电路概念与分析方法

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1、1电工电子技术第1 章 电路概念与分析方法2主要内容 电路：组成-3部分；作用-2个 电路模型-实际电路、理想电路 元件及其分类-无源元件、有源元件；实际元件和理想元件 电量-电路的主要物理量，5个 分析方法：化简-变换-分析 化简方法 1，电压源与电流源及其等效变换 2，串联、并联化简-理想电源的串并联化简 电压源与电流源等效变换 欧姆定律-适用于线性电阻 基尔霍夫定律 KCL、KVL-普适 支路电流法-普适 叠加原理-适用于线性电路 戴维南定理、诺顿定理-有源二端网络的变换 节点电压法3电路 circuit :电流的通路,是为了某种需要由某些电工设备或元 件按一定方式组合起来的.一.电路的

2、3个组成部分 电源 source :将非电能转换成电能的装置(电池,发电机)中间环节:把电源与负载连接起来的部分(连接导线,开关)负载load :将电能转换成非电能的用电设备(电灯,电炉,电动机)二、电路的2个主要作用1.电能electric energy传输和转换（例如：电网，地铁，高铁）2.信号的传递和处理（例如：音响系统，地铁，高铁）1.1 电路circuit与电路模型circuit model1.1.1 电路的组成与作用Ex: 一个轨道交通系统由车辆、信号和供电三大系统构成 41.电能electric energy传输和转换（例如：电网）发电机升压变压器降压变压器电灯电炉热能,水能,核

3、 能转电能传输分配电能电能转换为光能, 热能和机械能(电源)(中间环节)(负载)电路的2个主要作用2.信号的传递和处理（例如：音响系统）放大器话筒扬声器将语音转换为电信号(信号源)信号转换和放大,信号处理(中间环节)接受转换信号的设备(负载)5实际电路理想化电路模型RU例 如理想化开关和 导线理想化灯泡1.1.2 电路模型 circuit model 元件E+_R0+_UI开关实际手电筒手电筒电路模型理想化电池电池开关灯 泡如何理想化？实际元件理想化理想化的电路元件 元件电阻、电感、电容元件 有源 元件无源 元件电压源、电流源 线性元件：理想元件：实际元件：非线性元件：电 路 元 件电路 元件

4、电路 元件6理想无源元件： 电阻resistance : 表征电路中电能消耗的理想元件。 电容capacitance :表征电路中电场能储存的理想元件。 电感inductance : 表征电路中磁场能储存的理想元件。 导线： 理想有源元件： 理想电压源 :为电路提供恒定不变的电压。 (恒压源） 理想电流源 :为电路提供恒定不变的电流。 (恒流源）常用理想元件恒压源恒流源7电路分析-能否正确分析电路是课程学习的最重要检验标准。已知：如图电路，。 求：解：电路分析激励excitation:电源与信号源的电压与电流。 响应response ：由于激励在电路中产生的电压与电流。 电路分析：在已知电路结

5、构与元件参数情况下，讨论激励与响应之 间的关系。 电路分析： 根据电路的组成结构（元件）和性质，以及待求的电量； 采用合适的电路分析方法，列出方程，求出待求的电量； 确定电路的功能。RUE+_R0+_UI开关闭合手电筒电路模型8电路分析的一般步骤1 观察电路（电路元件及连接方式）。 2 确定待求电量，规定其参考方向。 3 若有必要化简，将电路化简。（化简方法） 4 确定用哪种分析方法，列方程求解（定律、分析法。使用的是 参考方向） 5 分析所求得的结果根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。注意： 分析过程中，作图也是在解题

6、。能用图用图，能用符号公 式用符号公式，最后才是文字笔记RUE+ _ R0+_UI开关闭合手电筒电路模型已知：如图电路，E , R0。 求：R 上的电流和电压。 解：解题步骤如下，91.2 电压和电流的参考方向7个基本物理量：U(u)，I(i)，E(e)，V(v)，P(p)，功A，电能W(w) 问题： 大小？ 方向？ 正负？各个电量遵循什么规律？ 关键：参考方向和实际方向。电量单位实际方向参考方向(人为规定) 表示方法电流 IA正电荷移动方向电动 势 EV电源驱动正电荷的方向电压 UV电位降落的方向高电位 低电位低电位 高电位abIab+-UabUabU+-EabEabEIII正值负值10电压

7、和电流关联参考方向U I关联正方向， U与I参考方向一致。 非关联正方向，U与I参考方向相反。是根据基本定律及分析方法列写电路方程首先要考虑的问题。 以欧姆定律为例U=IRU IU= IR电路分析中的参考方向 问题的提出：难于判断元件中电量的实际方向，如何求解？解决方法 (1) 解题前，先设定参考方向，并依 据参考方向以及电路的定律、定 理，列出方程，求解。(2)参考方向和实际方向的关系？得到结果后，根据计算结果确定。 若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致； 若计算结果为负， 则实际方向与假设方向相反。RUE+ _R0+_UI开关闭合手电筒电路模型-11已知：E=2V, R=1求： 当U（

8、即Uab）分别为 3V 和 1V 时，IR=?E RabUIRUR解： (1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；(2) 列电路方程：-例题(3) 数值计算（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）12(4) 为了避免列方程时出错，习惯上把 I 与 U 的方向按相同方向 假设(关联正方向）。(1) 方程式U/I=R 仅适用于假设正方向一致的情况。(2) “实际方向”是物理中规定的，而“假设 正方向”则是人们在 进行电路分析计算时,任意假设的。 (3) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向” (即在图中 表明物理量的参考方向)，然后再列方程 计算。缺少“参考方向 ”的物理量是无

