第一章-電路分析基礎(chǔ)

第1章電路模型和電路定律(circuitmodelandcircuitlaws)

1.1電路和電路模型一.電路：各種電器元件(電源.開(kāi)關(guān).負(fù)載等)，按一定的方式連接起來(lái)，所構(gòu)成的電流通路。1.電路的功能：傳送處理及放大信號(hào)；測(cè)量及提供電能等。存貯信息數(shù)據(jù)；實(shí)例電力系統(tǒng)音響二.電路模型各種實(shí)際部件都可以用模型來(lái)近似表示它的性能。電池開(kāi)關(guān)燈泡白象白象實(shí)際模型RSSE

電路模型RL1.2電流和電壓的參考方向

(currentandvoltagereferencedirection)

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)心的是電流、電壓和功率。一.

電流1.電流產(chǎn)生的必要條件電路必須是閉合路徑。2.電流的大小及方向(1)電流大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電量為電流強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱電流。i(t)=dq/dtRSSERL(2)電流方向：正電荷移動(dòng)的方向。(3)電流的單位:安培(A)1A=1000mA1mA=1000uA3.電流參考方向>0一致<0

相反計(jì)算結(jié)果

參考方向與真實(shí)方向的關(guān)系abI(DC)i(AC)例1.1:ab如何表示1A的電流從a點(diǎn)流向b點(diǎn)。解:ababI1I2

I1=1AI2=-1A

電流表

電流表要串聯(lián)接入被測(cè)量支路4.電流的測(cè)量電流表二.電壓（1)電壓大?。?jiǎn)挝徽姾蓮?/p>

a點(diǎn)移到b點(diǎn)所獲得的能量u(t)=dw/dq1.電壓的大小和極性u(píng)ab（2)電壓極性：高電位指向低電位，即電壓降方向。(3)電壓的單位:伏特（V)1V=1000mV1mV=1000uV>0一致<0相反計(jì)算結(jié)果2.電壓的參考極性參考方向與真實(shí)方向的關(guān)系例1.2:3.電壓的測(cè)量

電壓表應(yīng)并聯(lián)在被測(cè)元件兩端電壓表uab+-如何表示出正電荷由a點(diǎn)移到b點(diǎn),a~b兩點(diǎn)間的電壓為1V。解:

U1=1V

U2=-1V+U1

--U2

+ababab三.

關(guān)聯(lián)參考方向abIU+-abIU+-

1.關(guān)聯(lián)參考方向2.非關(guān)聯(lián)參考方向電流與電壓降的參考方向一致電流與電壓降的參考方向相反IU+-IU+-IU+-IU+-abU-+abI關(guān)聯(lián)參考方向1.3電功率和能量1.功率是單位時(shí)間內(nèi)吸收或產(chǎn)生的能量

(1)功率的大?。?2)功率的單位：瓦特（w)1w=1000mw1mw=1000μwiuab+-p=u×i2.根據(jù)關(guān)聯(lián)方向判定功率的吸收和產(chǎn)生關(guān)聯(lián)：

p=-u×i非關(guān)聯(lián):u-+>0<0吸收功率產(chǎn)生功率=>0<0吸收功率產(chǎn)生功率=★例1.3：+-USR+-URI

1A1010V電壓源

電阻元件

例1.4:

在同一個(gè)電路中吸收的功率和產(chǎn)生的功率總是平衡的。PS+PR=0-3A2V+-3A2V+-求各元件的功率。解:解:（吸收）PR=UR×I=10×1=10WPs=-US×I=-10×1=-10W（產(chǎn)生）1.4電路元件電路元件是電路的最基本單元1.二端元件、三端元件、四端元件無(wú)源元件2.有源元件、4.時(shí)不變?cè)?.線性元件、非線性元件時(shí)變?cè)倕?shù)元件：器件的尺寸遠(yuǎn)小于工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)λ=光速/頻率

