《电路分析基础(第四版)第一章 - 集总电路中电压、电流的约束关系课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路分析基础(第四版)第一章 - 集总电路中电压、电流的约束关系课件（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、多媒体教学课件,电路分析基础 A,Fundamentals of Electric Circuits,主讲课程：电路分析基础(1995年起) 电路仿真（1998年起）,关于学习和考试： 电路分析基础是电类专业尤其是后续课程-模拟电子线路的的基础课，非常重要 考试题目：上课讲的内容均为考试范围，不讲的则 不考。必须听课，只看书不听课不行。 考试分数：期末成绩 +平时考核,课程难点：第二部分动态电路起，有些同学开始跟不上， 不来上课，本学期杜绝此类现象。 如何取得好成绩：认真听课，按时完成作业。 多做题，如历届考题,简介 本书包括三部分内容 第一篇： 第二篇： 第三篇：,电阻电路：含电阻元件和电源
2、元件的电路 动态电路：含动态元件的电路,第二篇：动态电路的瞬态分析（时域分析） -直流电源作用下的响应,电阻电路的分析,第三篇：动态电路的正弦稳态分析- 正弦电源作用下的响应(相量分析法),第一章 集总电路中电压、电流的约束关系,第二章 网孔分析和节点分析,第四章 分解法及单口网络,第五章 电容元件和电感元件,第六章 一阶电路,第七章 二阶电路,目 录,第九章 正弦稳态功率和能量,第八章 阻抗与导纳,第三章 叠加方法与网络函数,第十章 电路的频率响应 多频正弦稳态电路,第十一章 耦合电感和理想变压器,期末不做为考试内容的章节： 第二章 2-2互易定理 第三章 3-3 叠加方法与功率计算 3-4
3、 数模转换器的基本原理 第四章 4-9 T形网络和形网络的等效变换 第六章 6-3 冲激响应（阶跃响应讲概念） 第九章 9-6 复功率 复功率守恒 第十一章 11-7 理想变压器的实现 11-8 铁心变压器的模型 第十二章全部 拉普拉斯变换在电路分析中的应用,第一章 作业,1-7 113 （3、4） 116,1-20 1-25,1-27 128（2、3）,13 (1、5),第一章 练习,129,1-34 136,1-6 1-10 1-21 1-22 1-24,第一章集总电路中电压、电流的约束关系,主要内容： 1.基本概念：电路及电路模型、集总假设；电路 变量；电流、电压、电功率； 电流参考方向
4、、电压参考极性、 关联参考方向 2.电路元件： 电阻元件、独立电源、受控源。 3.基本定律：基尔霍夫定律，欧姆定律(VAR),1-1 电路及集总电路模型,一、电路,若干个电气设备或电子器件按照一定的方式连接起来构成电流的通路 叫作 电路,例如手电筒电路：,二、集总假设、集总元件, 、集总假设的定义： 在器件的尺寸远小于正常工作频率所对应的波长时，可将它所反映的物理现象分别进行研究，即用三种基本元件表示其三种物理现象，这就是集总假设。,、集总假设的条件：器件的尺寸远小于正常 工作频率所对应的波长。,解释： 实际中一些器件所反映的物理现象非常复杂，可以进行理想化（集总假设）处理，用足以表征其主要性
5、能的模型表示，忽略其次要性能，以便于分析。这种理想化不会对实际问题的求解带来多大影响。,式中：C=3108 m/s,设f=50Hz,则：=6106 m,设f=300MHz,则：=1m,可见：当频率较低时，满足集总假设条件； 当频率较高时，不能按集总电路处理。 本课程范围内均满足集总假设条件。,、集总元件（理想元件） 电阻元件：只表示消耗电能的元件 电容元件：只表示储存电场能量的元件 电感元件：只表示储存磁场能量的元件,电源元件：电流源、电压源,耦合元件：受控源、耦合电感、理想变压器,二端元件 ： 四端元件 ：,无源元件： 有源元件：,集总元件分类,电阻元件、电感元件、电容元件 电压源、 电流源
