電路竇新第一章完整版

1、 電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 課程建設(shè)網(wǎng)課程建設(shè)網(wǎng) http:/ suanji/cn/workroom/dianlu/ 教學(xué)資源教學(xué)資源 實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué) 網(wǎng)上答疑網(wǎng)上答疑 重點(diǎn)、難點(diǎn)分析重點(diǎn)、難點(diǎn)分析 作業(yè)答案作業(yè)答案 (circuit model and circuit laws) 1.1 1.1 電路和電路模型電路和電路模型 一一 . 電路：電路： 各種電器元件各種電器元件(電源電源. .開關(guān)開關(guān). .負(fù)載等負(fù)載等)，按一定的方式，按一定的方式 連接起來(lái)，所構(gòu)成的電流通路。連接起來(lái)，所構(gòu)成的電流通路。 1.電路的功能：電路的功能： 傳送傳送 處理及放大信號(hào)；處理及放大信號(hào)； 測(cè)量及提供電能

2、等。測(cè)量及提供電能等。 存貯信息存貯信息 數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)； 電力系統(tǒng) 音響 電 池 開關(guān) 燈 泡 白 象 白 象 實(shí)際模型實(shí)際模型 RS S E 電路模型電路模型 RL 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、 磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們 主要關(guān)心的是電流、電壓和功率。主要關(guān)心的是電流、電壓和功率。 一一 . . 電流電流 1.1.電流產(chǎn)生的必要條件電流產(chǎn)生的必要條件 電路必須是閉合路徑。電路必須是閉合路徑。 2.2.電流的大小及方向電流的大小及方向 (1) (1) 電流大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電量

3、為電流強(qiáng)度，電流大小：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體截面的電量為電流強(qiáng)度， 簡(jiǎn)稱電流。簡(jiǎn)稱電流。i(t)=dq/dti(t)=dq/dt RS S E RL (2) (2) 電流方向：正電荷移動(dòng)的方向。電流方向：正電荷移動(dòng)的方向。 (3) (3) 電流的單位電流的單位 : : 安培安培(A) 1A=1000mA 1mA=1000uA (A) 1A=1000mA 1mA=1000uA 0 一 致 0 一致一致 0 0 0 吸收功率 產(chǎn)生功率 = + - US R + - UR I 1A 10 10V 電壓源 Ps =- -USI=- -101=- -10W（產(chǎn)生）（產(chǎn)生） 電阻元件PR=URI =101=1

4、0W : 在同一個(gè)電路中吸收的功 率和產(chǎn)生的功率總是平衡的。 -3A 2 V + - 3 A 2 V + - 求各元件的功率。 解: 解: IUP )3(2 W6 W6 32 IUP （吸收）（吸收） 電路元件是電路的最基本單元電路元件是電路的最基本單元 1. 二端元件、二端元件、 三端元件、三端元件、四端元件四端元件 無(wú)源元件無(wú)源元件2. 有源元件、有源元件、 4. 時(shí)不變?cè)?、時(shí)不變?cè)?3. 線性元件、線性元件、 非線性元件非線性元件 時(shí)變?cè)r(shí)變?cè)?集總參數(shù)元件：集總參數(shù)元件： 器件的尺寸遠(yuǎn)小于工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)器件的尺寸遠(yuǎn)小于工作頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)= 光速光速/頻率頻率 甚高頻：

5、甚高頻：300MHZ : = 1m 例：光速例：光速=299792458米米/秒秒 u i 0 電阻元件 一.定義： 在電壓和電流取關(guān)聯(lián)參考方向下，在任一時(shí)刻它的 電壓和電流關(guān)系服從歐姆定律，則此二端元件為線性電阻。 伏安特性 i uR + - RT碳膜電阻 RJ金屬膜電阻色碼電阻 RX線繞電阻 開關(guān)電 位器 普通電 位器 同軸雙聯(lián) 電位器 開關(guān)雙聯(lián) 電位器 微調(diào)電 位器 色 別 黑棕紅橙黃綠藍(lán)紫灰白金銀本 色 數(shù) 字0123456789IIIIII 誤 差5 10 20 6 7 1 23 4 有效數(shù)值 00的個(gè)數(shù)的個(gè)數(shù) 誤差等級(jí)誤差等級(jí) 5 0 80 0 = 6.8K 5 % 10 % 1.