高頻：300MHZ:λ=

1m

例：光速=299792458米/秒

1.5

電阻元件(resistor)ui0電阻元件一.定義：在電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向下，在任一時(shí)刻它的電壓和電流關(guān)系服從歐姆定律，則此二端元件為線性電阻。伏安特性iuR+-RT碳膜電阻RJ金屬膜電阻色碼電阻RX線繞電阻電阻器開(kāi)關(guān)電位器普通電位器同軸雙聯(lián)電位器開(kāi)關(guān)雙聯(lián)電位器微調(diào)電位器電位器色碼電阻671234有效數(shù)值‘0’的個(gè)數(shù)誤差等級(jí)50

800

=6.8K±5%±10%二.電阻元件的特性1.耗能的無(wú)源元件2.無(wú)記憶元件

3.電阻的單位是歐姆（）

IU+-R1k

=1000

；1M

=1000k

U=R×I關(guān)聯(lián)4.電導(dǎo)：G=1/R，單位(S)，U=I/G三.線性電阻的兩種特殊情況1.開(kāi)路：2.短路：iu0iu0不論

i多大、u都為零不論u多大、

i都為零例1.5：

PR=U×I五.電阻額定值（工作時(shí)不能超過(guò)的值）已知:R=100,P=1w求：額定值U、

I。

解：由(1)式:U=I×R=0.1×100=10V單位：WVA

=I2×R

=U2/R

(1)四.電阻功率1.6電壓源和電流源一.理想電壓源一個(gè)元件在其兩端總能保持一定的電壓而不論流過(guò)的電流為多少。(理想)電壓源1.它的端電壓是定值Us或是一定的時(shí)間函數(shù)us(t),與流過(guò)的電流無(wú)關(guān)。性質(zhì)：

定義：

2.電壓源的電壓是由它本身確定，流過(guò)它的電流是任意的。伏安特性：

(VAR)(電壓與電流之間的關(guān)系)0iuus

符號(hào)：US

直流電源+-US老式符號(hào)US一般電源+-例1.8:電壓源不能短路！Ri-+電壓源的功率電壓、電流是非關(guān)聯(lián)參考方向

+_iu+_電流（正電荷）由低電位向高電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作功電源產(chǎn)生功率。

產(chǎn)生功率，起電源作用例1.9:計(jì)算各元件的功率。i+_+_+_10V5V解:吸收滿足：P（產(chǎn)）＝P（吸）產(chǎn)生吸收

實(shí)際電壓源i+_u+_考慮內(nèi)阻伏安特性:usuiO一個(gè)好的電壓源要求: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。二.理想電流源一個(gè)元件不論其端電壓是多少，其輸出電流總能保持定值。(理想)電流源

定義：1.它發(fā)出的電流是定值IS,或是一定的時(shí)間函數(shù)IS(t),與兩端的電壓無(wú)關(guān)。性質(zhì)：2.電流源的電流是由它本身確定，它的端電壓是任意的,由外電路決定。符號(hào)：IS老式符號(hào)IS新式符號(hào)伏安特性：(VAR)0iuisRu-+電流源不能開(kāi)路！例1.10:計(jì)算各元件的功率。解:產(chǎn)生

吸收滿足：P（產(chǎn)）＝P（吸）5V+_u+_2Ai

實(shí)際電流源u+_i考慮內(nèi)阻伏安特性:實(shí)際電流源也不允許開(kāi)路，因內(nèi)阻大。一個(gè)好的電流源要求isiuO若開(kāi)路，電壓很高，可能燒毀電源。1.7受控電源(非獨(dú)立源)

(controlledsourceordependentsource)電源獨(dú)立電源+-VsIs非獨(dú)立電源

受控源它的電壓或電流受其他支路的電壓或電流來(lái)控制一.受控源的分類+-+-u1u1電壓控制電壓源VCVSi1+-i1r

電流控制電壓源CCVS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。

:電壓放大倍數(shù)

r:轉(zhuǎn)移電阻二.受控源的特點(diǎn)CCCSi1i1電流控制電流源+-u1u1g

電壓控制電流源VCCSg:轉(zhuǎn)移電導(dǎo)

