电路分析基础(第四版)ppt课件

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1、 电路分析基础 主讲教师 卢晓光E mail xglu 办公地点 北12 107办公电话 24092451 李瀚荪编 电路分析基础 第4版 教材与教学参考书 参考经典教材 邱关源编 电路 李瀚荪编 简明电路分析基础 电路分析基础 教材 相关的学习指导书 课堂 学习状况与出勤 总成绩的85 平时成绩组成 作业 集中点评 期末考试 电路分析基础 教学要求 阶段测验 教学进度安排 见任课说明书 课程位置及作用专业基础课课程特点内容多 基本概念多 习题多课程的学习方法课程的发展状况 电路分析基础 电路分析基础 非专业课 专业基础课 专业课 信号与信息处理 通信与信息系统 电路分析基础 经典电路理论形成

2、于二十世纪初至60 s 经典的时域分析于30 s初已初步建立 并随着电力 通讯 控制三大系统的要求发展到频域分析与电路综合 六 七十年代至今发展了现代电路理论 它随着电子革命和计算机革命而飞跃发展 特点是 频域与时域相结合 并产生了拓扑 状态 逻辑 开关电容 数字滤波器 有源网络综合 故障诊断等新的领域 作为首门电技术基础课 为学习电专业的专业基础课打下基础 也是电气电子工程师的必备知识 学习本课程还将有助于其他能力的培养 如严格的科学作风 抽象的思维能力 实验研究能力 总结归纳能力等 电路分析基础 电路的基本概念电路的基本定理或定律电路的基本分析方法 研究内容 电路分析基础 集总参数电路假设

3、电路变量基尔霍夫定律几种电路元件 伏安关系VCR 分压公式 分流公式两类约束支路分析 Ch 1电路元件和电路定律 主要内容 电压 电流的参考方向 基尔霍夫定律 重点内容 Ch 1电路元件和电路定律 电路元件特性 分压电路 分流电路 电路和电路模型 集总假设 提供能量 电网 电池 传送和处理信号 音频 视频 放大 测量电路 电流计 功率表 电压表 欧姆表 存储信息 EPROM RAM 电路的作用和组成 电路的作用 低频信号发生器的内部结构 电路和电路模型 集总假设 电路和电路模型 集总假设 电阻器 电容器 线圈 电池 运算放大器 晶体管 电路和电路模型 集总假设 电路 电工设备构成的整体 它为电

4、流的流通提供路径 电路组成 主要由电源 中间环节 负载构成 电源 source 提供能量或信号 电池 发电机 信号发生器 负载 load 将电能转化为其它形式的能量 或对信号进行处理 电阻 电容 晶体管 中间环节 intermediate 一般由导线 开关等构成 将电源与负载接成通路 传输线 电路的基本组成 电路和电路模型 集总假设 电路模型由理想元件及其组合代表实际电路元件 与实际电路具有基本相同的电磁性质 称其为电路模型 电路模型是由理想电路元件构成的 电气图 电路图 电路模型 电路和电路模型 集总假设 集总参数元件与集总参数电路 Lumped 集总参数元件 只反映一种基本电磁现象 且可由

5、数学方法加以精确定义 集总参数电路 由集总参数元件构成的电路 集总假设 理想化 不考虑电场和磁场的相互作用 不考虑电磁波的传播现象 集总假设条件 实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波的波长 不满足时为分布参数电路 微波元器件 微波电路 电路和电路模型 集总假设 波长与频率关系 电力用电 低频电路 高频电路 甚高频及更高频率电路 电路和电路模型 集总假设 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 SI单位 安 培 A Ampere 电流 current 电流定

6、义 电路变量电流 电压 功率 电路变量描述电路电性能的可表示为时间函数的变量 常用 电流 电压 功率 几个名词 恒定电流 直流 dc DC 时变电流 交变电流 交流 ac AC 方向 正电荷运动的方向 电流的参考方向 参考方向 任意选定的一个方向作为电流的参考方向 i参考方向 例 I1 1A I1 1A 电路变量电流 电压 功率 i a b 电压 voltage 电路变量电流 电压 功率 SI单位 伏 特 V Volt 电压定义 几个名词 恒定电压 直流电压 时变电压 交流电压 低电位 负极 高电位 正极 a b 正电荷移动失去能量 a高b低 电压降a b 正电荷移动获得能量 a低b高 电压升

7、 例 U1 10V 电压的参考方向或参考极性 电路变量电流 电压 功率 小结 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向 参考方向一经选定 必须在图中相应位置标注 包括方向和符号 在计算过程中不得任意改变 关联参考方向和非关联参考方向 关联参考方向 非关联参考方向 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 不考虑实际方向 电路变量电流 电压 功率 电功率 power 单位 瓦 特 W 电路变量电流 电压 功率 吸收 消耗或储存 功率 提供 产生 功率 能量 单位 焦 耳 J 功率的计算 1 u i取关联参考方向 p ui p 0提供5W功率源性 2 u i取非关联参考方向 p ui p

8、 0吸收5W功率负载性 例U 5V I 1A P UI 5 1 5W 例U 5V I 1A P UI 5 1 5W 电路变量电流 电压 功率 3A 5A 2V 4V a b c Pc 4V 5A 20W 2V 3A Pa 2V 3A 6W Pb 2V 3A 6W 例计算图中各元件吸收的功率 当计算功率数值完毕之后 我们要根据其定义的关联方向结合数值符号来确定是器件是吸收功率还是提供功率 电路变量电流 电压 功率 电路变量电流 电压 功率 例 求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功率 已知 U1 1V U2 3V U3 8V U4 4V U5 7V U6 3VI1 2A I2 1A I3

