電路基礎(chǔ)知識(shí)新

電路基礎(chǔ)知識(shí)新2023/9/11第1頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電路分類：線性非線性時(shí)變時(shí)不變

集中參數(shù)分布參數(shù)激勵(lì)與響應(yīng)滿足疊加性和齊次性的電路。電路元件參數(shù)不隨時(shí)間變化。電路幾何尺寸遠(yuǎn)小于最小工作波長的電路。

f(Hz)

50500M

(m)6x106

0.6C=3x108m/s2023/9/12第2頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電路模型是實(shí)際電路抽象而成，它近似地反映實(shí)際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導(dǎo)線連結(jié)而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連結(jié)就構(gòu)成不同特性的電路。電路一詞的兩種含義:

(1)實(shí)際電路;(2)電路模型—

數(shù)學(xué)模型2023/9/13第3頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1－1手電筒電路常用電路圖來表示電路模型(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2023/9/14第4頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1－2晶體管放大電路(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2023/9/15第5頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電壓、電流的參考方向3.基爾霍夫定律

重點(diǎn)：電路元件和電路定律(circuitelements)

(circuitlaws)

2.電路元件特性2023/9/16第6頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1電路基本物理量1.1.1電流電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流的大小用電流強(qiáng)度表示，簡稱電流。電流強(qiáng)度：單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電荷量。大寫I表示直流電流小寫i表示電流的一般符號(hào)2023/9/17第7頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月正電荷運(yùn)動(dòng)方向規(guī)定為電流的實(shí)際方向。電流的方向用一個(gè)箭頭表示。任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向。

如果求出的電流值為正，說明參考方向與實(shí)際方向一致，否則說明參考方向與實(shí)際方向相反。2023/9/18第8頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2電壓、電位電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓定義為單位正電荷由a點(diǎn)移至b點(diǎn)電場力所做的功。電路中某點(diǎn)的電位定義為單位正電荷由該點(diǎn)移至參考點(diǎn)電場力所做的功。電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓等于a、b兩點(diǎn)的電位差。2023/9/19第9頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓的實(shí)際方向規(guī)定由電位高處指向電位低處。與電流方向的處理方法類似，可任選一方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较蚶?當(dāng)ua=3Vub=2V時(shí)u1=1V最后求得的u為正值，說明電壓的實(shí)際方向與參考方向一致，否則說明兩者相反。u2=-1V2023/9/110第10頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

對(duì)一個(gè)元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨(dú)立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向。如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時(shí)標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。2023/9/111第11頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3電功率電場力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為電功率，簡稱功率。功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p=ui非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p=－ui2023/9/112第12頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月功率的正負(fù)：注意研究對(duì)象對(duì)于一個(gè)元件而言，其功率的計(jì)算公式是P=UI而因?yàn)殡娏骱碗妷憾伎赡苡姓胸?fù)，所以，功率的值也是有正有負(fù)的。可見，一個(gè)元件的功率的正負(fù)值是與電壓和電流的正方向有關(guān)的。第13頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月以UI的正方向分析P>0消耗功率P<0發(fā)出功率2023/9/114第14頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月例：求圖示各元件的功率.（a）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5×2=10W，P>0，消耗10W功率。（b）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5×(－2)=－10W，P<0，產(chǎn)生10W功率。（c）非關(guān)聯(lián)方向，P=－UI=－5×(－2)=10W，P>0，消耗10W功率。2023/9/115第15頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2電路基本元件常見的電路元件有電阻元件、電容元件、電感元件、電壓源、電流源。電路元件在電路中的作用或者說它的性質(zhì)是用其端電壓、電流關(guān)系來決定的。2023/9/116第16頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1無源元件1．電阻元件電阻元件是一種消耗電能的元件。理想電阻

元件只具有消耗電能這一種電磁性質(zhì)（電阻性）。常見的電阻元件如白熾燈、電爐等。2023/9/117第17頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月伏安關(guān)系（歐姆定律）：關(guān)聯(lián)方向時(shí)：u=Ri非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：u=－Ri符號(hào)：功率：

