电路分析基础(很好用)课件

电路分析基础第1章

电路的基本概念和基本定律1.6直流电路中的几个问题1.1电路和电路模型1.5电路的等效变换1.2电路的基本物理量1.3基尔

1.4电压源和电流源霍夫定律返章目录电路分析基础本章的学习目的和要求本章内容是贯穿全课程的重要理论基础，要求在学习中给予足够的重视。通过对本章学习，要求理解理想电路元件和电路模型的概念；进一步熟悉电压、电流、电动势和电功率等基本物理量的概念；深刻理解和掌握参考方向在电路分析中的作用；初步理解和掌握基尔霍夫定律的内容及其应用；领会电路等效的概念和掌握电路等效的基本方法。返节目录电路分析基础1.1

电路和电路模型1、电路的组成及其功能•电路的概念由实际元器件构成的电流的通路称为电路。返节目录电路分析基础1、电路的组成及其功能•电路的组成电源火线零..线连接导线和其余设备为中间环节负载电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。返节目录电路分析基础1、电路的组成及其功能•电路的功能电力系统中电路可以实现电能的传输、分配和转换。电子技术中电路可以实现电信号的传递、变换、存储和处理。返节目录电路分析基础2、电路模型中间环节IS开关负载+U–R0+_US电源RL连接导线实体电路负载电源电路模型用抽象的理想电路元件及其组合，近似地代替实际的器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。返节目录电路分析基础2、电路模型•理想电路元件IS+

U–LSCR理想电流源输出电流恒理想电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定电容元件只具有储存电能的电特性电感元件电阻元件只具有储只具耗能存磁能的的电特性电特性定，两端电压由它和负载共同决定。理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、精确，可定量分析和计算。返节目录电路分析基础2、电路模型•利用电路模型研究问题的特点1、电路模型是用来探讨存在于具有不同特性的、各种真实电路中共同规律的工具。2、电路模型主要针对由理想电路元件构成的集总参数电路，集总参数电路中的元件上所发生的电磁过程都集中在元件内部进行，任何时刻从元件两端流入和流出的电流恒等、且元件端电压值确定。因此电磁现象可以用数学方式来精确地分析和计算。3、电路分析基本理论中运用电路模型，其主要任务就是在寻求实际电路共有的一般规律、探讨各种实际电路共同遵守的基本规律时带来方便。返节目录电路分析基础如何在电路中区分电源和负载？试述电路的功能？何谓“电路模型”？电路由哪几部分组成？各部分的作用是什么？何谓理想电路元件？其中“理想”二字在实际电路的含义？集总参数元件有何特征？学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。返节目录电路分析基础1.2

电路的基本物理量1、电流•电流的大小dq……（1-1）……

（1-2）μA=10i

=

dtQ稳恒直流情况下I=

t单位换算1A=10369nAmA=10•电流的方向习惯上规定以正电荷移动的方向为电流的正方向。电路图上标示的电流方向为参考方向，参考方向是为列写方程式提供依据的，实际方向根据计算结果来定。返节目录电路分析基础2、电压、电位和电动势ISa路端电压U。电动势E只存在电源内部，其数值反映了电源力作功的本领，方向规定由电源负极指向电源正极电压的大小反映了电场力作功的本领；电压是产+R0RL生电流的根本原因；其方向规定由“高”电位端指向“低”电位端。+

U_E

–b电位V是相对于参考点的电压。参考点的电位:V

=0；a点电位：V

=E-IR

=IRba0返节目录电路分析基础2、电压、电位和电动势•三者的定义式W

－WW

－WW源qU0abVaE

===abaqq显然电压、电位和电动势的定义式形式相同，因此它们的单位一样，都是伏特[V]。•三者的区别和联系电压等于两点电位之差：

U

=V

－Vab电源的开路电压在数值上等于电源电动势；ab电路中某点电位数值上等于该点到参考点的电压。返节目录电路分析基础3、电功和电功率•电流能使电动机转动、电炉发热、电灯发光，说明电流具有做功的本领。电流做的功称为电功。

