第1单元 直流电路分析 电路基础

电 路 分 析 基 础 第一单元直 流 电 路 分 析 电 路 分 析 基 础 一、基本概念 1、电路的概念 元器件 (电阻、电感、电容、电源等 )按一定方式连接构成电路。它是 电流流经的路径 。比较复杂的电路又称 网络 。1.1 电路与电路模型 电 路 分 析 基 础 2、电路的作用 进行电能的传输、分配与转换。 典型的例子是电力系统中的输电电路。发电厂将其他形式的能量 (热能、水的势能、原子能等 )转换成电能；通过变压器、 输电线等输送给各用户；用户又把电能转换成机械能、光能、热能等 。实现信息的传递与处理。 典型的例子有电视电路。接收天线把载有语言、音乐、图像信息的电磁波接收后，通过电路把输入信号 (又称 激励 )变换或处理为人们所需要的输出信号 (又称 响应 )，再还原为语言、音乐或图像。 电 路 分 析 基 础 二、电路模型 由抽象的 “理想元器 ”和 “理想导线 ”构成的 “理想电路 ”代替实际电路，称 电路模型 。实际电路 电路模型电路模型 电 路 分 析 基 础 理想化 假定电路中发生的电磁现象都分别集中在各元件内部进行。这样的元件 (电阻、电容、电感 )称为 集总参数元件 。由集总元件构成的电路称为 集总参数电路 。用集总参数电路模型来近似描述实际电路要求： 实际电路的尺寸要远小于电路工作频率下电磁波的波长 。说明：【 例 】结论： 电路理论仅适用于低频场合，而对于高频场合，则应该采用电磁场理论。 电 路 分 析 基 础 一、电流及其参考方向电荷定向运动，形成电流，单位时间内通过导体横截面的电荷量定义为 电流强度 。即 i(t)=dq/dt。电流不但有大小，而且有方向。 规定正电荷运动的方向为电流的正方向 。电流在电路中的实际流向只有两种可能，可以选定其中一个方向为 参考方向。 当电流实际流向与参考方向相同当电流实际流向与参考方向相同时，时， i(t) 0；而当电流实际流向与参考方向相反时，；而当电流实际流向与参考方向相反时， i(t) 0。1.2 电路变量电路变量 电 路 分 析 基 础 电路中两点之间的 电位差 称两点之间的 电压 。电压的物理意义 :将单位正电荷从电路中一点移至电路中另一点电场力做功的大小。即 u(t)=dw/dq。规定 :电压的正方向由高电位指向低电位。 电路中两点之电路中两点之间的电压方向只有两种可能，可以选定其中一个方向为间的电压方向只有两种可能，可以选定其中一个方向为参考方向。参考方向。 当电压实际方向与参考方向相同时，当电压实际方向与参考方向相同时， u(t) 0； 当电压实际方向与参考方向相反时，当电压实际方向与参考方向相反时， u(t) 0。二、电压及其参考方向 电 路 分 析 基 础 在一段电路或一个元件上，当电流的参考方向与电压的在一段电路或一个元件上，当电流的参考方向与电压的参考方向相一致时，称参考方向相一致时，称 “ 关联参考方向关联参考方向 ” 。而。而 当电流的当电流的参考方向与电压的参考方向不一致时，称参考方向与电压的参考方向不一致时，称 “非关联参考非关联参考方向方向 ”。说明： 电 路 分 析 基 础 电压参考方向的三种表示方式(2) 用正负极性表示：用正负极性表示： 由正由正极指向负极的方向为电极指向负极的方向为电压（降）的参考方向。压（降）的参考方向。(3)用双下标表示：用双下标表示： uAB表示表示由由 A指向指向 B为电压（降）为电压（降）的参考方向。的参考方向。(1) 用箭头表示：用箭头表示： 箭头指向箭头指向为电压（降）的参考为电压（降）的参考方向。方向。 电 路 分 析 基 础 单位时间之内元件（或电路）所转换的能量称 电功率 。即三、电功率（ Power）u当 p0，说明元件（或电路）吸收能量。u当 p0，说明元件（或电路）释放能量。 电 路 分 析 基 础 任何时刻，元件两端的电压与流过它的电流之间成线性关系。 即四、元件模型（ Element Model）1、电阻元件（ Resistor） 电 路 分 析 基 础 若电压、电流参考方向取关联参考方向：特点 1： 任何时刻，电阻元件上的电压 (或电流 )完全由同一时刻的电流 (或电压 )决定，与该时刻之外的电流 (或电压 )无关。即电阻元件是 “无记忆元件 ”。特点 2： 电阻元件是一种 “耗能元件 ”。 电 路 分 析 基 础 任何时刻，元件上所储存的电量与元件两端的电压成线性关系。 