第1章-電路分析基礎(chǔ)

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》主講：尹立強(qiáng)讓我們一起加油！電子技術(shù)基礎(chǔ)河南科技學(xué)院信息工程學(xué)院第一章電路分析基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)1、掌握電流的參考方向，電壓的參考極性；關(guān)聯(lián)參考方向等概念。2、掌握常用電路元件電阻、電容、電感的伏安關(guān)系。3、掌握電壓源和電流源的性能和表示方法。4、掌握列寫KCL、KVL的方法。5、掌握用等效變換、串并聯(lián)和分壓、分流公式計(jì)算簡單直流電路的方法。6、熟悉疊加定理和戴維南定理、諾頓定理的使用。

1.1電路、電流、電壓、電功率1.1.1電路和電路模型1.1.2電流和電流的參考方向退出1.1.3電壓和電位1.1.4電壓和電流的關(guān)聯(lián)參考方向1.1.5功率與電能1.1.6常用元件介紹1.1.1電路和電路模型1.1.2電流和電流的參考方向1.1.3電壓和電位1.1.1電路和電路模型1.1.5功率與電能1.1.3電壓和電位1.1.1電路和電路模型1.1.6常用元件介紹1.1.5功率與電能1.1.3電壓和電位1.1.1電路和電路模型退出1.1.6常用元件介紹1.1.5功率與電能1.1.3電壓和電位1.1.1電路和電路模型電路Circuit：電流所通過的路徑。電源ElectricSource：工作時可以向電路提供電能的部件。負(fù)載Load：工作時吸收電能并將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。負(fù)載分為：電阻(Resistance)、電容(Capacitance)

電感(Inductance)等為了對實(shí)際電路進(jìn)行分析，可忽略負(fù)載的次要因素，將其近似看作理想電路元件，簡稱為元件（Element）。元件通過端子與外電路相連，按端子的數(shù)目可將元件分為：二端元件、三端元件、四端元件等。

實(shí)際情況中，電路由電源（信號源）、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)組成。擴(kuò)音系統(tǒng)

中間環(huán)節(jié)：傳輸、分配、控制電能的部分：如變壓器、輸電線、放大等。電路可以分為：

1.用于信號的傳遞和處理；

2.用于電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。電路的三個基本物理量電流電壓功率注意理解并掌握：是電荷有規(guī)則的定向流動形成的。電場力把單位正電荷從一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功。單位時間內(nèi)元件吸收或發(fā)出的電能。電流強(qiáng)度等于單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體某橫截面的電量。大小和方向都不隨時間變化的電流稱為恒定電流。或稱直流電流(DirectCurrent),用I表示。習(xí)慣上把正電荷流動的方向作為電流的實(shí)際方向?？梢匀我膺x定一個方向作為電流的參考方向，當(dāng)電流的實(shí)際方向與參考方向相同時，電流的值為正；當(dāng)相反時，電流的值為負(fù)。在選定的電流參考方向下，根據(jù)電流的正負(fù)，可確定電流的實(shí)際方向。電流電流：大小及參考方向參考方向（箭頭）：可任意假設(shè)；真實(shí)方向（電流表測值）：不受參考方向影響。

電場內(nèi)兩點(diǎn)間的電壓也稱為兩點(diǎn)間的電位差。電位－ElectricPotential

如果正電荷從a點(diǎn)移動到b點(diǎn)是失去能量，則a點(diǎn)為高電位。電壓的實(shí)際方向規(guī)定為由高電位端指向低電位端。大小和方向不隨時間變化的電壓稱為恒定電壓，或者稱為直流電壓(DirectVoltage)，用U表示。電壓電場力將單位正電荷從a點(diǎn)移動到b點(diǎn)所作的功，稱為ab兩點(diǎn)之間的電壓：