W=UIt单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】若U【KV】；I【A】；t【h】时，电功W为度【KW·h】1000W的电炉加热1小时1度电的概念100W的灯泡照明10小时40W的灯泡照明25小时•

日常生活中，用电度表测量电功。当用电器工作时，电度表转动并且显示电流作功的多少。显然电功的大小不仅与电压电流的大小有关，还取决于用电时间的长短。返节目录电路分析基础3、电功和电功率•单位时间内电流所作的功称为电功率，电功率的大小表征了设备能量转换的本领。P=UI=I2R=U2/R国际单位制：U【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】。•

用电器的铭牌数据值称为额定值，额定值指用电器长期、安全工作条件下的最高限值，一般在出厂时标定。•

额定电功率反映了设备能量转换的本领。例如额定值为“220V、1000W”的电动机，是指该电动机运行在220V电压时、1秒钟内可将1000焦耳的电能转换成机械能和热能；“220V、40W”的电灯，表明该灯在220V电压下工作时，1秒钟内可将40焦耳的电能转换成光能和热能。返节目录电路分析基础4、参考方向•关联和非关联IIaa＋＋电源元件负载元件U－U－b非关联参考方向b关联参考方向实际电源上的电压、电流方向总是非关联的，实际负载上的电压、电流方向是关联的。因此，假定某元件是电源时，其电压、电流方向应选取非关联参考方向；假定某元件是负载时，其电压、电流方向应选取关联参考方向。返节目录电路分析基础4、参考方向•关于参考方向的有关注意事项(1)分析电路前应选定电压电流的参考方向，并标在图中；(2)参考方向一经选定，在计算过程中不得任意改变。参考方向是列写方程式的需要，是待求值的假定方向而不是真实方向，因此不必追求它们的物理实质是否合理。(3)电阻、电抗或阻抗一般选取关联参考方向，独立源上一般选取非关联参考方向。(4)参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向下进行，实际方向由计算结果确定。(5)在分析、计算电路的过程中，出现“正、负”、“加、减”及“相同、相反”这几个名词概念时，不可混为一谈。返节目录电路分析基础仔细理解下面的例题图示电路，若已知元件吸收功率为－20W，电压U为5V，求电流I。UI

+P－20

元

件解I=

=－=

4AU

5图示电路，已知元件中通过的电流为－100A，电压U为10V，电功率P。并说明元件性质。U

+I解

P=

UI

=

10

(-100)

=1000W元

件×元件吸收正功率，说明元件是负载。返节目录电路分析基础想想、练练电压、电位、电动势有何异同？电功率大的用电器，电功也一定大，这种说法正确吗？为什么？返节目录电路分析基础思考

回答•在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？•应用参考方向时，你能说明“正、负”、“加、减”及“相同、相反”这几对名词的不同之处吗？▪

电路分析中引入参考方向的目的是为分析和计算电路提供方便和依据。▪

应用参考方向时，“正、负”

指在参考方向下，电压电流数值前面的正、负号，若参考方向下某电流为“－2A”，说明其实际方向与参考方向相反，参考方向下某电压为“＋20V”，说明其实际方向与参考方向一致；“加、减”指参考方向下电路方程式各项前面的正、负符号；

“相同”是指电压、电流参考方向关联，“相反”指的是电压、电流参考方向非关联。返节目录电路分析基础1.3

基尔霍夫定律1、几个常用的电路名词•支路：一个或几个二端元件首尾相接中间无分岔，使各元件上通过的电流相等。

（m）•结点：三条或三条以上支路的汇集点。

（n）•回路：电路中的任意闭合路径。（l）•网孔：不包含其它支路的单一闭合路径。a+m=3+UUS1323S2n=2__21R31l=3RR21网孔=2b返节目录电路分析基础2、结点电流定律[KCL]•KCL定律的内容任一时刻，流入电路中任一结点上电流的代数和恒等于零。数学表达式为：∑i=0

