[工学]电路原理讲义4

《[工学]电路原理讲义4》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[工学]电路原理讲义4（95页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电路原理讲义（配套教材：燕庆明.电路分析教程）宋明礼内江师范学院物理与电子信息工程学院1第 1 章 导论1.1 电路理论发展简史电路分析（原理）是大学电类专业最重要的技术基础课。内容：P2P10 自学 （课件 1）1.2 电路.信号与系统1.2.1 电路 由电的器件相互连接构成的电流通路 集总参数电路与分布参数电路集总参数电路 : 如果实际电路的几何尺寸远小于其工作信号的波长时，认为电流传送到电路各处无时问延迟，这时整个电路看成电磁空间的一点。这种条件下的电路称为集总参数电路，否则为分布参数电路。分布参数电路：工作波长与电路的尺寸可以比拟时，电路上的电压或电流不但是时间的函数，而且还是位置的函

2、数。 线性电路与非线性电路所描述电路特征的所有方程是线性代数方程或线性微积分方程，则这类电路是线性电路，否则为非线性电路。一般由线性元件构成的电路是线性电路。 时不变电路与时变电路电路中的元件参数不随时间而变化则称为时不变电路，否则称为时变电路。1.2.2 信号信号是消息的表现形式，通常是时间的函数。根据信号波形表现形式可以分为周期信号、非周期信号、模拟信号、数字信号和随机信号等。本书只讨论电信号。图 113 为几种典型的信号。（P12）1.2.3 系统系统： 由若干个相互联系、相互作用的单元组成的具有一定功能的整体。作为电系统，是由若干功能不同的电路所组成。(图 114 所示收音机系统 P1

3、3)激励：电路的输入信号。响应：电路的输出信号。2第 2 章 基本概念2.1 电路及其物理量2.1.1 电路模型理想元件：具有单纯电性能的元件（电阻、电容、电感等）称为理想元件。电路模型：由理想元件的符号图形构成的电路。（图 2-1）理想元件又称作“集总参数元件”，由理想元件的符号图形构成的电路又称作集总电路模型。支路：每一个二端元件视为条支路。节点：支路的联接点。回路：多条支路构成的闭合路径。网孔：回路内部不含有支路的回路。电路的端口：电路的一对端钮，流入其中一个端钮的电流总是等于流出另一端钮的电流。2.1.2 电流与电压1. 电荷与电流电量：物体所带电荷多少，用 q 表示。单位：库仑。（c

4、）电流：单位时间内通过导体截面的电量，用 i 表示。单位：安培（A ） （库仑/秒）()dqit电流方向：正电荷运动的方向为电流正方向。交流与直流：电流大小与方向不随时间而变化为直流（DC）。否则为交流。（AC）电流参考方向：在电路分析时任意指定的电流方向。（用箭头表示）在分析计算时，若电流真实方向与参考方程一致，为正；否则为负。2. 能量、电压与磁通电压：单位正电荷从 a 点移动到 b 点所获得或失去的能量称为这两点间的电压，也为这两点间的电位差。单位；伏（V ）= 焦耳/ 库仑abdwutq电压方问：若 表示 a 点为高电位、b 点为低电位，正电荷从 a 点移到 b 点失去能量。高0ab电

5、位端用“+”号表示，低电位端用“ ”号表示。电位高低规定：假定一个参考点 n，并设为零电位， ， 。anbn根据电磁感应定律，导体两端点间电压为： 为导体穿过的磁通。dutt电压参考方向：在电路分析时任意指定的电流方向。电压电流关联参考方向：在分析电路时，电压参考方向与电流参考方向取为一致，即电流从电压的正端流向负端。32.1.3 功率与能量单位：瓦（W）= V.Adwuqdpt uitt关联方问下， ，元件或电路吸收功率； ，元件或电路发出功率。00p电路在 时间内吸收能量：0t:00ttwpduid有源元件与无源元件：元件从不向外提供能量，称为无源元件，即的元件。tui2.2 基尔霍夫定律

