电路分析基础讲稿1.docx

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1、电路分析基础讲稿1 电路分析基础I讲稿 第一章 电路模型和电路定律 一、教学基本要求 电路理论主要探讨电路中发生的电磁现象，用电流、电压和功率等物理量来描述其中的过程。因为电路是由电路元件构成的，因而年整个电路的表现如何既要看元件的连接方式，又要看每个元件的特性，这就确定了电路中各电流、电压要受两种基本规律的约束，即： （1）电路元件性质的约束。也称电路元件的伏安关系（VCR），它仅与元件性质有关， 与元件在电路中连接方式无关。 （2）电路连接方式的约束。也称拓补约束，它仅与元件在电路中连接方式有关，与元件性质无关。 基尔霍夫电流定律（KCL）、电压定律（KVL）是概括这种约束关系的基本定律。

2、 本章学习的内容有：电路和电路模型，电流和电压的参考方向，电功率和能量，电路元件，电阻、电容、电感元件的数学模型及特性，电压源和电流源的概念及特点，受控源的概念及分类，结点、支路、回路的概念和基尔霍夫定律。 本章内容是全部章节的基础，学习时要深刻理解，娴熟驾驭。 预习学问： 1） 物理学中的电磁感应定律、楞次定律 2） 电容上的电压与电流、电荷与电场之间的关系 内容重点： 电流和电压的参考方向，电路元件特性和基尔霍夫定律是本章学习的重点。 难点： 1） 电压电流的实际方向和参考方向的联系和差别 2） 志向电路元件与实际电路器件的联系和差别 3） 独立电源与受控电源的联系和差别 二、教学内容 共

3、10节： 1.1 电路和电路模型 1.2 电流和电压的参考方向 1.3 电功率和能量 1.4 电路元件 1.5 电阻元件 1.6 电容元件 1.7 电感元件 信息基础科学系 电路分析基础I讲稿 1.8 电压源和电流源 1.9 受控电源 1.10 基尔霍夫定律 1.1 电路和电路模型 一、电路 电路是电流的通路。 实际电路是由电阻器、电容器、线圈、变压器、二极管、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路。 二、电路的作用 1、电能的传输和转换 2、传递和处理信号 3、测量、限制、计算等功能 三、电路的组成部分 1、电源： 信息基础科学系 电路分析基础I讲

4、稿 电能或电信号的发生器 用电设备 联接电源和负载的部分。 2、负载： 3、中间环节： 四、电路分析 1、激励： 电源或信号源的电压或电流。 2、响应： 由于激励在电路各部分产生的电压和电流。 3、激励称为输入，响应称为输出。 五、电路与电路模型 电路：实际电路 电路模型：模拟实际电路的志向电路 电路模型是实际电路的简化、模拟和近似(在肯定的假设条件下) 电路模型是由一些志向电路元件所组成的电路。 电路模型近似地描述实际电路的电气特性。依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。 信息基础科学系 电路分析基础I讲稿 1.2

5、 电流和电压的参考方向 一、问题的引入 考虑电路中每个电阻的电流方向 信息基础科学系 4 电路分析基础I讲稿 二、电流 1、实际方向： 正电荷运动的方向。 2、参考方向： 随意指定一个方向作为电流的方向。把电流看成代数量。若电流的参考方向与它的实际方向一样，则电流为正值； 若电流的参考方向与它的实际方向相反，则电流为负值。 3、电流参考方向的表示方法 箭头（常用） 双下标 三、电压 1、实际方向： 高电位指向低电位的方向。 2、参考方向： 随意选定一个方向作为电压的方向。当电压的参考方向和它的实际方向一样时，电压为正值；反之，当电压的参考方向和它的实际方向相反时，电压为负值。 3、电压参考方向

6、的表示方法： 四、关联参考方向 电流的参考方向与电压的参考方向一样，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向，否则为非关联参考方向。 信息基础科学系 5 电路分析基础I讲稿 (1) “实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时，随意假设的。 (2) 在以后的解题过程中，留意肯定要先假定“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”的物理量是无意义的。 五、电位 在电路中任选一点， 设其电位为零（用标记），此点称为参考点。其它各点对参考点的电压，便是该点的电位。记为：“VX”（留意：电位为单下标）。比参考点电位高为正，否则为负。 留意

7、：电位和电压的区分。 电位的特点：电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之变更； 电压的特点：电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变更。 1.3 电功率和能量 在电压和电流的关联参考方向下， 信息基础科学系 电路分析基础I讲稿 电功率可写成p(t) = u(t) i(t)，当p0时，元件汲取电能；p 在U、I 为关联参考方向时，若P = UI 0，“汲取功率” 若P = UI 依据能量守衡关系，对于同一电路 某一电路元件为电源或负载的判别 结论 在进行功率计算时，假如假设U、I为关联参考方向，当计算的P 0 时, 则说明U、I 的实际方向一样，此部分电路消耗电

