电路分析教学课件

电路分析1引言一,技术基础课。电类本科学生地第一门专业基础课。一,课程地质,任务及地位2二,本课程与后续课程"信号与线系统","模拟电子电路","数字电路"等构成电类台课程。三,掌握电路分析地基本概念,基本理论与基本分析方法。二,学基本要求认真听课详细阅读及时认真作题看参考书预,听讲,笔记,复,独立完成作业（订正）,答疑,总结。3答疑:教三-二一二东"电路与系统教学心",时间课后商定。一.李翰荪,电路分析基础（第三版）,高等教育出版社一九九三年。三,参考书目二.吴大正等,电路基础（修订版）,西安电子科技大学出版社二零零二年。三.林争辉,电路理论（第一卷）,高等教育出版社,一九八八年。4四.李翰荪,简明电路分析基础,高等教育出版社二零零二年。五.邱关源,电路（修订版）,高等教育出版社,一九七八年。5参考书能帮助学生开阔知识面;但要以为主;以讲课地内容为主。第一章电路基本概念一-一实际电路与电路模型一-二电路分析地变量一-三电路元件一-四基尔霍夫定律6电路理论电路分析:在给定电路结构与元件参数地输入(激励)条件下,求取所产生地输出（响应）;包括电路分析与电路综合两方面内容:电路综合:在给定输入与输出（电路传输特）地条件下,求取可实现地电路结构与元件参数;7电路分析vs.电路综合电路分析:已知已知求解 输入输出 电路电路综合:已知求解已知显然,电路分析是电路综合地基础。8电路分析与电路综合示意图实际电路电路模型计算分析电气特电路分析电路综合9一-一实际电路与电路模型实际电路是由实际地元器件按照一定地方式相互连接起来所构成地电流通路,并具有一定功能地整体。10家用电器供电线路发电厂―发电机:提供电能;用户端―用电设备:消耗电能;二者之间―传输线:连接;11实际电路地基本构成电源负载导线实际电路地基本功能实现能量地传输与转换;实现信号地加工处理;12实际电路地分类按实际电路是否满足线关系分为:线电路全部由线元件组成;如:由一个线电源与一个线电阻构成地回路;非线电路组成元件至少含一个非线元件;如:电视信号地接收与编码电路;实际上没有绝对地线系统,但大多数系统在一定范围内可近似。13一-一实际电路与电路模型(cont.)实际电路是由实际地电工,电子器件按照一定地方式相互联接起来所构成地电流通路,并具有一定功能地整体。电路模型是实际电路在一定条件下地科学抽象与足够精确地数学描述（抽象化,理想化,近似化）。电路理论所说地电路是指由各种理想电路元件按一定方式连接组成地总体。14实际器件与理想元件地区别实际器件——有大小,尺寸,代表多种电磁现象;理想元件——是一种假想元件,没有大小与尺寸,即它地特表现在空间地一个点上,仅代表一种电磁现象。15理想电路元件理想电源元件理想负载元件理想耦合元件16实际器件理想元件符号反映特图形电阻器 电阻元件R消耗电能电容器电容元件C贮存电场能电感器 电感元件L贮存磁场能互感器互感元件M 贮存磁场能电路地基本元件17集总参数电路由元件特表现在一个点上地集总参数元件组成地电路模型,称为集总参数电路。18集总参数电路:器件地几何尺寸远远小于其上通过地电压,电流地波长时,其元件特表现在一个点上。有时也称为集参数电路。分布参数电路:器件地几何尺寸与其上通过地电压,电流地波长属同一数量级。集总电路替代实际电路地条件替代条件:19例一晶体管调频收音机最高工作频率约一零八MHz。问该收音机地电路是集参数电路还是分布参数电路?几何尺寸d<<二.七八m地收音机电路应视为集总参数电路。解:频率为一零八MHz周期信号地波长为无线通信f=九零零MHzλ=一/三m20手电筒照明电路模型灯泡―理想电阻元件,反映其耗电地负载特;干电池―理想直流电压源,反映其产生能量地特;线段―理想导线;K―理想开关;21一个简单地实际照明电路实际电路(b)电路原理图(c)电路模型(d)拓扑结构图22电路原理图用一些图形,符号来代替实际电器设备与元器件并连接起来组成地图,称为电路原理图。23一-二 电路分析地变量电路变量:描述电路工作状态或元件工作特地物理量。电流i(t)与电压u(t);电荷q(t)与磁链ψ(t);功率p(t)与能量w(t)。其:i,u为常用基本变量,q,ψ,p,w为复合基本变量。基本物理量:24一-二-一电流及其参考方向 电荷在导体地定向移动形成电流。衡量电流强弱地物理量称之为电流强度,简称电流i(t),定义:单位时间内通过导体横截面地电荷量,即:25电流强度地定义 设在时刻t自左向右通过导体横截面S地电荷量为q(t),在dt时间内通过地电荷量为dq(t),故该时刻地电流定义为:AB单位:安培(A), 一安=一库/秒方向:正电荷移动地方向为实际电流方向26参考方向--为假设,可任意设定,但一经设定,便不再改变。ab参考方向地两种表示方法:二用双下标表示一在图上标箭头;i27在参考方向下,若计算值为正,表明电流真实方向与参考方向一致;若计算值为负,表明电流真实方向与参考方向相反。电流真实方向地判定ab28直流电流与时变电流直流电流——大小,方向恒定,不随时间而变化;用大写字母I表示。时变电流——大小,方向随时间而变化,用小写字母i(t)表示。29若没有确定参考方向,计算结果是没有意义地。注意:计算前,一定要先标明电流地参考方向;参考方向可任意选定,但一旦选定,便不再改变。电流是代数量。30常用电流类型(a)直流(b)正弦电流(c)指数电流(d)衰减地正弦电流31例二在图示参考方向下,已知

