电路分析北大出版社

1电路分析光电学院电子系戴纯春2参考书目《简明电路分析基础》李翰逊高教出版社《电路》邱关源高教出版社《电路典型题解》清华大学出版社《电路分析基础实验与题解》张永瑞西安电子科大《EngineeringCircuitAnalysis》(ThirdEdition)W.H.Hayt,J.E.Kemmerly3第1章电路的基本概念与定律返回下一页上一页下一节上一节1.1电路与电路模型1.2电路的基本物理量1.3理想电路元件1.4基尔霍夫定律1.5受控源1.6电阻的应用1.7小结41.1电路与电路模型1.实际电路功能a能量的传输、分配与转换；b信息的传递与处理。共性建立在同一电路理论基础上由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。第1章电路的基本概念与定律返回下一页上一页下一节上一节10BASE-Twallplate导线电池开关灯泡5反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。2.电路模型(circuitmodel)sRLRsU电路图理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件电路模型1.1电路与电路模型返回下一页上一页下一节上一节6几种基本的电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件注具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一模型表示；同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可以有不同的形式1.1电路与电路模型返回下一页上一页下一节上一节7例3.集总参数电路由集总元件构成的电路集总元件假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行集总假设l当部件尺寸部件工作的最高频率所对应的电磁波的波长时，则可以定义几种电场和磁场可以分开的、只具有某种确定的电磁性质的假想元件。1.1电路与电路模型返回下一页上一页下一节上一节8例晶体管调频收音机最高工作频率约108MHz。问该收音机的电路是集总参数电路还是分布参数电路?m78.21010810368fc几何尺寸d2.78m的收音机电路应视为集总参数电路。解：频率为108MHz周期信号的波长为无线通信f=900MHzλ=1/3m1.1电路与电路模型返回下一页上一页下一节上一节9+-电压源元件（US）电流源元件（IS）电感元件（L）电容元件（C）电阻元件（R）1.1电路与电路模型返回下一页上一页下一节上一节101.2电路的基本物理量电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。1.2.1电流tqtqitddlim)t(0ΔdefΔΔ电流电流强度带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷量1.2电路的基本物理量返回下一页上一页下一节上一节11方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向单位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）kA、mA、A元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向实际方向AABB问题复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断1.2电路的基本物理量返回下一页上一页下一节上一节12参考方向i参考方向大小方向(正负）电流(代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。ABi参考方向i参考方向i0i0实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：AABB1.2电路的基本物理量电流返回下一页上一页下一节上一节13电流参考方向的两种表示：用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。用双下标表示：如iAB,电流的参考方向由A指向B。iABiABAB1.2电路的基本物理量电流返回下一页上一页下一节上一节14defdWUdq单位：V(伏)、kV、mV、V1.2.2电压1.电压的定义电路中电场力将单位正电荷由A点移到B点时，失去或得到的能量(或电场力所做的功)称为A，B两点间的电位差，也是A，B间的电压(voltage)实际电压方向电位降落的方向1.2电路的基本物理量电压返回下一页上一页下一节上一节152电压(降)的参考方向U0参考方向U+–+实际方向+实际方向参考方向U+–0U假设的电压降低方向1.2电路的基本物理量电压返回下一页上一页下一节上一节16电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示(2)用正负极性表示(3)用双下标表示UU+ABUAB1.2电路的基本物理量电压返回下一页上一页下一节上一节17如果指定流过元件电流的参考方向是从标以电压“+”极流向“-”极性的一端，即两者的参考方向一致，称电压、电流的这种参考方向为关联参考方向；否则称为非关联参考方向。关联参考方向非关联参考方向3.关联参考方向i+-+-iUU1.2电路的基本物理量关联参考方向返回下一页上一页下一节上一节18注(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2)参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。（3）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际方向不变。ABABi例＋－U电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？答：A电压、电流参考方向非关联；B电压、电流参考方向关联。1.2电路的基本物理量参考方向返回下一页上一页下一节上一节194.