秦曾煌電工學(xué)第7章

秦曾煌電工學(xué)第7章電路基本概念與定律電阻電路等效變換電阻電路一般分析方法電路定理含有運(yùn)算放大器電路分析一階電路時(shí)域分析contents目錄01電路基本概念與定律電源、負(fù)載、導(dǎo)線和開關(guān)等構(gòu)成電路的基本元件。電路基本組成用理想元件或理想元件的組合來模擬實(shí)際電路中的元件或部件，以便進(jìn)行分析和計(jì)算。電路模型若電路的尺寸遠(yuǎn)小于其工作頻率所對應(yīng)的波長，則稱該電路為集中參數(shù)電路。集中參數(shù)電路電路組成與模型電荷的定向移動(dòng)形成電流，單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量稱為電流強(qiáng)度，簡稱電流。電流電場中兩點(diǎn)間的電位差稱為電壓，它是單位正電荷移動(dòng)的勢能差。電壓在電路中，電流和電壓的實(shí)際方向往往是未知的，為了便于分析和計(jì)算，需要人為地規(guī)定一個(gè)正方向，稱為參考方向。參考方向電流、電壓及其參考方向03電阻的串聯(lián)與并聯(lián)多個(gè)電阻元件可以串聯(lián)或并聯(lián)連接，串聯(lián)時(shí)總電阻等于各電阻之和，并聯(lián)時(shí)總電阻的倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和。01電阻元件阻礙電流通過的元件，其阻值大小與材料、長度、橫截面積等因素有關(guān)。02歐姆定律在一段不含電源的導(dǎo)體中，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。電阻元件與歐姆定律功率01單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為功率，它表示做功的快慢程度。在電路中，功率等于電壓與電流的乘積。能量02電路中電場力所做的功稱為電能或電功，簡稱能量。它表示電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為電能的能力或在負(fù)載中消耗電能的多少。功率守恒03對于一個(gè)封閉系統(tǒng)來說，輸入功率等于輸出功率加上系統(tǒng)內(nèi)部消耗的功率。在電路中，這意味著電源提供的功率等于負(fù)載消耗的功率加上線路等損耗的功率。功率與能量02電阻電路等效變換電阻串聯(lián)等效變換將多個(gè)電阻依次連接，總電阻等于各電阻之和，電流相等，電壓分配與電阻成正比。電阻并聯(lián)等效變換將多個(gè)電阻的兩端分別連接在一起，總電阻的倒數(shù)等于各電阻倒數(shù)之和，電壓相等，電流分配與電阻成反比。電阻混聯(lián)等效變換電路中既有串聯(lián)又有并聯(lián)的電阻連接方式，可通過逐步化簡為簡單的串聯(lián)或并聯(lián)電路進(jìn)行求解。電阻串聯(lián)、并聯(lián)及混聯(lián)等效變換三個(gè)電阻的一端連接在一起，另一端分別接到電路的三個(gè)節(jié)點(diǎn)上，該連接方式又稱為Y形連接。電阻星形連接三個(gè)電阻首尾相連形成一個(gè)閉合回路，該連接方式又稱為Δ形連接。電阻三角形連接星形連接和三角形連接之間可以通過公式進(jìn)行等效變換，一般使用星-三角變換公式進(jìn)行計(jì)算。等效變換電阻星形連接與三角形連接等效變換電壓源模型將電源視為一個(gè)理想電壓源和一個(gè)內(nèi)阻的串聯(lián)組合，電壓源輸出恒定電壓，內(nèi)阻影響電源帶負(fù)載能力。電流源模型將電源視為一個(gè)理想電流源和一個(gè)內(nèi)阻的并聯(lián)組合，電流源輸出恒定電流，內(nèi)阻同樣影響電源帶負(fù)載能力。等效變換電壓源和電流源之間可以通過公式進(jìn)行等效變換，一般使用電源等效變換公式進(jìn)行計(jì)算。此外，還可以根據(jù)實(shí)際電路需求選擇不同的電源模型進(jìn)行等效變換。電源模型及其等效變換03電阻電路一般分析方法解題步驟首先選定各支路電流的參考方向，然后列寫電路的KCL、KVL方程，最后解方程求得各支路電流。適用范圍支路電流法適用于任何電阻電路，但當(dāng)電路較復(fù)雜時(shí)，列寫和求解方程的工作量較大。定義與原理支路電流法是以支路電流作為未知量，通過列寫電路的KCL、KVL方程來求解支路電流的方法。支路電流法123網(wǎng)孔電流法是以假想的網(wǎng)孔電流為未知量，列寫網(wǎng)孔的KVL方程來求解電路的方法。定義與原理首先選定網(wǎng)孔電流的參考方向，然后列寫網(wǎng)孔的KVL方程，最后解方程求得網(wǎng)孔電流，進(jìn)而求得各支路電流。解題步驟網(wǎng)孔電流法僅適用于平面電路，且當(dāng)電路中存在純電流源支路時(shí)，需要引入附加方程。適用范圍網(wǎng)孔電流法節(jié)點(diǎn)電壓法節(jié)點(diǎn)電壓法適用于任何電阻電路，但當(dāng)電路中存在純電壓源支路時(shí)，需要引入附加方程。同時(shí)，當(dāng)電路中的節(jié)點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，列寫和求解方程的工作量也會(huì)相應(yīng)增加。適用范圍節(jié)點(diǎn)電壓法是以節(jié)點(diǎn)電壓為未知量，列寫節(jié)點(diǎn)的KCL方程來求解電路的方法。定義與原理首先選定節(jié)點(diǎn)電壓的參考點(diǎn)，然后列寫節(jié)點(diǎn)的KCL方程，最后解方程求得節(jié)點(diǎn)電壓，進(jìn)而求得各支路電流。解題步驟04電路定理在線性電路中，任一支路的電壓或電流，都等于各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用在該支路所產(chǎn)生的電壓或電流的代數(shù)和。定義疊加定理適用于線性電路，不適用于非線性電路。