电路及其分析方法课件

电路及其分析方法

基本物理量电路的基本定律电路的工作状态电压、电流的参考方向1.1电路的作用与组成部分电路——即电流的通路组成部分:电源+中间环节+负载电源--------------供应电能，如发电机、电池等中间环节-------------传输和分配电能，如电力线、变压器等负载------------------消耗电能或转换电能，如日光灯、电脑等实现电能的传输和转换电路的作用之一：电路的分析方法例:扩音器电路话筒放大器扬声器电路的作用之二：传递和处理信号负载信号源信号处理电路电路组成部分:注意：此处的信号源不同于电源，其输出的信号仅反映所加信息的变化规律（如声音频率的变化），而电源的输出则是固定的电压或电流。所谓电路分析，就是在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。响应------------由于激励在电路各部分产生的电压和电流激励------------电源或信号源的电压或电流，推动电路工作。术语：“激励”、“响应”1.2电路模型一、电路元件的理想化实际的电路元件其电磁特性可能很复杂，不利于电路分析。将实际元件理想化(或称模型化)，把它近似看作理想电路元件二、电路模型由一些理想电路元件所组成的电路,即为实际的电路模型.理想电路元件:电阻、电容、电感、电源等以后把电路模型简称为“电路”§1—3电压和电流的参考方向一、电流

（1）电流的实际方向正电荷运动的方向或负电荷运动的相反方向电流是由电荷（带电粒子）有规则的定向运动而形成的。Sab图（1）电流在数值上等于单位时间内通过其一导体横截面的电荷量。图（2）（2）电流的参考方向（假定的正方向）事先难以判断。

如图（2）中，支路中的电流方向AB在交流电路中，由于电流随时间是交变的，也无法用箭头来表示它的实际方向。在电路分析中，为便于分析计算，常任意选定某一方向作为电流的参考方向或正方向如图（2）中，即为设定的参考方向（正方向）（3）参考方向与实际方向的关系A电流的实际方向与参考方向一致时，电流I为正值例：B

电流的实际方向与正方向相反时，电流I为负值。例：结论：电流的参考方向一旦选定后，其电流I的取值有正负之分，今后在本课程中，所称电流的方向均为参考方向。（4）参考方向的表示方法

箭标法

电流的单位ab二、电压1.定义数值、电场中，a、b两点间的电压在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所做的功。即：单位正电荷从a点（高电位）移到b点（低电位）所失去的电能。

电位差：在电场内两点间的电压也常称为两点间的电位差。2.电压的方向（1）实际方向由高电位端指向低电位端，即电位下降的方向图（4）图（5）（2）参考方向（任意假定的）如图（5）中的

若则说明，正方向与实际方向相反则说明，正方向与实际方向一致3.电压的图形表示两种表示方法abab+—四、电动势1定义电源的电动势在数值上等于电源把单位正电荷从电源的低电位端b经电源内部移到高电位端a所做的功。即：单位正电荷从b点（低电位）移到a点（高电位）所获得的电能。ab2方向

A实际方向：在电源内部低电位端指向高电位端，即电位升高的方向B参考方向：任意选择一方向作为电动势的参考方向，若E>0，则说明参考方向与实际方向一致，否则相反3.电源电压与电动势的关系4电压和电动势的单位+—§1—4欧姆定律一、欧姆定律2欧姆定律的表示形式：二、伏安特性12伏安特性曲线（1）线性电阻不满足欧姆定律（2）非线性电阻（2）在U、I的参考方向不一致时（1）在U、I的参考方向一致时1欧姆定律：流过电阻的的电流与电阻两端的电压成正比+—+—例：+—+—§1—5电源路有载工作、开路与短路一、有载工作状态K闭合后电源的端电压=负载电阻两端的电压即1.电源的外特性电源的端电压与输出电流I之间的关系相应的曲线称为外特性曲线当时，+—即：是电源产生的功率是电源内阻上损耗掉的功率是电源输出的功率（1）功率的单位：（2）电源与负载的判断

电源：U和I的实际方向相反，即电流从“+”端流出，发出功率

负载：U和I的实际方向相同，电流从“+”端流入，吸收功率2功率平衡式方法之一：+-方法之二：把所有的元件都看成是电路元件（包括电源）1、若U与I一致则：该元件吸收功率负载该元件发出功率电源2、若U与I相反则：该元件吸收功率该元件发出功率+_+解：（a）（b）（c）吸收发出吸收例1（a）（C）（b）+_+__+3、电气设备的额定值（1）额定电流是电气设备在一定的环境温度下，长期连续的工作（或在规定的时间内，所容许通过而不会引起设备损坏）的最大电流。（2）额定电压是电气设备正常工作时的最大电压。是电气设备正常工作是的最大输出或输入功率（3）额定功率注意：1、电气设备在使用时，其实际值不一定等于额定值2、如电机、变压器这类电气设备，在选用时应使其工作在额定状态，这不但充分利用电气设备，也不易损坏设备。二、开路状态当电路处于开路状态时，电源输出电流为零，即：也称空载状态（C）+_三、短路状态电源短路时：很大很大，且+_电工技术中的一些常用术语：A空载电源的输出电流B满载电源的输出电流C过载电源的输出电流D欠载电源的输出电流例2

