电路基础知识新

1、电路基础知识新2022/9/241第1页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五2、电路分类：线 性非 线 性时 变时 不 变 集中参数分布参数 激励与响应满足叠加性和齐次性的电路。电路元件参数不随时间变化。电路几何尺寸远小于最小工作波长的电路。 f(Hz) 50500M(m)6x106 0.6C=3x108m/s2022/9/242第2页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映实际电路的电气特性。电路模型由一些理想电路元件用理想导线连结而成。用不同特性的电路元件按照不同的方式连结就构成不同特性的电路。 电路一词的两种含义:

2、(1) 实际电路; (2) 电路模型 数学模型2022/9/243第3页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五图11 手电筒电路常用电路图来表示电路模型(a) 实际电路 (b) 电原理图 (c) 电路模型 (d) 拓扑结构图2022/9/244第4页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五图12 晶体管放大电路(a)实际电路 (b)电原理图 (c)电路模型 (d)拓扑结构图2022/9/245第5页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五1. 电压、电流的参考方向3. 基尔霍夫定律 重点：电路元件和电路定律(circuit elements) (ci

3、rcuit laws) 2. 电路元件特性2022/9/246第6页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五1.1 电路基本物理量1.1.1 电流电荷的定向移动形成电流。电流的大小用电流强度表示，简称电流。电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量。大写 I 表示直流电流小写 i 表示电流的一般符号2022/9/247第7页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五正电荷运动方向规定为电流的实际方向。电流的方向用一个箭头表示。任意假设的电流方向称为电流的参考方向。 如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一致，否则说明参考方向与实际方向相反。2022/9/248第8

4、页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五1.1.2 电压、电位 电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功。 电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参考点电场力所做的功。 电路中a、b点两点间的电压等于a、b两点的电位差。2022/9/249第9页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五电压的实际方向规定由电位高处指向电位低处。与电流方向的处理方法类似，可任选一方向为电压的参考方向例：当ua =3V ub = 2V时u1 =1V最后求得的u为正值，说明电压的实际方向与参考方向一致，否则说明两者相反。u2 = -1V2022/9/24

5、10第10页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五 对一个元件，电流参考方向和电压参考方向可以相互独立地任意确定，但为了方便起见，常常将其取为一致，称关联方向；如不一致，称非关联方向。 如果采用关联方向，在标示时标出一种即可。如果采用非关联方向，则必须全部标示。2022/9/2411第11页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五1.1.3 电功率电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率。功率与电流、电压的关系：关联方向时：p =ui非关联方向时：p =ui2022/9/2412第12页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五功率的正负：注意研

6、究对象 对于一个元件而言，其功率的计算公式是P=UI 而因为电流和电压都可能有正有负，所以，功率的值也是有正有负的。可见，一个元件的功率的正负值是与电压和电流的正方向有关的。第13页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五以U I的正方向分析P0 消耗功率P0，消耗10W功率。（b）关联方向，P=UI=5(2)=10W，P0，消耗10W功率。2022/9/2415第15页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五1.2 电路基本元件 常见的电路元件有电阻元件、电容元件、电感元件、电压源、电流源。 电路元件在电路中的作用或者说它的性质是用其端电压、电流关系来决定的。20

7、22/9/2416第16页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五1.2.1 无源元件1电阻元件电阻元件是一种消耗电能的元件。理想电阻元件只具有消耗电能这一种电磁性质（电阻性）。常见的电阻元件如白炽灯、电炉等。2022/9/2417第17页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五伏安关系（欧姆定律）：关联方向时：u =Ri非关联方向时：u =Ri符号：功率： 如果一段电阻的阻值为常数，则称为线性电阻，线性电阻遵循欧姆定律其端电压和流过的电流是正比关系，比例常数叫做电阻(符号为R）。可见 R既是这种元件的名称，又是表示其物理性质的电路参数，2022/9/2418第18

8、页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五如果电阻元件的阻值不为常数，则该电阻为非线性电阻，元件上的电压电流关系用曲线或者函数表示。0i/Au/V2022/9/2419第19页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五伏安关系：2电感元件符号：电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感器的理想化模型。L称为电感元件的电感，单位是亨利（H）。只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但u,相当于短路。2022/9/2420第20页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五电感元件中的能量关系 电感元件储存或释放的电场

9、能量为：电感元件储存或释放的电场能量与电流的平方成正比。电感元件储存能量电感元件释放能量2022/9/2421第21页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五3电容元件电容元件是一种能够贮存电场能量的元件，是实际电容器的理想化模型。伏安关系：符号：只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但 i，相当于开路，即 电容具有隔直作用。C称为电容元件的电容，单位是法拉（F）。2022/9/2422第22页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五电容元件中的能量关系电容器储存或释放的电场能量为 ： 电容器储存或释放的电场能量与其两端的电压的平