即2、电容元件（ Capacitor） 电 路 分 析 基 础 若电压、电流参考方向取关联参考方向：特点 1： 任何时刻，电容元件上的电压不仅与同一时刻的电流有关，还与该时刻之前的电流有关。即电容有 “ 记忆 ” 电流的作用，它是一种 “ 记忆元件 ” 。 电 路 分 析 基 础 若电压、电流参考方向取关联参考方向：在 t0t时间内、电容元件吸收的能量：特点 2： 电容元件不消耗能量，它是一种 “储能元件 ”。 电 路 分 析 基 础 3、电感元件（ inductor） 任何时刻，元件上流过的电流与其产生的磁通链成线性关任何时刻，元件上流过的电流与其产生的磁通链成线性关系。系。 即即若电压、电流参考方向取关联参考方向： 电 路 分 析 基 础 特点 1： 任何时刻，电感元件上的电流不仅与同一时刻的电压有关，还与该时刻之前的电压有关。即电感有 “ 记忆 ” 电压的作用，它是一种 “ 记忆元件 ” 。若电压、电流参考方向取关联参考方向： 电 路 分 析 基 础 在 t0t时间内、电感元件吸收的能量：特点 2： 电感元件不消耗能量，它是一种 “储能元件 ”。 电 路 分 析 基 础 理想电压源 不管外部电路如何，其两端电压总能保持定值或一定的时间函数。 4、理想电源（ Source） 电 路 分 析 基 础 理想电压源的端电压与流经它的电流方向、大小无关。理想电压源的的输出电流随外电路变化。若理想电压源两端短路，则 R=0， i （病态）。所以理想电压源两端不允许短路。特点：实际电压源 可以用一个理想电压源 串联一个较小的内阻r来等效。 电 路 分 析 基 础 理想电流源 不管外部电路如何，其输出电流总能保持定值或一定的时间函数的电源。 电 路 分 析 基 础 理想电流源发出的电流与其两端电压大小、方向无关。理想电流源的端电压由其本身的输出电流与外部电路共同决定。若 理想 电流源两端开路：则 R， u（病态）。 所以 理想电流源不允许开路 。特点：实际电 流 源 可以用一个理想电 流 源 并联一个较大的内阻 r来等效。 电 路 分 析 基 础 【 例 】若 r =1000 ， uS =1000 V当 R =1 时， u=0.999 V；当 R =2 时， u=1.999 V将其等效为 1A的电流源：当 R =1 时， u=1 V；当 R =2 时， u=2 V一个高电压、高内阻的电压源，在外部负载电阻较小，且负载变化范围不大时，可将其等效为电流源。说明： 电 路 分 析 基 础 5、 受控电源 (Controlled Source） 电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压 (或电流 )的控制。当被控制量是电压时，用 受控电压源 表示；当被控制量是电流时，用 受控电流源 表示。根据控制量和被控制量是电压 u或电流 i ，受控源可分为四种类型： CCCS、 CCVS、 VCCS、 VCVS。 电 路 分 析 基 础 (a) 电流控制电流源 ( Current Controlled Current Source ) u1=0i2=bi1 u1=0u2=ri1(b) 电流控制电压源 ( Current Controlled Voltage Source ) 电 路 分 析 基 础 i1=0i2=gu1(c) 电压控制电流源 ( Voltage Controlled Current Source ) i1=0u2= u1(d) 电压控制电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source ) 电 路 分 析 基 础 说明：独立源电压 (或电流 )由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压 (或电流 )直接由控制量决定。独立源作为电路中 “激励 ”，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的关系，在电路中不能作为 “激励 ”。 电 路 分 析 基 础 1.3 基尔霍夫定律一、常用术语u 支路 (branch)： 由一个或几个依次相联的二端元件构成的一段电路。u 节点 (node)： 三条或三条以上支路的连接点称为节点。u 回路 (loop)： 由