第1章_电路分析基础

1、电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学1.1 电路分析基础知识电路分析基础知识 1.2 电气设备的额定值及电路的工作状态电气设备的额定值及电路的工作状态1.3 基本电路元件及电源元件基本电路元件及电源元件1.4 电路定律及电路基本分析方法电路定律及电路基本分析方法 1.5 电路中的电位及其计算方法电路中的电位及其计算方法 1.6 叠加原理叠加原理 1.7 戴维南定理戴维南定理 第第1章章 电路分析基础电路分析基础电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学理解电流、电压参考方向的问题；理解电流、电压参考方向的问题； 熟练掌握基尔霍夫定律及其应用；熟练掌握基尔霍夫定律及其应

2、用； 了解电器设备额定值的定义；了解电器设备额定值的定义； 熟悉电路在不同工作状态下的特点；熟悉电路在不同工作状态下的特点； 深刻理解电路中电位的概念并能熟练计算电路中深刻理解电路中电位的概念并能熟练计算电路中各点的电位；各点的电位； 能够运用支路电流法、叠加原理、戴维南定理分能够运用支路电流法、叠加原理、戴维南定理分析基本直流电路。析基本直流电路。 第第1 1章章 电路分析基础电路分析基础1.2.电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学1.1 电路分析基础知识电路分析基础知识1.1.1 1.1.1 导体、绝缘体和半导体导体、绝缘体和半导体n导导 体体: : 容易导电的物体，金属一

3、般都是导体，如铁、容易导电的物体，金属一般都是导体，如铁、 铜、铝等。铜、铝等。n绝缘体绝缘体: : 不容易导电的物体，如塑料、橡胶、玻璃不容易导电的物体，如塑料、橡胶、玻璃 陶瓷、干燥的木头等陶瓷、干燥的木头等 。n半导体半导体: : 导电性能介于导体和绝缘体之间的物体，导电性能介于导体和绝缘体之间的物体， 如如 锗、硅、硒等锗、硅、硒等 。 电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学灯泡电池开关连接导线1.1.2 电路的组成与功能电路的组成与功能n电源电源: : 提供电能的装置，它将其它形式的能量转化为电能。提供电能的装置，它将其它形式的能量转化为电能。n负载负载: : 消耗电能

4、的装置，将电能转化为其它形式的能量。消耗电能的装置，将电能转化为其它形式的能量。 n中间环节中间环节: :传输、分配电能，是电路的控制及连接部分。传输、分配电能，是电路的控制及连接部分。电源电源负载负载中间环节中间环节 电路的组成电路的组成电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学1.1.2 电路的组成与功能电路的组成与功能电路的功能电路的功能n电力系统电路中电力系统电路中: :用于电能的传送、分配和转换。用于电能的传送、分配和转换。n电子技术电路中电子技术电路中: :用于电信号的传递、存储和处理。用于电信号的传递、存储和处理。电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学1.

5、1 电路分析基础知识电路分析基础知识1.1.3 1.1.3 电路模型和电路元件电路模型和电路元件手电筒实物电路手电筒实物电路 手电筒电路模型手电筒电路模型 +R0RI+US S电源电源负载负载中间环节中间环节n电路模型电路模型: :由理想电路元件组成的、与实际电路相对应由理想电路元件组成的、与实际电路相对应 的，并用统一规定的符号表示的电路。的，并用统一规定的符号表示的电路。 电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学1.1 电路分析基础知识电路分析基础知识1.1.3 1.1.3 电路模型和电路元件电路模型和电路元件RC+ USLISn电路元件电路元件: : 电工与电子技术基础电工与