電壓：大小及參考極性u=12V+_真實(shí)=參考真實(shí)參考+—u=-12V電壓也可以選擇參考方向，從而也可以確定電壓的真實(shí)方向。真實(shí)極性：（電壓表測量值）不受參考極性影響。電壓計(jì)算例關(guān)聯(lián)參考方向當(dāng)某一元件或電路端口所設(shè)定的電壓和電流的關(guān)聯(lián)參考電流從參考電壓的正極到負(fù)極流過該元件或電路時，稱電壓和電流的參考方向?qū)τ谠撛螂娐肥顷P(guān)聯(lián)的，否則為非關(guān)聯(lián)參考方向。對電動勢而言，關(guān)聯(lián)參考方向是讓參考電流從電動勢的負(fù)極流向正極。舉例電功率是指單位時間內(nèi)元件所吸收或發(fā)出的電能。在電路中，電功率常簡稱為功率。。

設(shè)在時間dt內(nèi)電路轉(zhuǎn)換的電能為dW，則有在國際單位制中，功率的單位是瓦[特](W)。常用的功率單位還有千瓦(kW)、毫瓦(mW)

電能的單位為焦[耳](J)，他表示功率為lW的設(shè)備在1s時間內(nèi)轉(zhuǎn)換的電能。

工程上常采用千瓦小時(kW×h)作為電能的單位，俗稱1度電，他等于功率為1千瓦的設(shè)備在1小時內(nèi)所轉(zhuǎn)換的電能。

功率與電能

功率的概念及計(jì)算P=+UI=（+3）*(-2)=-6W(產(chǎn)生6瓦）關(guān)聯(lián)P=-UI=-（-3）*(+2)=6W(吸收6瓦）功率的概念及計(jì)算非關(guān)聯(lián)P=+UI=（+3）*(+2)=6W(吸收6瓦）功率的概念及計(jì)算關(guān)聯(lián)P=-UI=-（+3）*(-2)=6W(吸收6瓦）功率的概念及計(jì)算非關(guān)聯(lián)電阻反映電能消耗的電路參數(shù)叫電阻。電阻元件有線性電阻元件和非線性電阻元件。線性電阻的特點(diǎn)是元件的電阻值為一常數(shù)，與通過它的電流或其兩端電壓的大小無關(guān)。非線性電阻的電阻值不是常數(shù)，而與通過它的電流或作用其兩端的電壓大小有關(guān)。電阻的倒數(shù)是電導(dǎo)(Conductance)，電導(dǎo)（G）的單位是西門子或電容能夠儲存電場能量的電路參數(shù)叫電容。

電容器在工程上應(yīng)用非常廣泛，種類規(guī)格也很多，常用的有電解電容器、瓷片電容器等。在電路中，如果流過一個電容的電流為i(t)，在其電容上建立的電壓為uc(t)，那么，它們就有如下的伏安關(guān)系

如果i>0，電容充電，電壓增高；如果i<0，電容放電，電壓減小。設(shè)t＝0時，uc＝0，還可得到另一個公式。按照歐姆定律的概念，可求出電容的容抗為：

電容屬于儲能元件，在關(guān)聯(lián)電壓、電流參考方向下，電容的瞬時吸收功率為

電容的儲能總是大于或等于0，電容屬于無源元件。

電感實(shí)際的電感器是用導(dǎo)線繞制而成的線圈。

電感器也有很多種種類，規(guī)格也很多。

電感線圈在通過交流電流iL時，線圈周圍就會建立磁場，而在線圈兩端會出現(xiàn)感應(yīng)電壓uL。流過線圈的電流iL與線圈兩端的感應(yīng)電壓uL之間存在如下關(guān)系

