電路分析基礎(chǔ) 第01章

1、 由電阻、電容、電感等集中參數(shù)元件由電阻、電容、電感等集中參數(shù)元件 組成的電路稱為集中電路。組成的電路稱為集中電路。 電路的功能基本上可以分成兩大類。電路的功能基本上可以分成兩大類。 一類是用來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。一類是用來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。 電路的另一類功能則是在信息網(wǎng)絡(luò)中，用電路的另一類功能則是在信息網(wǎng)絡(luò)中，用 來(lái)傳遞、儲(chǔ)存、加工和處理各種電信號(hào)。來(lái)傳遞、儲(chǔ)存、加工和處理各種電信號(hào)。 圖圖1-2所示的是通信網(wǎng)的基本組成框圖。所示的是通信網(wǎng)的基本組成框圖。 通常把輸入電路的信號(hào)稱為激勵(lì)，而把經(jīng)通常把輸入電路的信號(hào)稱為激勵(lì)，而把經(jīng) 過(guò)電路傳輸或處理后的信號(hào)稱為響應(yīng)。過(guò)電路傳輸

2、或處理后的信號(hào)稱為響應(yīng)。 圖1-2通信網(wǎng)的基本組成框圖 構(gòu)成電路的設(shè)備和器件統(tǒng)稱為電路構(gòu)成電路的設(shè)備和器件統(tǒng)稱為電路 部件，常用的電路部件有電池、發(fā)電機(jī)、部件，常用的電路部件有電池、發(fā)電機(jī)、 信號(hào)發(fā)生器、電阻器、電容器、電感線信號(hào)發(fā)生器、電阻器、電容器、電感線 圈、變壓器、晶體管及集成電路等。圈、變壓器、晶體管及集成電路等。 基本的電路參數(shù)有基本的電路參數(shù)有3個(gè)，即電阻、電個(gè)，即電阻、電 容和電感。容和電感。 基本的集中參數(shù)元件有電阻元件、電基本的集中參數(shù)元件有電阻元件、電 感元件和電容元件，分別用圖感元件和電容元件，分別用圖1-3(a)，(b) 和和(c)來(lái)表示。來(lái)表示。 圖1-3 三種基本

3、的集中參數(shù)元件 實(shí)際電路要能用集中參數(shù)電路去近似，實(shí)際電路要能用集中參數(shù)電路去近似， 需要滿足以下條件：電路的幾何尺寸需要滿足以下條件：電路的幾何尺寸i必須必須 遠(yuǎn)小于電路工作頻率所對(duì)應(yīng)的電磁波的波遠(yuǎn)小于電路工作頻率所對(duì)應(yīng)的電磁波的波 長(zhǎng)長(zhǎng)，即即 l =c/f c=3108m/s(光速光速) 電流用符號(hào)電流用符號(hào)i表示。其定義為：?jiǎn)挝粫r(shí)表示。其定義為：?jiǎn)挝粫r(shí) 間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，或者說(shuō)電間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量，或者說(shuō)電 流是電荷對(duì)時(shí)間的變化率。其表達(dá)式是流是電荷對(duì)時(shí)間的變化率。其表達(dá)式是 i=dq / dt 如果電流的大小和方向不隨時(shí)如果電流的大小和方向不隨時(shí) 間變化，則這種電流叫

4、恒定電流，間變化，則這種電流叫恒定電流， 簡(jiǎn)稱直流簡(jiǎn)稱直流(Direct Current)，簡(jiǎn)寫(xiě)作簡(jiǎn)寫(xiě)作 dc或或DC，可用符號(hào)可用符號(hào)I表示。如果大表示。如果大 小和方向都隨時(shí)間變化，則稱為交小和方向都隨時(shí)間變化，則稱為交 變電流，簡(jiǎn)稱交流變電流，簡(jiǎn)稱交流(Alternating Current)，簡(jiǎn)寫(xiě)作簡(jiǎn)寫(xiě)作ac或或AC。 圖圖1-4 說(shuō)明電流方向用圖說(shuō)明電流方向用圖 電流參考方向在電路圖中的標(biāo)注方法電流參考方向在電路圖中的標(biāo)注方法 如圖如圖1-5所示。在計(jì)算式中，電流的參考方所示。在計(jì)算式中，電流的參考方 向可用帶有下標(biāo)的電流符號(hào)表示。向可用帶有下標(biāo)的電流符號(hào)表示。 圖圖1-5電流的參考