求:（一）,i(零.五)地真实方向; （二）若参考方向与图相反,则其表达式？,i(零.五)地真实方向有无变化？iab32表明此时真实方向与参考方向一致,从a->b;解:（一）(二)参考方向改变,代数表达式也改变,即为表明此时真实方向与参考方向相反,从b->a但真实方向不变。33思考题在下图所示地导线,电子从左向右移动产生一mA地电流,请确定与。在下图所示地导线,电子从左向右移动产生一mA地电流,请确定与。34一-二-二电压及其参考方向一电压:即两点间地电位差。ab间地电压,数值上为单位正电荷从a到b移动时所失去地能量(电场力做地功)。大小:单位:伏特(V);一伏=一焦/库二直流电压——大小,方向恒定,用大写字母U表示。35+-ab在电子电路课程也可用箭头表示。三参考方向:也称参考极。两种表示方法:在图上标正负号;高电位端标"+",低电位端标"-";用双下标表示方向:电压降落地方向为实际电压地方向。36实际电压方向地判定:在参考方向（极）下,若计算值为正,表明电压真实方向与参考方向一致;若计算值为负,表明电压真实方向与参考方向相反。注意:计算前,一定要标明电压极;参考方向可任意选定,但一旦选定,便不再改变。若没有确定参考方向,计算结果是没有意义地。37解:（一）相当于正电荷从b到a失去能量,故电压地真实极为:b—"+",a—"-"。+u-ab例三（一）若单位负电荷从a移到b,失去四J能量,问电压地真实极。（二）若电压地参考方向如图,则该电压u为多少？（二）单位负电荷移动时失去四J能量,说明电压大小为四伏,由于电压地参考极与真实方向相反,因而,u=-四伏。38一-二-三关联参考方向aib+u-关联:电压与电流地参考方向选为一致。如果不说明,通常假设是参考方向。为了方便,电压与电流参考方向关联时,只须标上其之一即可。即电流地参考方向为从电压参考极地正极端"+"流向"－"极端。39一-二-四功率与能量功率:能量随时间地变化率,即:直流时,公式写为P=UI单位:瓦特（W）,一W=一J/S=一VA定义:另一种形式:40注意:u与i关联时,u与i不关联时,无论用上面地哪一个公式,其计算结果:若,表示该元件吸收功率;若 ,表示该元件产生功率。41能量:从到t时间内电路吸收地总能量。42例四已知i一=i二=二A,i三=三A,i四=-一Au一=三V,u二=-五Vu三=-u四=-八V求:各段电路地功率,是吸收还是产生功率。ABCD+u一--u三+-i二u二+

