大学电路分析《电路基本概念与定律》教学课件

大学电路分析·第一章电路基本概念与定律电路模型·参考方向·基本定律·电源元件课程导览01电路与电路模型从实际电路到理想元件的抽象02电流电压与参考方向电路分析最基本的概念03电路基本定律欧姆定律与基尔霍夫定律04电源元件与等效独立源、受控源与等效变换05分析方法与小结支路电流法与知识梳理模型化·电路分析基础电路与电路模型模型化是认识电路的第一步从实际电路到理想元件，建立分析的语言01电路组成与两类作用电路=电源+负载+中间环节实际中，同一电路可能同时包含电力与信号两种功能。电路的三个组成部分电源：提供电能的装置。负载：消耗电能的装置。中间环节：连接电源与负载，起传递和控制电能的作用。电路的两类作用电力电路：实现电能的传输与转换。信号电路：实现信号的传递与处理。从实际电路到电路模型模型化是定量分析电路的前提由理想元件构成的电路，就是实际电路的电路模型。模型化的方法与理想元件实际元器件的电磁特性十分复杂，直接分析困难模型化方法：理想化、抽象化、简单化理想电路元件：电阻

R、电感

L、电容

C

与理想电源电路模型：由理想电路元件组成的电路建立的模型应能反映实际事物的基本特征例如干电池可抽象为理想电压源与内阻的串联模型化流程1实际电路2抽象化3电路模型三类理想无源元件元件物理现象元件特性元件性质电阻反映耗能现象u=Ri耗能元件电容反映电场现象q=Cu记忆、储能元件电感反映磁场现象Ψ=Li记忆、储能元件三类元件分别对应不同物理现象，是构成电路模型的基本单元电路中的名词术语术语是列写电路方程的共同语言掌握这些名词的确切含义，是正确列写KCL与KVL方程的前提支路流过同一电流的一段电路节点三条或三条以上支路的交汇点回路由支路构成的闭合路径网孔内部不含其他支路的回路，是最简单的回路串联与并联电路中最基本的两种连接方式列写方程的前提掌握这些名词的确切含义，是正确列写KCL与KVL方程的前提模型化·电路分析基础电流电压与参考方向方向是假设的，正负才是答案参考方向决定电路分析的第一步02电流的定义与分类电流是电荷的定向运动电流的定义与分类，是理解电路规律的起点电流基础4项定义单位时间内通过导体横截面的电荷量，i=dq/dt单位安培（A），常用毫安（mA）、微安（μA）方向约定规定正电荷移动的方向为电流方向；金属导体中实际移动的是带负电的电子，方向与约定相反标量性异种电荷反向通过同一截面时，q=|q1|+|q2|两种基本类型2项直流DC大小和方向不随时间变化交流AC大小和方向随时间作周期性变化电压电位与电动势电位具有相对性，电压具有绝对性。电压是两点间的电位差，与参考点选择无关。电压3项定义电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功，u=dw/dq单位伏特（V）方向由高电位指向低电位，即电位降低的方向电位3项定义某点到参考点的电压参考点不同参考点不同，电位值就不同工程参考点电力系统取大地，电子电路取机壳或公共地线为地参考方向与正负判定方向可以假设，正负揭示真相先设方向，后判正负解题前先设方向，解完看正负，这是电路分析的第一步。为何设定参考方向实际方向和大小往往未知，也可能随时间变化参考方向：分析计算时人为任意设定的假想方向，又称正方向电路分析必须设定参考方向，否则无法列写方程正负如何判定求解结果为正值：实际方向与参考方向一致求解结果为负值：实际方向与参考方向相反参考方向的设定不影响最终结果关联参考方向与标示法建议全程采用统一的设定方式，避免方向混乱。关联与否，直接影响功率计算公式的符号参考方向定义关联：同一元件上电流与电压的参考方向一致非关联：两者参考方向相反常用的方向标示方法电流：箭头标示、双下标标示电压：箭头标示、极性标示、双下标标示双下标约定Iab

表示电流由a指向b电流标示箭头标示、双下标标示电压标示箭头标示、极性标示、双下标标示电功率与功率平衡吸收为正，发出为负功率符号的表意，完全取决于参考方向的设定。—电功率与功率平衡功率平衡：任一瞬时，所有电源发出功率之和等于所有负载吸收功率之和，即所有元件瞬时功率的代数和为零，常用于验算电路分析结果。功率定义电能的转换速率，p=dw/dt关联参考方向P=UI非关联参考方向P=-UI判定规则·吸收p>0，元件吸收功率判定规则·发出p<0，元件发出功率电路分析·基本定律电路基本定律两大定律，撑起电路分析的骨架欧姆定律与基尔霍夫定律03欧姆定律与电阻元件电流与电压成正比，与电阻成反比适用纯电阻导电对象金属、电解液等纯电阻导电不适用非纯电阻对象气体导电、含电动机等非纯电阻电路u=Ri电阻与电导电阻导体对电流的阻碍作用，单位