6、耗能的無(wú)源元件 2.無(wú)記憶元件 3.電阻的單位是歐姆（） I U+ - R 1k =1000 ；1M =1000k U=RI 關(guān)聯(lián) 4.電導(dǎo)：G=1/R，單位 (S)， U=I/G 三三. .線性電阻的兩種特殊情況線性電阻的兩種特殊情況 1.開路： 2.短路： i u 0 i u 0 不論 i多大、 u都為零 不論 u多大、 i都為零 PR=UI 五五. .電阻電阻額定值額定值 （工作時(shí)不能超過(guò)的值）（工作時(shí)不能超過(guò)的值） 已知已知: R=100 , P=1w 求：額定值求：額定值U 、 I。 解：解：由由(1) 式式: U=IR=0.1100=10V 單位： W V A RI R U mAA

7、 R P I1001 . 0 100 1 =I2R =U2/R (1) 四四. .電阻功率電阻功率 一一. . 理想電壓源理想電壓源 一個(gè)元件在其兩端總能保持一定的電壓而不論流過(guò)一個(gè)元件在其兩端總能保持一定的電壓而不論流過(guò) 的電流為多少。的電流為多少。(理想理想)電壓源電壓源 1.它的端電壓是定值它的端電壓是定值Us或是一定的時(shí)間函數(shù)或是一定的時(shí)間函數(shù)us(t), 與流過(guò)的電流無(wú)關(guān)。與流過(guò)的電流無(wú)關(guān)。 l性質(zhì)性質(zhì) l 定義：定義： 2. 電壓源的電壓是由它本身確定，流過(guò)它的電流是電壓源的電壓是由它本身確定，流過(guò)它的電流是 任意的。任意的。 (電壓與電流之間的關(guān)系) 0 i u us l 符號(hào)：

8、符號(hào)： US 直流電源 + - US 老式符號(hào) US 一般電源 + - R u i S )( Ri0 )( 0 Ri電壓源不能短路！電壓源不能短路！ R i - + S u l電壓源的功率電壓源的功率 iuP S 電壓、電流是非關(guān)聯(lián)參考方向電壓、電流是非關(guān)聯(lián)參考方向 + _ i u + _ S u 電流（正電荷電流（正電荷 ）由低電位向高）由低電位向高 電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作功電源電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作功電源 發(fā)出功率。發(fā)出功率。 發(fā)出功率，起電源作用發(fā)出功率，起電源作用 計(jì)算各元件的功率。計(jì)算各元件的功率。 i 5R + _ +_ R u + _ 10V5V 解解:VuR5510 )

9、( A R u i R 1 5 5 iuP SV 10 WRiP R 515 2 WiuP SV 515 5 吸收吸收 滿足滿足：P（產(chǎn)）（產(chǎn)）P（吸）（吸） 產(chǎn)生產(chǎn)生 吸收吸收 W10110 S u S R i + _ u + _ 考慮內(nèi)阻考慮內(nèi)阻 伏安特性伏安特性: iRuu SS us u i O 0 S R 一個(gè)好的電壓源要求一個(gè)好的電壓源要求: 實(shí)際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，實(shí)際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小， 若短路，電流很大，可能燒毀電源。若短路，電流很大，可能燒毀電源。 一個(gè)元件不論其端電壓是多少，其輸出電流總能保一個(gè)元件不論其端電壓是多少，其輸出電流總能保 持定值。持定

10、值。(理想理想) 電流源電流源 l 定義：定義： 1.它發(fā)出的電流是定值它發(fā)出的電流是定值 IS , 或是一定的時(shí)間函數(shù)或是一定的時(shí)間函數(shù)IS(t) , 與兩端的電壓無(wú)關(guān)。與兩端的電壓無(wú)關(guān)。 l性質(zhì)：性質(zhì)： 2. 電流源的電流是由它本身確定，它的端電壓是任意電流源的電流是由它本身確定，它的端電壓是任意 的的,由外電路決定。由外電路決定。 l符號(hào)：符號(hào)： IS 老式符號(hào) IS 新式符號(hào) 時(shí)，當(dāng)0R 0 i u is R u - + S i 0u 時(shí)，當(dāng)R電流源不能開路！電流源不能開路！ S Riu u 計(jì)算各元件的功率。計(jì)算各元件的功率。 解解:AiiS2 Vu5 WuiP SA 1052 2

