電路分析課件11

§1-1電路及集總電路模型實際電路:由電阻、電容、線圈、變壓器、晶體管、運算放大器、傳輸線、電池、發(fā)電機(jī)和信號發(fā)生器等電氣器件和設(shè)備連接而成的電路。電阻器電容器線圈電池運算放大器晶體管§1-1電路及集總電路模型實際電路:由電阻、電容、線圈低頻信號發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變壓器電容器電阻器低頻信號發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變壓器電容器電阻器

在自然辯證法中，模型是與原型相對應(yīng)的，是原型（實際存在的客體）的替代物。以研究模型來揭示客體的特征、本質(zhì)和形態(tài)是普遍適用的科學(xué)方法。模型是替代物而不是等效物，等效在電路理論中另有定義（第四章）。在自然辯證法中，模型是與原型相對應(yīng)的，是原型（實際存在的實際電路：由實際電路元件、電子器件，通過導(dǎo)線連接而成。電路模型：由理想化電路元件通過理想化導(dǎo)線連接而成。一、電路模型實際電路：由實際電路元件、電子器件，通過導(dǎo)線二、集總假設(shè)在對一類實際電路研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)——電路中器件進(jìn)行理想化抽象，忽略器件的次要性質(zhì)，突出表征其在電路中的主要性能，可以簡化電路研究，推動工程制造。問題提出：這類電路的特點：電路的尺寸遠(yuǎn)小于電路最高頻率所對應(yīng)的波長λ。對外能量損失很小，電路工作時基本滿足能量守恒、電荷守恒、磁鏈?zhǔn)睾恪?/p>

問題分析：問題解決：根據(jù)上述條件定義幾種“集總參數(shù)元件”——理想化電路元件二、集總假設(shè)在對一類實際電路研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)——電路中器件集總參數(shù)元件實際上就是理想化了的元件，

如：電阻——只消耗電能，參數(shù)用R表示，

電容——只存儲電場能量，參數(shù)用C表示；

電感——只存儲磁場能量，參數(shù)用L表示；

電壓源和電流源——只釋放電能。

導(dǎo)線——沒有電阻集總參數(shù)元件例如：理想化抽象化理想化、抽象化就是模型化的過程。理想電阻元件(模型)R集總參數(shù)元件實際上就是理想化了的元件，

如：電阻——只消

對實驗室電路、家用電器等，其尺度遠(yuǎn)小于50HZ對應(yīng)的波λ

，可作為集總電路處理.因在電磁場中，它只是空間的一點，電磁波傳播時間可忽略不計；如遠(yuǎn)距離傳輸線，應(yīng)作為分布參數(shù)電路處理。我國市電頻率：50Hz什么樣的電路滿足“集總假設(shè)”

根據(jù)實際電路的幾何尺寸(d)與其工作信號波長(λ)的關(guān)系，可以將它們分為兩大類：(1)集總參數(shù)電路：滿足d<<λ條件的電路。(2)分布參數(shù)電路：不滿足d<<λ條件的電路。說明：本書只討論集總參數(shù)電路,今后簡稱為電路。對實驗室電路、家用電器等，其尺度遠(yuǎn)小于50HZ對應(yīng)的波λ電路分析在工程應(yīng)用中的作用實際電路電路模型計算分析電器行為建模過程電路分析電路分析在工程應(yīng)用中的作用實際電路電路模型計算分析電器行為建圖1－1手電筒電路常用電路圖來表示電路模型(a)實際電路(b)電氣圖(c)電路模型(d)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖1－1手電筒電路常用電路圖來表示電路模型(a)實際電圖1-2晶體管放大電路(a)實際電路(b)電路原理圖(c)電路模型(d)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖1-2晶體管放大電路(a)實際電路(b)電路原理圖(c)不同的實際電路部件，只要具有相同的主要電磁性能，在一定條件下可用同一個模型表示。同一電路部件在不同的應(yīng)用條件下，它的模型也可以有不同的形式。圖1-3線圈的幾種電路模型(a)直流模型(b)線圈通過低頻交流的模型(c)線圈通過高頻交流的模型(建模問題不是本課重點)不同的實際電路部件，只要具有相同的主要電磁性能，在一定條件下分類三、電路的分類與定義線性與非線性電路:根據(jù)組成電路的元件是否包含非線性元件來確定。集總參數(shù)與分布參數(shù)電路:根據(jù)電路幾何尺寸與工作頻率對應(yīng)的波長的關(guān)系來確定無源與有源電路:根據(jù)電路是否含有源元件來確定。時變與非時變電路:

