電路分析基礎(chǔ)知識(shí)

1、放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒 電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。電路元件按一定方式組合而成。 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線輸電線電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置負(fù)載負(fù)載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)電爐電爐.輸電線輸電線中間環(huán)節(jié)：中間環(huán)節(jié)：放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載負(fù)載電源電源信號(hào)源信

2、號(hào)源: 提供信息提供信息放放大大器器揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器話筒話筒 電路基本組成：電路基本組成：電源電源，中間傳輸環(huán)節(jié)中間傳輸環(huán)節(jié)，負(fù)載負(fù)載。 為便于用數(shù)學(xué)方法分析電路為便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般將一般將實(shí)際電路模型化實(shí)際電路模型化，用反映其電磁性質(zhì)的用反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合理想電路元件或其組合來模擬實(shí)來模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。模型。 理想電路元件主要有理想電路元件主要有電阻元件電阻元件、電感元件電感元件、電容電容元件元件和和電源元件電源元件等。等。R+RoES+UI電池電池導(dǎo)線導(dǎo)線燈泡燈泡開關(guān)開關(guān) 電池電池

3、是電源元件，其是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì)參數(shù)為電動(dòng)勢(shì) E 和內(nèi)阻和內(nèi)阻Ro； 燈泡燈泡主要具有消耗電能主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻其參數(shù)為電阻R； 筒體筒體用來連接電池和燈用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無電阻的理想導(dǎo)體。為是無電阻的理想導(dǎo)體。 開關(guān)開關(guān)用來控制電路的通用來控制電路的通斷。斷。物理量物理量實(shí)實(shí) 際際 方方 向向電流電流 I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)E ( (電位升高的方向電位升高的方向) ) 電壓電壓 U( (電位降低的方向電位降低的方向) )高電位高電位 低電位低電位 單單 位位kA 、

4、A、mA、A低電位低電位 高電位高電位kV 、V、mV、VkV 、V、mV、V電流：電流：Uab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)電壓：電壓：IE+_ 在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。電量任意假定的方向。Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)aRb箭箭 標(biāo)標(biāo)abRI正負(fù)極性正負(fù)極性+abU U+_實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為正值正值；實(shí)際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為負(fù)值負(fù)值。注意：注意： 在參考方向選定后，電流在參考方向選定后，電流 ( 或電壓或電壓 ) 值才有正負(fù)之分。值才有正負(fù)之分。 若若 I =

5、 5A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，則電流從，則電流從 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，則電壓的實(shí)際方向，則電壓的實(shí)際方向從從 a 指向指向 b；若若 U= 5V，則電壓的實(shí)際方向，則電壓的實(shí)際方向從從 b 指向指向 a 。 電路的基本元素是元件，電路元件是實(shí)際器件的理電路的基本元素是元件，電路元件是實(shí)際器件的理想化物理模型，應(yīng)有嚴(yán)格的定義。想化物理模型，應(yīng)有嚴(yán)格的定義。電路中研究的全部為電路中研究的全部為集總元件。集總元件。實(shí)際電阻元件實(shí)際電阻元件 感性認(rèn)識(shí)電阻元件線性電阻電路研究的模型1. 符號(hào)符號(hào)R2. 歐姆定律歐姆定律 (O

6、hms Law)(1) 電壓與電流的參考方向設(shè)定為一致的方向電壓與電流的參考方向設(shè)定為一致的方向Riu+u R iR 稱為電阻，稱為電阻， 電阻的單位：電阻的單位： (歐歐) (Ohm，歐姆歐姆) 伏安特性曲線伏安特性曲線: R tg 線性電阻線性電阻R是一個(gè)與電壓和電流無關(guān)的常數(shù)。是一個(gè)與電壓和電流無關(guān)的常數(shù)。令令 G 1/RG稱為電導(dǎo)稱為電導(dǎo)則則 歐姆定律表示為歐姆定律表示為 i G u .電導(dǎo)的單位：電導(dǎo)的單位： S (西西) (Siemens，西門子西門子) uiO電阻元件的伏安特性為電阻元件的伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線一條過原點(diǎn)的直線Riu+3. 開路與短路開路與短路對(duì)于一電阻對(duì)于一