11、WiuP SV 1025 5 產(chǎn)生產(chǎn)生10W 產(chǎn)生產(chǎn)生-10W 滿足滿足：P（產(chǎn)）（產(chǎn)）P（吸）（吸） 5V + _ u + _ 2A i u + _ S i S R i 考慮內(nèi)阻考慮內(nèi)阻 伏安特性伏安特性: S S R u ii 實(shí)際電流源也不允許開路，因內(nèi)阻大。實(shí)際電流源也不允許開路，因內(nèi)阻大。 一個(gè)好的電流源要求一個(gè)好的電流源要求 S R is i u O 若開路，電壓很高，可能燒毀電源。若開路，電壓很高，可能燒毀電源。 電電 源源 獨(dú)立電源獨(dú)立電源 + - Vs Is 非獨(dú)立電源非獨(dú)立電源 受控源受控源 它的電壓或電流受其他它的電壓或電流受其他 支路的電壓或電流來(lái)控支路的電壓或電流來(lái)控

12、 制制 + - + - u 1 u1 電壓控制電壓源 VCVS i1 + - i1 r r 電流控制電壓源 CCVS 根據(jù)控制量和被控制量是電壓根據(jù)控制量和被控制量是電壓u u 或電流或電流i i ，受控源，受控源 可分四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓源表可分四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓源表 示；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。示；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。 : 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù) r : 轉(zhuǎn)移電阻轉(zhuǎn)移電阻 CCCS i1 i1 電流控制電流源 + - u1 u1 g 電壓控制電流源 VCCS g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo)轉(zhuǎn)移電導(dǎo) : : 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)

13、 1.1.受控源是雙口元件，由控制支路、受控支路組成。受控源是雙口元件，由控制支路、受控支路組成。 2.2.受控源不能獨(dú)立存在，若控制量為零，輸出也為零。受控源不能獨(dú)立存在，若控制量為零，輸出也為零。 3.3.控制量改變方向時(shí)，受控源輸出也改變方向?？刂屏扛淖兎较驎r(shí)，受控源輸出也改變方向。 4.4.受控源的功率由受控支路計(jì)算。受控源的功率由受控支路計(jì)算。 P=IP=I2 2. . U U2 2 求：電壓求：電壓u2。 。 解解:Ai2 3 6 1 112 35iiu + _ u2 u1 6V i1 5i1 +- 3 + - 610 V4 一一. .名詞介紹名詞介紹 支路支路 : : 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)

14、: : 回路回路 : : 網(wǎng)孔網(wǎng)孔 : : 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) : : 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)1 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)2 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)3 6個(gè)回路個(gè)回路 a b c d 23 4 5 1 a b c d a b c d 12 6 4 5 12 3 3 3個(gè)網(wǎng)個(gè)網(wǎng) 孔孔 13 4 5 2 1 .1 .定義：定義： 對(duì)于任一對(duì)于任一集總集總電路中的任一節(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻，流電路中的任一節(jié)點(diǎn)，在任一時(shí)刻，流 出出 （或流入）該節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和為零。（或流入）該節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和為零。 或 ： ii 進(jìn) = 出 K k k i 1 (t) =0 i i1 1i i2 2i i3 3+ = i i1 1i i2 2i i3 3

15、+ _ = 0 i3 i2 i1 列列KCL方程時(shí)應(yīng)注意：方程時(shí)應(yīng)注意： 1.先標(biāo)出所有電流的參考方向；先標(biāo)出所有電流的參考方向； 2.若取流入的電流為正，則流出的電流為負(fù)；若取流入的電流為正，則流出的電流為負(fù)； 若取流入的電流為負(fù)，則流出的電流為正；若取流入的電流為負(fù)，則流出的電流為正； 3.定律與元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)。定律與元件的性質(zhì)無(wú)關(guān)。 例例 節(jié)點(diǎn) b: 節(jié)點(diǎn)a: b I1 + - a + - Us1 Us2 I2 I3 a I1 + I2 - I3 = 0 I3 - I2 - I1 = 0 a 求I4 =? aI1=5A I4=?I3=-3A I2=2A 解：根據(jù)KCL定律： I1-I2-