9、1A 解 注 对一完整的电路 总功率为零 基尔霍夫定律 Kirchhoff sLaws 电路整体的基本规律 基尔霍夫定律是适用于任何集总参数电路的基本定律 其是电荷守恒和能量守恒在集总电路中的体现 包括电流定律和电压定律 分别对集总电路的电流和电压进行约束 电路的基本规律电路作为整体服从的规律 基尔霍夫定律电路的各个组成部分特性如何 元件特性 基尔霍夫定律与元件特性是电路分析的核心 基尔霍夫定律 几个名词 支路 branch 一个二端元件视为一条支路 节点 node 支路的连接点称为节点 也称为结点 回路 loop 由支路组成的任一闭合路径 网孔 mesh 在回路内部不另含有支路的回路 基尔霍

10、夫电流定律 KCL 物理基础 电荷守恒 电流连续性 i1 i2 i3 i4 0 i1 i2 10 12 0 i2 1A 4 7 i1 0 i1 3A 例 基尔霍夫定律 i1 i3 i2 i4 两套符号 支路电流约束 基尔霍夫定律 例 三式相加得 KCL不仅适用于节点 也适用于包围几个节点的闭合面 注 节点1 节点2 节点3 KCL的推广 两条支路电流大小相等 一个流入 一个流出 只有一条支路相连 则i 0 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律 能量守恒 电荷守恒 U1 US1 U2 U3 U4 US2 0 顺时针方向绕行 基尔霍夫电压定律 KVL 基尔霍夫定律 指定一个回路的绕行方向 首先 规定 凡电压

11、的参考方向与回路绕行方向一致者 取 反之 取 电压降取正 电压升取负 回路电压约束 基尔霍夫定律 例题见p171 4 注意两套符号 推论 电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的元件电压的代数和 基尔霍夫定律 例 KVL不仅适用于回路 还可以推广应用于任何一个假象闭合的一段电路 广义回路 uab 推广 基尔霍夫定律 KCL KVL小结 2 KCL是对任一节点 或封闭面 的各支路电流的线性约束 3 KVL是对任一回路 或闭合节点序列 的各支路电压的线性约束 4 KCL KVL与组成支路的元件性质及参数无关 1 KCL表明在每一节点上电荷是守恒的 KVL是电压单值性的具体体现 两点间电压与

12、路径无关 5 KCL KVL只适用于集总参数的电路 基尔霍夫定律 电阻元件 resistor 常用的各种二端电阻器件 电阻器 晶体二极管 电阻元件 resistor 注意 电压与电流取关联参考方向 电阻单位 欧 姆 符号 令G 1 R G称为电导 则欧姆定律表示为i Gu 单位 西 门子 符号 S Siemens 欧姆定律定义 电阻元件是从实际电阻器抽象出来的模型 只反映电阻器对电流呈现阻力的性能 一般定义 在任一时刻 它的电压和电流可用代数关系表示的一个二端元件称为电阻元件 即这一关系可以由u i平面上一条曲线确定 分类 线性与非线性电阻 时变或时不变 定常 电阻 电阻元件 resistor

13、 电阻元件 resistor 实验表明 在低频工作条件下 电阻器的电压电流关系是u i平面上通过坐标原点的一条直线 用晶体管特性图示器测量二端电阻器的电压电流关系 电阻元件 resistor 实验表明 在低频工作条件下 晶体二极管的电压电流关系是ui平面上通过坐标原点的一条曲线 用晶体管特性图示器测量晶体二极管的电压电流关系 开路与短路 当R 0 G 视其为短路 i为有限值时 u 0 当R G 0 视其为开路 u为有限值时 i 0 电阻元件 resistor 功率 电阻元件 resistor 无源与有源元件 一般情况下 电阻的功率非负 即电阻是一种耗能元件 无源 有源 电阻元件 resisto

14、r 例图示电路中 已知R1 12 R2 8 R3 6 R4 4 R5 3 R6 1 和i6 1A 试求a b c d各点的电位和各电阻的吸收功率 电阻元件 resistor 电阻元件 resistor 独立源 independentsource 常用的干电池和可充电电池 独立源 independentsource 实验室使用的直流稳压电源 用示波器观测直流稳压电源的电压随时间变化的波形 示波器 稳压电源 理想电压源 性质 a 端电压由电源本身决定 与外电路无关 b 通过它的电流是任意的 由外电路决定 独立源 independentsource 伏安特性 符号 理想电压源的开路与短路 1 开路i

15、 0 2 理想电压源不允许短路 独立源 independentsource 功率 i uS关联p吸 uSip发 uSi i us非关联p发 uSip吸 uSi 独立源 independentsource 例题见p271 7 8 9 独立源 independentsource 理想电流源 性质 a 电源电流由电源本身决定 与外电路无关 b 电源两端电压是任意的 由外电路决定 独立源 independentsource 伏安特性 符号 理想电流源的短路与开路 2 理想电流源不允许开路 1 短路 i iS u 0 独立源 independentsource 功率 p发 uisp吸 uis p吸 ui

16、sp发 uis u iS关联 u iS非关联 独立源 independentsource 例题见p301 10 11 12 独立源 independentsource 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 本节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 受控源 controlledsource 受控源 controlledsource 图 a 所示的晶体管在一定条件下可以用图 b 所示的模型来表示 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 受控源 controlledsource 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 电路符号 受控源 controlledsource 受控源 由电子器件抽象出来的一种模型