阻的標識法第1章電路的元件及電路定律

色環(huán)顏色棕紅橙黃綠藍紫灰白黑金銀無色有效數(shù)字第一二色環(huán)1234567890

應乘倍數(shù)第三色環(huán)1010210310410510610710810910.10.01誤