6、2.2.1 基尔霍夫电流定律（KCL）在集总参数电路中，任一时刻，流出（或流入）任一节点或封闭面的各支路电流代数和为零。即0it一般取电流流入为正，流出为负。（或相反）(P21 图 2-7 例) 用电荷守恒定律（电流连续性）可证 明。2.2.2 基尔霍夫电压定律在集总参数电路中，任一时刻，沿任一闭合回路所有元件电压降的代数和为零。即电压降与回路绕向一致为正，反之为负。0ut(P22 图 2-8 例) 由两点间电压只与两点间相对位置有关而与路径无关可证明。因此，任选一参考点 N，则有： ABNBu作业：P53 2-1；2-2 。附：电路端口的伏安关系电路（包括元件）其端口电压与电流的关系称作端口

7、伏安关系。（VCR）；端口伏安关系可用 u-i的关系式或 u-i 平面的曲线来描述。端口伏安关系在电路分析中极为重要，电路分析中列方程式的主要依据为基尔霍夫一、二定律及元件的 VCR。元件的定义，电路的等效及许多电路定理的分析证明都要用到端口伏安关系的概念。由于电路端口伏安关系由电路自身的元件与联接决定，与外电路无关，因此，在电路的相应端口外加电压源或电流源，根据电路计算或测量求得该端口电压 / 电流关系式或 u-i 曲线即求得该端口伏安关系。42.3 电阻元件2.3.1 电阻元件与欧姆定律电阻元件：一个二端元件，任一时刻其电压与电流关系为代数关系，即 ，则此二端元件ufi称为电阻元件。（P2

8、4）线性时不变电阻元件：伏安关系不随时间而改变且为线性关系的电阻元件。即u =Ri R 为常数。也就是端口伏安关系可用欧姆定理来描述。电阻单位：欧姆（） K M 见 P24电导：电阻的倒数；符号；G ； 单位，西门子（S）。1i可证明线性电阻元件为无源元件。（P25）符号与实际电阻器：P24，P25。色码电阻器的认识：P26，表 2-1 及图 2-12。开路与短路； 称为 A、B 两点间开路。,0ABABuRi任 意 值或称为 A、B 两点间短路。0,ABABi或 任 意 值2.3.2 电阻的串联与并联1. 电阻串联与分压由 KVL 及电阻 VCR：总电压 111nnnkkuiR总电阻（等效电

9、阻）： 1nki第 m 个电阻上的电压： 称作电阻串联分压公式。1mmnkRuiu2. 电阻并联与分流各电导端电压均为 u ，由 KCL 及电导 VCR：5总电流： 11nnkkkiuG总电导： 1nKki第 m 个电导上的电流：为电阻并联分流公式。1mnkGiui特别，对于两个电 R1 及 R2 并联，则：； ； 2121ii122Rii3. 例题P29 例 2-1； P30 例 2-2， 参考点：指定的零电位（压）点。例：双电源分压电路：由 KVL 及分压公式： ；1ACABRuuCABu而 ABCDuV所以： （左面回路）01ACCDV或： (右面回路)0CBDDu二端网络（单口网络）等

10、效：若一个单口网络端口伏安关系和另一个单口网络端口伏安关系完全相同，则这两个单口网络等效。（P31）输入电阻：无独立源单口电阻网络等效为一个电阻，称为该网络的输入电阻，记为 Rin；为关联方向下端口电压与电流的比值。（见 P29 例 2-1）作业：2-3；2-462.4 电源元件 2.4.1 电压源与电流源1. 电压源定义：端电压 恒定而与流过它的电流值无关的二端元件sut符号与伏安关系：伏安关系的表达式为： SuUi任 意 值电压源又称作理想电压源或恒压源。2. 电流源 电流保持恒定而与其端电压无关的二端元件。符号与伏安关系：伏安关系的表达式为： SiIu任 意 值理想电流源又称作恒流源3.

