電子信息導(dǎo)論第四講電路分析基礎(chǔ)

電子信息導(dǎo)論第四講電路分析基礎(chǔ)第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

1、緒論

主要內(nèi)容是：1）課程定位2）發(fā)展過程回顧3)電路理論的應(yīng)用第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1．1課程定位

“電路”課程是高等學(xué)校電子信息與電氣信息類專業(yè)的重要的基礎(chǔ)課，是所有弱電專業(yè)和強電專業(yè)的必修課。該課程是電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)核心課程和骨干課程，對培養(yǎng)學(xué)生分析電路的基礎(chǔ)知識、基本能力和綜合素質(zhì)具有其他任何電類課程不能替代的重要作用。同時是電類各專業(yè)的考研科目之一。第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1．1．1電路理論的主要內(nèi)容

本課程是電路理論的基礎(chǔ)課程，以電路分析為主，探討電路的基本概念、基本定律和定理，并討論各種計算方法。本課程系統(tǒng)地介紹電路的基本理論、線性電阻電路的分析方法正弦交流電路的穩(wěn)態(tài)計算方法、電路的暫態(tài)分析方法、二端口網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)圖論的基本知識、非線性電阻電路以及電路實驗的基本原理、實驗方法等。第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1．1．2重要性說明及先修課掌握電路的基本理論知識，基本分析方法和基本實驗技能。為學(xué)習(xí)電子信息、電氣工程、自動化、計算機等專業(yè)的專業(yè)課建立必要的理論基礎(chǔ)。為培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬口徑“復(fù)合型”高級工程技術(shù)人才打下堅實基礎(chǔ)。本課程的先修課程是普通物理學(xué)電磁部分﹑高等數(shù)學(xué)。第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1．1．3電路課程有利于培養(yǎng)想象能力和創(chuàng)新能力

電路課程邏輯性較強，許多章節(jié)展示了科學(xué)研究的方法，假設(shè)、論證、推理、歸納、結(jié)論，無不使學(xué)生得到科學(xué)研究的訓(xùn)練，這對于培養(yǎng)學(xué)生想象能力和創(chuàng)新能力具有重要意義。第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1．1．4“電路”課程作為必修技術(shù)基礎(chǔ)課程的專業(yè)■（1）電子信息工程。（2）自動化。（3）計算機科學(xué)與技術(shù)。（4）電子科學(xué)與技術(shù)。（5）通信工程。（6）電氣工程及其自動化。（7）生物醫(yī)學(xué)工程。（8）機械工程與自動化*。（9）信息工程*。第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1．2發(fā)展過程回顧1，到20世紀(jì)50年代末，電路理論在學(xué)術(shù)體系上基本完善，這一發(fā)展階段稱為經(jīng)典電路理論階段。2，之后的十年間，電路理論無論在深度和廣度方面均得到長足的發(fā)展。因此又稱20世紀(jì)60年代以后的電路理論為近代電路理論。第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月近代電路理論的主要特點1）是吉爾曼（Guillemin）將網(wǎng)路圖論引入電路理論之中。它為應(yīng)用計算機進行電路分析和集成電路布線與板圖設(shè)計等研究提供了有利的工具。2）是出現(xiàn)大量新的電路元件、有源器件，如使用低電壓的MOS電路，摒棄電感元件的電路，進一步摒棄電阻的開關(guān)電容電路等。當(dāng)前，有源電路的綜合設(shè)計正在迅速發(fā)展之中。3）是在電路分析和設(shè)計中應(yīng)用計算機后，使得對電路的優(yōu)化設(shè)計和故障診斷成為可能，大大地提高了電子產(chǎn)品的質(zhì)量并降低了成本。第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1．3電路理論的應(yīng)用

1．3．1為后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)□(1）模擬電子技術(shù);(2）數(shù)字電子技術(shù);(3）信號與系統(tǒng);

(4）通信電路;(5）電視機原理;

(6)集成電路設(shè)計;(7)自動控制;