电位为了分析的方便，常在电路中选某一点为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位(potential)，参考点的电位一般选为零，所以，参考点也称为零电位点。[例1.1]在图1.6(a)中，选c点为参考点时，已知求：(1)解30V5V25VababUVVadad30V(10V)40VUVV(1)以C点为电位参考点abd30V,5V,10VVVVabadbc,,UUUbcbc5V0V5VUVV(2)选择b点为参考点时，求其他三点的电位值。图1.6(a)1.2电路的基本物理量电压返回下一页上一页下一节上一节20解abab,UVV任意两点的电压不变0bVab25VUabaa025VUVVadad40VUVV(2)电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中各点的电位值就是唯一的；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。结论以b点为电位参考点da4025V40V15VVVbcbcc05VUVVVc5VV1.2电路的基本物理量电压∵∴∴∵∵∴21在电子电路中，为了电路的简练醒目，对于一端接地(参考点)的电压源常不画出电源的符号，而只在电源的非接地的一端标出其极性及电压值。例如当下图电路选d为参考地点时，简化电路图如图(b)示。abcd3V6V266()b1.2电路的基本物理量电压返回下一页上一页下一节上一节221.2.3功率与能量1.功率的定义twpdduitqqwtwpdddddd功率的单位：W(瓦)(Watt，瓦特)单位时间内电场力所做的功。qwuddtqidd1.2电路的基本物理量返回下一页上一页下一节上一节232.功率的计算u,i取关联参考方向P=ui表示元件吸收的功率P0吸收正功率(实际吸收)P0提供功率(实际发出)p=-ui表示元件吸收的功率P0吸收功率P0提供功率u,i取非关联参考方向+-iu+-iu1.2电路的基本物理量功率返回下一页上一页下一节上一节24例1.2已知图1.5(b)所示电路图中，,解()ptui64W24W注计算功率时必须注意电压和电流的参考方向，还需注意公式中各数值的正负号的含义4Ai6Vu求其功率。+_iu因为图1.5(b)中电压电流为非关联参考方向()0pt表示N提供功率。1.2电路的基本物理量功率25例1.3电路如图1.8(a)所示。已知试标出各元件的实际方向，并求各元件消耗或向外提供的功率，并验证是否满足功率守恒4435211.8(a)1U1I4U3I3U5U2U2I213III、==-1A、2A=3A132UUU、=-1=20V、、=412VV45UU、=-8V=-2V443521(b)1U1I3I3U2U2I5U4U解：为负值的电压、电流，表明其实际方向与参考方向相反。1.2电路的基本物理量功率电路图1.8(b)标出了元件的实际方向，电压也可以用箭头表示极性由“+”指向“-”26利用图1.8(a)计算各功率：解11120(2)W40WPUI（提供）222141W14WPUI（提供）333123W36WPUI（吸收）55221W2WPUI（）（吸收）4418(2)W16WPUI（吸收）注对一完整的电路，提供的功率＝吸收的功率称为功率守恒。4435211.8(a)1U1I4U3I3U5U2U2I由图1.8(a)知元件5电压与电流参考方向为非关联，元件5的功率为123450PPPPP功率的代数和例1.31.2电路的基本物理量功率273.电能从t0到t的时间内，元件吸收（或发出）的电能用W表示为：单位：焦耳，简称焦()。dtiupdtWttt00JkWh它表示功率为1W的用电设备在时间1s内所消耗的电能。实用中常用千瓦小时（）(俗称度)做电能单位1度===1kWh310W3600s63.610J1.2电路的基本物理量电能返回下一页上一页下一节上一节281.3理想电路元件电路元件分类从能量特性方面可分{无源元件：w(t)0有源元件：w(t)0从外部端钮数量可分{二端元件：具有两个引出端多端元件：具有两个以上引出端第1章电路的基本概念与定律本节将介绍理想电阻元件、理想电压源和电流源返回下一页上一页下一节上一节291.3.1电阻1．电阻元件定义与伏安关系在任意时刻，其两端电压和电流之间的关系可用u-i平面过坐标原点的曲线来描述的二端元件。称电阻元件(resistor)u/Vu/Vi/Ai/A00i+u-退出1.3理想电路元件电压的单位是伏(V)，电流的单位是安(A)，元件的电压电流关系称为伏安特性或伏安关系(VoltageCurrentRelation，VCR)。30线性电阻：伏安关系为u-i平面过坐标原点的直线。非线性电阻：伏安关系为u-i平面过坐标原点的曲线。1.3理想电路元件电阻返回下一页上一页下一节上一节31从元件参数是否随时间变换的意义可分为：时不变电阻：对于任何时刻t,电阻的伏安关系均为u-i平面过坐标原点的一条曲线。（定常电阻）u/Vi/A0时变电阻：伏安关系曲线随时间的不同发生变化。1.3理想电路元件电阻线性时变电阻非线性时变电阻非线性时不变电阻线性时不变电阻32(2).欧姆定律线性电阻元件在任何时刻端电压与其电流成正比，比例系数为该元件的电阻值R。ui1.3理想电路元件电阻返回下一页上一页下一节上一节uRiRui+－Rui+-u–Ri33(3)电导(G)：电阻的倒数定义为电导(conductance)1GRG单位：S(西门子)1.3理想电路元件电阻()()itGutGuRui返回下一页上一页下一节上一节342.电阻元件的性质（1）电阻元件均是无记忆的。在任一时刻，电阻端电压（或电流）由同一时刻的电流（或电压）所决定，而与过去的电压或电流无关。从这个意义上讲，电阻是一种无记忆元件或称即时元件。（2）开路和短路线性电阻当（或）时，称为短路，短路时电阻两端电压为零；0RG•理想导线的电阻值为零。当？？（或？？）时，称为开路，开路时流过电阻的电流为零。1.3理想电路元件电阻返回下一页上一页下一节上一节3.电阻元件的功率显然若，则为耗能元件，通常我们遇到的电阻，大都属于此种情况0R0)(tp35例1.4求一只额定功率为100W、额定电压为220V的灯泡的额定电流及电阻值。解：2UPUIR100A0.455A220PIU22220484100URP