《电路分析基础知识（2020年10月整理）.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路分析基础知识（2020年10月整理）.pptx（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电路分析的基础知识,【内容提要】 电路理论一门是研究由理想元件构成的电路模型分析方法的理 论。本章主要介绍：,第 1 页 共 17 页,1,1、电路的组成及电路分析的概念；,2、电路中常用的基本物理量；,3、电路的基本元件；,4、基尔霍夫定律；,5、简单电阻电路的分析方法,6、简单 RC 电路的过渡过程,本章重点：简单直流电路的分析方法。 第一节电路的组成及电路分析的概念 一、电路及其作用 1、电路：电路是为了某种需要，将各种电气元件和设备按一定的方式连接起来的电 流通路。 2、电路的作用：电路的基本功能可分为两大类： 是实现对信号的传递和处理。话筒放大器喇叭。 是实现能量的传输和转换。 发电
2、机升压变压器导线降压变压器用电设备。 3、电路的组成：显然，任何一个电路都离不开提供能量的电源（或信号源）、消耗 能量的负载（灯泡、喇叭）以及中间环节（连接二者之间的各种装置和线路）。电源、 中间环节和负载是构成电路的三个基本组成部分。 二、电路分析和设计 电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，求解电路待求电量的过程。 电路设计：在设定输入信号或功率的条件下，求解电路应有结构及参数的过程。 三、电路模型 1、电路元件电路元件：在一定的条件下，忽略某些实际电器器件的次要因数， 近似地将其理想化后所得到的只有单一电磁性能的元件-理想元件。 理想元件有：电阻元件 R 、电容元件C 、电感元件
3、L 、电源。 2、电路模型：电路是由具体的电子设备和电子器件联接组成的。为了便于分析， 通常将这些设备和器件理想化，并用规定的图形符号来表示这些元件，由此所得到 的能反映实际电路联接方式的图形符号（电路图）称为电路模型，简称电路。,开关,干 电 池,灯,RL,泡 US,s RS,图1.1 手电筒实际电路图1.2手电筒电路模型 电路模型是电路分析的基础。我们通过一个手电筒的实际电路来理解电路模型 的建立过程。 手电筒电路由电池、筒体、开关和灯泡组成； 将组成部件理想化：即将电池视为内阻为 RS ，电源电动势为U S ；忽略筒体 的电阻，筒体开关 S 视为理想开关；将小灯泡视为阻值为 RL 的负载
4、电阻； 筒体是电池、开关和灯泡的联接体，用规定的图形符号画出各理想部件的联 接关系； 在图中标出电源电动势、电压和电流的方向便得到手电筒电路模型如图1.2 。 四、电路的常用术语 支路：将两个或两个以上的二端元件（只有两个端钮的元件）依次连接称为串 联。 单个电路元件或若干个电路元件的串联构成电路的一个分支，一个分支上所 通过的电流大小是相等的。 电路中的每个分支都称作支路。如下图中ab 、ad 、aec 、 bc 、bd 、cd 都是支路，其中aec 是由三个元件串联构成的支路， abd 是由两个元件串联构成的支路，其余 4 个都是由单个元件构 成的支路。 节点：电路中3 条及以上条支路的连
5、接点称为节点。如上图中 a 、b 、c 、 d 都是节点。 回路：电路中的任一闭合路径称为回路。如上图中 abda 、 bcdb 、 abcda、aecda 、aecba 等都是回路。 网孔：回路内部不包含其它任何支路，这样的回路称为网孔。如上图中的回路 aecba 、 abda 、bcdb 都是网孔。因此，网孔一定是回路，但回路不一定是网孔。 第二节电路中的主要的物理量及参考方向 电路中的主要物理量：电流、电压和电功率。 一、电流及其参考方向 1、电流的大小 电流的定义：在单位时间内通过导体横截面的电荷量。衡量电流大小,dt,的物理量叫电流强度（简称电流），用符号i 表示。则： i dq,第