(8)微波技術(shù).等課程都用到電路理論。第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1．3．2在科學(xué)技術(shù)發(fā)展中作用電路理論與眾多學(xué)科相互影響和相互促進。例如，電路理論在電力系統(tǒng)中應(yīng)用，產(chǎn)生了電力系統(tǒng)分析這門學(xué)科，并為電力系統(tǒng)運行分析建立了理論體系。而當(dāng)代電子技術(shù)從電子管、半導(dǎo)體晶體管、集成電路到大規(guī)模集成電路，更離不開電路理論的支持和它的發(fā)展。當(dāng)然，電子技術(shù)的發(fā)展也促進了電路理論的發(fā)展。例如新型電子元器件的出現(xiàn)，促使電路模型的多樣化和建模理論的發(fā)展。第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.3在工程技術(shù)實際和生活實際中電路理論有非常廣闊的應(yīng)用。從簡單的照明電路，到復(fù)雜的電力系統(tǒng)；從單個的手提電話、收音機、電視機到衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、計算機互聯(lián)網(wǎng)，都與電路理論有一定的聯(lián)系?？梢哉f，在涉及電能的產(chǎn)生、傳輸和使用的地方，都有電路理論的應(yīng)用。而在信息產(chǎn)生、信息傳遞、信息處理的絕大多數(shù)場合，都可見到電路理論應(yīng)用的例子。電路理論已經(jīng)和我們的生活密不可分。第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1）電路模型2）電路的分類3）電路的組成4）電路的元件5）電路定律以下分別介紹之：

2．電路的基本概念、元件和定律

第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1電路模型2、1、1電路模型的含義所謂電路（Circuit）模型，是由電的元件或器件相互連接所構(gòu)成的電流的通路。簡稱為電路。復(fù)雜的電路又常稱為網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，網(wǎng)絡(luò)的含義比較廣泛，電路基礎(chǔ)課中，所稱的網(wǎng)絡(luò)均指電網(wǎng)絡(luò)。

第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、2電路的分類如下

（1）集總參數(shù)電路與分布參數(shù)電路（2）線性電路與非線性電路（3）時不變電路與時變電路（4）電子電路與電力電路（5）簡單電路與復(fù)雜電路第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、3電路的組成

實際電路由三部分組成：①電源：是向電路提供電能的能源，簡稱電源，它的作用是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能；②負(fù)載：是用電裝置，統(tǒng)稱其為負(fù)載，它將電源供給的電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量；③中間環(huán)節(jié)：是連接電源與負(fù)載的中間部分的電路，第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4電路元件2.4.1、實際元件與理想元件：電路中，每種元件通過端子的兩種物理量反映一種確定的電磁性質(zhì)。元件的兩個端子的電路物理量之間的代數(shù)函數(shù)關(guān)系稱為元件的外（或端子）特性（亦稱元件特性）。在建立實際的電路模型時，常常需要將實際的元件作理想化處理，即突出元件的主要特性，而忽略其次要特性，這樣的元件成為理想元件第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、4、2集總參數(shù)元件和分布參數(shù)實際電路元件的運用,一般都和電能的消耗現(xiàn)象及電、磁能的貯存現(xiàn)象有關(guān)，它們交織在一起并發(fā)生在整個部件中。這里所謂的“理想化”指的是：假定這些現(xiàn)象可以分別研究，或突出其主要特性，忽略其次要特性。1）集中參數(shù)元件：并且這些電磁過程都分別集中在各元件內(nèi)部進行；這樣的元件(電阻、電容、電感)稱為集總參數(shù)元件，簡稱為集總元件。由集總元件構(gòu)成的電路稱為集總參數(shù)電路。用集總參數(shù)電路模型來近似地描述實際電路是有條件的，它要求實際電路的尺寸(長度)要遠小于電路工作時電磁波的波長λ,即L＜＜λ第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2）分布參數(shù)元件所謂分布參數(shù)元件：是指在電路的任意點都包含著電阻、電容和電感元件，而無法集中的表示表示，這樣的元件分布規(guī)律，稱為分布參數(shù)元件。關(guān)于分參數(shù)元件，將在微波技術(shù)中講述。分布參數(shù)元件出現(xiàn)的條件是：實際電路的尺寸(長度)要遠小于電路工作時電磁波的波長λ,即L≥0.1λ第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、4、3無源器件1）電阻元件電阻元件是從實際電阻器抽象出來的模型，它具有講電能轉(zhuǎn)換稱其他能量的特性，而不課逆轉(zhuǎn)。2）電容元件電容器是一種能儲存電荷或者說儲存電場能量的部件3）電感元件電感元件是一種存儲磁能的元件，在工程中廣泛應(yīng)用導(dǎo)線繞制的線圈來實現(xiàn)第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2、4、4有源元件1）理想電壓源不管外部電路如何，其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)的電源定義為理想電壓源。又稱恒壓源。2）理想電流源不管外部電路如何，其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)的電源定義為理想電流源。第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3）受控源所謂受控源，即大小方向受電路中其它地方的電壓或電流控制的電源，受控源有四種形式：（1）VCVS;(2)CCVS;(3)VCCS;(4)CCCS．第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5電路基本定律