6、。,受控源、 耦合电感、理想变压器。,电阻元件、电容元件、电感元件、 耦合电感、理想变压器。,独立源、 受控源,.实际元件的模型:,一个实际元件在某种条件下都可以找到它的模型。有些实际元件的模型比较简单，可以由一种理想元件构成，有些实际元件的模型比较复杂，要用几种理想元件来构成。,三.电路模型-由集总元件构成的电路。,以后的分析中，只考虑电路模型，不研究实际电路！,这对我们的分析影响不大。,例如手电筒电路：,灯泡既表现电阻的性质，又有电感的性质，但主要表现为电阻的性质。,1-2 电路变量 电流、电压及功率,电路分析：给定电路结构及电路参数，求各 部分的电压、电流叫电路分析。,一、电流,大小：
7、i(t)=dq/dt 电荷的变化率 单位：A,方向：正电荷运动的方向,大小和方向都不随时间改变的电流叫直流 。,大小和方向随时间变化的 电流叫交流-交变电流。,2. 电流的参考方向,问题的引入：求下面电路图中各支路的电流,(1) 复杂的直流电阻电路,(2) 简单的交流电路,对于交流电路和复杂的直流电路，无法在计算前确定某一支路电流的真实方向。 如何求解？,电流的真实方向常常无法事先知道，解决的办法？,引入电流的参考方向,电流的参考方向：预先假定的方向，用箭头表 示，也称正方向不一定是 真实方向。,根据所假设的方向进行计算 若求出 i 0，则 真实方向与参考方向一致 若求出 i 0，则 真实方向
8、与参考方向相反, 在电路分析中，电路中标出的电流方向都是参考方向。如果图中没有给出方向，自己要设一个参考方向，在图上标出，按所标参考方向进行计算。若不设参考方向，算出的结果没有意义。 算得结果的正负配合参考方向就可确定真实方向，但计算完毕后不必把参考方向改为真实方向。,以后解题必须画图！ （除非图已给出，并且不需进行任何标注。）,1.电压定义：单位正电荷由a点移动到b点所获得或失去的能量，即为a,b两点之间的电压。,2.电压参考极性： 与电流一样，电压也需要参考极性。这是人为假设的极性。用+，- 号表示。,电压大小公式：u(t)=dw/dq 单位：V,“+”号表示假设的高电位，“-”表示假设的
9、低电位。,二 电压,获得能量，a点电位低，b点电位高。 失去能量，a点电位高，b点电位低。,三 关联参考方向,关联参考方向：电流参考方向与电压参考极性 一致。 关联参考方向的规定：电流由高电位流向低电位。,如果求出 uab0，则 真实极性与参考极性一致。 如果求出 uab0，则 真实极性与参考极性相反。,解题时，当题中给出电压参考极性时，按此参考极性进行计算，若没给出，则要求自己假设。,对于N1而言，u、i 是非关联参考方向,对于N2而言，u、i 是关联参考方向,这段电路吸收的能量：dw =u dq,四、电路M的功率-,设在dt时间内由a点转移到b点的正电荷为dq（ i0 ），且由a到b为电压
10、降u（u0），则 dq失去能量，也就是这段电路实际上吸收能量,这段电路吸收的功率: p=dw/dt =（udq）/dt=u（dq/dt）= ui,图中按照关联参考方向进行分析。也可按非关联方向加以研究。,正电荷dq失去的能量：dw =u dq,结论：,（1）此图中：i0 ， u0，计算出p0 说明： p0时，电路实际吸收了功率。,通过各种情况的分析，结论如下： p(t)0 电路吸收功率 p(t)0 电路放出功率,（2） 从上述假设看出： 表达式p(t)= ui 是在u、i 关联参考方向前提下推出的。 若u、i 非关联，可以推导出: p(t)= -ui,（3） 该公式不仅适用一元件，对任一部分电
11、路也适用。,求解功率的计算步骤,1）计算公式：u、i 关联参考方向时： p(t)=ui u、i非关联参考方向时：p(t)=-ui,2）计算结果 若 p(t)0 则电路吸收功率 若 p(t)0 则电路产生功率,例题：求下图的p(t),已知 u= -1v, i=2A,p(t)=ui=(-1)2=-2W0 产生功率2W,p(t)=ui=21=2W0 吸收功率2W,解：,已知 u=2V, i=1A,1-3 基尔霍夫定律,基尔霍夫定律 是集总电路中电流和电压分别遵循的基本规律，是分析集总电路的基本依据。首先，要学习电路中的几个名词。,1.支路：任何一个二端元件称为一条支路 2.节点：两条或两条以上支路的