5、方向電流的參考方向 電路中的電荷具有電位電路中的電荷具有電位(勢(shì)勢(shì))能。電荷能。電荷 只有在電場(chǎng)力的作用下才能作有規(guī)則的定只有在電場(chǎng)力的作用下才能作有規(guī)則的定 向移動(dòng)，形成電流。向移動(dòng)，形成電流。 大小和方向大小和方向(或極性或極性)都不隨時(shí)間變化都不隨時(shí)間變化 的電壓稱為直流電壓，用大寫(xiě)字母的電壓稱為直流電壓，用大寫(xiě)字母U表示，表示， 其定義為其定義為 U=W / q 電壓參考方向在電路中的標(biāo)注方法如電壓參考方向在電路中的標(biāo)注方法如 圖圖1-6所示。圖所示。圖1-6(a)和圖和圖1-6(b)都表示電壓都表示電壓 參考方向由參考方向由a指向指向b。 圖圖1-6電壓參考方向電壓參考方向 為了分析

6、方便起見(jiàn)，常常采用關(guān)聯(lián)的為了分析方便起見(jiàn)，常常采用關(guān)聯(lián)的 (Associated)參考方向，即電流與電壓降參參考方向，即電流與電壓降參 考方向一致，如圖考方向一致，如圖1-7(a)所示。在關(guān)聯(lián)參考所示。在關(guān)聯(lián)參考 方向下，只需標(biāo)出電流的參考方向或電壓方向下，只需標(biāo)出電流的參考方向或電壓 的參考方向。的參考方向。 圖1-7u，i關(guān)聯(lián)參考方向 電功率電功率(簡(jiǎn)稱功率簡(jiǎn)稱功率)是衡量電路中能量是衡量電路中能量 變化速率的物理量。其定義式為變化速率的物理量。其定義式為 p=dW / dt 在直流電路中，功率與電流、電壓均在直流電路中，功率與電流、電壓均 不隨時(shí)間變化，式不隨時(shí)間變化，式(1-7)可寫(xiě)成

7、可寫(xiě)成 P=U I 如前所述，電阻元件是從實(shí)際電阻器如前所述，電阻元件是從實(shí)際電阻器 抽象出來(lái)的模型。在中學(xué)物理中，學(xué)過(guò)由抽象出來(lái)的模型。在中學(xué)物理中，學(xué)過(guò)由 歐姆定律歐姆定律(Ohms law)，即即 u=Ri (或或U=RI) 線性電阻元件在任一瞬間的吸收功率線性電阻元件在任一瞬間的吸收功率 可按式可按式(1-7)結(jié)合歐姆定律進(jìn)行計(jì)算，即結(jié)合歐姆定律進(jìn)行計(jì)算，即 pR=ui=Ri2=Gu2 在直流情況下，計(jì)算式可寫(xiě)成在直流情況下，計(jì)算式可寫(xiě)成 PR=UI=RI2=GU2 理想電壓源是一個(gè)二端元理想電壓源是一個(gè)二端元 件，其端電壓件，其端電壓us在任意瞬間與通在任意瞬間與通 過(guò)它的電流無(wú)關(guān)。

8、過(guò)它的電流無(wú)關(guān)。us可以保持恒可以保持恒 定不變定不變(稱為理想直流電壓源稱為理想直流電壓源)或或 按一定規(guī)律隨時(shí)間變化。按一定規(guī)律隨時(shí)間變化。 理想電流源是另一種理想電源。理想電流源是另一種理想電源。 它也是一個(gè)二端元件，在任意瞬間，它也是一個(gè)二端元件，在任意瞬間， 輸出電流輸出電流is與其端電壓無(wú)關(guān)。與其端電壓無(wú)關(guān)。is可以可以 保持恒定不變保持恒定不變(稱為理想直流電流源稱為理想直流電流源) 或按一定規(guī)律隨時(shí)間變化?；虬匆欢ㄒ?guī)律隨時(shí)間變化。 先介紹幾個(gè)與電路結(jié)構(gòu)有關(guān)的名詞或先介紹幾個(gè)與電路結(jié)構(gòu)有關(guān)的名詞或 術(shù)語(yǔ)。術(shù)語(yǔ)。 支路：支路：電路中一個(gè)二端元件稱為一條支路。電路中一個(gè)二端元件稱為一

