電路分析基礎(chǔ)知識(shí)

1、1.3電路(dinl)模型共三十八頁(yè)共三十八頁(yè)1.3.1 電流和電壓的參考(cnko)方向 (reference direction) 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷(dinh)、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1. 電流的參考方向 (current reference direction)電流電流強(qiáng)度帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量共三十八頁(yè) 方向(fngxing)規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏?dinli)的實(shí)際方向 單位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導(dǎo)線)中電流流

2、動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能: 實(shí)際方向?qū)嶋H方向AABB問(wèn)題復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷共三十八頁(yè)參考(cnko)方向i 參考(cnko)方向大小方向(正負(fù)）電流(代數(shù)量)任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向即為電流的參考方向。ABi 參考方向i 參考方向i 0i 0參考方向U+實(shí)際方向+實(shí)際方向參考方向U+ 0U假設(shè)的電壓降低之方向共三十八頁(yè)電壓參考方向的三種(sn zhn)表示方式：(1) 用箭頭(jintu)表示(2) 用正負(fù)極性表示(3) 用雙下標(biāo)表示UU+ABUAB共三十八頁(yè)元件或支路(zh l)的u，i 采用相同的參考方向稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。反之，稱為非關(guān)

3、聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)(gunlin)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向3. 關(guān)聯(lián)參考方向i+-+-iUU共三十八頁(yè) 1.3.2 電阻(dinz)元件 (resistor)2. 線性定常電阻(dinz)元件 電路符號(hào)R對(duì)電流呈現(xiàn)阻力的元件。任何時(shí)刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。1. 定義共三十八頁(yè) ui 關(guān)系(gun x)R 稱為(chn wi)電阻，單位： (歐) (Ohm，歐姆)滿足歐姆定律 (Ohms Law)ui 單位G 稱為電導(dǎo)，單位： S(西門子) (Siemens，西門子) u、i 取關(guān)聯(lián)參考方向Rui+伏安特性為一條過(guò)原點(diǎn)的直線共三十八頁(yè)1.3.3 電容(dinrng)元件 (capacito

4、r)電容器_q+q在外電源(dinyun)作用下，兩極板上分別帶上等量異號(hào)電荷，撤去電源，板上電荷仍可長(zhǎng)久地集聚下去，是一種儲(chǔ)存電能的部件。電容元件儲(chǔ)存電能的元件。其特性可用uq 平面上的一條曲線來(lái)描述qu庫(kù)伏特性共三十八頁(yè)任何時(shí)刻，電容元件(yunjin)極板上的電荷q與電壓 u 成正比。q u 特性是過(guò)原點(diǎn)的直線 電路(dinl)符號(hào)2. 線性定常電容元件Cu+q-q C 稱為電容器的電容, 單位：F (法) (Farad，法拉), 常用F，p F等表示。quO 單位共三十八頁(yè) 線性電容的電壓、電流(dinli)關(guān)系Cuiu、i 取關(guān)聯(lián)(gunlin)參考方向電容元件VCR的微分關(guān)系表明：

5、 （1）i 的大小取決于 u 的變化率, 與 u 的大小無(wú)關(guān)， 電容是動(dòng)態(tài)元件；(2) 當(dāng) u 為常數(shù)(直流)時(shí)，i =0。電容相當(dāng)于開路，電容 有隔斷直流作用；實(shí)際電路中通過(guò)電容的電流 i為有限值，則電容電壓u 必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù).共三十八頁(yè)1.3.4 電感(din n)元件 (inductor)i (t)+-u (t)電感器把金屬導(dǎo)線繞在一骨架(gji)上構(gòu)成一實(shí)際電感器，當(dāng)電流通過(guò)線圈時(shí)，將產(chǎn)生磁通，是一種儲(chǔ)存磁能的部件（t)N (t)1。定義電感元件儲(chǔ)存磁能的元件。其特性可用i 平面上的一條曲線來(lái)描述i韋安特性共三十八頁(yè)任何時(shí)刻，通過(guò)電感元件的電流(dinli)i與其磁通鏈 成正比。

6、 i 特性是過(guò)原點(diǎn)的直線 電路(dinl)符號(hào)2. 線性定常電感元件L 稱為電感器的自感系數(shù), L的單位：H (亨) (Henry，亨利)，常用H，m H表示。iO+-u (t)iL 單位共三十八頁(yè) 線性電感的電壓、電流(dinli)關(guān)系u、i 取關(guān)聯(lián)(gunlin)參考方向電感元件VCR的微分關(guān)系表明：(1) 電感電壓u 的大小取決于i 的變化率, 與i 的大小無(wú)關(guān)，電感是動(dòng)態(tài)元件；(2) 當(dāng)i為常數(shù)(直流)時(shí)，u =0。電感相當(dāng)于短路；實(shí)際電路中電感的電壓 u為有限值，則電感電流i 不能躍變，必定是時(shí)間的連續(xù)函數(shù).+-u (t)iL根據(jù)電磁感應(yīng)定律與楞次定律共三十八頁(yè) 1.3.5 電源(d

