第1章-电路分析.ppt

电路分析简明教程(第2版),孙1-1实际电路及电路模型,1-2电路的基本物理量,1-3基尔霍夫定律,1-4电阻元件,1-5独立电源,第一章集总电路的分析基础,第一章,1-6受控电源,*1-7应用实例,*1-8计算机仿真分析简单直流电路,本章学习要求,电路分析简明教程,本章中心内容,重点阐明电路中的电流、电压受到的两类约束。一类约束来自元件的相互联接方式，即基尔霍夫定律；另一类约束来自元件的性质，即元件的伏安关系。着重介绍电路模型和电流、电压的参考方向等重要概念。,第一章,电路分析简明教程,1-1实际电路及电路模型,一、实际电路,电路是电流的通路。实际电路是为完成某种功能，由若干电气设备或器件按一定方式用导线联接而成的。,1-1,实际电路的主要功能：1、实现电能的传输和转换，如输电电路和照明电路等。2、实现信号的传输、处理和储存，如收音机电路、滤波电路、计算机电路等。,实际电路的基本组成：电源（信号源）、负载和中间环节。,电路分析简明教程,1-1,二、理想电路元件,理想电路元件是实际器件抽象出来的,具有单一电磁性能的理想化模型。例如：理想电阻元件只消耗电能；理想电感元件只储存磁场能量；理想电容元件只储存电场能量。,在不同的工作条件下，同一实际器件可用一种或几种理想电路元件近似表征。具有相近电磁性能的实际器件，也可用同一种理想电路元件近似表征。,电路分析简明教程,在电路分析中，常将理想电路元件简称为电路元件。常用的电路元件只有几种，它们可以用来表征千千万万种实际器件。基本的电路元件有：电阻元件、电容元件、电感元件和电源元件(独立电源、受控电源)等。,电路元件都有各自精确的数学定义，在电路图中用规定的符号表示。,1-1,三、电路模型,由理想电路元件构成的电路称为电路模型。,电路分析中研究的电路都是电路模型，并非实际电路。,电路分析简明教程,1-1,手电筒电路的电路模型如下图所示,手电筒电路中的电池用电源元件Us和电阻元件Rs的串联组合作为它的模型，灯泡用电阻元件RL作为它的模型，按钮和导线用理想导线（其电阻为零）或线段表示。,所有的实际电路，不论简单还是复杂，都可以用由几种电路元件构成的电路模型来表示。,电路分析简明教程,四、集总电路,集总参数元件：假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。理想电路元件都是集总参数元件。,1-1,集总电路：由集总参数元件构成的电路模型。对集总电路而言，电路中的电磁量，如电压和电流等，只是时间的函数，而无须考虑其空间分布，因而描述这类电路一般是代数方程或常微分方程。,集总条件：实际电路的尺寸（长度）远远小于电路工作频率下的电磁波的长度。集总电路模型是电路理论中最基本的假设。本课程研究的电路均为集总电路。,电路分析简明教程,在电路分析中，人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。,电流的单位为安培（A）；辅助单位有千安（kA）、毫安（mA）和微安（A）。,1-2电路的基本物理量,一、电流及其参考方向电流用“i”或“I”表示，“I”表示直流电流或交流电流的有效值。电路中的电流是单位时间内通过导体横截面的电荷量，即,电路分析简明教程,电流的实际方向规定为正电荷运动的方向。电流的参考方向任意假定的正电荷运动的方向。,电流参考电方向的两种表示：1、用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。,1-2,2、用双下标表示：如iAB,电流的参考方向由A指向B。,电路分析简明教程,在电路分析中，电路图中标明的电流方向均为参考方向。参考方向不一定就是它的实际方向。,在电流的参考方向已选定的情况下，根据电流值的正或负，就可以判断出它的实际方向。,1-2,(a)i0(b)i0,实际方向参考方向,电流的实际方向与参考方向的关系：,电路分析简明教程,例已知在右图(a)电路中，流经任一横截面的电荷量为：(1)q=10tC；(2)q=12C。求电流，并指出它的实际方向。,解(1)由已标定的电流参考方向(如实线箭头所示)可得,(a),电流为正值，故电流的实际方向(如虚线箭头)与它的参考方向一致，如图(b)所示，电流由A流向B。,(b),(c),(2),电流在任何时刻为负值，说明电流的实际方向与它的参考方向相反，如图(c)所示，电流由B流向A。