1）歐姆定律:注意其適用范圍是線性電阻電路；2）基爾霍夫定律：它包括兩個定律（1）KCL;(2)KVL，這兩個定律適用范圍：

a)線性和非線性電路；b）直流電路和交流電路；c)集中參數(shù)電路和分布參數(shù)電路。第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3.電路的變量

1）電流：電荷有規(guī)則的定向運動，形成傳導(dǎo)電流。應(yīng)注意電流的實際方向和參考方向的關(guān)系。2）電壓兩點之間的電位之差即是兩點間的電壓。應(yīng)注意電壓的實際方向和參考方向的關(guān)系3）電功率單位時間做功大小稱作功率，或者說做功的速率稱為功率，應(yīng)注意功率正、負(fù)號的物理意義。第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4、電路的等效

1）等效定義若B與C具有相同的電壓電流關(guān)系即相同的VAR，則稱B與C是互為等效的。這就是電路等效的一般定義第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2）等效條件電路等效變換的條件是相互代換的兩部分電路具有相同的VAR。即對變化電路的外部是等效的，對內(nèi)部電路不一定等效。3）等效對象電路等效的對象是A(也就是電路未變化的部分)中的電流、電壓、功率。第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月5、電路的基本分析方法

1）支路電流法，該方法同時應(yīng)用KCL和KVL2）網(wǎng)孔分析法：應(yīng)用KVL，而隱含KCL3）節(jié)點電位法:引用KCL,而隱含KVL第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月6、常用的電路定理

6、1疊加定理和齊次定理6、2置換定理6、3戴維南定理與諾頓定理6、4互易定律*（一般不作講授，屬于自學(xué)內(nèi)容）這里需要強調(diào)指出：上述四個定理，僅適用于線性電路，而不適用于非線性電路。

第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1）疊加定理和齊次定理2）置換定理置換定理(又稱替代定理)可表述為：具有唯一解的電路中，若知某支路k的電壓為Uk，電流為Ik，且該支路與電路中其他支路無耦合,則無論該支路是由什么元件組成的，都可用下列任何一個元件去置換：

(1)電壓等于

的理想電壓源Uk；

(2)電流等于

的理想電流源Ik；

(3)阻值為

該支路的等效的電阻Uk/Ik。

第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3）戴維南定理與諾頓定理

①戴維南定理:對于二端有源網(wǎng)路來說，可等效為一個理想電壓源與內(nèi)阻的串聯(lián)模型。其理想電壓源的數(shù)值為有源二端電路N的兩個端子間的開路電壓

，串聯(lián)的內(nèi)阻為N內(nèi)部所有獨立源等于零(理想電壓源短路，理想電流源開路)，受控源保留時兩端子間的等效電阻

。第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4）、諾頓定理諾頓定理(Norton′sTheorem)可表述為：一個含獨立電源、線性受控源和線性電阻的二端電路N，對兩個端子來說都可等效為一個理想電流源與內(nèi)阻并聯(lián)的模型。其理想電流源的數(shù)值為有源二端電路N的兩個端子短路時其上的電流

，并聯(lián)的內(nèi)阻等于N內(nèi)部所有獨立源為零時電路兩端子間的等效電阻第31頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月7、單相及三相正弦交流電路

7、1單相正弦交流電路1）正弦量的表示法2）單一參數(shù)的正弦交流電路3）阻抗和導(dǎo)納4)復(fù)雜正弦交流電路7、2三相正弦交流電

三相正弦交流電在生產(chǎn)、變換、輸送、分配、應(yīng)用等方面有著突出的優(yōu)勢。常用的是對稱三相正弦交流電：即由三個交流電壓大小相等，頻率相同而相位依次相差120度的正弦交流電源。第32頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月8、互感電路

互感是一種電磁耦合現(xiàn)象,在工程上用它來傳遞能量或電信號。如變壓器、電流互感器、電壓互感器等就是利用互感現(xiàn)象工作的。此外互感現(xiàn)象也會產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的寄生耦合而造成干擾。這是需要竭力防止的。第33頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月9、系統(tǒng)函數(shù)現(xiàn)代電路理論愈來愈看重與系統(tǒng)理論的融合。系統(tǒng)的概念十分廣泛,從電路的角度看，系統(tǒng)往往是一個復(fù)雜、龐大的電路，素有網(wǎng)絡(luò)之稱。實際