6、电子技术基础东北大学东北大学1.1 电路分析基础知识电路分析基础知识1.1.4 1.1.4 电压、电流及其参考方向电压、电流及其参考方向电流电流n电流的形成电流的形成 导体中的自由电子在外加电场的作用下定向导体中的自由电子在外加电场的作用下定向移动形成电流。移动形成电流。 n电流强度电流强度 单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。单位时间内通过导体某一横截面的电荷量。n电流的大小电流的大小n电流电流的的单位单位 安培安培(A) A10mA10A1 A10kA1633 dtdqi 电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学n电流的方向电流的方向实际方向：实际方向：规定为正电荷的移动方向

7、。规定为正电荷的移动方向。参考方向：参考方向：任意假定任意假定方向。方向。二者关系：二者关系：i0,相同，相同，i0i0+ + +- - -a ab b电压的实际方向电压的实际方向电压的参考方向电压的参考方向u 0 0 时时, , 此部分电路消耗电功率，此部分电路消耗电功率，为负载为负载。 当计算的当计算的 P P 0R2，则，则如果两个如果两个并联并联电阻：若电阻：若R1R2，则，则1.4.1 电阻的串联和并联电阻的串联和并联电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学n支路：支路：由一个或几个元件首尾相接构成的一段无分支由一个或几个元件首尾相接构成的一段无分支的电路。的电路。n结点

8、：结点：电路中三条或三条以上支路的连接点。电路中三条或三条以上支路的连接点。n回路：回路：电路中任意一个闭合路径称为回路。电路中任意一个闭合路径称为回路。n网孔：网孔：内部不含支路的回路称为网孔。内部不含支路的回路称为网孔。n支路电压支路电压：每两个节点之间的电压。每两个节点之间的电压。n支路电流：支路电流：每一条支路所流过的电流。每一条支路所流过的电流。1.4.2 电路名词电路名词电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学支路支路: 支路支路acb、支路、支路ab、支路、支路adb结点结点: 结点结点a、结点、结点b回路回路: 回路回路abca、回路、回路adba、回路、回路cad

9、bc网孔网孔: 网孔网孔abca、网孔、网孔adba【例】【例】bR1R2US2US1+-R3+_acd1.4.2 电路名词电路名词电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学n基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(KCL) 任一瞬时，通过电路中的任一结任一瞬时，通过电路中的任一结点的支路电流的代数和恒等于零。点的支路电流的代数和恒等于零。I=0n电流正负号通常规定为：电流正负号通常规定为： 参考方向指向结点的电流取正号，背离结点的电流取负号。参考方向指向结点的电流取正号，背离结点的电流取负号。 I1+I2-I3=0aI1I2I3例例根据根据KCL，对结点，对结点 a 可以写出：可以写出：

10、1.4.3 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学 基尔霍夫电流定律不仅适用于节点，也可推广应用于任意假基尔霍夫电流定律不仅适用于节点，也可推广应用于任意假定的封闭面。定的封闭面。 【例】【例】 IA+IB+IC=0I IA AI IB BI IABABI IBCBCI ICACAA AC CB BI IC C1.4.3 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学n基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL) 对于电路中的任一回路，沿回路绕行对于电路中的任一回路，沿回路绕行方向的各段电压的代数和等于零。方向的

11、各段电压的代数和等于零。 U=0n电压正负号通常规定为：回路内某段电压的参考方向与回路的电压正负号通常规定为：回路内某段电压的参考方向与回路的绕行方向一致时取正号，相反时取负号。绕行方向一致时取正号，相反时取负号。 【例】【例】I1I2I3R3US1+_US2_+R1R2 对回路对回路 0U-RIRIS13311 对回路对回路0URI-RI-S23322 1.4.4 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学总是希望负载上得到的功率越大越好，如何总是希望负载上得到的功率越大越好，如何才能让负载上获得最大功率呢？才能让负载上获得最大功率呢？RSUSIR0