（任意波形的电流）∑I

=0

（稳恒不变的电流）I1I4通常规定以指向结点的电流取正，背离结点的电流取负。在此规定下，a根据KCL可对结点a列出KCL方程：I2I3–I

+I

–I

–I

=0123

4返节目录电路分析基础KCL的有关举例与讨论•举例1i根据

∑

i（t）=01•

ii4可列出KCL：i

–i

+i

–i

=02i12

343整理为

i

+i

=i

+i1324可得KCL的另一种形式：∑i

=∑

i出入返节目录电路分析基础KCL的推广应用I对图示电路的三个结点分别列KCLAAI

=I

–IIAABCAICAABI

=I

–IBBCABIIBCI

=I

–IBC把上述三式相加可得CABCCBICI

+I

+I

=0ABC可见，在任一瞬间通过任一封闭面的电流的代数和也恒等于零。即

I

=0返节目录电路分析基础KCL的推广应用•图示B封闭曲面均可视为广义结点，i1i2iBBAAI

=I

–I3AABCA二端网络的两个对外引出端子，电流由一端流入、从另一端流出，因此两个端子上的电流数值相等。i1i2iB只有一条支路相连时：

i=0A返节目录电路分析基础KCL应用举例•举例1？B?j

=jiiAB211Ω++1Ω1Ω1Ω?i

=i1Ω2V3V12__1ΩjA

=j

BAi

=i12右封闭曲面可视为广义节点返节目录电路分析基础3、回路电压定律[KVL]基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压之间关系的电压定律。回路电压定律依据“电位的单值性原理”，其内容：任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。数学表达式为：ΣU=0R

I22根据：

U

=0+U2US1_得：UR3R3U11-U

-U

+U

+U

+U

+U

=01S1234S4I4I3I1先标绕行方向R4US4返节目录电路分析基础KVL定律的第二种形式-U

-U

+U

+U

+U

+U

=0R

I21S1234S42+根据电路图将各电压改写为：U2US1_–R

I

–U

+R

I

+R

I

+R

I

+U

=0U1

1S12

23

34

4S4R3I33R1U1把上式加以整理：I4U4I1–R

I

+R

I

+R

I

+R

I

=U

–UR4US41

12

23

34

4S1S4可得KVL另一形式：∑IR=∑US电阻压降电源压升返节目录电路分析基础KVL定律的推广应用++对假想回路列KVL：U_U

IR

U

=0SRUS或写作_IU

=U

IRS返节目录电路分析基础KVL定律的推广应用A+

+对假想回路列KVL：UAUU

U

U

=0_ABABAB_或写作_UBC+

BU

=

U

UABAB返节目录电路分析基础KVL定律应用举例根据ΣU=0对回路#1列KVL方程R

II2

R211I3+_U+_US1#1R3#2S2电阻压降

电源压升#3#1方程式也可用常用形式对回路#2列KVL常用形式即电阻压降等于电源压升返节目录电路分析基础KVL定律应用举例R

II2

R2对回路#3列KVL方程11I3+_U+R_US1#13#2省略！S2

此方程式不独立#3KVL方程式的常用形式，是把变量和已知量区分放在方程式两边，显然给解题带来一定方便。图示电路KVL独立方程为返节目录电路分析基础基尔霍夫定律应用举例•举例1：求图中电压U和电流I。？I3A1A3解U1KCL：-3-1+2-I=0→

I=-2A3V2V2AUVAR:

U

=3I=3×(-2)=-6V1KVL：U+U

+3-2=0→

U=5V1返节目录电路分析基础基尔霍夫定律应用举例•举例2：求图中电位V

。a？U11Ω＋3VI=0-2Ωa4A解V

=－U

+3V=(－4)×1+3=－1Va1返节目录电路分析基础根据自己的理解说明什么是支路？回路？结点和网孔？列写KCL、KVL方程式前，不在图上标出电压、电流和绕行参考方向行吗？某电压或某电流得负值说明什么？基尔霍夫两定律的推广应用如何理解和掌握？返节目录电路分析基础1.4