11、 例题例 2-3，P33 图 2-21；按关联参考方向， 发出功率； 消耗功率。116SpuiW215SpuiW例 2-4，P33 图 2-22。2.4.2 电源的等效1. 实际电压源实际电压源伏安特性为：7由伏安特性写出其表达式 ；由伏安关系式可得其等效电路。sSuRi为理想电压源 和一个电阻 相串联的形式，其中为 电源的电动势，等于电源的开路电压；SUS SU称作电源的内阻。SR2. 实际电流源 实际电流源伏安特性为：由伏安特性写出其表达式 由伏安关系式可得其等效电路。siGu为理想电流源和一个电导（电阻）相并的形式；其中 is 为电源的短路电流， Gs 称作电源的内电导。3. 实际电压源

12、与电流源的等效互换由 得 ， 可得图(a)的等效变换；suiRsu由 得 ， 可得图(b)的等效变换。sisi电压源串电阻与电流源并电阻之互换4. 例题：例 2-5，P35 ；P36 图 2-27。附：一些简单等效规律 若干个电压源相串，等效为一个电压源，其值为各个电压源的代数和。 若干个电流源相并，等效为一个电流源，其值为各个电流源的代数和。8注：不同的电压源不能相并，不同的电流源不能相串。电压源和电阻或电流源相并等效于该电压源。电流源与电压源或电阻相串，等效为该电流源。例：P56 题 2-15。 设 N 为参考点：6V 电源和 5电阻合并得（b），5V 电源和 6V 电源合并得图（c）。由

13、图（c），由于 A、B 开路，所以：A ， ，得 123i20iV ； V；所以：6ANU1BNUV5BB作业: 2-6；2-7；2-9；2-11；2-162.4.3 受控源1. 定义：在电路中，一个电压源或电流源的大小受其它支路上的电压或电流控制，这种电压源或电流源称作受控源。2. 分类：控制参数可为电压或电流，被控对象可以是电压源或电流源，因此，受控源可分为四种类型：电压控制电压源（VCVS）；电流控制电压源（CCVS ）；电压控制电流源（VCCS ）；电流控制电流源（CCCS）。3. 受控源电路分析：考虑到电压或电流控制关系后，受控源可按处理独立源的方法处理。例 1：P37 例 2-6，

14、图 2-29。例 2：P37 例 2-7，图 2-30。例 3：P37 例 2-8，图 2-31。例 4：P38 例 2-9，图 2-32。原电路可变为：9由等效图可得： 1iBEBuRiR由例 2-9 看出：电阻网络或受控源电阻网络可等效为一个电阻，该电阻称为该网络的输入电阻。作业：2-202.5 储能元件包括电容元件与电感元件2.5.1 电容元件1. 电容器的电容量 电容通过集聚的电荷形成的电压储存电场能量。qCu2. 电容元件定义一个二端元件，任一时刻 t，它的电荷 q(t)和它的端电压 u(t)之间的关系能用代数关系来描述的，那么这个二端元件称作电容元件。（P40）电荷 q 与电压 u

15、 成正比且不随时间而变化的电容元件称线性非时变电容元件。q(t)=C(t) C 为常数，称为电容元件电容量，单位:F(法拉)，常用单位还有 F、pF。 电容元件和电容量一般都简称作电容。电容元件符号：实际电容器：P41 图 2-34。3. 电容元件伏安关系由于 q(t)=Cu(t)在关联方向下 dqCuditt所以 即为关联方向下电容端口的 VCR。it直流状态下，u 为常数，所以 i=0 ，电容视为开路。4. 电容电压的连续性与记忆性。10由 得 Cduit00111t t tCtidididC00tu式中 为 时电容上的电压。0ut0t因此，关联方向下电容元件端口 VCR 也可写成： 001tCuttid表明电容上的电压与电容上电流的作用过程及初始值有关，即电容上的电压