根據(jù)組成電路的元件參數(shù)是否隨時間變化來確定。本課重點分析集總、線性、非時變、無源或有源電路。分三、電路的分類與定義線性與非線性電路:集總參數(shù)與分布參數(shù)電§1-2電路變量電流(current)電壓(voltage)功率(power)基本變量復(fù)合變量電荷電流電壓功率能量電路變量：與電路有關(guān)的參數(shù)?！?-2電路變量電流(current)基本變量復(fù)合變量電電流數(shù)學(xué)關(guān)系：

i(t)安培(A)一、電流變量定義符號：單位：電荷q(t)庫侖(C)電流數(shù)學(xué)關(guān)系：i(t)安培(A)一、電流變量定義符號：電流方向：正電荷移動的方向。直流電流(恒定電流——DC）：大小、方向不隨時間改變而改變。交流電流(AC）：電流的大小、方向隨時間做周期變化。參考方向(referencedirection)用箭頭→表示電流的“假定流動方向”。i1-3A電流分類電流方向：正電荷移動的方向。直流電流(恒定電流——DC）：數(shù)學(xué)關(guān)系：二、電壓變量定義

u(t)伏特(V)符號：單位：數(shù)學(xué)關(guān)系：二、電壓變量定義u(t)伏特(V)符號：單位電壓極性：正電荷由a轉(zhuǎn)移到b獲得能量，則a點為低電位，即負(fù)極；b點為高電位，即正極。大小、極性不隨時間改變而改變。直流電壓（DU）——時變電壓——大小、極性隨時間改變而改變。一般用U表示。也叫恒定電壓。一般用u(t)表示。u+-abUab參考極性：用正負(fù)號+-或下標(biāo)表示電壓的“假定高低”。交流電壓（AU）——大小、極性變化為周期性的時變電壓。abUab=2V電壓極性：正電荷由a轉(zhuǎn)移到b獲得能量，則a點為低電位，即負(fù)極I1

(3A)U(4V)+-abUab(4V)

變量數(shù)值為正實際方向與參考方向一致

變量數(shù)值為負(fù)實際方向與參考方向相反。I1(-3A)-U(-4V)+abUab(-4V)

由“參考方向”與“變量數(shù)值的正負(fù)”共同確定。實際方向的判定I1(3A)U(4V)+-abUab(4V)變量指出實際電壓，電流的方向？解:對U1：a高，b低U2：

c高，a低U3：

c高，b低I1：由b→aI2：由a→cI3：由b→c例1-1指出實際電壓，電流的方向？解:對U1：a高，b低U2：關(guān)聯(lián)(associated)參考方向定義：對任何兩端元件，若電流參考方向與電壓參考極性的電壓降方向一致即為關(guān)聯(lián)參考方向，否則為非關(guān)聯(lián)參考方向。

+－iu關(guān)聯(lián)參考方向時：u=Ri+－iu非關(guān)聯(lián)參考方向時：u=－Ri關(guān)聯(lián)(associated)參考方向定義：對任何兩端元件，若I=-2A+5V-是關(guān)聯(lián)參考方向不是關(guān)聯(lián)參考方向I=2A-5V+例1-2I=-2A+5V-功率(power)數(shù)學(xué)關(guān)系：三、功率變量定義W(t)p(t)符號：焦耳(J)瓦特(W)單位：u與i為關(guān)聯(lián)參考方向

能量(energy)功率(power)數(shù)學(xué)關(guān)系：三、功率變量定義W(t)功率的方向：能量傳輸?shù)姆较騣+uab－關(guān)聯(lián)參考方向時：P吸=u·iP＞0，實際功率方向——吸收功率P＜0，實際功率方向——產(chǎn)生功率非關(guān)聯(lián)參考方向時：P吸=－u·ii+uab－實際的功率方向判斷：功率的方向：能量傳輸?shù)姆较騣+uab－關(guān)聯(lián)參考方向時：P求實際功率方向？P吸=4×1=4WP吸=-(4×2)=－8W(實際吸收4W)(實際產(chǎn)生8W)例1-3求實際功率方向？P吸=4×1=4WP吸=-(4×2)=－8求電流I3？解：例1-4求電流I3？解：例1-4國際標(biāo)準(zhǔn)單位詞冠基本單位國際標(biāo)準(zhǔn)單位詞冠基本單位§1-3基爾霍夫定律(Kirchhoff’sLaw)支路（branch):