7、inyun)元件 (independent source) 其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)(hnsh)，其值與流過(guò)它的電流 i 無(wú)關(guān)的元件叫理想電壓源。 電路符號(hào)1. 理想電壓源 定義i+_共三十八頁(yè) 電源兩端電壓由電源本身決定， 與外電路無(wú)關(guān)；與流經(jīng)它的電流(dinli)方 向、大小無(wú)關(guān)。 通過(guò)電壓源的電流由電源及外 電路(dinl)共同決定。 理想電壓源的電壓、電流關(guān)系ui伏安關(guān)系例Ri-+外電路電壓源不能短路！共三十八頁(yè)電壓(diny)源的功率 電壓、電流的參考方向(fngxing)通常取為非關(guān)聯(lián)+_iu+_電流（正電荷 ）由低電位向 高電位移動(dòng)，外力克服電場(chǎng)力作功電源發(fā)出功率。

8、發(fā)出功率，起電源作用物理意義：共三十八頁(yè) 實(shí)際(shj)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。usuiO 實(shí)際(shj)電壓源i+_u+_考慮內(nèi)阻伏安特性一個(gè)好的電壓源要求共三十八頁(yè) 其輸出電流(dinli)總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u 無(wú)關(guān)的元件叫理想電流源。 電路(dinl)符號(hào)2. 理想電流源 定義u+_(1) 電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無(wú)關(guān) 電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定 理想電流源的電壓、電流關(guān)系ui伏安關(guān)系共三十八頁(yè)例外電路電流(dinli)源不能開路！Ru-+實(shí)際(shj)電流源的產(chǎn)

9、生可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無(wú)關(guān)；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。共三十八頁(yè)電流(dinli)源的功率電流(dinli)源電壓、電流的參考方向?yàn)榉顷P(guān)聯(lián)發(fā)出功率，起電源作用u+_共三十八頁(yè) 實(shí)際電流源也不允許開路。因其內(nèi)阻(ni z)大，若開路，電壓很高，可能燒毀電源。isuiO 實(shí)際(shj)電流源考慮內(nèi)阻伏安特性一個(gè)好的電流源要求u+_i共三十八頁(yè)1.3.6 基爾霍夫定律(dngl) ( Kirchhoffs Laws )基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律 ( KCL )和基爾霍夫電壓(diny)定律( KVL )。它反映了電路中所有支路電壓和電流所

10、遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。共三十八頁(yè)1. 幾個(gè)(j )名詞電路中通過(guò)同一(tngy)電流的分支。(b)三條或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。( n )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路 (branch)電路中每一個(gè)兩端元件就叫一條支路i3i2i1(2) 結(jié)點(diǎn) (node)b=5共三十八頁(yè)由支路(zh l)組成的閉合路徑。( l )兩結(jié)點(diǎn)間的一條通路(tngl)。由支路構(gòu)成。對(duì)平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3) 路徑(path)(4) 回路(loop)(

11、5) 網(wǎng)孔(mesh)網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔共三十八頁(yè)2. 基爾霍夫電流(dinli)定律 (KCL)令流出為“+”，有：例 在集總參數(shù)電路中，任意(rny)時(shí)刻，對(duì)任意(rny)結(jié)點(diǎn)流出或流入該結(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。流進(jìn)的電流等于流出的電流共三十八頁(yè)1 3 2例三式相加得：表明KCL可推廣應(yīng)用于電路(dinl)中包圍多個(gè)結(jié)點(diǎn)的任一閉合面明確(mngqu)（1） KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任 意結(jié)點(diǎn)處的反映；（2） KCL是對(duì)支路電流加的約束，與支路上接的是 什么元件無(wú)關(guān)，與電路是線性還是非線性無(wú)關(guān)；（3）KCL方程是按電流參考方向列寫，與電流實(shí)際 方向無(wú)關(guān)。共三十八頁(yè)

12、（2）選定回路繞行(ro xn)方向， 順時(shí)針或逆時(shí)針.U1US1+U2+U3+U4+US4= 03. 基爾霍夫電壓(diny)定律 (KVL) 在集總參數(shù)電路中，任一時(shí)刻，沿任一閉合路徑繞行，各支路電壓的代數(shù)和等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4（1）標(biāo)定各元件電壓參考方向 U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4共三十八頁(yè)例KVL也適用于電路中任一假想(jixing)的回路aUsb_-+U2U1明確(mngqu)（1） KVL的實(shí)質(zhì)反映了電路遵 從能量守恒定律;（2） KVL是對(duì)回路電壓加的約束，

13、與回路各支路上接的是什么元件無(wú)關(guān)，與電路是線性還是非線性無(wú)關(guān)；（3）KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實(shí)際 方向無(wú)關(guān)。共三十八頁(yè)4. KCL、KVL小結(jié)(xioji)：(1) KCL是對(duì)支路電流的線性約束(yush)，KVL是對(duì)回路電壓的線性約束。(2) KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無(wú)關(guān)。(3) KCL表明在每一結(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的；KVL是能量守恒的具體體現(xiàn)(電壓與路徑無(wú)關(guān))。(4) KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。共三十八頁(yè)1。2。+-4V5Vi =?3.+-4V5V1A+-u =?4.33共三十八頁(yè)10V+-1A-10VI =?105.4V+-10AU =?26.+-3AI1I10V+-3I2U=?I =057.5-+2I2 I25+-共三十八頁(yè)10V+-3I2U=?I =057.5-+2I2 I25+-解共三十八頁(yè)內(nèi)容摘要1.3電路模型。電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。 用箭頭表示：箭頭的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较颉挝唬篤 (伏)、kV、mV、V。單位正電荷q 從電路中一點(diǎn)移至另一