电压源和电流源1、理想电压源理想电压源的定义能独立向外电路提供恒定电压的二端元件。US理想电压源的图符号理想电压源的特点恒压不恒流。U

恒定，I由电源和外电路共同决定。SU理想电压源的伏安特性US平行于电流轴的一条直线I0返节目录电路分析基础理想电压源的开路与短路I=0+I=∞+++URU=0

RUSSU=USLL____开路短路理想电压源不允许短路！返节目录电路分析基础理想电压源上的功率计算UU++II关联参考方向下非关联参考方向下P

=－UIP发=UI发P

=－

UIP吸=UI吸返节目录电路分析基础理想电压源的串联与并联串联并联I+IºUU+US__S1+5V_+_+5V_5V－S2+ºU

=

USSk电压值相同的电压源才能并联，且每个电源的电流不确定。注意参考方向U

=U

－

USS1S2返节目录电路分析基础2、理想电流源理想电流源的定义能独立向外电路提供恒定电流的二端元件。理想电流源的图符号理想电流源的特点IS恒流不恒压。I

恒定，U由电源和外电路共同决定。SI理想电流源的伏安特性IS平行于电压轴的一条直线U0返节目录电路分析基础理想电流源的开路与短路I=ISI=IS++ISISRU=∞U=0

RLL__开路短路理想电流源输出的电流值恒定，开路时由于理想电流源内阻无穷大，因此其端电压将趋近于无穷大！因此，理想电流源不允许开路！光电池、稳流三极管一般可视为实际电流源。返节目录电路分析基础理想电流源的开路与短路I=ISI=IS++ISISRU=∞U=0

RLL__开路短路理想电流源输出的电流值恒定，开路时由于理想电流源内阻无穷大，因此其端电压将趋近于无穷大！因此，理想电流源不允许开路！光电池、稳流三极管一般可视为实际电流源。返节目录电路分析基础理想电流源的串联与并联IIISIS3S1S2并联IS=

ISk注意参考方向I

=I

+

I

－

ISS1

S2S3串联电流相同的理想电流源才能串联，且每个恒流源的端电压均由它本身及外电路共同决定。返节目录电路分析基础想想

练练在电路等效的过程中，与理想电压源相并联的电流源不起作用！IS？

USUSUISIS？与理想电流源相串联的电压源不起作用！SUS2UIS1S2II

=I

-IS？s

s2

s1IS1返节目录电路分析基础3、实际电源的两种电路模型a

I+a+UR+IU0_SRU

RLISRL0UR0_–bb若实际电源输出的电压若实际电源输出的电流值变化不大，可用电压源

值变化不大，则可用电流和电阻相串联的电源模型

源和电阻相并联的电源模表示，即实际电源的电压

型表示，即实际电源的电源模型。流源模型。返节目录电路分析基础两种实际电源模型的外特性UIUSISI电压源模型外特性U00电流源模型外特性实际电源总是存在内阻的。若把电源内阻视为恒定不变，则电源内部、外部的消耗就主要取决于外电路负载的大小。在电压源形式的电路模型中，内外电路的消耗是以分压形式进行的；在电流源形式的电路模型中，内外电路的消耗是以分流形式进行的。返节目录电路分析基础1、理想电压源和理想电流源各有什么特点？它们与实际电源的主要区别在哪里？2、碳精送话器的电阻随声音的强弱变化，当电阻阻值由300Ω变至200Ω时，假设由3V理想电压源对它供电，电流变化为多少？3、实际电源的电路模型如课本上图1.13（a）所示，已知电源为20V,负载电阻为50Ω，当内阻分别为0.2Ω