7、電阻R當(dāng)當(dāng)R=0，視其為短路。視其為短路。 i為有限值時(shí)，為有限值時(shí)，u=0。當(dāng)當(dāng)R= ，視其為開路。視其為開路。 u為有限值時(shí)，為有限值時(shí)，i=0。* 理想導(dǎo)線的電阻值為零。理想導(dǎo)線的電阻值為零。4.由電功率的定義及歐姆定律可知，電阻吸收的功率由電功率的定義及歐姆定律可知，電阻吸收的功率22GuRiuip實(shí)際電容元件感性認(rèn)識(shí)電容元件線性電容電路研究的模型任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷任何時(shí)刻，電容元件極板上的電荷q與電流與電流 u 成正比。成正比。2、電路符號(hào)、電路符號(hào)1、電容、電容CuCuC 與電容有關(guān)兩個(gè)變量與電容有關(guān)兩個(gè)變量: u, q對(duì)于線性電容，有：對(duì)于線性電容，有： q =Cu

8、3. 元件特性元件特性u(píng)qCdefC 稱為電容器的電容稱為電容器的電容電容電容 C 的單位：的單位：F (法法) (Farad，法拉法拉) F= C/V = As/V = s/ 常用常用 F，nF，pF等表示。等表示。Ciu+4、庫伏特性：線性電容的、庫伏特性：線性電容的qu 特性特性是過原點(diǎn)的直線是過原點(diǎn)的直線 tg 5、電壓、電流關(guān)系：、電壓、電流關(guān)系： u, i 取關(guān)聯(lián)參考方向取關(guān)聯(lián)參考方向Ciu+或或ttttttttiqtqiCuidCiCiCtutt000000d)(d11d1d 1)( )( )( quOuqC tuCtqidddd動(dòng)態(tài)特性6 6、電容元件的功率和能量、電容元件的功

9、率和能量 在電壓、電流關(guān)聯(lián)參考方向下，電容元件吸收的功率為在電壓、電流關(guān)聯(lián)參考方向下，電容元件吸收的功率為 到到 t從從t - 時(shí)間內(nèi)，電容元件吸收的電能為時(shí)間內(nèi)，電容元件吸收的電能為0)(21)(21)(21)(21) (21ddd220)(222tqCtCuCutCuCuuCuWuttC若 則電容在任何時(shí)刻則電容在任何時(shí)刻 t 所儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量所儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量WC 將等于將等于其所吸收的能量。其所吸收的能量。tuCutuuCuipdddd其他電容全面認(rèn)識(shí)電容元件1、電磁特性實(shí)質(zhì)：、電磁特性實(shí)質(zhì)：電容是儲(chǔ)存電場(chǎng)能量或儲(chǔ)存電荷能力的電容是儲(chǔ)存電場(chǎng)能量或儲(chǔ)存電荷能力的度量度量。電容元件是用來模擬

10、一類能夠儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的理想元件模型電容元件是用來模擬一類能夠儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的理想元件模型。2、分類、分類1：線性時(shí)變、：線性時(shí)變、線性線性時(shí)不變；非線性時(shí)變、非線性時(shí)不變。時(shí)不變；非線性時(shí)變、非線性時(shí)不變。3、分類、分類2：二端子、：二端子、三端子三端子、多端子。、多端子。4、電容效應(yīng)、電容效應(yīng)與萬有引力相似，任意兩個(gè)物體之間均有電容特性，與萬有引力相似，任意兩個(gè)物體之間均有電容特性，常見如晶體管中三極管管腳之間的電容。常見如晶體管中三極管管腳之間的電容。5、實(shí)際電容、實(shí)際電容電容器：集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流值等多電容器：集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流值等多種指標(biāo)的設(shè)備。種指標(biāo)的設(shè)

