《电路分析》课程电子教案1

1电路分析教案（2014—2015年学年度第二学期）2《电路分析》课程章节教案章节第1章电路的基本概念和基本定律学时4学时班级14级电子科学与技术时间第1周教学目标与要求1.了解电路模型及理想电路元件的意义；2.理解电压与电流参考方向的意义；3.理解电路的基本定律并能正确应用；4.理解电功率和额定值的意义；5.掌握分析与计算电路中各点电位的方法。教学重点与难点重点：1.参考方向Referencedirection2.几种元件的基本概念3.基尔霍夫定律Kirchhoff‘sLaw难点：1.深入理解基尔霍夫定律的重要性2.电位的计算课堂教学方法讲授作业与思考题作业：P13习题1.8；1.9；1.11注：1．根据课程教学进度计划表填写章节教案首页；2．教案或讲义正文附后，手书打印均可。31.1电路和电路模型1.1.1电路的组成电路是电流的通路，是为了实现某种功能由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。1.电路的作用(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理2.电路的组成部分1.1．2电路模型为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。1.2电流、电压及其参考方向1.2.1电流及其参考方向1．定义：单位时间内通过导体横截面的电量。习惯上讲正电荷运动的方向规定为电流的方向。其定义式为：4dtdqti)(2．符号：i(或I)3．单位：安A4．分类：直流（directcurrent，简称dc或DC）——电流的大小和方向不随时间变化，也称恒定电流。可以用符号I表示。交流（alternatingcurrent），简称ac或AC）——电流的大小和方向都随时间变化，也称交变电流。参考方向：在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。一种分析方法。电流参考方向的表示方法1.2.2电压及其参考方向1．定义：a、b两点间的电压表征单位正电荷由a点转移到b点时所获得或失去的能量。其定义式为：dqdwtu)(如果正电荷从a转移到b，获得能量，则a点为低电位，b点为高电位，即a为负极，b为正极。2．符号：u(或U)3．单位：伏V分类：直流电压与交流电压电压参考方向的表示方法物理中对基本物理量规定的方向1.3电功率和电能量1.3.1电功率的定义51．定义：单位时间内能量的变化。其定义式为：)()()()(titudtdqtudtdwtp把能量传输（流动）的方向称为功率的方向，消耗功率时功率为正，产生功率时功率为负。2．符号：p（P）3．单位：瓦W4．功率计算中应注意的问题功率的计算公式为：)()()(titutp电压和电流取关联参考方向，实际功率p(t)0时，电路部分吸收能量，此时的p(t)称为吸收功率。电压和电流取关联参考方向，实际功率p(t)0时，电路部分发出能量，此时的p(t)称为发出功率。1.3.2电能量设任意二端电路的电压、电流为关联参考方向时，在到时刻部分电路所吸收的能量为diudpttwtttt00)()()()(0，电能的单位是焦J。1.4电位及其计算1.4.1电位的概念电位：单位正电荷在某点的电势（位）能，即电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。通常设参考点的电位为零，又称接地。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)标出各电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。例题参照教材例题结论：(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。1.5基尔霍夫定律1.5.1电路中常用的名词支路(branch)：由一个或多个元件串联组成的一段没有分支的电路。节点(node)：电路中三条或三条以上支路的汇集点。回路(loop)：由一条或多条支路组成的闭合电路。网孔(mesh)：内部不另含支路的回路1.5.2基尔霍夫电流定律(KCL定律)对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流进（或流出）该节点的所有支路电流的代数和为零；或对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流进该节点的所有支路电流的和等于流出该节点的所有支路电流的和。即:Ｉ入=Ｉ出或:Ｉ=0例题参看教材6电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。1.5.2基尔霍夫电压定律(KVL定律)任一瞬间，从回路中任一点出发，沿回路循行一周，则电位升之和等于电位降之和。即：U升=U降在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。即：U=0基尔霍夫电压定律（KVL）反映了电路中任一回路中各段电压间相互制约的关系。例题参看教材7《电路分析》课程章节教案章节第2章常用电路元件学时4学时班级14级电子科学与技术专业时间第2周教学目标与要求1.了解电阻、电感、电容等电路元件的概念，受控电流的类型和特点；2.理解线性电路元件电压和电流的关系，元件的功率、能力损耗及存储特性；3.应用电压电流的关系进行简单的电流、电压等物理量的分析和计算。教学重点与难点重点：掌握各电路元件的电压、电流关系（VCR）。难点：电压源和电流源课堂教学方法讲授作业与思考题作业：注：1．根据课程教学进度计划表填写章节教案首页；2．教案或讲义正文附后，手书打印均可。82.1电阻元件电阻元件：对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用u～i平面的一条曲线来描述。电阻元件分类：线性电阻元件和非线性电阻元件。