Ω电导G=1/R，单位

S单位换算1kΩ=10³Ω1MΩ=10⁶ΩVS电阻定义式与伏安特性电阻是导体本身的性质，与两端是否有电压、是否有电流无关。定义式与决定式2项定义式R=U/I电阻的测量方法，不能由此认为电阻与电压成正比、与电流成反比决定式R=ρl/S电阻由材料、长度、横截面积和温度共同决定伏安特性曲线2项线性元件伏安曲线为直线，遵循欧姆定律非线性元件伏安曲线为曲线，不适用欧姆定律基尔霍夫电流定律KCL本质是电荷守恒把二端元件整体当作封闭面，流入一端电流等于流出另一端电流。任一时刻，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和等价表述与符号约定等价表述流入任意节点的电流代数和为零，即

ΣI=0符号约定流入为正、流出为负，也可反过来，全程统一即可本质、推广与类比本质节点上电荷具有连续性，不会突变推广对任意闭合面（广义节点）同样成立类比水管三通，流入的水量总和必然等于流出水量基尔霍夫电压定律KVL本质是能量守恒绕行取号规则沿任意闭合回路绕行一周，所有支路电压的代数和等于

零选定回路绕行方向顺时针或逆时针任选遇到元件先看电压参考极性从"+"走到"-"电压取正，即电压降从"-"走到"+"电压取负，即电压升第1步定方向第2步看极性第3步取正第4步取负本质与类比本质电路中任意点的电位具有

单值性类比环形山徒步，绕一圈回到起点，上升总高度等于下降总高度两大定律对比对比项KCLKVL别名节点电流定律回路电压定律适用对象节点回路物理本质电荷守恒能量守恒核心公式ΣI=0ΣU=0适用范围集总参数电路、任意瞬时集总参数电路、任意瞬时定律应用与例题解析选方向、列方程、解联立KCL提供节点电流约束，KVL提供回路电压约束，两者联立即构成求解支路电流的完整方程组。≈1.09A支路电流I3≈1.64A支路电流I2≈2.73A支路电流I1例题条件3项电源12VR1串联2Ω分两路R2=4Ω、R3=6Ω1节点KCL方程I1=I2+I32网孔KVL方程-4I2+6I3=03外回路KVL方程12-2I1-6I3=0等效变换·电路分析基础电源元件与等效等效只对外，内部各不同独立源、受控源与等效变换04理想电压源与电流源理想源的外特性由自身决定独立源在电路中起激励作用，是能量的来源。理想电压源端电压由电源本身决定，与外电路无关并联元件端电压等于电压源的值禁忌不可短路理想电流源输出电流由电源本身决定，与外电路无关串联元件电流等于电流源的值禁忌不可开路实际电源的两种模型等效只对外电路有效实际电源具有内阻，需用带内阻的模型表示。实际电压源模型理想电压源串联

内阻实际电流源模型理想电流源并联

内阻电源串并联规则不得违反基尔霍夫定律理想电压源串联：允许，总电压为各源电压的代数和，同向取正、反向取负并联：仅当各源电压大小相等、极性完全一致时才允许不同电压的理想电压源禁止直接并联，会违反

KVL理想电流源并联：允许，总电流为各源电流的代数和串联：仅当各源电流大小相等、方向完全一致时才允许不同电流的理想电流源禁止直接串联，会违反

KCLVS受控源的四类与量纲控制系数量纲

=被控制量

÷

控制量类型受控量控制量控制系数量纲VCVS电压电压无量纲CCVS电压电流电阻量纲VCCS电流电压电导量纲CCCS电流电流无量纲受控源的性质与应用控制量消失，受控源也不存在受控源只反映控制与被控制的关系，与独立源的直接激励截然不同本质区别又称非独立源，属二端口元件，由控制支路与受控支路组成图中用菱形符号区别于独立源独立源对照独立源直接起激励作用受控源只反映控制与被控制的关系电源性处理方法与独立源相同电阻性只含受控源的电路可用等效电阻代替，等效电阻可正可负应用场景常用于模拟晶体管、运算放大器等器件的内部耦合特性方法·电路分析基础分析方法与小结概念落地为方法，方法服务于求解支路电流法与全章知识梳理05等效的概念端口伏安特性相同即等效等效：两个单口网络的电压电流关系完全相同，伏安特性曲线完全重合等效定义两个单口网络的电压电流关系完全相同，伏安特性曲线完全重合等效对任意外电路都成立等效只对端口外电路有效，内部并不等效线性电路由线性无源元件、线性受控源和独立源组成的电路常见等效变换电阻串联、电阻并联、三角形与星形变换输入电阻从端口看进去的等效电阻支路电流法以支路电流为未知量列方程求解1标出各支路电流的参考方向2对节点列KCL方程3对回路列KVL方程4联立方程组求解各支路电流KCL独立方程数：节点数减一KVL独立方程数：支路数减节点数加一这一方法把参考方向、KCL与KVL串联成完整求解链条，是后续各类分析方法的起点。全章知识梳理概念打底，定律立骨，方法落地本章从概念出发，建立定律，落到分析方法。概念打底，定律立骨，方法落地。01