z第1章-集總參數(shù)電路中電壓、電流的約束關(guān)系

電路分析

基礎(chǔ)

前言5、考核：64學(xué)時(shí)（4個(gè)學(xué)分），重修費(fèi)：4*60=￥240教、考分離，考試（閉卷）成績(jī)80%，平時(shí)成績(jī)20%。1、課程性質(zhì):電類(lèi)學(xué)科的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程2、課程目標(biāo):理解基本概念、基本定律、基本定理；掌握基本分析方法。3、課程的教授方式：講授4、學(xué)習(xí)方法與要求：1）深刻理解:基本概念、基本定律、基本定理。2）熟練掌握各種電路的基本分析方法并靈活運(yùn)用。3）認(rèn)真聽(tīng)課，做好筆記。用教科書(shū)教，而不是教教科書(shū)。4）學(xué)和練有機(jī)結(jié)合。5）閱讀參考書(shū)和電子資源。電路分析授課計(jì)劃講課內(nèi)容采用李瀚蓀編著的《電路分析基礎(chǔ)》作為教材，分64學(xué)時(shí)講授。全書(shū)共分上、下冊(cè)：上冊(cè)：電阻電路的分析+動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析下冊(cè)：動(dòng)態(tài)電路的相量分析教師姓名：趙麗娜

E-mail：bettyzhao@教師課件密碼：123456第一篇總論和電阻電路的分析第一章集總參數(shù)電路中電壓、電流的約束關(guān)系常用電路元件：基本概念：基本變量：基本定律：集總參數(shù)電路、集總參數(shù)元件、兩類(lèi)約束等。電壓、電流、功率。常用電路元件的VCR定律；基爾霍夫定律。重點(diǎn)：1.電流、電壓的參考方向與關(guān)聯(lián)參考方向,2.基爾霍夫定律電阻元件、獨(dú)立電壓源和獨(dú)立電流源、受控源。§1—1電路及集總電路模型一、電路（網(wǎng)絡(luò)）------實(shí)際電路1、定義：由電阻器、電容器、電感器等實(shí)際部件和晶體管等實(shí)際器件按一定方式連接而構(gòu)成的電流通路。主要由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)組成。實(shí)際電路中常見(jiàn)的組成部件和器件

電池電容器運(yùn)算放大器晶體管電阻器線(xiàn)圈2、作用：（1）能量轉(zhuǎn)換：實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。（2）信號(hào)處理：實(shí)現(xiàn)電信號(hào)傳輸、處理和存儲(chǔ)。電氣圖：用元件圖形符號(hào)表示的各部、器件相互連接關(guān)系的圖。3、分類(lèi)：線(xiàn)性非線(xiàn)性激勵(lì)與響應(yīng)滿(mǎn)足疊加性和齊次性的電路。時(shí)變時(shí)不變

電路元件參數(shù)不隨時(shí)間變化。集總參數(shù)分布參數(shù)

實(shí)際電路幾何尺寸遠(yuǎn)小于最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)的電路。（d<<λ）C=3x108m/sf(Hz)5025k500M30G(m)6x10612k0.60.01靜態(tài)動(dòng)態(tài)

含有動(dòng)態(tài)元件的電路。變壓器電容器電阻器

集總參數(shù)元件定義：當(dāng)實(shí)際部、器件的尺寸遠(yuǎn)小于其使用時(shí)最高工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)時(shí)（理想化的條件），將其主要性能抽象出來(lái)，構(gòu)成性能單一化的元件，稱(chēng)為集總參數(shù)元件（也稱(chēng)理想電路元件）。集總參數(shù)元件特征：1）只反映一種基本電磁現(xiàn)象2）可由數(shù)學(xué)方法精確定義①理想電源元件：如獨(dú)立電壓源與獨(dú)立電流源②理想負(fù)載元件：電阻器（消耗電能）、電容器（電場(chǎng)）、電感器（磁場(chǎng)）③理想耦合元件：包括受控電源、耦合電感器、理想變壓器、回轉(zhuǎn)器等。二、集總參數(shù)電路模型（理想電路）集總參數(shù)電路定義：由集總參數(shù)元件組成的電路稱(chēng)為集總參數(shù)電路，簡(jiǎn)稱(chēng)集總電路或電路。分為電阻電路和動(dòng)態(tài)電路。可由電路圖和電路數(shù)據(jù)來(lái)表示。電路圖：用元件圖形符號(hào)表示的電路模型。它表示電路元件的特性及元件間的連結(jié)關(guān)系。圖1－1手電筒電路（P3）常用電路圖來(lái)表示電路模型(a)實(shí)際電路(b)電原理圖（電氣圖）(c)電路模型（電路圖）(d)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖1－2晶體管放大電路(P4)(a)實(shí)際電路(b)電原理圖(c)電路模型(d)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖三、實(shí)際電路與電路模型的關(guān)系實(shí)際電路電路模型計(jì)算分析電氣特性