11、備。電容器結(jié)構(gòu)電容器結(jié)構(gòu)+ + + + +qq+ +- - 實(shí)際電容器制作的材料和結(jié)實(shí)際電容器制作的材料和結(jié)構(gòu)不盡相同，通常有云母電容構(gòu)不盡相同，通常有云母電容器、陶瓷電容器、鉭質(zhì)電容器、器、陶瓷電容器、鉭質(zhì)電容器、聚碳酸酯電容器等等。聚碳酸酯電容器等等。線性電感電路研究的模型Li+u變量變量: 電流電流 i , 磁鏈磁鏈 1 、線性定常電感元件符號(hào)與參數(shù)線性定常電感元件符號(hào)與參數(shù)L 稱為自感系數(shù)稱為自感系數(shù)L 的單位：亨（利）的單位：亨（利） 符號(hào)：符號(hào)：H (Henry）2 、韋安韋安（ i ）特性特性 i 0iLdef tg iL3 、 電壓、電流關(guān)系：電壓、電流關(guān)系：tiLudd Li

12、+uttuLid1ttuLi0d1)0(4 、 電感的儲(chǔ)能電感的儲(chǔ)能tiLiuipdd吸吸0)(21)(21220)(tLtLii 若若也是無損元件也是無損元件L是無源元件是無源元件iLiWtddd吸吸(1) u的大小與的大小與 i 的的變化率變化率成正比，與成正比，與 i 的大小無關(guān)；的大小無關(guān)；(3) 電感元件是一種電感元件是一種記憶記憶元件；元件；(2)電感在直流電路中相當(dāng)于短路；電感在直流電路中相當(dāng)于短路；(4) 當(dāng)當(dāng) u，i 為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，為關(guān)聯(lián)方向時(shí)，u=L di / dt； u，i 為為非非關(guān)聯(lián)方向時(shí)，關(guān)聯(lián)方向時(shí)，u= L di / dt 。5 、小結(jié)：小結(jié)：（5）L 既表示元件

13、，也表示參數(shù)既表示元件，也表示參數(shù)其他電感全面認(rèn)識(shí)電感元件1、電磁特性實(shí)質(zhì)、電磁特性實(shí)質(zhì)：導(dǎo)體中有電流流過時(shí)，導(dǎo)體周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)。變化的磁場(chǎng)可導(dǎo)體中有電流流過時(shí)，導(dǎo)體周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)。變化的磁場(chǎng)可以使置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓的大小與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流隨時(shí)間的變以使置于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓的大小與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流隨時(shí)間的變化率成正比。這里所討論的電感元件就是用來模擬實(shí)際電磁器件的理想元件化率成正比。這里所討論的電感元件就是用來模擬實(shí)際電磁器件的理想元件。2、分類、分類1：線性時(shí)變、：線性時(shí)變、線性線性時(shí)不變；非線性時(shí)變、非線性時(shí)不變。時(shí)不變；非線性時(shí)變、非線性時(shí)不變。3、分類、分類2

14、：二端子、：二端子、三端子三端子、多端子。、多端子。4、電感效應(yīng)、電感效應(yīng)與萬有引力相似，任意兩個(gè)物體之間均有電感特性，常與萬有引力相似，任意兩個(gè)物體之間均有電感特性，常見如同軸電纜有重要參數(shù)就是其電感，長距離傳輸線之間的電感等。見如同軸電纜有重要參數(shù)就是其電感，長距離傳輸線之間的電感等。5、實(shí)際電感、實(shí)際電感電感器：集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流值等多電感器：集額定功率、尺寸要求、耐壓值、耐流值等多種指標(biāo)的設(shè)備。更多的是理想電感元件與電阻的組合，因而不可能是無損種指標(biāo)的設(shè)備。更多的是理想電感元件與電阻的組合，因而不可能是無損元件。元件。實(shí)際電感線圈實(shí)際電感線圈 感性認(rèn)識(shí)電源q1 1、任何

15、實(shí)際電路正常工作必須要有提供能量的電源、任何實(shí)際電路正常工作必須要有提供能量的電源 。實(shí)際電源 (a) 電池(b) 穩(wěn)壓電源規(guī)定規(guī)定：電源兩端電壓為：電源兩端電壓為uS，其值與流過它的電流其值與流過它的電流 i 無關(guān)。無關(guān)。(2) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：(a) 電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) 通過它的電流是任意的，由外電路決定。通過它的電流是任意的，由外電路決定。直流：直流：uS為常數(shù)為常數(shù)交流：交流： uS是確定的時(shí)間函數(shù)，如是確定的時(shí)間函數(shù)，如 uS=Umsin t(1)電路符號(hào)電路符號(hào)uS+_i規(guī)定規(guī)定:電源輸出電流為電源輸出電流為iS，

