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1、主讲教师：杨龙麟 办公室：信科大楼 S226 Tel : 13637734057 Email : ,电路分析基础,(Basis of circuit analysis),- 电路基础教学部-,一、电路分析基础（第三版） 李翰荪 编 高等教育出版社 1993年,四、电路与信号分析基础 汪载生 编 人民邮电出版社 1991年,参考书目,三、电路分析基础北邮电工教研室编 人民邮电出版社 1984年,五、电路原理 江泽佳 主编 高等教育出版社 1985年,六、电路（第四版） 邱关源 主编 高等教育出版社 1999年,二、电路分析基础 周 围主编 人民邮电出版社 2003年,一、学习本课程的意义,三、本
2、课程特点及学习方法,前 言,二、目的和任务,四、要求,电路分析不是一门纯死记（与英语不同）的课程，它注 重理论分析。前后联系紧密，实践性强，应有8-16学时的 实验。 2003年重庆市首批29个精品课程中，电路分析是其中 的一门课程。 电路分析的主要任务是依据电气装置和电子设备中所产 生的电磁现象和电磁过程来分析电路中的电量，电压以及它 们之间的关系，研究电路定律、定理，电路的分析方法。 电路分析的理论基础体现了两种约束关系：一是元件的 约束关系（伏安关系）：二是拓扑约束关系（基尔霍夫定律）,在人类发展历史中，现代信息技术的进步，是从电的应用开始起步、电子技术的出现奠定基础、半导体集成电路技术
3、和现代计算机技术的应用迅猛加速而形成今天这种蓬勃兴旺的局面。,1838 莫尔斯电报 1876 电话 1887 赫芝无线电波试验 1897 马可尼跨海无线 电通信试验成功 1904 真空管 1918 超外差接收机 1920 调幅广播 1925 电视,1934 雷达 1945 数字计算机 1946 晶体管 人造卫星 1958 集成电路 1961 程控交换机 1972 SPICE 1979 蜂窝电话 1985 IP网络,电子技术发展的几个主要趋势：,1969年： Moore定律 半导体工艺提高：从10m 1 m 0.1 m 集成度的提高，在电子技术领域引发了巨大的变化： 小规模 中规模大规模（LSI
4、）超大规模（VLSI） 电子设备从电路板 二次集成 片上系统（SOC） 系统设计从器件级门级 标准单元级 可重用模块,（1）分立元件 集成电路 （2）模拟电路（信号） 数字化 （3）固定功能 可编程,电阻器,电容器,线圈,电池,运算放大器,晶体管,低频信号发生器的内部结构,1. 电压、电流的参考方向,3. 基尔霍夫定律, 重点：,第一章 电路元件和电路定律,(circuit elements),(circuit laws),2. 电路元件特性,1.1 电路和电路模型,1.2 电压和电流的参考方向,1.3 电路元件的功率,1.4 电阻元件,1.5 电源元件,1.7 受控电源,1.6 基尔霍夫定律
5、,1.1 电路和电路模型（model),一、 电路：,电路组成： 1、从能量传输角度看分为： 电源(source)：提供能量或信号.,负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或对 信号进行处理.,导线(line)、开关（switch)等：将电源与负载接成通路.,是由各种电的器件（如电阻器、电容器、电感器、晶体管、电源、开关等）按照一定的方式组合起来构成的电的通路。如：日光灯电路。,2、 从信号处理角度看分为：,响应信号 （输出信号）,激励信号 （输入信号）,电路 （网络）,由已知激励和给定电路求响应的过程就是电路分析的过程。 可以用这样的文字来描述：电路是电信号的载体和处理器；电信号通过
6、电路实现消息的传输，两者共同作用，通信得以实现。电路与电信号两者密不可分。,二、电路模型 (circuit model),1. 理想电路元件：根据实际电路元件所具备的电磁性质所设想的具有某种单一电磁性质的元件，其u，i关系可用简单的数学式子严格表示。,几种基本的理想电路元件：,电阻元件：表示消耗电能的元件,电感元件：表示各种电感线圈产生磁场，储存磁场能的作用,电容元件：表示各种电容器产生电场，储存电场能的作用,电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件,2. 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
7、成的。,例：手电筒电路如图，是最常见的电路,电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。现在以线圈为例加以说明。,实际线圈的几种电路模型 (a)线圈的图形符号 (b)线圈通过低频交流的模型 (c)线圈通过高频交流的模型,三. 集总参数元件与集总参数电路,集总参数元件：每一个元件只表示一种电磁现象，且可以用数学方法精确定义。,集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。,一个实际电路要能用集总参数电路近似，要满足如下条件：即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。,已知电磁波的传播速度与光速相同，即,
8、v=3105 km/s (千米/秒),(1) 若电路的工作频率为f=50 Hz，则 周期 T = 1/f = 1/50 = 0.02 s 波长 = 3105 0.02=6000 km,一般电路尺寸远小于 。,(2) 若电路的工作频率为 f=50 MHz，则 周期 T = 1/f = 0.02106 s = 0.02 s 波长 = 3105 0.02106 = 6 m,此时一般电路尺寸均与 可比，所以电路不能视为集总参数电路，此时应视为分布参数电路。,1.2 电压和电流的参考方向 (reference direction),一、电路中的主要物理量 主要有电压、电流、电荷、磁链等。在线性电路分析中