應(yīng)用范圍在使用疊加定理時(shí)，應(yīng)注意各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)，其他獨(dú)立電源要置零處理。同時(shí)，要注意電壓和電流的參考方向。注意事項(xiàng)疊加定理定義在電路中，若某一支路或某一網(wǎng)絡(luò)的電壓和電流已知，則可以用一個(gè)電壓源或電流源來替代該支路或網(wǎng)絡(luò)，而替代后電路中其他各處的電壓和電流均保持不變。應(yīng)用范圍替代定理適用于任何線性或非線性電路。注意事項(xiàng)在使用替代定理時(shí)，應(yīng)注意替代源的電壓或電流值必須與原支路或網(wǎng)絡(luò)的電壓和電流相等，同時(shí)要注意替代源的極性。替代定理戴維南定理：任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對外電路來說，總可以用一個(gè)電壓源和一個(gè)電阻的串聯(lián)組合來等效替代。其中，電壓源的電壓等于該網(wǎng)絡(luò)開路時(shí)的電壓，電阻等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源置零時(shí)的等效電阻。諾頓定理：任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對外電路來說，總可以用一個(gè)電流源和一個(gè)電阻的并聯(lián)組合來等效替代。其中，電流源的電流等于該網(wǎng)絡(luò)短路時(shí)的電流，電阻等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源置零時(shí)的等效電阻。應(yīng)用范圍：戴維南定理和諾頓定理適用于線性電路，是電路分析和設(shè)計(jì)中的重要工具。注意事項(xiàng)：在使用戴維南定理和諾頓定理時(shí)，應(yīng)注意有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓和短路電流的計(jì)算，以及等效電阻的求解。同時(shí)，要注意等效電路的連接方式。戴維南定理和諾頓定理05含有運(yùn)算放大器電路分析運(yùn)算放大器及其電路模型運(yùn)算放大器主要由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路等組成，具有高增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗等特點(diǎn)。運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型包括理想運(yùn)算放大器和實(shí)際運(yùn)算放大器兩種，理想運(yùn)算放大器具有無限大的開環(huán)增益、無限大的輸入阻抗和零輸出阻抗等理想特性。運(yùn)算放大器的主要參數(shù)運(yùn)算放大器的主要參數(shù)包括開環(huán)增益、輸入阻抗、輸出阻抗、帶寬、轉(zhuǎn)換速率等，這些參數(shù)對于電路的性能和設(shè)計(jì)具有重要的影響。運(yùn)算放大器的基本組成同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓成比例關(guān)系，且輸出電壓與輸入電壓同相位。該電路具有輸入阻抗高、輸出阻抗低等特點(diǎn)。反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓成比例關(guān)系，但輸出電壓與輸入電壓反相位。該電路具有輸入阻抗低、輸出阻抗高等特點(diǎn)。比例運(yùn)算電路的應(yīng)用比例運(yùn)算電路廣泛應(yīng)用于信號(hào)放大、衰減、電壓比較等場合，是電子電路中的重要組成部分。010203比例運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路可以將多個(gè)輸入電壓進(jìn)行加法運(yùn)算，并輸出其和。該電路具有輸入阻抗高、輸出阻抗低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于信號(hào)合成、多路信號(hào)求和等場合。減法運(yùn)算電路可以將兩個(gè)輸入電壓進(jìn)行減法運(yùn)算，并輸出其差。該電路具有輸入阻抗高、輸出阻抗低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理、測量與控制等領(lǐng)域。加法與減法運(yùn)算電路在模擬計(jì)算、信號(hào)處理、自動(dòng)控制和測量技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)電路智能化和自動(dòng)化的重要手段。減法運(yùn)算電路加法與減法運(yùn)算電路的應(yīng)用加法與減法運(yùn)算電路06一階電路時(shí)域分析動(dòng)態(tài)元件電路中的電容和電感是動(dòng)態(tài)元件，它們的電壓和電流之間存在微分或積分關(guān)系。動(dòng)態(tài)電路方程描述動(dòng)態(tài)元件電壓和電流關(guān)系的微分方程或積分方程。初始條件電路在換路瞬間電容電壓和電感電流的數(shù)值，是求解動(dòng)態(tài)電路的關(guān)鍵。動(dòng)態(tài)元件與動(dòng)態(tài)電路方程一階電路零輸入響應(yīng)、零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)零輸入響應(yīng)在沒有外部激勵(lì)的情況下，由電路初始狀態(tài)引起的響應(yīng)。零狀態(tài)響應(yīng)在電路初始狀態(tài)為零的情況下，由外部激勵(lì)引起的響應(yīng)。全響應(yīng)電路在外部激勵(lì)和初始狀態(tài)共同作用下的響應(yīng)，等于零輸入響