电路分析1章讲解

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1、电 路 基础 本课程是电类本科学生的第一门专业 基础课。是后续课程“信号与线性系统” 、“模拟电子电路”、“数字电路”等课程 的基础。 学习要求： 1.有问题下课来问,建议写在小纸条上； 2.及时复习很重要，否则积欠越拖越多，容易 最终彻底放弃（“这次又要不及格了”的故事） 3.平时的体会和看参考书后的收获一定要做笔 记记下来，对考研帮助很大； 4.认真作业，必须独立完成；必须抄题目、画 电路，电路图使用铅笔和尺子，每周交一次。 引 言 1、技术基础课。 一、课程的性质、任务及地位 2、掌握电路分析的基本概念、基本理 论和基本分析方法。 二、学习方法 认真听课 详细阅读教材 及时认真作习题 看

2、参考书 预习，听讲， 笔记，复习， 独立完成作业 （订正）， 答疑，总结。 三、电路理论 电路分析：已知 已知 求解 输入 输出 电路 包括电路分析和电路综合两方面内容 电路综合：已知 求解 已知 显然，电路分析是电路综合的基础。 电路分析与电路综合示意图 实际电路 电路模型 计算分析电气特性 电路分析 电路综合 1.李翰荪，电路分析基础（第三版）, 高等教育出版社 1994年。 四 参考书目 2.吴大正 等，电路基础（修订版）, 西安电子科技大学出版社 2000年。 3.林争辉，电路理论, 高等教育出版社， 1979年。 第一章 电路基本概念 1-1 实际电路和电路模型 1-2 电路分析的变

3、量 1-3 电路元件 1-4 基尔霍夫定律 1-1 实际电路和电路模型 实际电路是由一定的电工、电子器件 按照一定的方式相互联接起来，构成电 流通路，并具有一定功能的整体。 电路模型是实际电路的抽象化，理想 化，近似化。 电路理论中所说的电路是指由各种理想 电路元件按一定方式连接组成的总体。 电路理论 电路理论是研究静止和运动电荷的电磁 领域理论的特例。 广义的电磁理论是研究电信号的出发点 ，但是其应用不仅麻烦，而且需要使用 高深的数学。 如果满足3个基本假设，就可以利用电路 理论而不是电磁理论研究电路形式的物 理系统。 三个假设 1.电效应在瞬间贯穿整个系统。电信号传 播速度接近光速，如果系

4、统在物理结构 上足够小使得电信号同时影响系统中所 有点，就称为集总参数系统。 2.系统里所有元件的净电荷总是零。 3.系统里元件之间没有磁耦合。稍后会学 到，磁耦合能够发生在元件内部。 实际器件 理想元件 符号 图形 反映特性 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 实际器件与理想元件的区别： 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 小和尺寸，即它的特性表现在空间的一 个点上，仅代表一种电磁现象。 多小的系统有资格作为集总参数系统？ 集总参数电路：电器器件的几何尺寸

5、远 远小于其上通过的电压、电流的波长时 ，其元件特性表现在一个点上。有时也 称为集中参数电路。 波长等于信号传播速度除以频率，以光 速C310E8m/s作为传播速度。 怎样定义远小于？ 好的标准是十分之一。 分布参数电路 ：电器器件的几何尺 寸与其上通过的电压、电流的波长 属同一数量级。 例 晶体管调频收音机最高工作频率约 108MHz。问该收音机的电路是集中参数电 路还是分布参数电路? 几何尺寸da 1-2-2 电压及其参考方向 1 电压：即两点间的电位差。ab间的 电压，数值上为单位正电荷从a到b移 动时所获得或失去的能量。 大小： 单位：伏，V； 1伏=1焦/库 方向：电压降落的方向为电

6、压方向； 高电位端标“+”，低电位端标“-” 。 2 直流电压大小、方向恒定，用 大写字母U表示。 + - a b 在电子电路课程中也可用箭头表示。 3 参考方向：也称参考极性。 两种表示方法： 在图上标正负号； 用双下标表示 在假设参考方向（极性）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，一定要标明电压极性； 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 有意义的。 解：（1）相当于正电荷从b到a失去能量， 故电压的真实极性为：b”+”, a”-”。 + u - a b 例 2（1

7、）若单位负电荷从a移到b，失去4J能 量，问电压的真实极性。 （2）若电压的参考方向如图，则该电压u为 多少？ （2）单位负电荷移到时，失去4J能量，说 明电压大小为4伏，由于电压的参考极性与 真实方向相反，因而，u = - 4伏。 1-2-3 关联参考方向 a i b + u - 关联：电压与电流的参考方向选为一致 。 为了方便，电压与电流参考方向关联时 ，只须标上其中之一即可。 即 电流的参考方向为从电压参考极性的 正极端“+”流向“”极端。 1-2-4 功率与能量 功率：能量随时间的变化率 直流时，公式写为 P=UI 单位：瓦（W），1W = 1 J/S = 1VA 注意： u 与 i