:電流放大倍數(shù)1.受控源是雙口元件，由控制支路、受控支路組成。2.受控源不能獨(dú)立存在，若控制量為零，輸出也為零。3.控制量改變方向時(shí)，受控源輸出也改變方向。4.受控源的功率由受控支路計(jì)算。例:1.11求：電壓u2。解:+_u2u16Vi15i1+-3+-1.8基爾霍夫定律

(Kirchhoff’sLaws)一.名詞介紹

支路

:

節(jié)點(diǎn):

回路:

網(wǎng)孔:

網(wǎng)絡(luò):節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)36個(gè)回路abcd23451abcdabcd126451233

3個(gè)網(wǎng)孔13452二.基爾霍夫電流定律(KCL)1.定義：對(duì)于任一集總電路中的任一節(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻，流出（或流入）該節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和為零。或

：進(jìn)=出(t)=0i1i2i3+=i1i2i3+_=0i3i2i12.

KCL適用于節(jié)點(diǎn)，也適用于封閉面。列KCL方程時(shí)應(yīng)注意：1.先標(biāo)出所有電流的參考方向；2.若取流入的電流為正，則流出的電流為負(fù)；若取流入的電流為負(fù)，則流出的電流為正；3.定律與元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)。例1.12:節(jié)點(diǎn)b:節(jié)點(diǎn)a:bI1+-a+-Us1Us2I2I3aI1+I2-I3=0I3-I2-I1=0a例1.12:求I4=?aI1=5AI4=?I3=-3AI2=2A解：根據(jù)KCL定律：I1-I2-I3+I4=0I4=I2+I3-I11A2AI例1.13:求I=?I=-1AI+2-1=0解：根據(jù)KCL定律：=2+(-3)-5=-6A三.基爾霍夫電壓定律(KVL)1.定義：對(duì)于任一電路中的任一回路，在任一時(shí)刻，沿著該回路的所有支路電壓降的代數(shù)和為零。ab+-或：電壓降電壓升-++-

u1u2-+u4-+u3例1.16:+U5

-+

U2

-

U5

+U3

-

+U4

-

+U1

-

+U6

-

322-73求U5的值。解：先畫繞行方向電壓升電壓降電壓降電壓降電壓升電壓升-U1+U2-U6-U5+U4+U3=0根據(jù)KVL：電壓降電壓升或：U2+U3+U4+U6+U5=U1-（2）+（3）+（3）+（-7）-U5-（2）=0∴U5=-5V例1.17:+U2

-+U3

-

+U4

-

+U1

-

+U6

-3V2V2V-7V3V+U5

-ab-5V求a、b兩點(diǎn)間的電壓。解:(1)沿上邊路徑電壓升電壓升電壓升電壓降電壓降電壓降-U1+U2U6+U5-U4-U3Uab=

=-（2）+（3）=1VUab==(2)+(-5)-(-7)-(3)=1V電壓和路徑無(wú)關(guān)(2)沿下邊路徑例1.18：求(1)電流I;(2)電壓Uab。IR10.2

R2

0.1

Us2+-Us1-

+R4

1.4

R32.3

-+-++-

U1+-U2U4U312v6vab解：(1)由KVL:

-Us1+Us2+U1+U4+U3+U2=0電壓升電壓降電壓降電壓降電壓降電壓降U1+U2

+U3

+U4

=US1-US2I

(R1+R2+R3+R4)=US1-US2(2)右邊路經(jīng)：Uab=US2+U2+U3左邊路經(jīng)：Uab=-U1+US1-U4左右電壓和路徑無(wú)關(guān)=9.6V=9.6V例1.19:12v8vab8v2211224cdI求I=?、Uab=?、Ucd=?電壓升電壓降=解：(1).由KVL:(10)I=12-8;10I=4;I=0.4A(2).Uab下=2I+8+1I+2I(3).Ucd=uab+ubd

Uab上=-2I+12-1I-2I=5I+8=5(0.4)+8=10V=12-5(0.4)=