9、條支路。 節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)：電路中元件的匯接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)電路中元件的匯接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)(結(jié)節(jié)結(jié)節(jié))。 回路：回路：電路中任一閉合的路徑稱為回路。電路中任一閉合的路徑稱為回路。 網(wǎng)孔：網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。內(nèi)部不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。 基爾霍夫電流定律可表述為：在集中基爾霍夫電流定律可表述為：在集中 參數(shù)電路中，任一時(shí)刻流出參數(shù)電路中，任一時(shí)刻流出(或流入或流入)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn) 的各支路電流的代數(shù)和恒等于零。的各支路電流的代數(shù)和恒等于零。 寫(xiě)成數(shù)學(xué)表達(dá)式為寫(xiě)成數(shù)學(xué)表達(dá)式為 i=0(1-18) 式式(1-18)稱為稱為KCL方程。方程。 基爾霍夫電壓定律可表示為：基爾霍夫電壓定律可表示為： 在集中參數(shù)電

10、路中，任一時(shí)刻，沿任在集中參數(shù)電路中，任一時(shí)刻，沿任 一回路方向，回路中各支路電壓降代一回路方向，回路中各支路電壓降代 數(shù)和恒等于零。用式子表示即數(shù)和恒等于零。用式子表示即 u=0 式式(1-4-3)稱為稱為KVL方程。方程。 在計(jì)算式中電位用單下標(biāo)字符表示，在計(jì)算式中電位用單下標(biāo)字符表示， 例如例如“Ua”表示表示a點(diǎn)的電位。點(diǎn)的電位。 電位的單位也是電位的單位也是“伏伏”。 在電子電路中，常會(huì)遇到另一種在電子電路中，常會(huì)遇到另一種 性質(zhì)的電源，它們有著電源的一些特性質(zhì)的電源，它們有著電源的一些特 性，但它們的電壓或電流又不像獨(dú)立性，但它們的電壓或電流又不像獨(dú)立 電源那樣是給定的時(shí)間函數(shù)，而

11、是受電源那樣是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受 電路中某個(gè)電壓或電流的控制。這種電路中某個(gè)電壓或電流的控制。這種 電源稱為受控源，也稱為非獨(dú)立源。電源稱為受控源，也稱為非獨(dú)立源。 電 壓 控 制 電 壓 源 ， 簡(jiǎn) 稱電 壓 控 制 電 壓 源 ， 簡(jiǎn) 稱 VCVS，如圖如圖1-25(a)所示。所示。 電 壓 控 制 電 流 源 ， 簡(jiǎn) 稱電 壓 控 制 電 流 源 ， 簡(jiǎn) 稱 VCCS，如圖如圖1-25(b)所示。所示。 電 流 控 制 電 壓 源 ， 簡(jiǎn) 稱電 流 控 制 電 壓 源 ， 簡(jiǎn) 稱 CCVS，如圖如圖1-25(c)所示。所示。 電 流 控 制 電 流 源 ， 簡(jiǎn) 稱電 流 控 制 電 流 源 ， 簡(jiǎn) 稱 CCCS，如圖如圖1-25(d)所示。所示。 圖圖1-25 理想受控源理想受控源 如前所述，伏安關(guān)系如前所述，伏安關(guān)系(VAR)實(shí)質(zhì)上實(shí)質(zhì)上 是元件對(duì)變量是元件對(duì)變量u和和i的約束關(guān)系，的約束關(guān)系，KCL和和 KVL是元件互聯(lián)后，電路結(jié)構(gòu)對(duì)變量是元