12、R)RR(RUR/)RR(R/RRR/RU)RR(RUR)RRU(RIP2002S2002S202S20S244 ，02S4RUPmax 负载上获得的功率为：负载上获得的功率为：1.4.5 负载获得最大功率的条件负载获得最大功率的条件电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学思考与练习思考与练习电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学n电位电位 某点与参考点之间的电压称为该点的电位，参考点某点与参考点之间的电压称为该点的电位，参考点 的电位通常规定为零。的电位通常规定为零。n 电位的表示电位的表示 VA表示表示A点的电位，单位为伏特（点的电位，单位为伏特（V）。）。n 电

13、位与电压的关系电位与电压的关系 电压是两点间的电位差，电位是某点与参考点的电位差。电压是两点间的电位差，电位是某点与参考点的电位差。 (2)计算电位计算电位n任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；n求求A点电位时，将所经过的全部电位降相加，即为点电位时，将所经过的全部电位降相加，即为A点电位。点电位。UAB=VA-VB1.5 电路中的电位及其计算方法电路中的电位及其计算方法(1)电位电位电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学【例】【例】求开关求开关S 断开和闭合时断开和闭合时A点电位点电位 【解】【解】(1)当开关当开关S断开时，如图断开

14、时，如图a(2)当开关闭合时当开关闭合时,电路如图电路如图b电流电流 I2 = 0电位电位 VA = 0V 电流电流 I1 = I2 = 0电位电位 VA = 6V I I1 12K A+2k I I2 26Vb)2k +6VA2k SI2I1a)a)1.5 电路中的电位及其计算方法电路中的电位及其计算方法电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学1.5 电路中的电位及其计算方法电路中的电位及其计算方法【例【例1-6 】电路如图】电路如图1所示，当分所示，当分 别以别以d、b作为参考点时，求各作为参考点时，求各 点电位及电压点电位及电压Uab、Ubc和和Uca。140VVa V616

15、Vb00 V9Vc0 V860-140V-V Ubaab0 V-90 -6V-V Ucbbc300 -50V140-9V-V Uacca 0【解】以【解】以d为参考点，则为参考点，则Vd=0 以以b为参考点，则为参考点，则Vb=0V842Va00 V365Vc0 -60V1-6Vd 0V80-8V-V Ubaab00 V- 30-0V-V Ucbbc30 -50V80-3V-V Uacca 0 电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学【例】【例】电路中各点的电位电路中各点的电位 mAmARUI1246 【解】【解】 C点为参考点，所以点为参考点，所以VC=0VVUVACA6 VUV

16、BCB2 1.5 电路中的电位及其计算方法电路中的电位及其计算方法B6V+AC4K2KIVVVUBAAB4 B点为参考点，所以点为参考点，所以VB=0VVVA414 VVC212 VVVUBAAB4 n结论：结论：电路中各点的电位随参考点选的不同而改变，电路中各点的电位随参考点选的不同而改变， 但是任意两点间的电压不变。但是任意两点间的电压不变。电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学思考与练习思考与练习电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学n叠加原理叠加原理 在线性电路中，当有多个电源共同作用时，在任一支路中在线性电路中，当有多个电源共同作用时，在任一支路中所产生的

17、电流（或电压），等于各个电源分别单独作用时，在所产生的电流（或电压），等于各个电源分别单独作用时，在该支路中所产生的电流（或电压）的代数和。该支路中所产生的电流（或电压）的代数和。n使用叠加原理应注意的问题：使用叠加原理应注意的问题： 1 1）叠加原理只适用于线性电路，不适用于非线性电路；）叠加原理只适用于线性电路，不适用于非线性电路； 2 2）应用叠加原理分析计算电路时，应保持电路的结构不变；）应用叠加原理分析计算电路时，应保持电路的结构不变； 3 3）叠加时要注意各电流或电压分量的方向：与所有电源共同）叠加时要注意各电流或电压分量的方向：与所有电源共同作用时支路电流或电压一致的分量取正号，