每個二端元件視為一條支路。（但為了分析需要，也可把電路中能通過同一電流的每個分支叫支路。）支路電壓、支路電流節(jié)點（node）兩條或兩條以上支路的連接點叫節(jié)點。回路(loop)電路中任何一個閉合的路徑稱為回路。網(wǎng)孔(mesh)回路內(nèi)部不另含支路的回路?！?-3基爾霍夫定律(Kirchhoff’sLaw)支路定義：在任意時刻，集總電路中任一節(jié)點相連的各支路電流的代數(shù)和為零。即規(guī)定：流出的電流若取正號，流入的電流則取負(fù)號。反之也成立?；鶢柣舴螂娏鞫傻牧硪环N形式：一、基爾霍夫電流定律(KCL)(1)基爾霍夫電流定律與元件性質(zhì)無關(guān);(2)基爾霍夫電流定律規(guī)定了電路中與某一節(jié)點連接的各支路電流的約束關(guān)系線性相關(guān)。定義：在任意時刻，集總電路中任一節(jié)點相連的各支路電流的代數(shù)和如圖所示電路，已知i1=4A，i2=7A，i4=10A，i5=-2A，求：電流i3、i6。例1-5如圖所示電路，已知i1=4A，i2=7A，i4=10A，i5定義:在任意時刻,集總電路中任一閉合回路，沿著該回路各支路電壓降的代數(shù)和為零.即：規(guī)定：環(huán)繞路徑方向與參考電壓降方向一致取正號，否則取負(fù)號

基爾霍夫電壓定律的另一種形式：二、基爾霍夫電壓定律(KVL)例1-9(1)基爾霍夫電壓定律與元件性質(zhì)無關(guān);(2)基爾霍夫電壓定律規(guī)定了電路中環(huán)繞某一閉合回路各支路電壓的約束關(guān)系——線性相關(guān).定義:在任意時刻,集總電路中任一閉合回路，沿著該回路各支路電(1)求圖中回路1、3、6、4的KVL方程。

(2)求節(jié)點①到節(jié)點⑤的電壓。

(3)求u2的電壓。u2①②③⑤④123456++++++2V6V24V20V12V解：(1)回路1、3、6、4的KVL方程為u1－u3+u6－u4=02－6+24－20=0(2)u15=

u1－u3=2－6=﹣4V(3)回路2、5、6、3的KVL方程為u2+

u5－u6＋u3=0∴u2=u6－

u5－u3=24-12-6=6V例1-6(1)求圖中回路1、3、6、4的KVL方程。

(2)求節(jié)點①

(1)KVL適用于任何集總參數(shù)電路.

(2)運用KVL時，常與兩類正、負(fù)號打交道.電壓值本身的正負(fù)電壓參考方向相對環(huán)繞方向的正負(fù)(3)任意兩點間的電壓與計算時所選擇的路徑無關(guān)。應(yīng)用關(guān)注(1)KVL適用于任何集總參數(shù)電路今天所做的事，勿候明天，自己所做的事，勿候別人?！璧陆裉焖龅氖?，——歌德牢固掌握集總參數(shù)元件、電路模型、參考方向、關(guān)聯(lián)參考方向等概念。深刻理解電壓、電流、功率等物理量的意義以及各個量之間的關(guān)系。熟練應(yīng)用基爾霍夫定律。樹立用電路基本定律分析電路的觀念。學(xué)習(xí)要點重點內(nèi)容參考方向、關(guān)聯(lián)參考方向的概念?；鶢柣舴蚨伞；疽笞鳂I(yè)習(xí)題(52)1-3（3、5、6）、1-7牢固掌握集總參數(shù)元件、電路模型、參考方向、關(guān)聯(lián)參考方向等概念§1-1電路及集總電路模型實際電路:由電阻、電容、線圈、變壓器、晶體管、運算放大器、傳輸線、電池、發(fā)電機(jī)和信號發(fā)生器等電氣器件和設(shè)備連接而成的電路。電阻器電容器線圈電池運算放大器晶體管§1-1電路及集總電路模型實際電路:由電阻、電容、線圈低頻信號發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變壓器電容器電阻器低頻信號發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變壓器電容器電阻器

