電路分析基礎(chǔ)李瀚蓀演示

（優(yōu)選）電路分析基礎(chǔ)第一章李瀚蓀ppt講解當(dāng)前第1頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)1.1電路和電路模型（model)1.集總電路由電阻、電容、電感等集總參數(shù)元件組成的電路實(shí)際元件與集總元件關(guān)系當(dāng)前第2頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)

反映實(shí)際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。2.電路模型(circuitmodel)導(dǎo)線電池開關(guān)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當(dāng)前第3頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第4頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)幾種基本的電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場(chǎng)，儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場(chǎng)，儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的元件電源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件注

具有相同的主要電磁性能的實(shí)際電路部件，在一定條件下可用同一模型表示；同一實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其模型可以有不同的形式當(dāng)前第5頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)電阻當(dāng)前第6頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)電容當(dāng)前第7頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)電感當(dāng)前第8頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)例3.集總參數(shù)電路由集總元件構(gòu)成的電路集總元件假定發(fā)生的電磁過程都集中在元件內(nèi)部進(jìn)行集總條件注集總參數(shù)電路中u、i可以是時(shí)間的函數(shù)，但與空間坐標(biāo)無關(guān)當(dāng)前第9頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)1.2電路變量：電流、電壓及功率

電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流的參考方向(currentreferencedirection)電流電流強(qiáng)度帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量當(dāng)前第10頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第11頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)

方向規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向

單位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導(dǎo)線)中電流流動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能:

實(shí)際方向?qū)嶋H方向AABB問題復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷當(dāng)前第12頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)參考方向i

參考方向大小方向(正負(fù)）電流(代數(shù)量)任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向即為電流的參考方向。ABi

參考方向i

參考方向i>0i<0實(shí)際方向?qū)嶋H方向電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：AABB當(dāng)前第13頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)電流參考方向的兩種表示：用箭頭表示：箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较颉Ｓ秒p下標(biāo)表示：如

iAB

,電流的參考方向由A指向B。iABiABAB當(dāng)前第14頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第15頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)電壓U

單位：V(伏)、kV、mV、V2.電壓的參考方向(voltagereferencedirection)單位正電荷q從電路中一點(diǎn)移至另一點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力做功（W）的大小電位單位正電荷q從電路中一點(diǎn)移至參考點(diǎn)（＝0）時(shí)電場(chǎng)力做功的大小

實(shí)際電壓方向電位真正降低的方向當(dāng)前第16頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)例已知：4C正電荷由a點(diǎn)均勻移動(dòng)至b點(diǎn)電場(chǎng)力做功8J，由b點(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn)電場(chǎng)力做功為12J，(1)若以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，求a、b、c點(diǎn)的電位和電壓Uab、Ubc;(2)若以c點(diǎn)為參考點(diǎn)，再求以上各值解acb(1)以b點(diǎn)為電位參考點(diǎn)當(dāng)前第17頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)abc解(2)電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；參考點(diǎn)一經(jīng)選定，電路中各點(diǎn)的電位值就是唯一的；當(dāng)選擇不同的電位參考點(diǎn)時(shí)，電路中各點(diǎn)電位值將改變，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。結(jié)論以c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)當(dāng)前第18頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)問題復(fù)雜電路或交變電路中，兩點(diǎn)間電壓的實(shí)際方向往往不易判別，給實(shí)際電路問題的分析計(jì)算帶來困難。

電壓(降)的參考方向U>0參考方向U+–+實(shí)際方向+實(shí)際方向參考方向U+–

<0U假設(shè)的電壓降低之方向當(dāng)前第19頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)電壓參考方向的三種表示方式：(1)用箭頭表示(2)用正負(fù)極性表示(3)用雙下標(biāo)表示UU+ABUAB當(dāng)前第20頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)元件或支路的u，i采用相同的參考方向稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向3.關(guān)聯(lián)參考方向i+-+-iUU當(dāng)前第21頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)注(1)分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。(2)參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注(包括方向和符號(hào)），在計(jì)算過程中不得任意改變。（3）參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式相差一負(fù)號(hào)，但實(shí)際方向不變。ABABi例＋－U電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問：對(duì)A、B兩部分電路電壓電流參考方向關(guān)聯(lián)否？答：A電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；

B電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。當(dāng)前第22頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)電路元件的功率(power)1.電功率功率的單位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的單位：J(焦)(Joule，焦耳)單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)力所做的功。當(dāng)前第23頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)2.電路吸收或發(fā)出功率的判斷

u,i

取關(guān)聯(lián)參考方向P=ui表示元件吸收的功率P>0

吸收正功率(實(shí)際吸收)P<0吸收負(fù)功率(實(shí)際發(fā)出)p=ui

表示元件發(fā)出的功率P>0

發(fā)出正功率(實(shí)際發(fā)出)P<0

發(fā)出負(fù)功率(實(shí)際吸收)