上式就是電感的伏安關(guān)系表達(dá)式。當(dāng)iL(0)=0時，上式也可寫成：按照歐姆定律的概念，可求出電感的感抗為：

電感屬于儲能元件，在關(guān)聯(lián)電壓、電流參考方向下，電容的瞬時吸收功率為電感在某一時刻的儲能為電感的儲能總是大于或等于0，電容屬于無源元件。

1.2電壓源、電流源及其等效變換1.2.1電壓源

1.2.2電流源退出1.2.3電壓源與電流源的等效變換USUUSUI電壓源模型伏安特性I1.2.1電壓源理想電壓源：在工作的時候，無論接在它輸出端的負(fù)載如何變化，其輸出端電壓保持不變。而它輸出的電流則與之所連接的外電路即負(fù)載有關(guān)。實(shí)際電壓源：（內(nèi)阻不為零）電壓源模型：用理想電壓源與電阻的串聯(lián)來表示實(shí)際電源的

電路模型。USRSUUSUIUSRS電壓源模型伏安特性US

是理想電壓源的輸出電壓，數(shù)值等于實(shí)際電源的電動勢。RS是電源的內(nèi)電阻。所以有：U=US－RSII1.2.2電流源理想電流源：在工作的時候，無論接在它輸出端的負(fù)載如何變化，其輸出電流保持不變，而它兩端的電壓則與之所連接的外電路即負(fù)載有關(guān)。ISUIISUI電流源模型伏安特性R電流源模型：用理想的電流源與電阻的并聯(lián)來表示實(shí)際電源

的電路模型。ISRSUIISUIISRS電流源模型伏安特性IS

是理想電流源的輸出電流。RS

為電源的內(nèi)電阻。此模型的輸出電流I和端電壓U有關(guān)，所以有：I=IS－U/RS1.2.3電壓源與電流源的等效變換一、理想電壓源和理想電流源的等效變換等效變換：對外電路而言，用新的電路結(jié)構(gòu)替代電路中的某一部分結(jié)構(gòu)時，必須不影響電路中其他未被變換部分的電壓和電流。理想電流源可以并聯(lián)理想電壓源可以串聯(lián)如果兩個模型有相同的伏安特性，則可以進(jìn)行互換電壓源與電流源進(jìn)行等效變換時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。(1)電壓源與電流源的等效變換關(guān)系只對外電路而言，內(nèi)部是不等效的。(2)電壓源與電流源進(jìn)行等效變換時，兩種電路模型的極性必須一致。(3)理想電壓源與理想電流源不能等效變換。二、實(shí)際電壓源和實(shí)際電流源的等效變換

任何等效變換只是對外部等效，至于內(nèi)部情況我們并不關(guān)心?？梢詫㈦娫磧煞N模型的等效互換加以推廣，即一個理想電壓源與電阻串聯(lián)的組合電路可以和一個理想電流源與電阻并聯(lián)的組合電路進(jìn)行等效互換，并不要求這個電阻一定是電源的內(nèi)電阻。

例題：P13－例1.4、1.5、1.61.3電路基本分析方法1.3.2電阻的串聯(lián)及并聯(lián)1.3.3支路電流法退出1.3.1基爾霍夫定律1.3.5疊加定理1.3.4結(jié)點(diǎn)電壓法1.3.6等效電源定理幾個重要的術(shù)語：

支路：沒有分支的電路稱為支路。結(jié)點(diǎn)：3條或3條以上支路的交點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)?；芈罚弘娐分腥我庖粋€閉合路徑。網(wǎng)孔：回路平面上不含支路的回路。

1.3.1基爾霍夫定律一、基爾霍夫電流定律（KCL）在任一時刻，對于電路中任一節(jié)點(diǎn)，流入結(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流之和，即流經(jīng)任意一個結(jié)點(diǎn)上的電流的代數(shù)和恒等于零。流出結(jié)點(diǎn)a流入結(jié)點(diǎn)a舉例：練習(xí)：P16例1.7二、基爾霍夫電壓定律（KVL）對于電路中的任一回路，從回路中任意一點(diǎn)出發(fā)，沿該回路繞行一周，則沿此方向的電位上升之和等于電位下降之和。也就是說，對于電路中任一回路，沿該回路繞行一周，各部分電壓的代數(shù)和恒等于0.舉例：練習(xí)：P16例1.8簡單的電阻電路：電阻的串聯(lián)：可以應(yīng)用分壓公式。電阻的并聯(lián)：也可利用分流公式。