12、连接点 3.回路：任何一个闭合的路径叫回路 4.网孔 ：在回路中不含有其它支路的回路称为网孔,5个支路 3个节点 6个回路 3个网孔,对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流出（流入）该节点的电流的代数和为零。,某节点的电流方程，k表示和该节点相连的支路,一 、基尔霍夫电流定律- KCL,注意：公式中所有电流的方向均为参考方向。,例如图示：,设流入为正,流入=流出,流入的电流代数和为0。,例如图示：,设流入为正,KCL也可以表述为： 对于任一集总参数电路中的任一节点，在任一时刻，流入节点的电流的总和等于流出这个节点的电流的总和。,KCL也适用于任一闭合面。,i7 、i8 、i9 、i10
13、从一个节点流出，流入另一个节点。,设流入为正 i1-i2-i3+i4+i5-i6=0,总结：,KCL是电流连续性的体现，集总参数电路中的节点不能聚集电荷，有多少电荷流入就必须有多少电荷流出。,此定律与元件性质无关，是对支路电流所加的约束。,KCL不仅适用于节点，也适用于任一闭合面，闭合面可以看成一个广义节点。,KCL方程中各支路电流线性相关。,KCL,电流的参考方向 与实际方向相反,解:设流入为正,例2：求图示电路中的未知电流。 已知 I1=2A I2= -1A I6=4A,A点：,解：设流出为正,I1 - I2 +I3= 0,I3 = -3A,I4= I3 = -3A,C点：,I2 - I4
14、 +I5- I6 = 0,I5= - I2 + I4 + I6 = -(-1)+(-3)+(4)= 2A,2 (-1) +I3= 0,D点：,解后总结： 注意两套符号:, 求出的值无论正负，都不要把参考方向改 成真实方向。,括号前的符号取决于参考方向相对于节点的关系。若设流入为正，则流出为负，是列方程出现的符号。 括号里的符号是电流本身的符号，反映真实方向和参考方向的关系，正的相同，负的相反。,二.基尔霍夫电压定律 - KVL,回路的电压方程，k表示支路,从A点出发，沿顺时针方向（也可相反），电压降取正，电压升取负。u2-u3+u4-u5+u1=0,这五个电压线性相关。如果只有一个未知电压，这
15、个电压可求出。,对于任一集总电路中的任一回路，在任一时刻，沿回路电压降的代数和等于零。, 此定律反映了能量守恒原理，单位正电荷从A点出发绕行一周回到A点得到或失去的能量之和为零。 KVL与元件性质无关，是对支路电压所加的约束。,V：,例 2 求图示电路中的U1、U2、U3,U1-6-2=0,U3-6-12=0,U2+U3-U1=0,U2= -U3+U1= -18+8 = -10 V,U1=6+2=8V,U3=6+12=18V,解题中需要注意的问题,两套符号： 一是参考极性与绕行方向的关系，若设电压降为正，则电压升取负，即括号前的符号。 二是数值本身的符号，即括号里的符号，反映参考极性与真实极性
16、的关系。,求出的值无论正负，都不要把参考极性改成真实极性。, 任两点间的电压与计算时所选择的路径无关。,1-4 电阻元件,一 电阻 R 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，则此二端元件称为电阻。单位：,请看右面图示电 阻的 iu 曲线,线性电阻： 线性时变 线性非时变（我们熟悉的电阻） 非线性电阻： 非线性时变 非线性非时变,二、 线性非时变电阻、欧姆定律,u、i 关联参考方向： u=Ri 欧姆定律,u、i 非关联参考方向： u= - Ri,设R=30，i=1A，u=Ri=30V,设R=30， i=-1A， u= -Ri= -30(-1)=30V,（1）,（2）,1、 线性非时变电阻：其伏安特性曲线是