和30Ω时，流过负载的电流各为多少？由计算结果可说明什么问题？4、当电流源内阻很小时，对电路有什么影响？返节目录电路分析基础1.5

电路的等效变换1、电阻之间的等效变换II串联电路电阻等效是“和”的关系+R1R2+U–RU即：R=R

+R12–并联电路电阻等效是“倒数和的倒数”关系II++U–UR1R2R–即：返节目录电路分析基础电阻的混联电路求解举例•

已知图中U=12V，求I=？I1KΩI++U6KΩ

3KΩ

6KΩUR––解R=6//(1+3//6)=2KΩI=U/R=12/2)=6mA返节目录电路分析基础Y形网络与Δ形网络之间的等效11II1

U121U12R12R1R31R23R3R23232返节目录电路分析基础Y网络与Δ网络等效举例150Ω求RAB

A

50Ω

50Ω150Ω

150ΩA50Ω150Ω

150Ω150Ω150ΩB解B无论是Y电阻网络还是Δ电阻网络，若3个电阻的阻值相同，其等效电阻网络中3个电阻的阻值也相等，有R

=50+(50+150)//(50+150)=150ΩAB返节目录电路分析基础2、电源之间的等效变换内阻不变改并联Is

=

UaasR0US++IUSRIIS+_0RLUUR0RLR0_–内阻不变改串联U

=I

Rbbss

0两种电源模型之间等效变换时，内阻不变。返节目录电路分析基础利用电源之间的等效简化电路举例7求I=?5A+I=？I3415V_77_8V+I=0.5A2A求U=?8A2.56A2A+510V6A++U55UU__5_10V即：U=8×2.5=20V返节目录电路分析基础★

等效条件：对外部等效，对内部不等效；★

理想电源之间不能等效互换，实际电源模型之间可以等效变换；★

实际电源模型等效变换时应注意等效过程中参数的计算、电源数值与其参考方向的关系；★

电阻之间等效变换时一定要注意找对结点，这是等效的关键；★

与理想电压源并联的支路对外可以开路等效；★

与理想电流源串联的支路对外可以短路等效。返节目录电路分析基础1.6

直流电路中的几个问题1、电路中各点电位的计算电路中某一点的电位是指由这一点到参考点的电压；abc原则上电路参考点可以任意选取通常可认为参考点的电位为零值RR_12+US1_I3UR3S2+

若以d为参考点，则:

V

=UaS1dV

=

I

Rb3

3R简化电路R12bcaV

=–UcS2–U+US1S2R3d返节目录电路分析基础电位的计算应用举例•举例1：分别以A、B为参考点计算C和D点的电位及？解

以A为参考点时U

。CDA10+53+23I==3A2ICDV

=3

3=9VC–+V

=3

2=–6V10V5V+D–U

=V

V

=15VBCDCD以B为参考点时V

=10VV

=–5V

U

=V

–V

=15VCDCDCD返节目录电路分析基础电位的计算应用举例•举例2：下图所示电路，求S打开和闭合时a点电位各为多少？解

S断开时，图中三个电阻为串联－12VI=[12-(-12)]÷(6+4+20)=0.8mA6KΩV

=12-0.8×20=－4Vaa4KΩ

IS闭合时，等效电路如下图所示20KΩSa4KΩ＋12V6KΩ20KΩS－＋12V－I=12÷(20+4)=0.5mAI12V＋V

=0.5×4=2Va返节目录电路分析基础2、电桥电路aa电桥电路是一个复杂电路，如图所示：

RR1电桥电路中的电阻R

、R

、R

、RRR122ddc1234R称为电桥电路的4个桥臂，R构成了桥支路，接在a、b两结点之间；含有内阻的电源接在c、d两个结点之间。cRRR334Rbb4RUUR0S0S一般情况下，a、b两点的电位不相等，R所在的桥支路有电流通过。若调整R

、R

、R

和R

的数值满足对臂1234电阻的乘积相等时，a、b两点就会等电位，则桥支路中无电流通过，这时我们称电桥达到“平衡”，平衡电桥如图所示：返节目录电路分析基础2、电桥电路a实际应用中，常常利用平衡电桥R1R2测量电阻。惠斯登电桥就是应用实例。

dcRR34桥臂中有一个为待测电阻R

，其余bx三个桥臂中有两个数值已知，组成比UR0S率臂，另一个和待求电阻R

构成另一x对桥臂。桥支路接一检流计