16、其值與此電源的端電壓其值與此電源的端電壓 u 無關(guān)。無關(guān)。(2). 特點(diǎn)：特點(diǎn)：(a) 電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；(b) 電源兩端電壓電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。是任意的，由外電路決定。直流：直流：iS為常數(shù)為常數(shù)交流：交流： iS是確定的時(shí)間函數(shù)，如是確定的時(shí)間函數(shù)，如 iS=Imsin t(1).電路符號(hào)電路符號(hào)iS+_u電路中流過同一電流電路中流過同一電流的幾個(gè)元件互相連接的幾個(gè)元件互相連接起來的分支稱為一條起來的分支稱為一條支路。支路。三條或三條以上支路三條或三條以上支路的連接點(diǎn)叫做結(jié)點(diǎn)。的連接點(diǎn)叫做結(jié)點(diǎn)。由支路組成的閉合路由支

17、路組成的閉合路徑稱為回路。徑稱為回路。將電路畫在平面圖上，內(nèi)部將電路畫在平面圖上，內(nèi)部不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。本圖中有本圖中有?條支路條支路本圖中有本圖中有3條支路條支路本圖中有本圖中有?個(gè)結(jié)點(diǎn)個(gè)結(jié)點(diǎn)本圖中有本圖中有2個(gè)結(jié)點(diǎn)個(gè)結(jié)點(diǎn)本圖中有本圖中有?個(gè)回路個(gè)回路本圖中有本圖中有3個(gè)回路個(gè)回路本圖中有本圖中有?個(gè)網(wǎng)孔個(gè)網(wǎng)孔本圖中有本圖中有2個(gè)網(wǎng)孔個(gè)網(wǎng)孔Us1+-R1Us2+-R2Is 圖中有圖中有6個(gè)節(jié)點(diǎn)個(gè)節(jié)點(diǎn) + abdcef 圖中有圖中有4個(gè)節(jié)點(diǎn)個(gè)節(jié)點(diǎn) 圖中有圖中有6條支路條支路 圖中有圖中有8條支路條支路 圖中有圖中有3個(gè)回路個(gè)回路 圖中有圖中有7個(gè)回路個(gè)回路 聰明聰

18、明的腦瓜的腦瓜A D F 4 在任一時(shí)刻，流出任一結(jié)點(diǎn)的支路電流之和等于在任一時(shí)刻，流出任一結(jié)點(diǎn)的支路電流之和等于流入該結(jié)點(diǎn)的支路電流之和流入該結(jié)點(diǎn)的支路電流之和 I。( KCL)2i1i3icaibciabiabc:a:b:c01 abcaiii02 bcabiii03 cabciii在任一時(shí)刻，流出一封閉在任一時(shí)刻，流出一封閉面的電流之和等于流入該面的電流之和等于流入該封閉面的電流之和。封閉面的電流之和。把以上三式相加得：把以上三式相加得：0321 iii封閉面封閉面選定回路的繞行選定回路的繞行方向，電壓參考方向，電壓參考方向與回路繞行方向與回路繞行方向一致時(shí)為正方向一致時(shí)為正，相反時(shí)為負(fù)。，相反時(shí)為負(fù)。在任一瞬間，沿任一閉合回路繞行一周，各部在任一瞬間，沿任一閉合回路繞行一周，各部分電壓降的代數(shù)和等于零，即分電壓降的代數(shù)和等于零，即U。與繞向。與繞向一致的電壓取正，反之取負(fù)。一致的電壓取正，反之取負(fù)。-U3 U4 + U1-U2 =0U1U2U3U4U1 -U3 -U2+ U4 =0Us1Us2+-R2+-R1U2IU1U4U3( KVL) 以支路電流為待求量，應(yīng)用以支路電流為待求量，應(yīng)用KCL、KVL列寫電列寫電路方程組，求解各支路電流的方法稱為路方程組，求解各支路電流的方法稱為 支路電流法支路電流法是計(jì)算復(fù)雜電