在自然辯證法中，模型是與原型相對應(yīng)的，是原型（實際存在的客體）的替代物。以研究模型來揭示客體的特征、本質(zhì)和形態(tài)是普遍適用的科學(xué)方法。模型是替代物而不是等效物，等效在電路理論中另有定義（第四章）。在自然辯證法中，模型是與原型相對應(yīng)的，是原型（實際存在的實際電路：由實際電路元件、電子器件，通過導(dǎo)線連接而成。電路模型：由理想化電路元件通過理想化導(dǎo)線連接而成。一、電路模型實際電路：由實際電路元件、電子器件，通過導(dǎo)線二、集總假設(shè)在對一類實際電路研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)——電路中器件進(jìn)行理想化抽象，忽略器件的次要性質(zhì)，突出表征其在電路中的主要性能，可以簡化電路研究，推動工程制造。問題提出：這類電路的特點：電路的尺寸遠(yuǎn)小于電路最高頻率所對應(yīng)的波長λ。對外能量損失很小，電路工作時基本滿足能量守恒、電荷守恒、磁鏈?zhǔn)睾恪?/p>

問題分析：問題解決：根據(jù)上述條件定義幾種“集總參數(shù)元件”——理想化電路元件二、集總假設(shè)在對一類實際電路研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)——電路中器件集總參數(shù)元件實際上就是理想化了的元件，

如：電阻——只消耗電能，參數(shù)用R表示，

電容——只存儲電場能量，參數(shù)用C表示；

電感——只存儲磁場能量，參數(shù)用L表示；

電壓源和電流源——只釋放電能。

導(dǎo)線——沒有電阻集總參數(shù)元件例如：理想化抽象化理想化、抽象化就是模型化的過程。理想電阻元件(模型)R集總參數(shù)元件實際上就是理想化了的元件，

如：電阻——只消

對實驗室電路、家用電器等，其尺度遠(yuǎn)小于50HZ對應(yīng)的波λ

，可作為集總電路處理.因在電磁場中，它只是空間的一點，電磁波傳播時間可忽略不計；如遠(yuǎn)距離傳輸線，應(yīng)作為分布參數(shù)電路處理。我國市電頻率：50Hz什么樣的電路滿足“集總假設(shè)”

根據(jù)實際電路的幾何尺寸(d)與其工作信號波長(λ)的關(guān)系，可以將它們分為兩大類：(1)集總參數(shù)電路：滿足d<<λ條件的電路。(2)分布參數(shù)電路：不滿足d<<λ條件的電路。說明：本書只討論集總參數(shù)電路,今后簡稱為電路。對實驗室電路、家用電器等，其尺度遠(yuǎn)小于50HZ對應(yīng)的波λ電路分析在工程應(yīng)用中的作用實際電路電路模型計算分析電器行為建模過程電路分析電路分析在工程應(yīng)用中的作用實際電路電路模型計算分析電器行為建圖1－1手電筒電路常用電路圖來表示電路模型(a)實際電路(b)電氣圖(c)電路模型(d)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖1－1手電筒電路常用電路圖來表示電路模型(a)實際電圖1-2晶體管放大電路(a)實際電路(b)電路原理圖(c)電路模型(d)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖1-2晶體管放大電路(a)實際電路(b)電路原理圖(c)不同的實際電路部件，只要具有相同的主要電磁性能，在一定條件下可用同一個模型表示。同一電路部件在不同的應(yīng)用條件下，它的模型也可以有不同的形式。圖1-3線圈的幾種電路模型(a)直流模型(b)線圈通過低頻交流的模型(c)線圈通過高頻交流的模型(建模問題不是本課重點)不同的實際電路部件，只要具有相同的主要電磁性能，在一定條件下分類三、電路的分類與定義線性與非線性電路:根據(jù)組成電路的元件是否包含非線性元件來確定。集總參數(shù)與分布參數(shù)電路:根據(jù)電路幾何尺寸與工作頻率對應(yīng)的波長的關(guān)系來確定無源與有源電路:根據(jù)電路是否含有源元件來確定。時變與非時變電路:

根據(jù)組成電路的元件參數(shù)是否隨時間變化來確定。本課重點分析集總、線性、非時變、無源或有源電路。分三、電路的分類與定義線性與非線性電路:集總參數(shù)與分布參數(shù)電§1-2電路變量電流(current)電壓(voltage)功率(power)基本變量復(fù)合變量電荷電流電壓功率能量電路變量：與電路有關(guān)的參數(shù)。§1-2電路變量電流(current)基本變量復(fù)合變量電電流數(shù)學(xué)關(guān)系：

i(t)安培(A)一、電流變量定義符號：單位：電荷q(t)庫侖(C)電流數(shù)學(xué)關(guān)系：i(t)安培(A)一、電流變量定義符號：電流方向：正電荷移動的方向。直流電流(恒定電流——DC）：大小、方向不隨時間改變而改變。交流電流(AC）：電流的大小、方向隨時間做周期變化。參考方向(referencedirection)用箭頭→表示電流的“假定流動方向”。i1-3A電流分類電流方向：正電荷移動的方向。直流電流(恒定電流——DC）：數(shù)學(xué)關(guān)系：二、電壓變量定義