18、反之取负号；作用时支路电流或电压一致的分量取正号，反之取负号； 4 4）在线性电路中，叠加原理只能用来计算电压和电流，不能）在线性电路中，叠加原理只能用来计算电压和电流，不能用来计算功率。用来计算功率。1.6 叠加原理叠加原理电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学I1.6 叠加原理叠加原理【例【例1-8】电路如图】电路如图a所示，已知所示，已知US1=18V，US2=12V，R1=12，R2=10，R3=15，应用叠加原理求出图中电阻，应用叠加原理求出图中电阻R3上的电压上的电压U和电流和电流I，最后再求出它消耗的功率，最后再求出它消耗的功率P。【解】根据叠加原理，把图【解】根据

19、叠加原理，把图a a看作是由图看作是由图b b和和c c等效电路的叠加等效电路的叠加 (1)计算计算US1单独作用时单独作用时A.RRRRRRRRUIS40151010151015101218322323211 电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学I1.6 叠加原理叠加原理VRIU64 . 0153(2)计算计算US2单独作用时单独作用时 ARRRRRRRRUIS32. 0151212151215121012311313122 VRIU8 . 41532. 03 (3)计算计算US1和和U US2S2共同作用时共同作用时 AIII72. 032. 04 . 0 VUUU8 .1

20、08 . 46 电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学I1.6 叠加原理叠加原理R3电阻上消耗的功率：电阻上消耗的功率：WUIP78. 772. 08 .10假如功率也应用叠加原理分别求解后叠加，则假如功率也应用叠加原理分别求解后叠加，则WIUP4 . 24 . 06 WIUP54. 132. 08 . 4 WPPP94. 354. 14 . 2 可见应用叠加原理只能求解电路的电流或电压，不能求解功率。可见应用叠加原理只能求解电路的电流或电压，不能求解功率。电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学【练习】在如图所示电路中，应用叠加原理求【练习】在如图所示电路中，应用叠

21、加原理求10电阻中的电流电阻中的电流I。I【解】（【解】（1）当）当20V电压源单独作用时，将电压源单独作用时，将4A恒流源开路：恒流源开路：AI1101020 （2）当）当4A电流源单独作用时，将电流源单独作用时，将20V恒压源短路：恒压源短路：AAI24101010 （3）叠加）叠加AAAIII321 1.6 叠加原理叠加原理I10104A20VI101020VI10104A电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学思考与练习思考与练习图图1-31 1-31 题题3 3电路图电路图电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学n戴维南定理戴维南定理 任何一个含源线性二端网络

22、任何一个含源线性二端网络US等于原有源二端网络的开路电压等于原有源二端网络的开路电压UOC，内阻，内阻R0等于有源二端网络等于有源二端网络中所有电源均除去后的入端电阻中所有电源均除去后的入端电阻Ri。n二端网络二端网络 任何具有两个出线端的部分电路。任何具有两个出线端的部分电路。n含源二端网络含源二端网络 含有电源的二端网络。含有电源的二端网络。 含源二端网络含源二端网络二端网络一般形式二端网络一般形式等效电压源等效电压源E2+R2有有源源二二端端网网络络US+R0RABUS1+R1US2+R2RAB1.7 戴维南定理戴维南定理电工与电子技术基础电工与电子技术基础东北大学东北大学n应用戴维南定理应用戴维南定理求解电路的步骤求解电路的步骤： 1）把电路分为待求支路和含源二端网络两部分；）把电路分为待求支路和含源二端网络两部分； 2）断开待求支路，求出含源二端网络开路电压）断开待求支路，求出含源二端网络开路电压UOC，即为，即为等效电源的理想电压源等效电源的理想电压源 US ； 3）将含源二端网络内各电源置零）将含源二端网络内各电源置零 （即将电压源短路，电流（即将电压源短路，电流源开路），仅保留电源内阻，求出网络两端等效电阻源开路），仅保留电源内阻，求出网络两端等效电阻Ri，即，即为等效电源的内阻为等效电源的