图中电源的额定功率，内阻，R可调，试求：（1）电源的额定电流（2）电源的电动势（3）（4）当时，电源的端电压及负载吸收的功率，并说明功率平衡关系。解：（1）（2）+_(短路电流）（4）R所有功：理想电压源所产生的功率：内阻所消耗的功率：显然：（3）§1—6基尔霍夫定律一、几个名词术语1支路：电路中的每一个分支称为支路特点：一条支路中流过一个电流2节点：电路中三条或三条以上的支路相连接的点成为节点3回路：由一条或多条支路所组成的闭合回路。二、基尔霍夫电流定律——KCL定律形式一：

在任一瞬间，流向节点电流之和应等于由该节点流出的电流之和。即：如图：上式可写成：定律形式二：在任一瞬间，一个节点电流的代数和恒等于零。即式中符号的规定：如规定参考方向向着节点的电流取正号（流入），则背着节点（流出）的就取负号定律形式三：在任一瞬间，通过任一闭合面的电流的代数和恒等于零。例1已知:求解:

由节点A:由广义KCL：负号表示实际方向与假定正方向相反E+_三、基尔霍夫电压定律——KVL定律KVL是用来确定回路中各段电压之间的关系的定律形式一：

在任一瞬间，沿任一回路循绕行方向（顺时针或逆时针），在这个方向上电位升之和应等于电位降之和。如图所示整理得：+_+_+_+_定律形式二在任一时刻，沿任一回路循绕行（环绕）方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。符号：若规定电位降取“+”；反之，即电位升为“—”即：上图中代入（*）中，得：即：*符号：规定电动势的正方向与循行方向一致取“+”，反之取“—”KVL定律也可推广到一个开口电路。3形式三在任一时刻，沿任一回路循行（绕行）回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。四、克希荷夫定律的适用范围1它不仅适用于直流电路，也可适用于任何变化的电压和电流，即：2在分析电路的过程中，应先标明电路中电压、电流和电动势正方向例3如图，求的表达式解：例：已知求解：12+__+§1—7电路中电位的概念及计算例1.图示电路中，设以B为参考点，计算：C，A,D点的电位解：两点间的电压就是两点间的电位差，讨论电位的时候，必须选定一个参考电位点，并设参考电位点的电位为零。2参考点的改变，任意两点间的电压值不会改变。电路中某点的电位就是该点对参考点（零电位点）之间的电压结论：1参考点的改变，电路中各点的电位值随着改变；若以A点作为参考点，则AB1—8电阻串联与并联一、电阻串联——电路中流过同一电流右下图中，有n个电阻元件依次联接，联接点上无分岔，因而各元件中通过同一电流，这种联接称为串联。等效电阻为且

（b）（a）+_UIRUI+_当n=2时，分压定理可以证明：N个并联电阻也可用一个等效电阻R来代替，而且等效电阻的倒数等于各个并联电阻的倒数之和二、电阻的并联下图中，n个电阻联接在两个公共点之间，这种联接能称为电阻的并联，这种接法的特点是各元件均承受同一电压。（a）（b）UI_+_+令：则：分流公式：证明：由KCL定律G：电导单位：西门子简称西（s）特别当：注意：的方向当n=2时，称为分流比即：的电流为：+_1—9支路电流法解题步骤：1、在电路中选定好未知的支路电流、电压的参考方向2、如果电路的节点数为n，则根据KCL方程可得到（n-1）个独立的KCL方程。如图所示：n=2，则可列写一个KCL方程，即：I1+I2=I33、列写[b-(n-1)]个独立的KVL方程(b为电路的支路数)通常根据网孔来列写KVL方程如图：基本思想：以支路电流为变量，根据KCL、KVL列写方程独立回路方程的列写方法（1）以电路的网孔作为回路，所列写的KVL方程一定是独立的（2）对于一般回路方程的列写，则应保证每一个新的回路中必须包含有一条前面各回路中未曾用过的新支路4、

联立个KCL与个KVL方程，可解出b条支路的电流。例求图示电路中检流计中电流解：（1）根据KCL列写个方程节点a：（a）节点c：（c）节点b：（b）（2）根据KCL列写个方程网孔（d）网孔（e）网孔（f）联立方程（a）~（f）得：当时，这时电桥处于平衡状态当电路中包含有电流源支路时，方程的数目可以减少。由例1可以看出，当电路的支路数较多时，利用支路电流法求解较复杂。例2求各支路电流解：所以实际所需方程数为2由节点a：由回路L：1—10叠加定理定理陈述：

在线性电路中，若存在多个电源共同作用时，电路中任意一个支路上的电压或电流，都可以看成是由电路中各个电源单独作用时，在此支路中所产生的电流或电压分量的代数和使用叠加原理时，应注意以下几点：*只能用来计算线性电路的电流和电压。当电路中某个电源起作用时，其他的电压源则短路（如果有内阻的话，内阻保留），电流源支路则开路（如果有内阻，则保留）*由于功率不是电压或电流的一次函数，所以不能用叠加原理来计算功率例1求图示电路中支路的电流解：由(a)图-(a)(b)(c)++--+显然：上的功率RRR-ERRIRRUS2112121+++==U´+U"单独作用，短路例2试求图示电路中中的电流解：单独作用：开路§2—7戴维南定理与诺顿定理一、电路术语1