如果一段電阻的阻值為常數(shù)，則稱為線性電阻，線性電阻遵循歐姆定律——其端電壓和流過的電流是正比關(guān)系，比例常數(shù)叫做電阻(符號(hào)為R）?？梢奟既是這種元件的名稱，又是表示其物理性質(zhì)的電路參數(shù)，2023/9/118第18頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月如果電阻元件的阻值不為常數(shù)，則該電阻為非線性電阻，元件上的電壓電流關(guān)系用曲線或者函數(shù)表示。0i/Au/V2023/9/119第19頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月伏安關(guān)系：2．電感元件符號(hào)：電感元件是一種能夠貯存磁場能量的元件，是實(shí)際電感器的理想化模型。L稱為電感元件的電感，單位是亨利（H）。只有電感上的電流變化時(shí)，電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流通過，但u＝０,相當(dāng)于短路。2023/9/120第20頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電感元件中的能量關(guān)系電感元件儲(chǔ)存或釋放的電場能量為：電感元件儲(chǔ)存或釋放的電場能量與電流的平方成正比。電感元件儲(chǔ)存能量電感元件釋放能量2023/9/121第21頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月3．電容元件電容元件是一種能夠貯存電場能量的元件，是實(shí)際電容器的理想化模型。伏安關(guān)系：符號(hào)：只有電容上的電壓變化時(shí)，電容兩端才有電流。在直流電路中，電容上即使有電壓，但i＝０，相當(dāng)于開路，即電容具有隔直作用。C稱為電容元件的電容，單位是法拉（F）。2023/9/122第22頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電容元件中的能量關(guān)系電容器儲(chǔ)存或釋放的電場能量為：電容器儲(chǔ)存或釋放的電場能量與其兩端的電壓的平方成正比。電容器儲(chǔ)存能量——充電電容器釋放能量——放電2023/9/123第23頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電源：獨(dú)立源非獨(dú)立源1．理想電壓源與電流源（1）伏安關(guān)系電壓源：u=uS

端電壓為us，與流過電壓源的電流無關(guān)，由電源本身確定。輸出電流由電源電壓的大小和外部電路決定。這樣的電壓源,就稱為理想電壓源。2023/9/124第24頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)

1.輸出電壓恒定，輸出電流由外部負(fù)載決定；即：電壓源的—個(gè)重要特性是端電壓在任何時(shí)刻都和流過的電流大小無關(guān)。

2.在任何時(shí)候，理想電壓源都不允許短路。2023/9/125第25頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月理想電壓源之間的連接理想電壓源可以串聯(lián)，對(duì)外部電路來說，串聯(lián)后的電壓源可用一個(gè)電壓為US的等效電壓源來代替。++--US1US2US+-US+-++--US1US2US+-US+-2023/9/126第26頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)然，理想電壓源也可以并聯(lián)，但必須注意，所并聯(lián)的電壓源必須電壓相等，極性相同。否則，其中一個(gè)電源會(huì)被損壞。US1+-US2+-US+-相當(dāng)于一個(gè)電源的作用2023/9/127第27頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電流源：i=iS流過電流為is，與電流源兩端電壓無關(guān)，由電源本身確定。其輸出電壓由電源電流的大小和外部電路決定，這樣的電源，就稱為理想電流源。2023/9/128第28頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)

1.輸出電流恒定，輸出電壓由外部負(fù)載決定；即：電流源的—個(gè)重要特性是輸出電流在任何時(shí)刻都和電源兩端的電壓大小無關(guān)。

2.在任何時(shí)候，理想電流源都不允許開路。2023/9/129第29頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月理想電流源之間的連接理想電流源可以并聯(lián)，對(duì)外部電路來說，并聯(lián)后的電壓源可用一個(gè)電流為IS的等效電壓源來代替。IS1IS2USISUSIS1IS2USISUS2023/9/130第30頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)然，理想電流源也可以串聯(lián)，但必須注意，所有串聯(lián)的電流源必須電流大小相等，方向相同。否則，其中一個(gè)電源會(huì)被損壞。ISUSIS1USIS2相當(dāng)于一個(gè)電源的作用2023/9/131第31頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月通常理想電壓源不會(huì)并聯(lián)，理想電流源也不會(huì)串聯(lián)。2023/9/132第32頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)際電源一個(gè)實(shí)際的電源一般不具有理想電源的特性，即當(dāng)外接電阻發(fā)生變化時(shí)，電源提供的電壓和電流都會(huì)發(fā)生變化。有的電源當(dāng)外部負(fù)載電阻變化時(shí)輸出電壓波動(dòng)很小，比較接近電壓源的特性；而有的電源當(dāng)外部負(fù)載電阻變化時(shí)輸出電流波動(dòng)較小，比較接近電流源的特性。所以，我們可以用理想電源元件和電阻元件的組合來表征實(shí)際電源的特性。2023/9/133第33頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月電流源模型電壓源模型實(shí)際電源電源變換2023/9/134第34頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2.受控電源(非獨(dú)立源)(controlledsourceor

