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1、 一、基本概念 1.1、电路及电路模型 1.2、电路分析中的物理量 1.3、电阻 1.4、独立电源 1.5、受控源 1.1 电路及电路模型 电路的概念 由实际元器件构成的电流的通路称为电路。 电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。 电路的组成 火线火线 零线零线 电源电源 连接导线和其余连接导线和其余 设备为中间环节设备为中间环节 负载负载 电路模型 实体电路实体电路 负载 电源 开关 连接导线 S RL + U I US + _ R0 电路模型电路模型 电源电源 负载负载 中间环节中间环节 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。 电路
2、和电路模型、集总假设 实际电路电路模型计算分析电气特性 电路分析 电路综合 电路分析与电路综合 通过对电路模型的分析计算来预测实际电路的 特性，从而改进实际电路的电气特性和设计出 新的电路。 电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映 实际电路的电气特性。 基本电路符号 R + US 电阻元件 只具耗能 的电特性 电容元件 只具有储 存电能的 电特性 理想电压源 输出电压恒 定，输出电 流由它和负 载共同决定 理想电流源 输出电流恒 定，两端电压 由它和负载共 同决定。 L 电感元件 只具有储 存磁能的 电特性 IS 理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似 ，其特性单一、精确，可定量分析和计算
3、。 C 1、电流 1.2电路分析中的物理量 电流的大小i dq dt = （1-1） 稳恒直流情况下I Q t = （1-2） 1A=103mA=106A=109nA 单位换算 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。 2、电压、电位和电动势 I a a 电位V是相对于参考点的电压。 参考点的电位:Vb=0；a点电位：Va=E-IR0=IR b b + U RL _ S E + R0 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
4、路端电压U。 电压的大小反映 了电场力作功的 本领；电压是产 生电流的根本原 因；其方向规定 由“高”电位端指 向“低”电位端。 三者的定义式三者的定义式 2、电压、电位和电动势 Uab = WaWb q Va = WaW0 q E = W源 q 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。 电压等于两点电位之差： 三者的区别和联系 Uab=VaVb 电源的开路电压在数值上等于电源电动势； 电路中某点电位数值上等于该点到参考点的电压。 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=IP=UI=I 2 2 R
5、 R= =U U 2 2 / / R 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。 关联和非关联 4、参考方向 a I 负载 元件 U b 关联参考方向 a I 电源 元件 U b 实际电源上的电压、电流方
6、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。 非关联参考方向 关于参考方向的有关注意事项： 4、参考方向 (1)分析电路前应选定选定电压电流的参考方向参考方向，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。 (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。 (3)电阻、电抗或阻抗一般选取关联参考方向，独立源
7、上一 般选取非关联参考方向。 (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。 举个例子 图示电路，若已知元件吸收功率为20W，电压U 为5V，求电流I。 + U I 元 件 I = P U = 20 5 =4A 解 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 元 件 解 P= UI = 10(-100) =1000W 元件吸收正功率，说明元件是负载。 1.3电阻元件 电阻： 如果一个二端元件在 任一瞬间其端电压和电流 之间的关系 可由u-i平面上的一条曲 线所决定，则此二端元件
8、 称为电阻。 请看右面图示电阻iu曲线 线性非时变电阻、欧姆定律 线性电阻：电阻的伏安特性曲线是一条经过坐标原点的直线。 非时变电阻：电阻的伏安特性曲线不随时间变化。 线性非时变电阻：其伏安特性曲线是一条不随时间变化的且经 过坐标原点的直线。 电阻：R （） U=R*I 欧姆定律 线性电阻对原点对称且具有双向性。 电导：G=1/R 典型的非线性电阻二极管： 理想二极管 实际二极管 特 性 正向连接: 导通 U=0 I0 R=O 反向连接：截止 I=0 R= 正向连接：二极管的电阻 很小， 而电流很大。 反向连接：加反向电压时，电 流很小，电阻很大 1.4独立源 电源是向电路提供能量的有源元件，