16、I3+I4= 0 I4=I2+I3-I1 1A 2A I 求I=? I = - 1A I + 2 - 1= 0 解：根據(jù)KCL定律： =2+(-3) - 5 = - 6A 1.1.定義：定義：對(duì)于任一電路中的任一回路，在任一時(shí)刻，對(duì)于任一電路中的任一回路，在任一時(shí)刻， 沿著該回路的所有支路電壓降的代數(shù)和為零。沿著該回路的所有支路電壓降的代數(shù)和為零。 a b + - 0 1 K k k u 或：或： 電壓升電壓降 電 壓 降 電 壓 升 0 21 11 K k K k 電壓升電壓降 - + + - u1 u2 - + u4 - + u3 + U5 - - + U2 - - U5 + U3 - -

17、 + U4 - - + U1 - - + U6 - 3 2 2 - -7 3 求U5的值。 解：先畫繞行方向 電壓升 電壓降 電壓降 電壓降 電壓升 電壓升 -U1+U2-U6-U5+U4+U3= 0 根據(jù)KVL： 電壓降電壓升 或：U2+U3+U4 +U6+U5 = U1 - -（2） +（3） +（3） +（- -7） - - U5- -（2） = 0 U5 = - - 5V + U2 - + U3 - + U4 - + U1 - + U6 - 3V 2V 2V - - 7V 3V + U5 - a b - - 5V 求a、b兩點(diǎn)間的電壓。 解解:(1)沿上邊路徑 電壓升 電壓升 電壓升

18、電壓降 電壓降 電壓降 -U1+U2 U6+U5- -U4- -U3 Uab= = -（2）+（3）= 1V Uab= = (2) + (-5) - (-7) - (3) = 1V 電壓和路徑無(wú)關(guān)電壓和路徑無(wú)關(guān) (2)沿下邊路徑 求(1)電流 I ; (2)電壓Uab。 I R1 0.2 R2 0.1 Us2 + - Us1 - + R4 1.4 R3 2.3 - + - + + - U1 + - U2 U4U3 12v 6 v a b 解：解：(1) 由KVL: -Us1+Us2+U1+U4+U3+U2= 0 電壓升電壓降電壓降 電壓降 電壓降電壓降 U1+ U2 + U3 + U4 = U

19、S1-US2 I (R1+R2+R3+R4)= US1-US2A RRRR UU I SS 5 . 1 4321 21 (2) 右邊路經(jīng)：Uab= US2 + U2 + U3 左邊路經(jīng)：Uab= - U1 + US1 - U4 左 右 電壓和路徑無(wú)關(guān)電壓和路徑無(wú)關(guān) = 9.6V = 9.6V 12v 8v a b 8v 2 2 1 1 2 2 4 cd I 求求I=? 、Uab=? 、Ucd=? 電壓升 電壓降 = 解：(1). 由KVL: S URI即： (10)I=12-8; 10I= 4; I= 0.4A (2). Uab下 =2I+8+1I+2I (3). Ucd= uab+ubd U

20、ab上= -2I+12- 1I-2I =5I+ 8 =5(0.4)+8=10 V =12- 5(0.4)=10V =12-5I =10 +(-8) = 2V (1) KCL(1) KCL是對(duì)支路電流的線性約束，是對(duì)支路電流的線性約束，KVLKVL是對(duì)是對(duì)回回路電路電 壓的線性約束。壓的線性約束。 (2) KCL(2) KCL、KVLKVL僅僅與與元件的連接有關(guān)元件的連接有關(guān), ,與與組成支路的元組成支路的元 件性質(zhì)及參數(shù)無(wú)關(guān)。件性質(zhì)及參數(shù)無(wú)關(guān)。 (3) KCL(3) KCL、KVLKVL只適用于集總參數(shù)的電路。只適用于集總參數(shù)的電路。 1. I = 0 ？ UA =UB ? 2. A B + _ 1 1 1 1 1 1 3 + _ 2 i1 i1=i2 ?3. i2 i1 A B +