10、方成正比。 电容器储存能量充电电容器释放能量放电2022/9/2423第23页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五电源：独立源 非独立源1理想电压源与电流源（1）伏安关系电压源：u=uS 端电压为us，与流过电压源的电流无关，由电源本身确定。输出电流由电源电压的大小和外部电路决定。这样的电压源, 就称为理想电压源。2022/9/2424第24页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五特点 1.输出电压恒定，输出电流由外部负载决定；即：电压源的个重要特性是端电压在任何时刻都和流过的电流大小无关。 2.在任何时候，理想电压源都不允许短路。2022/9/2425第25

11、页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五理想电压源之间的连接 理想电压源可以串联，对外部电路来说，串联后的电压源可用一个电压为US的等效电压源来代替。+-US1US2US+-US+-+-US1US2US+-US+-2022/9/2426第26页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五 当然，理想电压源也可以并联，但必须注意，所并联的电压源必须电压相等，极性相同。否则，其中一个电源会被损坏。US1+-US2+-US+-相当于一个电源的作用2022/9/2427第27页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五电流源： i=iS流过电流为is，与电流源两端

12、电压无关，由电源本身确定。其输出电压由电源电流的大小和外部电路决定， 这样的电源，就称为理想电流源。2022/9/2428第28页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五特点 1.输出电流恒定，输出电压由外部负载决定；即：电流源的个重要特性是输出电流在任何时刻都和电源两端的电压大小无关。 2.在任何时候，理想电流源都不允许开路。2022/9/2429第29页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五理想电流源之间的连接 理想电流源可以并联，对外部电路来说，并联后的电压源可用一个电流为IS的等效电压源来代替。IS1IS2USISUSIS1IS2USISUS2022/9/

13、2430第30页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五 当然，理想电流源也可以串联，但必须注意，所有串联的电流源必须电流大小相等，方向相同。否则，其中一个电源会被损坏。ISUSIS1USIS2相当于一个电源的作用2022/9/2431第31页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五通常理想电压源不会并联，理想电流源也不会串联。2022/9/2432第32页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五实际电源 一个实际的电源一般不具有理想电源的特性，即当外接电阻发生变化时，电源提供的电压和电流都会发生变化。有的电源当外部负载电阻变化时输出电压波动很小，比较

14、接近电压源的特性；而有的电源当外部负载电阻变化时输出电流波动较小，比较接近电流源的特性。所以，我们可以用理想电源元件和电阻元件的组合来表征实际电源的特性。2022/9/2433第33页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五电流源模型电压源模型实际电源电源变换2022/9/2434第34页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五2. 受控电源 (非独立源)(controlled source or dependent source) 前面所讨论的电压源和电流源都是独立电源，所谓独立电源，就是电压源的电压或电流源的电流不受外电路的控制而独立存在。但是，在电子线路中，我

15、们常常也遇到另一种类型的电源电压源的电压或电流源的电流，是受电路中其他部分的电流或电压的控制的，这种电源称为受控源。2022/9/2435第35页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五 特点：当控制的电压或电流消失或等于零时，受控电源的电压或电流也将等于零。电路符号+受控电压源受控电流源2022/9/2436第36页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五(1) 电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source ) : 电流放大倍数r : 转移电阻 i2=b i1u2=r i1四种类型(2) 电流控制的电压源 ( Curre

16、nt Controlled Voltage Source )CCCSb i1+_u2i2+_u1i1i2i1CCVSr i1+_u2+_u1+_2022/9/2437第37页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五* ，g， ，r 为常数时，被控制量与控制量满足线性关系，称为线性受控源。g: 转移电导 :电压放大倍数 i1=0i2=gu1 i1=0u2= u1(3) 电压控制的电流源 ( Voltage Controlled Current Source )(4) 电压控制的电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source )VCCSgu1+_u2i

17、2+_u1i1VCVSu1+_u2+_u1+_i2i12022/9/2438第38页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五1.4 电路的基本定律、分析方法基尔霍夫定律节点电压法 网孔电流法叠加定理与戴维南定理2022/9/2439第39页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五1.4.1 基尔霍夫定律支路：电路中每个分支叫做支路，支路中元件流过同一个电流。有源支路：adc，abc无源支路：ac节点：电路中三个或者三个以上支路的连接点称为节点。如：a点，c点回路：电路中任一闭合路径均为回路。如：abcda回路， abca 回路， adca 回路。2022/9/244

18、0第40页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五基尔霍夫电流定律（KCL） 在任一瞬时，流入任一节点的电流之和必定等于从该节点流出的电流之和。 在任一瞬时，通过任一节点电流的代数和恒等于零。表述一表述二可假定流入节点的电流为正，流出节点的电流为负；也可以作相反的假定。所有电流均为正。2022/9/2441第41页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五例：列出下图中各节点的KCL方程解：取流入为正以上三式相加： i1 i2i3 0 节点a i1i4i60节点b i2i4i50节点c i3i5i602022/9/2442第42页，共74页，2022年，5月20日，7