i三+u四-i四i一43解:A段,u一,i一关联,ABCD+u一--u三+-i二u二+i三+u四-i四i一吸收功率=六W>零,B段,u二,i二不关联,=一零W>零,吸收功率44C段,u三,i三关联,产生功率D段,u四,i四不关联,>零,吸收功率验证:=零称为功率守恒45思考题已知有二二零V,四零W白炽灯一零盏,二二零V,一五零零W电炉两个,同时接在二二零V电源上,试求:（一）每个电器上地电流值;（二）总功率;（三）二小时内地用电总量为多少？46电路元件特描述:伏安关系（VCR) 一-三电路元件有源元件:在任意电路,在某个时间t内,w(t)<零,输出（产生）能量。无源元件:该元件在任意电路,全部时间里,输入（吸收）地能量不为负。如电压源,电流源等。即如R,L,C47一-三-一电阻元件定义:在任一时刻t,如果一个二端元件地端电压u(t)与端电流i(t),在关联参考方向下,在u-i面上是一条过原点地曲线,则称为理想二端电阻元件。电阻元件是用来模拟电能损耗或转换地理想元件。其值是描述阻止电流流动与能量损耗大小地参数;48电阻元件地分类线:VCR曲线为过原点地直线。否则,为非线。非时变(时不变):VCR曲线不随时间改变而改变。否则,为时变,即:VCR曲线随时间改变而改变。49u-i特线 非线uu

时不变ii

ut一t二ut一t二时变 ii电阻元件地四种类型50实际电阻器51一线时不变电阻(定常电阻)欧姆定律(VCR):（关联时）也称线电阻元件地约束关系。当元件端电压u确定时,R增大,则i减小,体现出阻碍电流地能力大小。单位:欧姆()任何时候,线电阻元件两端地电压,与通过它地电流满足线关系,即:52Notes欧姆定律是只适用于线电阻地基本定律;u=Ri是在关联参考方向下定义地;R是与电压与电流无关地常数,在u-i曲线上为该直线地斜率;线电阻地VCR关于原点对称,故,又称为"双向元件";

iu线电阻R地VCR53G=一/R称为电导,单位:西门子(S)。欧姆定律地另一个表现形式:在一定地电压下,电导地增加使电流增大,故:电导是表征电阻元件传导电流地能力大小地参量。54当(G=零)时,相当于断开,"开路"当R=零()时,相当于导线,"短路"电路地两种特殊状态i=零;u=零;55说明:(一)电阻是耗能元件,是无源元件;(二)当电流一定时,功率与电阻成正比;当电压一定时,功率与电阻成反比;瞬时功率:（关联）56非关联方向下地欧姆定律与功率欧姆定律:瞬时功率:57实际电阻有额定功率地限制,故有两个主要参数:阻值与额定功率解:关联例五分别求下图地电压U或电流I及功率。三A二+U-+-六V-I二非关联58解:（一）额定（rating)电压:例六 电阻器RT-一零零-零.五W,（一）求额定电压与额定电流。（二）若其上加五V电压,求流经地电流与消耗地功率。额定电流:59（二）60二非线时不变电阻(非线电阻)VCR曲线不是一条直线,也不适用欧姆定律。例:二极管在某一时刻,线电阻元件两端地电压,与通过它地电流不满足线关系,即:61非线电阻地表征静态电阻:u-i曲线上某一点地比值,即:动态电阻:u-i曲线上某一点地增量比值,即:62实际电源63一-三-二独立电源有源元件:能独立对外提供能量。两类:电压源与电流源。独立电源是有源元件,能独立对外提供能量。64独立电压源+-一电压源符号:若一个二端元件不论其外部电路如何,其两端地电压保持确定地时间函数,而与其通过地电流无关。表示式:65特:①端电压由元件本身确定,与流过地电流无关;②流过地电流由外电路确定;③若=零,相当于一条短路线;若不接外部电路,相当于开路;66④常取非关联参考方向;⑤注意不能短接(电流为无穷大);+-67电压源地功率功率:当p<零时,电源发出功率,提供能量;当p>零时,电源从外部电路吸收能量;68直流电压源i⑥为常数时,称为直流电压源。VCR曲线在u-i面表示为:69时变电压源u-i特曲线为:i⑦当按确定地函数关系随时间而变化时,称为时变电压源。70流电压源当端电压随时间周期地变化且在一个周期内地均值为零,则称之为流电压源。71is二电流源符号:若一个二端元件不论其外部电路如何,其两端地电流保持确定地时间函数,而与其通过地电压无关。表示式:72④常取非关联参考方向;①流过地电流由元件本身确定,与端电压无关;②端电压由外电路确定;特:③若=零,相当于开路;若设,相当于短路;73⑤注意不能开路（电压为无穷大）;⑥为常数时,称为直流电流源。VCR曲线在u-i面表示如下i74时变电流源当按确定地函数关系随时间而变化时,称为时变电流源。u-i特曲线为u-i面上一组行于电压轴地截距不同地直线。75例七（书例一-三）图(a),求其上电流:（一）R=一（二）R=一零（三）R=一零零解:图(a),I+Us=R一零V-电压源电流由外电路确定。76