6、 2 页 共 17 页,2,式中， dq 为时间dt 内通过导线某一横截面的电荷量。 电流的基本单位是安培（简称安），用符号 A 表示。当电流很大或很 小时，常用单位为千安(KA) 或毫安(mA) 、微安(A) 来表示。它们之间的 换算关系为：1KA 1000 A ；1A 1000 mA ；1mA 1000A 2、电流的方向 电流是一个有大小和方向的基本物理量，当大小和 方向都不随时间变化的电流称为恒定电流，简称直流电流，用大写字母 I 表示，则： I Q t 3、电流的参考方向 在简单电路中，可以直接判断电流的方向，如图1.3 所示。但在如图1.4 所示的较为复杂的电路中，流过电阻 R5 上
7、电流的实际方向有时难以判定。 为了方便对电路进行分析和计算，有必要先假设一个电流流动的方向，这 个假设的方向叫电流的参考方向。,4、几点注意问题参考方向一但设定，不得随意更改。 电流是一个有大小和方向的基本物理量，只有在选定了参考方向 以后，讨论电流的正、负才具有实际意义。 电流的实际方向体现在计算结果中， 当电流的参考方向与实际方向相同时，电流为正值； 若电流的参考方向与实际方向相反，则电流为负值。 电流的参考方向一般有如图1.5 所示的几种表示方法。其中，I ab 表 示电流的参考方向是由a 点指向b 点。,测量电流时，必须将电流表串联在被测电路中。 二、电压的大小和极性,I,US,R,图
8、1.3 简单电路,US,I5R5,R4,R3,R1R2,图1.4 复杂电路,I,第 3 页 共 17 页,3,ab,IIab,(a),(b),(c),图1.5 电流参考方向的标注,1、电压电压又叫电位差，是衡量电场力做功能力大小的物理量。 其定义为：将单位正电荷q 从电路中的a 点移到b 点时，电场力所做的功 为wab ，则wab 与q 的比值就称为a ， b 两点之间的电压，用符号uab 表示，,dq,u,ab, dwab,式中， dwab 为电场力把正电荷dq 从电路中a 点移到b 点时所做的功。 并规定：电压的方向为电场力做功使正电荷移动的方向。 电压的基本单位是伏特（简称伏），用符号V
9、 表示。当电压很大或很 小时，常用单位为千伏(KV) 或毫伏(mV) 、微伏(V ) 来表示。它们之间 的换算关系为：1KV 1000V ；1V 1000 mV ；1mV 1000V : 2、电压的方向 大小和方向都不随时间变化的电压称为恒定电压，简,Q,ab, Wab,称直流电压，用大写字母U 表示，如a 、b 两点间的直流电压为：U 3、电压的参考方向,电压的方向与电流类似，也要预先设定参考方向。当电压的参考方向 与实际方向相同时，电压为正值，当电压的参考方向与实际方向相反时， 电压为负值。这样，电压的值就有正有负，其正负表示电压的实际方向与 参考方向之间的关系，因此，电压的正、负只有在选
10、定了参考方向以后才 具有实际意义。 电压参考方向的一般有如图1.6 所示的几种表示方法。其中，正极性 指向负极性的方向就是电压的参考方向； uab 则表示a 、b 两点间的电压 参考方向由a 指向b 。,U,a,b,UUab,(a)(b)(c),第 4 页 共 17 页,4,图1.6 电压参考方向的标注 4、几点注意问题 同电流 测量电压时，必须将电流表并联在被测电路中。 三、电位的概念 电压U ab 只能表明a 点和b 点之间的差值，不能表明a 点和b 点各自数 值的大小。在电路分析和实际工作中，经常要对某两点的电性能进行比较，,以确定电路的工作状况。比如，判断晶体三极管是处于放大、截止、还