,1-2,电路分析简明教程,电压用“u”或“U”表示，“U”表示直流电压或交流电压的有效值。,1-2,二、电压及其参考方向,电压的单位是伏特（V）；辅助单位有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（V）。,电路中的电压是单位正电荷从某点移动到另一点电场力所做的功，即,电压的实际方向高电位点指向低电位点的方向。电压的参考方向任意假定的电位降低的方向。,电路分析简明教程,电压的参考方向有三种表示方法：,2、用正负极性表示,3、用双下标表示,今后电路图中标明的电压方向均为参考方向。如果电压的实际方向与它的参考方向一致，则电压u为正值，即u0。反之，则电压u为负值，即u0该元件吸收功率，为负载。元件2：因为电压和电流的参考方向一致,故P2=U2I2=41W=4W0该元件吸收功率，为负载。由上面计算结果得整个电路吸收功率的代数和为P=P1+P2+P3+P4=（847+3）W=0对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率,1-2,该元件发出功率，为电源。,元件4：因为电压和电流的参考方向一致，故,P3=U3I3=7(1）W=7W0为吸收功率电压源的功率P2=2V2A=4W0为吸收功率,1-5,为求出电流源的功率，必须首先计算电流源的端压，由KVL得电流源的端电压为,U=（25+2）V=12V故电流源的功率为P3=-12V2A=-24W0为产生功率,电路分析简明教程,1-6受控电源,一、受控源,受控源也是一种电源，与独立源不同，它的输出电压或电流不是定值，也不是一定的时间函数，而是受电路中其他支路的电压或电流的控制。故受控源是非独立电源。,受控源是从电子器件中抽象出来的一种模型。,受控源是一种四端元件，它含有两条支路，一条是控制支路，另一条是受控支路。受控支路为一个电压源或为一个电流源，它的输出电压或输出电流（称为受控量），受另一条支路的电压或电流（称为控制量）的控制。该电压源、电流源分别称为受控电压源、受控电流源，统称为受控源。,电路分析简明教程,二、受控源的分类、电路符号及VAR,受控源也有电压源和电流源之分，根据控制支路的控制量是电压还是电流，受控源分为四种：,1、电压控制的电压源（VCVS，是VoltageControlledVoltageSource的缩写）,式中称为电压放大倍数，是一个无量纲的参数。,i1=0u2=u1,1-6,电路分析简明教程,2、电流控制的电压源（CCVS）,3、电压控制的电流源（VCCS）,式中g称为转移电导，是具有电导量纲的参数。,式中r称为转移电阻，是具有电阻量纲的参数。,u1=0u2=ri1,i1=0i2=gu1,1-6,电路分析简明教程,4、电流控制的电流源（CCCS）,式中称为电流放大倍数，是一个无量纲的参数。,图中显示了受控源是四端元件，但在一般的电路图中，不一定要标出控制量所在处的端子，而只在受控源的符号旁边标明控制关系。,当、r、g、为常数且不随时间而变化时，则该受控源为线性时不变受控源。本课程只讨论线性时不变受控源。,u1=0i2=i1,1-6,电路分析简明教程,三、受控源的功率,在u、i采用一致参考方向的条件下，则受控源的功率计算公式为,独立源的输出电压(电流)由电源本身决定，与电,独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流；而受控源是反映电路中某处的电压(电流)对另一处的电压(电流)的控制关系，在电路中不能作为“激励”。,四、受控源与独立源的比较,受控源的功率由受控支路来计算。,路中其它电压、电流无关；而受控源的输出电压(电,流)的大小和方向由控制支路的电压（电流）控制，当控制支路的电压(电流)为零时，受控源的输出电压(电流）也将为零。,1-6,电路分析简明教程,例右图所示电路中uR=5V,求电源电压us及受控源的功率，并说明是产生功率还是吸收功率？,解根据电阻的VAR得,故i=2A,50.5i=5,由KCL求得,i1=i0.5i=0.5i=1A,由KVL求得电压源的电压,us=6i1i1=62A+11A=13V,为求受控源的功率，必须首先计算受控源的端电压，由KVL得电流源的端电压为,u=-62+13-5=-4V,1-6,故受控源的功率为P=-4V0.52A=-4W0为产生功率,电路分析简明教程,本章学习要求,了解电路的组成，理解电路模型概念及理想电路