9、意义的. 强调IRURab假设: 与 的方向一致，则例IRURab假设: 与 的方向相反，则13指定电路中某一点为参考点,设其电位为零,其他各点可用数值表示 高低 。比参考电位高的为正,比它低的为负。正数值愈大则电位愈 高。参考点不同电位不同。两点之间电压差即两点之间的电位差，针对某一点的电位，必 须寻求某一参考点。原则上参考点的选取是任意的。4. 电位electric potential 电路中的参考点电压与电位的关系146AacE1=140V4A5206bdE290V10AVa=Uab=60V Vc=Ucb=140V Vd=Udb=90V结论：（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位

10、为零） 之间的电压。（参考点通常用“接地”符号表示，但该点没有和大地相连。）（2）参考点选得不同，电路中各点的电位值随着改变，但 是任意两点间的电位差是不变的。各点电位的高低是相对的，而两点间电位的差值是绝对的。注：电路中电位的计算b为参考点如果选其他点为参考点呢？151.10 电路中的电位计算 电位和电压的关系 参考点的选取 简化电路的阅读理解 ex: P43165. 功率power与电能 功率的概念：描述电路中任意两点间能量转换速率。 电功率：P（） 单位：瓦 千瓦 功：A=Uq=UIt 电能：W=Pt 单位：焦尔 千瓦小时 遵循规律：电路的功率平衡 电路的能量守恒设：U 、I参考方向如图

11、所示，则这部分电路消耗的功率为:aI？ Ub如果U I方向不一致 如何计算？任意两点P=UI W功率有无正负？17P=+UI，U与I参考方向一致U与I参考方向相反P=-UI，计算（列写方程时）分析（分析计算结果时） 为+，元件消耗功率（负载） 为 -，元件产生功率（电源）笔记功率的计算和分析aI？ Ub？任意 两点任意两点： 可以是单一无源元件、单一有 源元件、或一个复杂二端电路 只要设出其端电压和端电流参 考方向，就可以计算其功率。此为 电源与负载的判别方法 例 子UIU=10V I= 1A电路U=-10V I= 1AIU电路IUU=10V I= -1A电路U=-10V I=-1AIU电路1

12、8电路分析的一般步骤1 观察电路（电路元件及连接方式）。 2 确定待求电量，规定其参考方向。 3 若有必要化简，将电路化简。（化简方法）4 确定用哪种分析方法，列方程求解（定律、分析法。 使用的是参考方向，一套正负号）5 分析所求得的结果（另一套正负号）根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。笔记191.3 无源电路元件 R、C 、L电阻是耗能元件，其上电 流随电压比例变化，不存 在过渡过程。因为能量的存储和释放需 要一个过程，所以有电容 的电路存在过渡过程。因为能量的存储和释放需 要一个过程，所以有电感 的电路存在过渡过程

13、。EKR+ _Cuit = 0ER+_iK uKRE+ _t=0iueLL20R、C 、L的处理方法笔记R、C 、L暂态和稳态下的处理、在直流电路和交流电路下的处理 都不同！稳态时 R=R ,u=Ri C看作开路 i=0 L看作短路u=0以直流电路为例：暂态时：211.4 有源电路元件 独立电源：电压源、电流源 实际电源：实际电压源、实际电流源 理想电源：理想电压源、理想电流源 电源等效变换-仅仅适用于实际电压源和实际电流源之间的等 效变换；理想电压源和理想电流源之间不存在等效变换 受控电源：受控电压源、受控电流源22伏安特性电压源模型IU E UIRO + -E1.4.1.1 电压源volt

14、age source一、实际电压源Ro越小 特性越平二、理想电压源 （恒压源）: RO= 0 时的电压源.U=定值I+ -EU、I关系IU EI和E、R0 、 U有关I由外电路决定23ISROabUabIIsUabIRO1.4.1.2 电流源current source 一、实际电流源电流源模型U、I关系伏安特性RO越大 特性越陡二、理想电流源 （恒流源): RO= 时的电流源。ISabUabIIUabISUab由外电路决定Uab和Is、R0 、 I有关24设: E=10VIE+ _abUab2R1 当R1 R2 同时接入时： I=10AR22例当R1接入时 ： I=5A则：恒流源的端电压，其

15、大小和方向都可随外电路的变化而变化。 IUIsR设: IS=1 AR=10 时， U =10 V。R=1 时， U =1 V。则:恒压源中的电流，其大小和方向都可随外电路的变化而变化。恒压源中的电流、恒流源的端电压？ 恒压源恒压不恒流、恒流源恒流不恒压 25电压源中的电流 如何决定？电流 源两端的电压等 于多少？IE R_+abUab=?Is原则：Is不能变，E 不能变。电压源中的电流 I= IS恒流源两端的电压例题26对外的电压电流相等 I = I Uab = UabIRO +-EbaUabISabUabIRO1.4.2 两种实际电源之间的等效互换等效变换 对外电路等效对外电路(a、b右边电路）等效。 对内电路(a、b左边电路，即电源本身）不等效。实际电压源实际电流源只有对电源以外的电路进行分析时，才可以进行等效变换。可以从电流、电压、 功率等角度分析。27(1) “等效”：对外等效（等效互换前后对外伏-安特性一致）。 ，对内不等效。IsaRObUabI RLaE+ -bIUabRO RLRO中不消耗能量RO中则消耗能量对内不等效对外等效注意时例如：等效变换的注意事项28(2) 注意转换前后 E 与 Is 的方向。+ -aEbIRO IsaRO bI+-aEbIRO IsaRO bI(3) 恒压源和恒流源不能等效互换。abIUab IsaE+-bI（不