11、是 饱和工作状态，就要用到电位的概念。通常的做法是，先选定电路中的某 个公共接点作为参考点，并规定该点的电位为0，然后再计算或测量出 电路中某点与参考点之间的电压，这个电压就称之为电位。在电路图或电 子仪器和设备中，0 电位点用符号来表示。 电位的基本单位与电压相同，也是伏特，电位的符号用字母加单下标 的方法来表示，如U a 、U b 则分别表示a 和b 点的电位。 电路中，任意两点之间的电位之差叫做电位差，用字母加双下标的方 法表示，如U ab Ua Ub 就表示a 点的电位和b 点的电位之间的差值。显 然，电路中任意两点之间的电位差就是该两点之间的电压。 那么电位和电压有什么区别呢？先来分
12、析下面这个例题。 例1.1 在图1.7 中，分别设a 、b 为参考点，求a 、b 、c 、d 各点电位。 解题思路：根据电位的概念，设a 点为参考点时，则有 Va 0V ， Vb Uba 10 6 60V ， Vc Uca 4 20 80V ， Vd Uda 5 6 30V,设b 点为参考点时，则有 Vb 0V ， Va Uab 10 6 60V ， Vc U cb E1 140V ， Vd Udb E2 90V 而两点间的电压则为 Uab 10 6 60V ， U ca 4 20 80V ， Uda 5 6 30V ， U cb E1 140V ，Udb E2 90V 由以上讨论可以得出电位
13、和电压的区别是： 电路中某一点的电位等于该点与参考点之间的电压；,4A,6A,+,140V,6,E2,90V,a,c d+ E1,b,6A,+,第 5 页 共 17 页,5,140V,6,E2,90V,a,c d+ E1,4Aa,（ a ）,图 1.7,各点电位值的大小是相对的，随参考点的改变而改变；而两点间的 电压值是绝对的。,有了电位的概念，图1.7(b) 可以简化成图1.8 形式的习惯画法。,四、关联参考方向 在进行电路分析时，我们既要对流过元件的电流选取参考方向，又要 对元件两端的电压选取参考方向，两者是相互独立的，可以任意选取。如 果电流的参考方向与电压的参考方向一致，则称之为关联参
14、考方向，如 图1.7(a) 所示；反之，则称之为非关联参考方向，如图1.7(b) 所示。,当选取电压、电流的方向为关联参考方向时，则在电路图上只需标出 电流或电压的参考方向即可，图1.8 所示的是两种等效的表示方法。 五、电功率、电能和额定值 1、电功率 如前所述，带电粒子在电场力的作用下作有规则的运动便 形成了电流。根据电压的定义，电场力所做的功为Wab QU ，单位时间 内电场力所做的功称为电功率，简称功率。它是描述传送电能速率的一个 物理量，用符号 P 表示，即： P Wab QU UI (1.3) tt 在式(1.3) 中，若电压的单位为伏特(V ) ，电流的单位为安培( A) ，则
15、功率的单位为瓦特(W ) ，简称为“瓦”。 用式(1.3) 计算电路的功率时，若电压、电流的参考方向相关联，则等 式的右边取正号，即 P UI ；否则取负号，即 P UI 。 当 P 0 时，表明该元件吸收（消耗）功率，是负载（或起负载作用）； 当 P 0 时，表明该元件发出（产生）功率，是电源（或起电源作用）。,cad,+ 140V20,5,+90V,6,b,c,+140V20,d,a,+90V,5,6,b,(a),图 1.8,(b),(a),(b),图1.10 关联参考方向的简单标注,u,a,b,i ba,(a),(b),图1.9 电压、电流参考方向,u,i,u,i,第 6 页 共 17 页,6,根据能量守恒的原则，在任何一个电路中，某些元件所产生的功率之 和必然等于该电路中其它元件所消耗的功率之和，即 P总产生 P总消耗 ，满足 功率平衡条件。 当已知元件的功率为 P 时，则在t 秒内消耗的电能为：W Pt (1.4) 2、电能 电能就等于电场力所做的功，单位是焦耳(J )。工程上，常 用千瓦小时(KW h) 作单位，俗称“度”。 例1.2在图1.11中，方框代表某一电路元件，其电压、电流的参考方向 如图中所示，求图中各元件的功率，并说明该元件是吸收还是发出功率？,解题思路：求解前，首先要看清电压和电流的参考方向是否相