9、常用电流、电压、电位等。,1. 电流 (current)：带电质点的定向运动形成电流。,电流的大小用电流强度表示：单位时间内通过导体截 面的电量。,单位：A (安) (Ampere，安培),当数值过大或过小时，常用十进制的倍数表示。,SI制中，一些常用的十进制倍数的表示法：,符号 T G M k c m n p 中文 太 吉 兆 千 厘 毫 微 纳 皮 数量 1012 109 106 103 102 103 106 109 1012,电流方向：规定为正电荷沿导体移动的方向（与电子的运动方向相反）,直流（ Direct Current) : 大小和方向都不随时间改变的恒定电流。简记DC。 符号:
10、 I (大写字母）,交流（ Alternating Current) : 大小或方向随时间改变的电流。简记AC。符号: i (小写字母）,电压的由来： 电荷在电路中流动的过程中，一些电荷可 能获得能量，比如从电源处获得化学能 、机械能等转换过 来的电能；而另一些电荷却可能失去能量，比如在电阻上 转变成热能并散热消耗掉，在电感（电容）上转变成磁场 （电场）能量并存储起来等等。其结果就是导致电荷在电 路的不同位置所具有的能量不同。为了研究问题方便起见 引出“电压”这一物理量。,2. 电压 (voltage)：电场中某两点A、B间的电压(降)UAB 等于将单位正电荷从A点移至B点时电场力所做的功,或
11、者称为在此过程中该电荷获得或失去的电能，即,单位：V (伏) (Volt，伏特),当把点电荷q由B移至A时，需外力克服电场力做同样的功WAB=WBA，此时可等效视为电场力做了负功WAB，则B到A的电压为,3. 电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。,参考点的电位一般选为零，所以，参考点也称为零电 位点。,电位单位与电压相同，也是V(伏)。,a,b,c,d,设c点为电位参考点，则 Uc=0,Ua=Uac， Ub=Ubc， Ud=Udc,两点间电压与电位的关系：,仍设c点为电位参考点， Uc=0,Uac = Ua ， Udc = Ud,Uad=
12、 Uac Udc= UaUd,前例,结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。,电压降与电位升,电压的正方向: 规定电压降的方向为电压的正方向,例 .,1.5 V,1.5 V,已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V,(1) 以a点为参考点，Ua=0,Uab= UaUb Ub = Ua Uab= 1.5 V,Ubc= UbUc Uc = Ub Ubc= 1.51.5= 3 V,Uac= UaUc = 0 (3)=3 V,(2) 以b点为参考点，Ub=0,Uab= UaUb Ua = Ub +Uab= 1.5 V,Ubc= UbUc Uc = Ub Ubc= 1.5 V,Uac=
13、UaUc = 1.5 (1.5) = 3 V,结论：电路中电位参考点可任意选择；当改变电位参考点时，电路中各点电位均改变，但任意两点间的电压保持不变。,4. *电动势(eletromotive force)：在电源内部，局外力（非电场力）克服电场力把单位正电荷从负极移到正极所作的功称为电源的电动势。,单位也是 V (伏),根据能量守恒：UAB = eBA。 电压表示电位降，电动势表示电位升，即从A到B的电压， 数值上等于从B到A的电动势。,二、电压、电流的参考方向 (reference direction),不正确,1. 电流的实际方向与参考方向,元件(导线)中电流流动的实际方向有两种可能:,
14、实际方向,实际方向,参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。,i 参考方向,大小,方向,电流(代数量),电流参考方向的两种表示：, 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。, 用双下标表示：如 iAB , 电流的参考方向由A指向B。,i 参考方向,i 参考方向,i 0,i 0,实际方向,实际方向,电流的参考方向与实际方向的关系：,为什么要引入参考方向 ？,(b) 实际电路中有些电流是交变的，无法标出实际方向。标出参考方向，再加上与之配合的表达式，才能表示出电流的大小和实际方向。,(a) 有些复杂电路的某些支路事先无法确定实际方向。为分析方便，只能先任意标一方向（参考方向），根据计算结果，
15、才能确定电流的实际方向。,例：用磁电式电流表测电路ab两端的电流，在 时， 表头读数是1A，当 时表头读 数为+1A，试写出电流 i(t) 的数学表 达式，并画出波形图。,解：（1）选定参考方向由a到b，当电流 i (t) 由正向负流动时，指针正偏，电流 i (t)由a到b为正； 当电流 i (t) 由负向正流动时，指针反偏，电流 i (t)由a到b为负。,故有：,（2）选定参考方向由b到a，当电流 i (t) 由正向负流动时，指针反偏，电流 i (t)由b到a为正；当电流 i (t) 由负向正流动时，指针正偏，电流 i (t)由b到a为负。,故有：,由此可见：参考方向选定不同，结果截然相反。,2. 电压(降)的实际方向与参考方向,+,+,U, 0, 0,U,实际方向,实际方向,电压参考方向的三种表示方式：,(1) 用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向,(2) 用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压 (降低)的参考方向,(3) 用双下标表示：如 UAB , 由A指向B的方向为电压 (降)的参考方向,U,U,+,A,B,UAB,小结：,(1) 电压和电流的参考方向是任意假定的。分析