9、作为电路的输入，也 叫激励。电源分电压源和电流源。 电压源其端电压为定值或一定的时间函数，与流过的电流 无关，流过它的电流为不定值，其大小由与之相联的外电路决 定。 请看下面伏安特性图和电路符号图 理想电压源和电阻元件的串联组合可以构成实际电压源的模型 。 电压源 理想电压源的开路与短路 (1) 开路 i=0 (2) 理想电压源不允许短路。 uS + _ i u + _ 理想电压源的串联与并联 串联 US= USk 电压值相同的电压源才 能并联，且每个电源的电 流不确定。 US2 + _ + US1 注意参考方向 US= US1 U S2 5V + _ + _ 5V I 5V + _ I +
10、_ US 并联 例题1：下图所示的含源支路ab，已知 us1=6V,us2=14V,uab=5V,R1=2,R2=3,求i. Uab=R1i+us1+R2i-us2 i=(uab-us1+us2)/(R1+R2)=(5-6+14)/(2+3)=2.6A 电流源 电流源 供出定值的电流Is或一定时间函数的电流Is(t)的元件称为 理想电流源，简称电流源。 电流源有两个基本性质： （1）输出定值的电流is或一定时间函数的电流is(t)，与端 电压无关。 （2）电流源两端电压为不定值，大小由外电路决定。 电流源和电阻的并联可以构成实际电流源的模型。 理想电流源的短路与开路 (2) 理想电流源不允许开
11、路。 (1) 短路：i= iS ，u=0 iS i u + _ 理想电流源的串联与并联 IS1 IS2 IS3 IS 并联并联 IS= ISk 注意参考方向注意参考方向IS= IS1+ IS2 IS3 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。 串联串联 实际电源的两种电路模型 I b US U R0 RL + _ + _ a I U RL R0 + IS R0 U a b 若实际电源输出的电压值 变化不大，可用电压源和 电阻相串联的电源模型表 示，即实际电源的电压源电压源 模型模型。 若实际电源输出的电流值 变化不大，则可用电流源 和电阻相并联的电源模型
12、 表示，即实际电源的电流电流 源模型源模型。 在电子电路中广泛使用各种晶体管、运算放大器等多 端器件。这些多端器件的某些端钮的电压或电流受到另一 些端钮电压或电流的控制。为了模拟多端器件各电压、电 流间的这种耦合关系，需要定义一些多端电路元件(模型)。 下面介绍的受控源是一种非常有用的电路元件，常用 来模拟含晶体管、运算放大器等多端器件的电子电路。从 事电子、通信类专业的工作人员，应掌握含受控源的电路 分析。 1.5受控源 受控源 定义 受控源的电压或电流不象独立源是给定函数，而是受电路 中某个支路的电压（或电流）的控制。 电路图符号 前面所讲的独立源，向电路提供的电压或电流是由非电能 量提供
13、的，其大小、方向由自身决定；受控源的电压或电流 不能独立存在，而是受电路中某个电压或电流的控制，受控 源的大小、方向由控制量决定。当控制量为零时，受控电压 源相当于短路；受控电流源相当于开路。 + + 受控电压源受控电流源 受控源的分类 + 压控电压源压控电流源 + 流控电压源流控电流源 含有受控源的电路分析要点之一 受控源 U U1 1 + + _ _ U U1 1 U U2 2 I I2 2 I I1 1 =0=0 (a)VCVS(a)VCVS + + - - + + - - I I1 1 (b)CCVS(b)CCVS + + _ _ U U1 1 =0=0 U U2 2 I I2 2 I
14、 I1 1 + + - - + + - - 四种理想受控电源的模型 (c) VCCS(c) VCCS g gU U 1 1 U U1 1 U U2 2 I I2 2 I I1 1 =0=0 + + - - + + - - (d) CCCS(d) CCCS I I1 1 U U1 1 =0=0 U U2 2 I I2 2 I I1 1 + + - - + + - - 电电 压压 控控 制制 电电 压压 源源 电电 流流 控控 制制 电电 压压 源源 电电 压压 控控 制制 电电 流流 源源 电电 流流 控控 制制 电电 流流 源源 典型受控源 图(a)所示的晶体管在一定条件下可以用图(b)所示的
15、 模型来表示。这个模型由一个受控源和一个电阻构成，这 个受控源受与电阻并联的开路的控制，控制电压是ube，受 控源的控制系数是转移电导gm。 典型受控源 图(d)表示用图(b)的晶体管模型代替图(c)电路中的晶体 管所得到的一个电路模型。 二、电路分析的方法 2.1电路拓扑基础 2.2基尔霍夫定律 2.2.1 节点电流定律KCL 2.2.2 KVL 2.2.3 KCL与KVL方程的独立性 2.3 支路电流法 2.4 节点电压法 几个常用的电路名词 2.1电路拓扑基础 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。 m=3 a b l=3 n=2 1 1 2 3 3 2 网孔=2 + _ R1 US1 + _ US2 R2 R3 2.2.1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： I1 I2 I3 I4 a I1 + I2 I3 I4 = 0 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， 根据KCL可对结点 a列出KCL方程： i i = 0 = 0 （任意波形的电流） I I = 0 = 0 （稳恒不变的电流） 2.2基尔霍