電路分析

電路綜合目的：通過(guò)對(duì)電路模型的分析計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)或得到實(shí)際電路的特性，從而改進(jìn)實(shí)際電路的電氣特性和設(shè)計(jì)出新的電路。任務(wù)：掌握電路的基本理論和電路的基本分析方法。說(shuō)明：本書(shū)只對(duì)集總電路模型中的線(xiàn)性、時(shí)不變、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)電路進(jìn)行分析。牢固建立“電路模型”概念。§1—2電路變量電流、電壓及功率電流：帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)。質(zhì)子和電子。電壓：電場(chǎng)力把單位正電荷從一點(diǎn)移向另一點(diǎn)所做的功。反映電路中的能量。功率：支路吸收或提供能量的速率。

電路的特性是由電流、電壓和功率等物理量來(lái)描述的。電路分析的基本任務(wù)是計(jì)算電路中的電流、電壓和功率。一、電流和電流的參考方向1、定義單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷，即2、分類(lèi)1）恒定電流(I):電流的大小和方向不隨時(shí)間變化。(dc)2）時(shí)變電流(i):電流的大小和方向隨時(shí)間變化.3）交流電流:電流的大小和方向隨時(shí)間作周期性變化且平均值為零的時(shí)變電流。(ac)§1—2電路變量電流、電壓及功率電流：SI單位安（A）用符號(hào)i或I表示電荷：SI單位庫(kù)（C）用符號(hào)q或Q表示3、實(shí)際方向4、參考方向?qū)嶋H方向（真實(shí)方向）在分析時(shí)不可確定，因此需要指定一個(gè)方向作為分析時(shí)的電流方向，這就是參考方向。在分析電路時(shí),電流的參考方向可任意假定，在電路圖中用箭頭表示。bai習(xí)慣上規(guī)定正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颉?、參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系1.電流i的實(shí)際方向與參考方向一致,則i>0;或若i>0,表明實(shí)際方向與參考方向一致。2.電流i的實(shí)際方向與參考方向不一致,則若i<0;或若i<0，表明實(shí)際方向與參考方向相反。注意：在未標(biāo)注參考方向時(shí)，電流的正、負(fù)無(wú)意義。因?yàn)檎?fù)是一個(gè)相對(duì)的概念。在此就是實(shí)際方向相對(duì)于參考方向。例1：已知電流的方向由a到b,大小為2A.問(wèn)如何表示這一電流?bai解：有兩種表示法：1、參考方向與實(shí)際方向一致

baI=2A2、參考方向與實(shí)際方向相反baI=－2Abai解：1、i=1A電流的實(shí)際方向與參考方向一致,即由b到a。2、i=-1A電流的實(shí)際方向與參考方向不一致，即由a到b。例2：選電流i的參考方向如圖。若算出i=1A或i=-1A,求電流i的實(shí)際方向。單位正電荷由電路中a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)所失去或獲得的能量，稱(chēng)為a、b兩點(diǎn)的電壓，即2、分類(lèi)1）恒定電壓（U）：電壓的大小和極性不隨時(shí)間變化。(dc或DC)。2）時(shí)變電壓(u)：電壓的大小和方向隨時(shí)間變化。3）交流電壓:電壓的大小和方向隨時(shí)間作周期性變化且平均值為零的時(shí)變電壓。(ac或AC)。二、電壓和電壓的參考方向1、定義電壓：SI單位伏（V）用符號(hào)u或U表示。能量：SI單位焦（J）用符號(hào)w或W表示。3、電壓的極性：

a、b兩點(diǎn)的電位有高、低之分。對(duì)于元件來(lái)說(shuō)：高電位為正極，低電位為負(fù)極。因此元件有極性之分。4、極性與能量的得失關(guān)系：

正（負(fù)）電荷從高到低，將失去（得到）能量；反之正（負(fù)）電荷由低到高，將獲得（失去）能量。如圖所示。即正電荷在電路中轉(zhuǎn)移時(shí)電能的得或失表現(xiàn)為電位的升高或降落，即電壓升或電壓降。電壓降：正電荷從高電位到低電位，能量失。電壓升：正電荷從低電位到高電位，能量得。ab+u－5、電壓的真實(shí)極性（方向）：習(xí)慣上認(rèn)為電壓的實(shí)際方向是從高電位指向低電位。高電位稱(chēng)為正極，低電位稱(chēng)為負(fù)極。6、電壓的參考極性（方向）：在分析電路時(shí)，參考極性為任意假定，在元件或電路的兩端用“+”和“－”表示。7、參考極性與實(shí)際極性的關(guān)系注意：