19、点49分，星期五基尔霍夫电压定律（KVL）表述一表述二 在任一瞬时，在任一回路上的电位升之和等于电位降之和。 在任一瞬时，沿任一回路电压的代数和恒等于零。电压参考方向与回路绕行方向一致时取正号，相反时取负号。所有电压均为正。2022/9/2443第43页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五 对于电阻电路，回路中电阻上电压降的代数和等于回路中的电压源电压的代数和。 在运用上式时，电流参考方向与回路绕行方向一致时iR前取正号，相反时取负号；电压源电压方向与回路绕行方向一致时us前取负号，相反时取正号。2022/9/2444第44页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星

20、期五例：列出下图的KVL方程2022/9/2445第45页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五节点电压法 一、节点电压法 在具有n个基本节点的电路模型中，可以选其中一个节点作为参考点，定义其余(n-1)个节点的电位，称为节点电压。列出这n-1个节点电流方程。从节点流出的电流的代数和等于0.2022/9/2446第46页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五2022/9/2447第47页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五网孔电流法 当电路中的独立网孔数少于基本结点数且支路间无交叉时，用网孔电流法比较方便。其步骤为：(1)选取网孔电流的参考方向

21、及绕行方向。(2)根据KVL列写该网孔的电压方程，2022/9/2448第48页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五2022/9/2449第49页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五1.4.2 叠加定理在任何由线性电阻、线性受控源及独立源组成的电路中，每一元件的电流或电压等于每一个独立源单独作用于电路时在该元件上所产生的电流或电压的代数和。这就是叠加定理。说明: 当某一独立源单独作用时,其他独立源置零2022/9/2450第50页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五例：求 I解：应用叠加定理R12AIR24VR1R22A22IR1R2I4V

22、2022/9/2451第51页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五1.4.3 戴维南定理有源二端网络 具有两个出线端，其中包含有一个（或者多个）独立电源的部分电路称为有源二端网络。用NA表示，它可以是简单的或任意复杂的电路。RLIUNA2022/9/2452第52页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五对于有源二端网络外接电阻RL而言，该有源二端网络仅相当于一个电源的作用，这是因为，它向该电阻提供所需要的电流和电压。所以，我们可以用一个电源来代替这个有源二端网络。RLIUNARLIU电源2022/9/2453第53页，共74页，2022年，5月20日，7点49

23、分，星期五 这种代替就是等效电源定理的基本思想，如果将有源二端网络用电压源代替戴维南定理；如果将有源二端网络用电流源代替诺顿定理。 我们只介绍戴维南定理，因为电流源可以由电压源转换得到，所以，将电压源转换后就可得到诺顿定理。2022/9/2454第54页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五戴维南定理 对任何一个线性有源二端网络，就其对外部电路的作用而言，总可以用一个理想电压源US与一个电阻R0的串联有源支路（实际电压源）来代替。其中， US的值就等于该有源二端网络的开路电压U0C，即US= U0C， R0就等于其开路电压/短路电流. R0 =Vs/Is第55页，共74页，20

24、22年，5月20日，7点49分，星期五abiUoc+u+Req其中等效电源的计算方法：开路电压 U0C， R0就等于其开路电压/短路电流. R0 =Vs/Is2022/9/2456第56页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五求等效电阻，有两种方法（1）将Ns化为No，(如图当不含受控源时)abNo（2）将Ns化为No，在ab端施加一个电压uU+IabNo注意u,i参考方向2022/9/2457第57页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五戴维南定理的应用+-USR0+-USR0+-4V+-4V第58页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五用戴维

25、南定理求解电路（电流和电压）的步骤断开待求支路；求电路的开路电压和等效电阻（注意电源为零的含义）画出戴维南等效电路，求出待求电流或电压。2022/9/2459第59页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五例 求图示电桥电路中电阻RL的电流i 。 解：用分压公式求得 2022/9/2460第60页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五 用戴维宁等效电路代替单口网络，得到图(d)电路，由此求得 2022/9/2461第61页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五要使电阻RL中电流I为零的问题，只需 由此求得 2022/9/2462第62页，共74页，

26、2022年，5月20日，7点49分，星期五Uo+Ri3UR-+解：(1) 求开路电压UoU0=6I1+3I1I1=9/9=1AU0=9V36I1+9V+Uo+6I1例 已知如图，求UR 。(含受控源）3I1+9V+UR+6I132022/9/2463第63页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五方法1 外加压求流（独立源置零，受控源保留）U=6I1+3I1=9I1I1=I6/(6+3)=(2/3)IRi = U /I=6 36I1+6I1U+IU =9 (2/3)I=6I(2) 求等效电阻Ri2022/9/2464第64页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五方法2 开路电压、短路电流36I1+9VIsc+6I1开路电压 U0=9V3I16I1 =0I1=0Isc=1.5A6+9VIscRi = U0 / Isc =9/1.5=6 Uo+RiIsc2022/9/2465第65页，共74页，2022年，5月20日，7点49分，星期五 1.5 相量和RC电路的响应 相量法一. 正弦量的三要素：i(t)=Imsin(w t +y )i+_u(1) 幅值 (amplitude) (振幅、 最大值) Im(2) 角频率(angular frequency) w(3) 初相位(initial