8、关联时 ， u与 i 不关联时 ， 无论用上面的哪一个公式，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。 例3 已知 i1= i2= 2A, i3=3A, i4= -1A u1=3V, u2= -5V u3= -u4= -8V 求：各段电路的功 率，是吸收还是产生功率。 A B C D + u1 - - u3 + - i2 u2 + i3 + u4 _ i4 i1 解：A段，u1 ,i1关联 ， A B C D + u1 - - u3 + - i2 u2 + i3 + u4 _ i4 i1 吸收功率 =6W0, B段，u2 ,i2 不关联 ， =10 W0, 吸收功率 C

9、段，u3 ,i3 关联， B C D - u3 + i3 + u4 _ i4 产生功率 D段，u4 ,i4不关联 ， 0, 吸收功率 验证： =0 称为功率守恒 能量：从 到 t 时间内电路吸收 的总能量。 电路元件特性描述：伏安关系（VCR) 1-3 电路元件 有源元件：在任意电路中，在某个时间 t 内，w(t)0，供出电能。 无源元件：该元件在任意电路中，全部 时间里，输入的能量不为负。 即 如电压源 、电流源 等。 如R、L、C 1-3-1 电阻元件 线性：VCR曲线为通过原点的直线。 否则，为非线性。 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

10、线随时间改变而改变。 电阻元件有以下四种类型： u-i特性 线性非线性 u u 时不变 i i u t1 t2 u t1 t2 时变 i i 1 线性时不变电阻(定常电阻) VCR即欧姆定律： 也称线性电阻元件的约束关系。 当元件端电压 u 确定时，R 增大，则 i 减小 。 体现出阻碍电流的能力大小。 单位：欧姆( ) G=1/R 称为电导，单位：西门子(S)。 注意： 欧姆定律的另一个表现形式： 当 (G=0)时，相当于断开,“开路” 当 (R=0)时，相当于导线,“短路” u与 i 非关联时 ，欧姆定理应改写为 解：关联 非关联 例4 分别求下图中的电压U或电流I。 3A 2 + U -

11、 + -6V - I 2 i u 线性电阻R的VCR 电阻是耗能元件， 瞬时功率： 是无源元件。 线性电阻R的VCR 关于原点对称， 因此，线性电阻又 称为双向性元件。 实际电阻有额定值（电压，电流）问题 解：（1）额定（rating)电压 例5电阻器RT-100-0.5W，（1）求额定电 压和额定电流。（2）若其上加5V电压，求 流经的电流和消耗的功率。 额定电流 （2） 例5电阻器RT-100-0.5W，（1）求额 定电压和额定电流。（2）若其上加5V 电压，求流经的电流和消耗的功率。 解： 1-3-2 独立电源 + - 特性： 端电压由元件本身确定， 与流过的电流无关； 是有源元件，能独

12、立对外提供能量。 1 电压源 符号： 流过的电流由外电路确定； 若 = 0，相当于一条短路线； 常取非关联参考方向； i 注意不能短接(电流为无穷大)； 为常数时，称为直流电压源。 VCR曲线在 u-i 平面中表示如下 常取非关联参考方向； is 2 电流源 符号： 流过的电流由元件本身确定， 与端电压无关； 端电压由外电路确定； 若 = 0，相当于开路； 注意不能开路（电压为无穷大）； 为常数时 ，称为直流电流源。 VCR曲线在 u-i 平面中表示如下 i 例6 图(a)，求其上电流:（1）R=1 （2）R=10 （3） R=100 解：图(a)，I + us= R 10V - 电压源中电流

13、由外电路确定。 Is= + 1A U R - 电流源上电压由外电路确定。 例6 图 (b)，求其上电压:（1）R=1 （2）R=10 （3） R=100 1-3-3 受控电源 受控电压源(两种) 受控电流源(两种) 有四种形式： 可以对外提供能量，但其受控电源的 值(电压或电流)受另外一条支路电压或 电流控制。 受控电源是四端元件。 1 受控电压源 i1 i2 + + + u1 uu1 u2 - - - i1 i2 + + + u1 ri1 u2 - - - CCVS VCVS 电压放大系数 (无量纲) r 转移电阻 (电阻量纲) 2 受控电流源 VCCS g转移电导 i1 i2 + + u1 gu1 u2 - - i1 i2 + + u1 u2 - - CCCS 电流放大系数 (无量纲) (电导量纲) 与独立源相似之处： 与独立源不同之处： 1受控电压源的电流由外电路决定； 受控电流源的电压由外电路决定。 2 能对外提供能量（有源）。 受控源不能独立作为电路的激励。即： 电路中若没有独立电源，仅有受控源， 电路中任意元件的电压、电流为零。 瞬时功率：在关联参考方向下 对于CCVS右端接R