dependentsource)前面所討論的電壓源和電流源都是獨(dú)立電源，所謂獨(dú)立電源，就是電壓源的電壓或電流源的電流不受外電路的控制而獨(dú)立存在。但是，在電子線路中，我們常常也遇到另一種類型的電源——電壓源的電壓或電流源的電流，是受電路中其他部分的電流或電壓的控制的，這種電源稱為受控源。2023/9/135第35頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：當(dāng)控制的電壓或電流消失或等于零時(shí)，受控電源的電壓或電流也將等于零。電路符號(hào)+–受控電壓源受控電流源2023/9/136第36頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)電流控制的電流源(CurrentControlledCurrentSource)

:電流放大倍數(shù)r:轉(zhuǎn)移電阻

i2=bi1u2=ri1四種類型(2)電流控制的電壓源(CurrentControlledVoltageSource)CCCSbi1+_u2i2+_u1i1i2i1CCVSr

i1+_u2+_u1+_2023/9/137第37頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月*，g，，r為常數(shù)時(shí)，被控制量與控制量滿足線性關(guān)系，稱為線性受控源。g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo)

:電壓放大倍數(shù){

i1=0i2=gu1{

i1=0u2=

u1(3)電壓控制的電流源(VoltageControlledCurrentSource)(4)電壓控制的電壓源(VoltageControlledVoltageSource)VCCSgu1+_u2i2+_u1i1VCVS

u1+_u2+_u1+_i2i12023/9/138第38頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4電路的基本定律、分析方法基爾霍夫定律節(jié)點(diǎn)電壓法網(wǎng)孔電流法疊加定理與戴維南定理2023/9/139第39頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1基爾霍夫定律支路：電路中每個(gè)分支叫做支路，支路中元件流過同一個(gè)電流。有源支路：adc，abc無源支路：ac節(jié)點(diǎn)：電路中三個(gè)或者三個(gè)以上支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。如：a點(diǎn)，c點(diǎn)回路：電路中任一閉合路徑均為回路。如：abcda回路，

abca回路，

adca回路。2023/9/140第40頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月基爾霍夫電流定律（KCL）在任一瞬時(shí)，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之和必定等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。

在任一瞬時(shí)，通過任一節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。表述一表述二可假定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。所有電流均為正。2023/9/141第41頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月例：列出下圖中各節(jié)點(diǎn)的KCL方程解：取流入為正以上三式相加：

i1＋i2＋i3＝0

節(jié)點(diǎn)ai1－i4－i6＝0節(jié)點(diǎn)bi2＋i4－i5＝0節(jié)點(diǎn)ci3＋i5＋i6＝02023/9/142第42頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月基爾霍夫電壓定律（KVL）表述一表述二在任一瞬時(shí)，在任一回路上的電位升之和等于電位降之和。在任一瞬時(shí)，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)。所有電壓均為正。2023/9/143第43頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于電阻電路，回路中電阻上電壓降的代數(shù)和等于回路中的電壓源電壓的代數(shù)和。在運(yùn)用上式時(shí)，電流參考方向與回路繞行方向一致時(shí)iR前取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)；電壓源電壓方向與回路繞行方向一致時(shí)us前取負(fù)號(hào)，相反時(shí)取正號(hào)。2023/9/144第44頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月例：列出下圖的KVL方程2023/9/145第45頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月節(jié)點(diǎn)電壓法一、節(jié)點(diǎn)電壓法在具有n個(gè)基本節(jié)點(diǎn)的電路模型中，可以選其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，定義其余(n-1)個(gè)節(jié)點(diǎn)的電位，稱為節(jié)點(diǎn)電壓。列出這n-1個(gè)節(jié)點(diǎn)電流方程。從節(jié)點(diǎn)流出的電流的代數(shù)和等于0.2023/9/146第46頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/147第47頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)孔電流法當(dāng)電路中的獨(dú)立網(wǎng)孔數(shù)少于基本結(jié)點(diǎn)數(shù)且支路間無交叉時(shí)，用網(wǎng)孔電流法比較方便。其步驟為：(1)選取網(wǎng)孔電流的參考方向及繞行方向。(2)根據(jù)KVL列寫該網(wǎng)孔的電壓方程，2023/9/148第48頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/9/149第49頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.2疊加定理在任何由線性電阻、線性受控源及獨(dú)立源組成的電路中，每一元件的電流或電壓等于每一個(gè)獨(dú)立源單獨(dú)作用于電路時(shí)在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。這就是疊加定理。說明:

當(dāng)某一獨(dú)立源單獨(dú)作用時(shí),其他獨(dú)立源置零2023/9/150第50頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月例：求I解：應(yīng)用疊加定理R12AI

R2＋

＋－4VR1R22A2

2

I＋－R1R2I

4V2023/9/151第51頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.3戴維南定理有源二端網(wǎng)絡(luò)具有兩個(gè)出線端，其中包含有一個(gè)（或者多個(gè)）獨(dú)立電源的部分電路稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)。用NA表示，它可以是簡單的或任意復(fù)雜的電路。RLIUNA2023/9/152第52頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于有源二端網(wǎng)絡(luò)外接電阻RL而言，該有源二端網(wǎng)絡(luò)僅相當(dāng)于一個(gè)電源的作用，這是因?yàn)椋蛟撾娮杼峁┧枰碾娏骱碗妷?。所以，我們可以用一個(gè)電源來代替這個(gè)有源二端網(wǎng)絡(luò)。RLIUNARLIU電源2023/9/153第53頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月這種代替就是等效電源定理的基本思想，如果將有源二端網(wǎng)絡(luò)用電壓源代替——戴維南定理；如果將有源二端網(wǎng)絡(luò)用電流源代替——諾頓定理。我們只介紹戴維南定理，因?yàn)殡娏髟纯梢杂呻妷涸崔D(zhuǎn)換得到，所以，將電壓源轉(zhuǎn)換后就可得到諾頓定理。2023/9/154第54頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月戴維南定理對(duì)任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，就其對(duì)外部電路的作用而言，總可以用一個(gè)理想電壓源US與一個(gè)電阻R0的串聯(lián)有源支路（實(shí)際電壓源）來代替。其中，

US的值就等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U0C，即US=

U0C，R0就等于其開路電壓/短路電流.

R0=Vs/Is第55頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月abiUoc+–u+–Req其中等效電源的計(jì)算方法：開路電壓

U0C，R0就等于其開路電壓/短路電流.R0=Vs/Is2023/9/156第56頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月求等效電阻，有兩種方法（1）將Ns化為No，(如圖當(dāng)不含受控源時(shí))abNo（2）將Ns化為No，在ab端施加一個(gè)電壓uU+–IabNo注意u,i參考方向2023/9/157第57頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月戴維南定理的應(yīng)用+-USR0+-USR0+-4V+-4V第58頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月用戴維南定理求解電路（電流和電壓）的步驟斷開待求支路；求電路的開路電壓和等效電阻（注意電源為零的含義）畫出戴維南等效電路，求出待求電流或電壓。2023/9/159第59頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月例求圖示電橋電路中電阻RL的電流i

。解：用分壓公式求得2023/9/160第60頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月用戴維寧等效電路代替單口網(wǎng)絡(luò)，得到圖(d)電路，由此求得2023/9/161第61頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月要使電阻RL中電流I為零的問題，只需由此求得2023/9/162第62頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月Uo+–Ri3

UR-+解：(1)求開路電壓UoU0=6I1+3I1I1=9/9=1AU0=9V3

6

I1+–9V+–Uo+–6I1例已知如圖，求UR

。(含受控源）3

I1+–9V+–UR+–6I13

2023/9/163第63頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月方法1外加壓求流（獨(dú)立源置零，受控源保留）U=6I1+3I1=9I1I1=I

6/(6+3)=(2/3)IRi=U/I=6

3

6

I1+–6I1U+–IU=9

(2/3)I=6I(2)求等效電阻Ri2023/9/164第64頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月方法2開路電壓、短路電流3

6

I1+–9VIsc+–6I1開路電壓

U0=9V3I1＋6I1=0I1=0Isc=1.5A6

+–9VIscRi=U0/Isc=9/1.5=6

Uo+–RiIsc2023/9/165第65頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.5相量和RC電路的響應(yīng)

相量法一.正弦量的三要素：i(t)=Imsin(wt+y)i+_u(1)幅值(amplitude)(振幅、最大值)Im(2)角頻率(angularfrequency)w(3)初相位(initialphaseangle)y2023/9/166第66頁，課件共74頁，創(chuàng)作于2023年2月

Im

ti(t)=Imsin(wt+y)i波