8、功率，为负载。 当计算的P 课堂练习：习题11，12，13 习题1-1 1-1 说明图(a),(b)中：(1) u、i的参考方向是否关联？(2) ui乘积表示什么功率？ (3) 假如在图(a)中u0, i0, i0, 元件实际发出还是汲取功率? 信息基础科学系 7 电路分析基础I讲稿 习题1-1答案 答案分析： (1) 图(a)中的u、i为关联参考方向;图(b)中的u、i为非关联参考方向.(2) 图(a)中p=ui表示汲取功率;图(b)中p=ui表示发出功率.(3) 图(a)中p=ui0表示发出的正功率,实际发出功率. 习题1-2 1-2 若某元件端子上的电压和电流取关联参考方向，而u=170

9、cos（100t）V， i=7sin（100t）A。 求:（1）该元件汲取功率的最大值； （2）该元件发出功率的最大值。 习题1-2答案 答案分析： （1）p=ui=170cos（100t)7sin（100t)=1190 cos（100t) sin（100t)=595sin(200 t)； 该元件汲取的最大功率为595。 （2） 元件汲取的总功率=元件发出的总功率； 该元件发出的最大功率为595。 习题1-3 1-3 试校核图中电路所得解答是否满意功率平衡。（提示：求解电路以后，校核所得结果的方法之一是核对电路中全部元件的功率平衡，即元件发出的总功率应等于其他元件汲取的总功率）。 习题1-3答

10、案 信息基础科学系 电路分析基础I讲稿 答案分析： 元件A：u、i参考方向非关联； PA=ui=(5)60=300W0，发出。 元件B、C、D、E： u、i参考方向关联； PB=ui=160=60W 0，汲取； PC=ui=260=120W 0，汲取； PD=ui=240=80W 0，汲取； PE=ui=220=40W 0，汲取。 P总发出=300W ；P总汲取=60+120+80+40=300W 电路所得的解答满意功率平衡。 1.4 电路元件 一、集总电路 1、集总电路元件 在任何时刻，流入二端元件的一个端子的电流肯定等于从另一端子流出的电流，两个端子之间的电压为单值量。 当构成电路的器件以

11、及电路本身的尺寸远小于电路工作时的电磁波的波长，或者说电磁波通过电路的时间可认为是瞬时的，这种志向电路元件称为集总元件或集总参数元件。 2、集总电路 由集总元件构成的电路称为集总电路。 例如日光灯，50Hz工频状况下，C = f 电磁波长为6000公里，日光灯电路为集总电路，同样的波长对于远距离传输线来说，就是非集总电路。 再例如收音机，收听北京音乐台FM97.4MHz，取近似值100MHz，电磁波波长=? =3米,电路为非集总路。 二、电路元件的分类 1、按与外部连接的端子数目 二端元件,三端元件,四端元件 2、有源元件,无源元件 3、线性元件,非线性元件 4、时变元件,时不变元件 线性时不

12、变集总参数元件 1.5 电阻元件 信息基础科学系 9 电路分析基础I讲稿 一、欧姆定律 流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。 依据欧姆定律，电阻两端的电压和电流之间的关系可写成： 二、电导 1、定义: G=1/R 2、单位: S（西门子） 电阻的单位为(欧姆)， 计量高电阻时，则以k 和M 为单位。 三、电阻元件的伏安特性 以电压和电流为坐标，画出电压和电流的关系曲线。 四、电阻元件汲取的电功率 任何时刻线性电阻元件吸取的电功率 p=ui=i2R=Gu2 建议在今后计算中运用 p=i2R 五.电阻的开路与短路 信息基础科学系 u=iR10 电路分析基础I讲稿 六、非时变电阻 假如电阻的伏安特

13、性不随时间变更，则称为非时变电阻；否则称为时变电阻。 在电子设备中运用的碳膜电位器、实心电位器和线绕电位器是一种三端电阻器件，它有一个滑动接触端和两个固定端图(a)。在直流和低频工作时，电位器可用两个可变电阻串联来模拟图(b)。电位器的滑动端和任一固定端间的电阻值，可以从零到标称值间连续改变，可作为可变电阻器运用。 1.6 电容元件 一、电容的定义 二、电容的特性方程 三、电容元件的特性方程的积分式 信息基础科学系 11 电路分析基础I讲稿 四、电容元件储存的能量 电容元件在任何时刻t 所储存的电场能量 电容的特点: (1) i 的大小取决于 u 的改变率,与 u 的大小无关,电压有改变才有电

14、流,电容是动态元件； (2)当 u 为常数(直流)时, i =0.电容相当于开路,电容有隔断直流作用; (3)当 u、i为非关联方向时,上述微分和积分表达式前要冠以负号; (4)u(t0)称为电容电压的初始值,它反映电容初始时刻的储能状况,也称为初始状态.电容有记忆功能,电压不能突变,但电流可以突变,电容储存的能量也不能突变.(5)当电容充电，u0，du/dt0，则i0，p0，电容储存能量.当电容放电，u0，du/dt 1.7 电感元件 一、线圈的磁通和磁通链 假如u的参考方向与电流i 的参考方向一样 线性电感元件的自感磁通链与元件中电流有以下关系 二、电感元件的特性方程 信息基础科学系 12