电阻从t到t0电阻消耗的能量：2.2电容元件电容元件：储存电能的元件。其特性可用u～q平面上的一条曲线来描述。线性电容：任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电流u成正比。q~u特性是过原点的直线。电容元件VCR的微分关系：上式表明：(1)i的大小取决于u的变化率,与u的大小无关，电容是动态元件；(2)当u为常数(直流)时，i=0。电容相当于开路，电容有隔断直流作用；（3）实际电路中通过电容的电流i为有限值，则电容电压u必定是时间的连续函数；(4)电容元件有记忆电流的作用，故称电容为记忆元件。电容的功率：(1)当电容充电，u0，du/dt0，则i0，q，p0,电容吸收功率。(2)当电容放电，u0，du/dt0，则i0，q，p0,电容发出功率.电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。2.3电感元件1定义任何一个二端元件，如果在任意时刻的电压和电流之间的关系总可以由自感磁通链-电流（-i）平面ttttRuipW00ddξξtuCtqiddddtuCuuipdd9上的一条过原点的曲线所决定，则此二端元件称为电感元件。单位：亨利H1.元件符号与图形2.线性电感的韦安特性曲线电感L——表征元件线圈储存电磁能的能力的参数，是不随电路情况变化的量。对于密绕长线圈而言，其L的大小取决于磁导率、线圈匝数、线圈截面积及长度。lSNL2(=tg)3.线性电感的伏安特性由楞次定理可得dtduL，而LiL，所以电感的伏安（i-u）关系为：dtdiLu。由此可见，电路中电感两端的电压的大小与流过它的电流的变化率成正比，电流变化越快，电压越高，反之。可以得出结论：电感元件通直隔交，通低阻高。而（u-i）关系即为积分关系。即21)(1)()(12ttdttuLtiti如果取初始时刻00t，则：tdttuLiti0)(1)0()(由此可见，电感元件某一时刻流过的电流不仅与该时刻电感两端的电压有关，还与初始时刻的电流大小有关。可见电感也是一种电流“记忆”元件。功率分析对于任意线性时不变的正值电感，其功率为dtdiLititup)()(那么从0t到t时间内，电容元件吸收的电能为)()(000)()()()()()(titittttdiidddiLidiuW10)(21)(21022tLitLi则从1t到2t时间内，电感元件吸收的电能为W21222121LiLi也就是说，当12ii时，0W，电感吸收能量，为充电过程；当12ii时，0W，电感放出能量，为放电过程。说明：电感为储能元件，并不消耗电能电感为电流记忆元件，其电流与初始值有关电感为动态元件，其电流电压为积分关系电感为电流惯性元件，即电压为有限值时，电流不能跃变电感元件通直隔交，通低阻高2.4电压源和电流源所谓独立源（independentsource），意味着电压源的电压（电流源的电流）一定，与流过的电流（两端的电压）无关，也与其他支路的电流电压无关。2.4.1电压源1．定义端电压为定值或者是一定的时间函数，与流过的电流无关；其两端的电压由其本身确定，流过它的电流则是任意的。2．元件符号与图形3．伏安特性曲线独立电压源的伏安特性曲线见下图。4．说明1)电压源为一种理想模型。2)与电压源并联的元件，其端电压为电压源的值。3)电压源的功率从理论上来说可以为无穷大。2.4.2电流源1．定义11流过的电流为定值或者是一定的时间函数，与其两端的电压无关；即其电流由其本身确定，其两端的电压则是任意的。2．元件符号与图形3．伏安特性曲线独立电流源的伏安特性曲线见下图。4．说明1)电流源为一种理想模型。2)与电流源串联的元件，流过其的电流为电流源的值。4)电路中所含的电源均为直流电源时，电路称为直流电路。直流电路中的电量用大写字母表示。2.5受控电源1．定义受控电压源（电流源）的电压（电流）受同一电路的其他支路的电压或电流控制。受控源是从晶体管、电子管电路中总结出来的一种双口元件模型。每一种线性受控源可由两个线性方程式来表示：VCVS：i1=0u2=u1为转移电压比CCVS：u1=0u2=ri1为转移电阻VCCS：i1=0i2=gu1为转移电导CCCS：u1=0i2=i1为转移电流比2．元件符号与图形：受控源示意图(1)独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。(2)独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为“激励”。12《电路分析》课程章节教案章节第3章电阻电路的分析方法学时8学时班级14级电子科学与技术专业时间第5、6周教学目标与要求1.了解二端电路网络、端口及等效电阻的概念，实际电源的两种电源模型的概念；2.理解等效电路的概念、二端电路的端口特性及电路等效的条件；3.掌握电阻串并联等效、电源等效变换，熟练掌握支路电流法、节点电位法等电阻电路分析的一般方法。教学重点与难点重点：学会电路等效变换法、支路电路法、节点电位法等电阻电路分析方法，更加灵活的使用KVL、KCL和VCR定理。难点：电阻星形连接和三角形连接课堂教学方法讲授作业与思考题作业：注：1．根据课程教学进度计划表填写章节教案首页；2．教案或讲义正文附后，手书打印均可。133.1简单电阻电路的等效变换3.1.1等效电路和等效变换的概念任何一个复杂的电路,向外引出两个端钮，且从一个端子流入的电流等于从另一端子流出的电流，则称这一电路为二端网络(或一端口网络)。两端电路等效的概念：两个两端电路，端口具有相同的电压、电流关系,则称它们是等效的电路。电路等效变换的目的:化简电路，方便计算。电路等效变换的条件：两电路具有相同的VCR。3.1.2电阻的串并联等效变换1.电阻的串联特点：各电阻顺序连接，流过同一电流(KCL)；总电压等于各串联电阻的电压之和(KVL)。等效电路串联电路的总电阻等于各分电阻之和。2电阻的并联特点：各电阻两端为同一电压（KVL)；总电流等于流过各并联电阻的电流之和(KCL)。等效电路143.2电阻的Y形连接和形连接的等效变换1.电阻的、Y形连接三端网络形网络Y形网络这两个电路