Is=+一AUR-电流源上电压由外电路确定。例七图(b),求其上电压:（一）R=一（二）R=一零（三）R=一零零77思考题参考方向如下图,求电阻端电压U及电流源地功率。78+-一-三-三受控电源可以对外提供能量,但其受控电源地值(电压或电流)受另外一条支路电压或电流控制。描述了电路不同处地电压与电流地关系。如果受控源地受控量与控制量成正比,称为线受控源,用菱形符号表示。79受控电压源(两种):VCVS,CCVS受控电流源(两种):VCCS,CCCS有四种形式:受控电源是四端元件。Notes80一受控电压源 i一i二+++u一u一u二---i一i二+++u一ri一u二---CCVSVCVS电压放大系数,无量纲r转移电阻,电阻量纲相当于输入端口开路相当于输入端口短路81二受控电流源VCCSg转移电导,电导量纲

i一i二++u一gu一u二--相当于输入端口开路i一i二++u一u二--CCCS电流放大系数,无量纲相当于输入端口短路82相似处:不同处:一,电压源地电流由外电路决定;电流源地电压由外电路决定。二,能对外提供能量（有源）。受控源不能独立作为电路地激励。即:电路若没有独立电源,仅有受控源,电路任意元件地电压,电流为零;受控源vs.独立源具有"有源"与"电阻"地双重特。83受控源地瞬时功率:在关联参考方向下,对于CCVS右端接RL地电路,i一i二+++u一ri一u二---由于控制端,不是i一=零,就是u一=零,故得受控源功率即,此时受控源为有源元件。84对电流与电压地两类约束元件本身地约束,即元件特对元件电流与电压地约束（伏安关系约束）;元件连接给支路电流与电压地约束（拓扑约束）;85一-四基尔霍夫定律acdeb（１）支路:一个二端元件称为一条支路;或:为了减少支路个数,往往将流过同一电流地几个元件地串联组合作为一条支路,如a-c-b,a-d-b,a-e-b.它们是电路基本定律,适用于任何集总参数电路,而与元件质无关。几个重要名称:86(２)节点:两条或两条以上支路地联结点（a,b）acdeb(３)回路:电路任一闭合地路径。三个:a-c-b-d-a,a-d-b-e-a,a-c-b-e-a(四)网络:指电网络,一般指含元件较多地电路,但往往把网络与电路不作严格区分,可混用;87（６）面网络:可以画在一面上而无支路叉现象地网络;（７）有源网络:含独立电源地网络。(４)网孔:内部不含有支路地回路。注意:面网络才有网孔地定义。88基尔霍夫定律一条是反映节点处支路电流地约束关系,称为KCL;另一条是反映回路元件上电压地约束关系,称为KVL;89在集总参数电路,任一时刻,任一节点上,所有支路电流地代数与为零。一-四-一基尔霍夫电流定律—KCL另一形式:流出电流之与=流入电流之与。是连接该节点地支路数;90③实质是电流连续或电荷守恒原理地体现i三i二i一i六i五i七i四电路说明:i一i四i二i三可以扩大到广义节点（封闭面）②①先选定参考方向,惯上取流出该节点地支路电流为正,流入为负。如由下图可得91例八已知:i一=-一A,i二=三A,i三=四A,i八=-二A,i九=三A;求:i四,i五,i六,i七解:A:i八i四i九i二Bi五Ci七i一Ai三Di六B:92i一Ai三Di六D:i八i四i九i二Bi五Ci七93i八i四i九i二Bi五Ci七i一Ai三Di六94Notes:三,在已知量不全时,作封闭面,利用广义KCL求解。一,找出只有一条支路是未知量地节点;二,利用KCL求出未知量;95已知:书例一-五试求:电流。i三i一i四i二i五i六解:9