15、 电路分析基础I讲稿 三、电感元件特性方程的积分形式 四、电感元件储存的磁场能量 1.8 电压源和电流源 一、电压源 1、特点 （1）电压u(t)的函数是固定的，不会因它所联接的外电路的不同而变更。（2）电流则随与它联接的外电路的不同而不同。 2、图形符号 3、电压源的不同状态 4、特别状况 uS = 0 信息基础科学系 电路分析基础I讲稿 电压为零的电压源相当于短路，电压源不允许短路！ 电池容量的含义： 600mAh表示假如通过电池的电流是600mA的时候，电池能工作1小时；当然假如通过电池的电流是100mA的时候，电池可以工作6小时。 常用的干电池和可充电电池 试验室运用的直流稳压电源 二

16、、电流源 1、特点 （1）电流i(t)的函数是固定的，不会因它所联接的外电路的不同而变更。（2）电压则随与它所联接的外电路的不同而不同。 2、图形符号 3、电流源的不同状态 信息基础科学系 电路分析基础I讲稿 4、特别状况 iS = 0 电流为零的电流源相当于开路，电流源一般不允许开路。 恒流源两端电压由外电路确定 例 设: IS=1 A，则：R=10 时，U =1 V，R=1 时，U =10 V 恒流源特性小结 恒流源特性中不变的是Is，恒流源特性中改变的是Uab，外电路的变更会引起Uab 的改变。Uab的改变可能是大小的改变，或者是方向的改变。 信息基础科学系 15 电路分析基础I讲稿 课

17、堂练习：习题1-4，1-5，1-10，1-12a 作业：习题1-9 习题1-4 1-4 在指定的电压u 和电流i 参考方向下，写出各元件u 和i 的约束方程（元件的组成关系）。 信息基础科学系 16 电路分析基础I讲稿 习题1-4答案 在给定的u,i的参考方向下，电阻、电感、电容元件的u和i的关系分别为： 习题1-5 1-5 图（a）电容中电流i的波形图（b）所示，现已知uC(0)=0。试求t=1s，t=2s和t=4s时电容电压uC 。 习题1-5答案 信息基础科学系 17 电路分析基础I讲稿 习题1-10 1-10 电路如图所示,设us(t)=Umcos(t), is (t)=Ie- at

18、,试求uL(t)和ic2(t) 习题1-12a 1-12 试求图中电路中每个元件的功率。 信息基础科学系 18 电路分析基础I讲稿 1.9 受控电源 一、电源的分类 二、以晶体管为例 三、受控源的类型 、电压限制电压源(VCVS) 2、电压限制电流源(VCCS) 3、电流限制电压源(CCVS) 信息基础科学系 电路分析基础I讲稿 4、电流限制电流源（CCCS） 1.10 基尔霍夫定律 用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。 名词注释: 结点(node)：三个或三个以上支路的联结点 支路(branch)：电路中每一个分支 回路(loop)：电路

19、中任一闭合路径 二、基尔霍夫电流定律（KCL） 1、内容： 在集总电路中，任何时刻，对任一结点，全部与之相连支路电流的代数和恒等于零。 2、公式： i =0 信息基础科学系 电路分析基础I讲稿 3、说明： 规定流出结点的电流前面取“+”号，流入结点的电流前面取“-”号。 电流是流出结点还是流入结点按电流的参考方一直推断。 4、推广形式 KCL对包围几个结点的闭合面也适用。 信息基础科学系 21 电路分析基础I讲稿 三、基尔霍夫电压定律（KVL） 1、内容： 在集总电路中，任何时刻，沿任一回路，回路中各段电压的代数和恒等于零。 2、公式： 0 = u 3、说明： 先随意指定一个回路的绕行方向，凡

20、支路电压的参考方向与回路的绕行方向一样者，该电压前面取“+”号，支路电压的参考方向与回路的绕行方向相反者，该电压前面取“-”号。 信息基础科学系 22 电路分析基础I讲稿 4、推广形式： 可应用于回路的部分电路。 四、基尔霍夫定律的性质 KCL规定了电路中任一结点处电流必需听从的约束关系，KVL则规定了电路中任一回路内电压必需听从的约束关系。这两个定律仅与元件的相互联接有关，而与元件的性质无关。 信息基础科学系 23 电路分析基础I讲稿 课堂练习：习题 1-12b,1-14,1-22 作业：习题1-15,1-16,1-20 习题1-12 1-12 试求图中电路中每个元件的功率。 习题1-12答

21、案 习题1-14 1-14电路如图所示，试求(1)电流i1和uab图(a)；(2)电压ucb图(b)。信息基础科学系 24 电路分析基础I讲稿 习题1-14答案 习题1-22 1-22 试求图示电路中限制量u1及u。 信息基础科学系 25 电路分析基础讲稿1 电路分析基础试题 电路分析基础典型例题 第1章电路分析基础习题解答 电路分析基础复习题 电路分析基础习题五及答案 电路分析基础谐波分析法 编写电路分析基础课程教材的体会 电路分析基础 本科课程教学大纲 电路分析基础课程探讨型教学 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第21页 共21页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页第 21 页 共 21 页