電阻并聯(lián)時利用電阻的倒數(shù)電導(dǎo)比較方便。1.3.2電阻的串聯(lián)及并聯(lián)簡單電阻電路的計(jì)算：18頁例1.9分壓公式：分流公式：支路電流法的一般解題步驟：

1.確定電路的支路數(shù)，選定參考方向，設(shè)待求支路電流的數(shù)為m。2.選定所有的獨(dú)立結(jié)點(diǎn)(n-1)，應(yīng)用kcl列寫n-1個方程。

3.選擇獨(dú)立回路并指定每個回路的繞行方向，應(yīng)用kvl列寫m-(n-1)個方程。

4.聯(lián)立求解方程，得出m個結(jié)果。

5.應(yīng)用歐姆定律求出各支路的電壓。

例題：書19頁例1.10、1.111.3.3支路電流法電路有m條電路，以m條支路電流作為未知量，應(yīng)用基爾霍夫定律列出m個獨(dú)立的方程式，聯(lián)立求解方程式即可解出各支路電流。這就是支路電流法。例題：（19頁題1.10）

已知US1＝36V，US2＝108V，IS3＝18A，R1＝R2＝2Ω，R4＝8Ω，試求各支路電流Il，I2，I4以及電流源發(fā)出的功率P3。

R1共3個未知數(shù)。所以1、列一個KCL方程；2、列2個KVL方程；3、聯(lián)立求解3個方程即可。解之得：Il＝－22(A)I2＝14(A)I4＝10(A)3個方程如下：Il＋I(xiàn)2＋I(xiàn)S3－I4＝0I1R1－US1＋US2－I2R2＝0I2R2－US2＋I(xiàn)4R4＝01.3.4結(jié)點(diǎn)電壓法

以結(jié)點(diǎn)電壓作為未知量，將各支路電流用結(jié)點(diǎn)電壓表示，利用kcl列出獨(dú)立的電流方程求解的方法。適用于結(jié)點(diǎn)少而支路多的情況。I1UsR3R2R4I4I2IsabcI3R1選擇c作為參考結(jié)點(diǎn)，選定的參考方向如圖：

用結(jié)點(diǎn)電位表示出各支路電流為：結(jié)點(diǎn)C的電流方程：I1＋I(xiàn)2＋

I3＝0結(jié)點(diǎn)b的電流方程：－I3＋I(xiàn)4－

Is＝0

把I1、I2、I3、I4表達(dá)式代入上面的式子，所得出的就是結(jié)點(diǎn)電壓方程。例題：20頁例1.121.疊加定理的表述：

在線性電路中若存在有多個電源作用時，電路中任意一個支路的電流或電壓等于電路中每個電源分別單獨(dú)作用時在該支路產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。

2.應(yīng)用時注意的問題：

1)電路中的某個電源單獨(dú)作用是指：其他電源為零值。即把其他電壓源短路，電流源開路。

2)疊加原理只適用于線性電路。功率的計(jì)算不能用疊加定理。例題：書21頁例1.131.3.5疊加定理1、如圖(a)，3V單獨(dú)作用時：例：疊加定理應(yīng)用--求右圖電路中的U。解：1、求3V單獨(dú)作用

2、求2A單獨(dú)作用

3、然后線性相加2、當(dāng)2A單獨(dú)作用時，如圖（b）所示，可用分流公式求U”最后進(jìn)行疊加：疊加定理的應(yīng)用求電壓源的電流及功率例42A70V1052+－I解畫出分電路圖＋2A電流源作用，電橋平衡：70V電壓源作用：I(1)42A1052470V1052+－I(2）兩個簡單電路應(yīng)