必須指定電壓參考方向，這樣電壓的正或負(fù)值才有意義。1）若u>0，實(shí)際極性與參考極性相同2）若u<0，實(shí)際極性與參考極性相反ab例已知：Ua=3V,Ub=1V,求元件兩端的電壓U=?解：兩種結(jié)果（1）ab

+U－U=Uab=Ua-Ub=2V表示實(shí)際極性與參考極性一致。（2）ab－U＋U=Uba=Ub-Ua=-2V表示實(shí)際極性與參考極性相反。三、關(guān)聯(lián)參考方向abi+u－ab－u+i1.電壓與電流為關(guān)聯(lián)方向：當(dāng)電壓的參考極性與電流的參考方向一致，即電流參考方向是從電壓參考正極流入、負(fù)極流出。iab－u+ab+u－i電壓與電流為非關(guān)聯(lián)方向：當(dāng)電壓的參考極性與電流的參考方向相反，即電流參考方向是從電壓參考負(fù)極流入、正極流出。電壓參考極性與電流參考方向的關(guān)系。電流和電壓參考方向的表示方法：電流：1）箭頭2）雙下標(biāo)法iab(方向由a指向b)電壓：1）正負(fù)號(hào)2）箭頭3）雙下標(biāo)法uab(高電位在前，低電位在后)問(wèn)題：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中各變量的實(shí)際方向，如何辦？解決方法：（1）在解題前先設(shè)定一個(gè)正方向作為參考方向。（2）根據(jù)電路的定律、定理，列寫(xiě)各變量間相互關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式。（3）根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定實(shí)際方向。說(shuō)明：1、電流和電壓的參考方向可任意選定，但一旦選定后，在電路的分析和計(jì)算過(guò)程中不能改變。2、為了電路分析和計(jì)算的方便，常采用電壓電流的關(guān)聯(lián)參考方向。也就是說(shuō)，當(dāng)電壓的參考極性已經(jīng)規(guī)定時(shí)，電流參考方向從“+”指向“-”；當(dāng)電流參考方向已經(jīng)規(guī)定時(shí)，電壓參考極性的“+”號(hào)標(biāo)在電流參考方向的進(jìn)入端，“-”號(hào)標(biāo)在電流參考方向的流出端。四、功率定義：表示二端元件或二端網(wǎng)絡(luò)吸收或提供能量的速率。單位：瓦(W)

數(shù)學(xué)表達(dá)式：p(t)=dw/dt或

p(t)=i(t)u(t)、p(t)=-i(t)u(t)功率的方向及參考方向:能量傳輸（流動(dòng)）的方向定為功率的方向。在分析電路時(shí),功率的參考方向可任意假定，或是進(jìn)入、或是離開(kāi)所研究的電路部分。功率的真實(shí)方向與參考方向的關(guān)系:若功率的真實(shí)方向與參考方向一致，則P>0;或若P>0，表示功率的真實(shí)方向與參考方向一致。反之:若功率的真實(shí)方向與參考方向相反，則P<0;或若P<0，表示功率的真實(shí)方向與參考方向相反。P與U和I的關(guān)系式：在關(guān)聯(lián)方向下：在非關(guān)聯(lián)方向下：P>0，吸收功率；P<0，提供功率p和i、u一樣，也是代數(shù)量，可正、可負(fù)。

所謂“吸收”是指：在單位時(shí)間dt內(nèi)，單位正電荷dq從高電位a→低電位b將失去能量，電荷失去的能量必定消耗于該段電路之中，即該段電路吸收能量，吸收功率。注意:（1）計(jì)算功率時(shí)，一定要根據(jù)u、i方向的相互關(guān)系（關(guān)聯(lián)或非關(guān)聯(lián)），選用相應(yīng)的計(jì)算公式。（2）不論用哪個(gè)公式算出的功率，只要p>0，則表示該元件或電路吸收功率，p<0，則表示該元件或電路提供功率。（3）對(duì)同一元件，當(dāng)u、i一定時(shí)，不論電壓、電流是選取關(guān)聯(lián)，還是非關(guān)聯(lián)方向，算出的功率結(jié)果必定相同。（4）一般在計(jì)算功率時(shí)，不需標(biāo)出功率的參考方向，功率的正、負(fù)只需用功率是吸收或提供來(lái)表示。例在下圖電路中，已知U1=1V,U2=－6V,U3=－4V,

U4=5V,U5=－10V,I1=1A,I2=－3A,