u,i

取非關(guān)聯(lián)參考方向+-iu+-iu當(dāng)前第24頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)例564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1求圖示電路中各方框所代表的元件消耗或產(chǎn)生的功率。已知：U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A解注對(duì)一完整的電路，發(fā)出的功率＝消耗的功率當(dāng)前第25頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第26頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)1.３基爾霍夫定律(Kirchhoff’sLaws)基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律(KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。當(dāng)前第27頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)1.幾個(gè)名詞電路中通過同一電流的分支。(b)二條或二條以上支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。(

n

)b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路(branch)電路中每一個(gè)兩端元件就叫一條支路i3i2i1(2)節(jié)點(diǎn)(node)b=5cd當(dāng)前第28頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)由支路組成的閉合路徑。(l)兩節(jié)點(diǎn)間的一條通路。由支路構(gòu)成。對(duì)平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3)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)孔當(dāng)前第29頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)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，任意時(shí)刻，對(duì)任意結(jié)點(diǎn)流出或流入該結(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。流進(jìn)的電流等于流出的電流當(dāng)前第30頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)1

32例三式相加得：表明KCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個(gè)結(jié)點(diǎn)的任一閉合面明確（1）KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)點(diǎn)處的反映；（2）KCL是對(duì)支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)；（3）KCL方程是按電流參考方向列寫，與電流實(shí)際方向無關(guān)。當(dāng)前第31頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)（2）選定回路繞行方向，順時(shí)針或逆時(shí)針.–U1–US1+U2+U3+U4+US4=03.基爾霍夫電壓定律(KVL)

在集總參數(shù)電路中，任一時(shí)刻，沿任一閉合路徑繞行，各支路電壓的代數(shù)和等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1）標(biāo)定各元件電壓參考方向U2+U3+U4+US4=U1+US1

或：–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4當(dāng)前第32頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)例KVL也適用于電路中任一假想的回路aUsb__-+++U2U1明確（1）KVL的實(shí)質(zhì)反映了電路遵從能量守恒定律;（2）KVL是對(duì)回路電壓加的約束，與

回路各支路上接的是什么元件無關(guān)，與

電路是線性還是非線性無關(guān)；（3）KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實(shí)際方向無關(guān)。當(dāng)前第33頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)4.KCL、KVL小結(jié)：(1)KCL是對(duì)支路電流的線性約束，KVL是對(duì)回路電壓的線性約束。(2)KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。(3)

KCL表明在每一節(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的；KVL是能量守恒的具體體現(xiàn)(電壓與路徑無關(guān))。(4)KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。當(dāng)前第34頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第35頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)思考：i1=i2?3.AB+_1111113+_2i2i1UA=UB?I=01.？AB+_1111113+_22.i1i1=800mA

i2=1A當(dāng)前第36頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)1。2。++--4V5Vi=?3.++---4V5V1A+-u=?4.33當(dāng)前第37頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)10V++--1A-10VI=?105.4V+-10AU=?26.+-3AI1I10V++--3I2U=?I=057.5-+2I2I25+-當(dāng)前第38頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)解10V++--1A-10VI=?105.4V+-10AU=?26.+-3AI解I1當(dāng)前第39頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)10V++--3I2U=?I=057.5-+2I2I25+-解當(dāng)前第40頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)++-－I1U=?8.R2I1R1US解選擇參數(shù)可以得到電壓和功率放大。當(dāng)前第41頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)

1.4電阻元件(resistor)2.線性定常電阻元件

電路符號(hào)R電阻元件對(duì)電流呈現(xiàn)阻力的元件。其伏安關(guān)系用u～i平面的一條曲線來描述：iu任何時(shí)刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。1.定義伏安特性當(dāng)前第42頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第43頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)

u～i

關(guān)系R稱為電阻，單位：

(歐)(Ohm，歐姆)滿足歐姆定律(Ohm’sLaw)ui

單位G稱為電導(dǎo)，單位：S(西門子)(Siemens，西門子)u、i取關(guān)聯(lián)參考方向Rui+－伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線當(dāng)前第44頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)(2)如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)聯(lián)公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào)注(3)說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件歐姆定律(1)只適用于線性電阻，(R為常數(shù)）則歐姆定律寫為u–Rii–Gu公式和參考方向必須配套使用！Rui+-當(dāng)前第45頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)3.功率和能量上述結(jié)果說明電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。p

–ui–(–Ri)ii2R–u(–u/R)u2/Rp

uii2Ru2/R功率：Rui+-Rui+-當(dāng)前第46頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)可用功表示。從t到t0電阻消耗的能量：Riu+–4.電阻的開路與短路能量：

短路

開路ui當(dāng)前第47頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)

1.5電壓源(voltagesource)

其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與流過它的電流i

無關(guān)的元件叫理想電壓源。

電路符號(hào)理想電壓源

定義i+_i+_當(dāng)前第48頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)

電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)。

通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。

理想電壓源的電壓、電流關(guān)系ui伏安關(guān)系例Ri-+外電路電壓源不能短路！當(dāng)前第49頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)電壓源的功率電場(chǎng)力做功，電源吸收功率。（1）

電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；

物理意義：+_iu+_+_iu+_電流（正電荷）由低電位向高電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作功電源發(fā)出功率。