u(t)伏特(V)符號：單位：數(shù)學(xué)關(guān)系：二、電壓變量定義u(t)伏特(V)符號：單位電壓極性：正電荷由a轉(zhuǎn)移到b獲得能量，則a點為低電位，即負(fù)極；b點為高電位，即正極。大小、極性不隨時間改變而改變。直流電壓（DU）——時變電壓——大小、極性隨時間改變而改變。一般用U表示。也叫恒定電壓。一般用u(t)表示。u+-abUab參考極性：用正負(fù)號+-或下標(biāo)表示電壓的“假定高低”。交流電壓（AU）——大小、極性變化為周期性的時變電壓。abUab=2V電壓極性：正電荷由a轉(zhuǎn)移到b獲得能量，則a點為低電位，即負(fù)極I1

(3A)U(4V)+-abUab(4V)

變量數(shù)值為正實際方向與參考方向一致

變量數(shù)值為負(fù)實際方向與參考方向相反。I1(-3A)-U(-4V)+abUab(-4V)

由“參考方向”與“變量數(shù)值的正負(fù)”共同確定。實際方向的判定I1(3A)U(4V)+-abUab(4V)變量指出實際電壓，電流的方向？解:對U1：a高，b低U2：

c高，a低U3：

c高，b低I1：由b→aI2：由a→cI3：由b→c例1-1指出實際電壓，電流的方向？解:對U1：a高，b低U2：關(guān)聯(lián)(associated)參考方向定義：對任何兩端元件，若電流參考方向與電壓參考極性的電壓降方向一致即為關(guān)聯(lián)參考方向，否則為非關(guān)聯(lián)參考方向。

+－iu關(guān)聯(lián)參考方向時：u=Ri+－iu非關(guān)聯(lián)參考方向時：u=－Ri關(guān)聯(lián)(associated)參考方向定義：對任何兩端元件，若I=-2A+5V-是關(guān)聯(lián)參考方向不是關(guān)聯(lián)參考方向I=2A-5V+例1-2I=-2A+5V-功率(power)數(shù)學(xué)關(guān)系：三、功率變量定義W(t)p(t)符號：焦耳(J)瓦特(W)單位：u與i為關(guān)聯(lián)參考方向

能量(energy)功率(power)數(shù)學(xué)關(guān)系：三、功率變量定義W(t)功率的方向：能量傳輸?shù)姆较騣+uab－關(guān)聯(lián)參考方向時：P吸=u·iP＞0，實際功率方向——吸收功率P＜0，實際功率方向——產(chǎn)生功率非關(guān)聯(lián)參考方向時：P吸=－u·ii+uab－實際的功率方向判斷：功率的方向：能量傳輸?shù)姆较騣+uab－關(guān)聯(lián)參考方向時：P求實際功率方向？P吸=4×1=4WP吸=-(4×2)=－8W(實際吸收4W)(實際產(chǎn)生8W)例1-3求實際功率方向？P吸=4×1=4WP吸=-(4×2)=－8求電流I3？解：例1-4求電流I3？解：例1-4國際標(biāo)準(zhǔn)單位詞冠基本單位國際標(biāo)準(zhǔn)單位詞冠基本單位§1-3基爾霍夫定律(Kirchhoff’sLaw)支路（branch):

每個二端元件視為一條支路。（但為了分析需要，也可把電路中能通過同一電流的每個分支叫支路。）支路電壓、支路電流節(jié)點（node）兩條或兩條以上支路的連接點叫節(jié)點?；芈?loop)電路中任何一個閉合的路徑稱為回路。網(wǎng)孔(mesh)回路內(nèi)部不另含支路的回路。§1-3基爾霍夫定律(Kirchhoff’sLaw)支路定義：在任意時刻，集總電路中任一節(jié)點相連的各支路電流的代數(shù)和為零。即規(guī)定：流出的電流若取正號，流入的電流則取負(fù)號。反之也成立。基爾霍夫電流定律的另一種形式：一、基爾霍夫電流定律(KCL)(1)基爾霍夫電流定律與元件性質(zhì)無關(guān);(2)基爾霍夫電流定律規(guī)定了電路中與某一節(jié)點連接的各支路電流的約束關(guān)系線性相關(guān)。定義：在任意時刻，集總電路中任一節(jié)點相連的各支路電流的代數(shù)和如圖所示電路，已知i1=4A，i2=7A，i4=10A，i5