發(fā)出功率，起電源作用（2）

電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；

物理意義：吸收功率，充當(dāng)負(fù)載或：發(fā)出負(fù)功當(dāng)前第50頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)例+_i+_+_10V5V計(jì)算圖示電路各元件的功率。解發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）當(dāng)前第51頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)

實(shí)際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。usuiO

實(shí)際電壓源i+_u+_考慮內(nèi)阻伏安特性一個(gè)好的電壓源要求當(dāng)前第52頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)

其輸出電流總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u無關(guān)的元件叫理想電流源。

電路符號(hào)1.6電流源

定義u+_(1)電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān)

電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定

理想電流源的電壓、電流關(guān)系ui伏安關(guān)系當(dāng)前第53頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)例外電路電流源不能開路！Ru-+實(shí)際電流源的產(chǎn)生可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。當(dāng)前第54頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)電流源的功率（1）

電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；

發(fā)出功率，起電源作用（2）

電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；

吸收功率，充當(dāng)負(fù)載或：發(fā)出負(fù)功u+_u+_當(dāng)前第55頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)例計(jì)算圖示電路各元件的功率。解發(fā)出發(fā)出滿足：P（發(fā)）＝P（吸）+_u+_2A5Vi表示吸收了10W當(dāng)前第56頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)

實(shí)際電流源也不允許開路。因其內(nèi)阻大，若開路，電壓很高，可能燒毀電源。isuiO

實(shí)際電流源考慮內(nèi)阻伏安特性一個(gè)好的電流源要求u+_i當(dāng)前第57頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)1.7受控電源(非獨(dú)立源)(controlledsourceordependentsource)

電壓或電流的大小和方向不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。

電路符號(hào)+–受控電壓源1.定義受控電流源當(dāng)前第58頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)(1)電流控制的電流源(CCCS):電流放大倍數(shù)

根據(jù)控制量和被控制量是電壓u或電流i

，受控源可分四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓源表示；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。2.分類四端元件bi1+_u2i2_u1i1+輸出：受控部分輸入：控制部分當(dāng)前第59頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo)(2)電壓控制的電流源(VCCS)u1gu1+_u2i2_i1+(3)電壓控制的電壓源(VCVS)u1+_u2i2_u1i1++-:電壓放大倍數(shù)當(dāng)前第60頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)ri1+_u2i2_u1i1++-(4)電流控制的電壓源(CCVS)r:轉(zhuǎn)移電阻

例電路模型當(dāng)前第61頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)3.受控源與獨(dú)立源的比較(1)獨(dú)立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。(2)獨(dú)立源在電路中起“激勵(lì)”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關(guān)系，在電路中不能作為“激勵(lì)”。例求：電壓u2。解5i1+_u2_u1=6Vi1++-3當(dāng)前第62頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)1.8分壓公式和分流公式（1）電路特點(diǎn)1.電阻串聯(lián)(SeriesConnectionofResistors)+_R1Rn+_U

ki+_u1+_unuRk(a)各電阻順序連接，流過同一電流(KCL)；(b)總電壓等于各串聯(lián)電阻的電壓之和

(KVL)。u=u1+……+uk+……+un當(dāng)前第63頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)

由歐姆定律結(jié)論：等效串聯(lián)電路的總電阻等于各分電阻之和。(2)等效電阻u+_Reqi+_R1Rn+_Uki+_u1+_unuRku=R1i+…+Rki+…+Rni=(R1+…+Rn)i=Reqi

當(dāng)前第64頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)(3)串聯(lián)電阻的分壓說明電壓與電阻成正比，因此串連電阻電路可作分壓電路+_uR1R2+-u1-+u2ioo

注意方向!例兩個(gè)電阻的分壓：當(dāng)前第65頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)(4)功率p1=R1i2，p2=R2i2，，pn=Rni2p1:p2::pn=R1:R2::Rn總功率p=Reqi2=(R1+R2+…+Rn)i2=R1i2+R2i2++Rni2=p1+p2++pn（1）電阻串連時(shí)，各電阻消耗的功率與電阻大小成正比（2）等效電阻消耗的功率等于各串連電阻消耗功率的總和表明當(dāng)前第66頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)2.電阻并聯(lián)(ParallelConnection)inR1R2RkRni+ui1i2ik_(1)電路特點(diǎn)(a)各電阻兩端分別接在一起，兩端為同一電壓(KVL)；(b)總電流等于流過各并聯(lián)電阻的電流之和

(KCL)。i=i1+i2+…+ik+…+in當(dāng)前第67頁\共有74頁\編于星期六\11點(diǎn)等效i=i1+i2+…+ik+…+in=u/R1+u/R2

+…+u/Rn=u(1/R1+1/R2+…+1/Rn)=uGeqG=1/R為電導(dǎo)(2)等效電阻+u_iReq等效電導(dǎo)等于并聯(lián)的各電導(dǎo)之和inR1R2RkRni+ui1i2ik_由KCL:當(dāng)前第68頁\共有74頁\編于星期