李瀚荪编《电路分析基础》(第4版)第一章课件

李瀚荪编《电路分析基础》（第4版）教材与教学参考书参考经典教材:邱关源编《电路》李瀚荪编《简明电路分析基础》电路分析基础(教材)相关的学习指导书课程位置及作用专业基础课课程特点内容多、基本概念多、习题多课程的学习方法电路分析基础用心看书认真听课多作习题总结思路大学英语高等数学普通物理电路分析基础信号与系统电子线路数字逻辑电路数字信号处理信息论与编码理论计算机数据通信原理通信原理非专业课专业基础课专业课数字图象处理频谱分析与估计自适应信号处理雷达信号处理阵列信号处理信号与信息处理卫星通信移动通信光纤通信计算机通信接入网技术互联网络程控交换通信与信息系统电路分析基础经典电路理论形成于二十世纪初至60’s。经典的时域分析于30’s初已初步建立，并随着电力、通讯、控制三大系统的要求发展到频域分析与电路综合。六、七十年代至今发展了现代电路理论。它随着电子革命和计算机革命而飞跃发展，特点是：频域与时域相结合，并产生了拓扑、状态、逻辑、开关电容、数字滤波器、有源网络综合、故障诊断等新的领域。作为首门电技术基础课，为学习电专业的专业基础课打下基础；也是电气电子工程师的必备知识；学习本课程还将有助于其他能力的培养（如严格的科学作风、抽象的思维能力、实验研究能力、总结归纳能力等）。电路分析基础电路理论电路分析：已知已知求解输入输出电路包括电路分析和电路综合两方面内容电路综合：已知求解已知显然，电路分析是电路综合的基础。“印象”电路分析V110VR21kR11k（a）（b）V110VR21kR31kR11kR41kV110VR21kR11kR31k（c）R41kV110VR21kR11kR31kR51k（d）“印象”电路分析R41kV110VR21kR11kR31kV25VdcR51k（e）C11uFL210uH12V110VR11k（f）电路的基本概念电路的基本定理或定律电路的基本分析方法研究内容电路分析基础§1-1电路及集总电路模型§1-2电路变量电流、电压及功率§1-3基尔霍夫定律§1-4~7几种电路元件（电阻、电源）§1-8分压公式、分流公式§1-9两类约束§1-10支路分析第一章集总参数电路中电压、电流的约束关系主要内容电压、电流的参考方向基尔霍夫定律重点内容第一章集总参数电路中电压、电流的约束关系电路元件特性分压电路、分流电路§1-1电路及集总电路模型提供能量：电网、电池传送和处理信号：音频、视频、放大测量电路：电流表、功率表、电压表、欧姆表存储信息：EPROM、RAM电路的作用和组成电路的作用低频信号发生器的内部结构§1-1电路及集总电路模型§1-1电路及集总电路模型电阻器电容器线圈电池运算放大器晶体管§1-1电路及集总电路模型电路：电工设备构成的整体，它为电流的流通提供路径电路组成：主要由电源、中间环节、负载构成•电源(source)：提供能量或信号（电池、发电机、信号发生器）•负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或对信号进行处理（电阻、电容、晶体管）•中间环节（intermediate）：一般由导线、开关等构成，将电源与负载接成通路（传输线）电路的基本组成§1-1电路及集总电路模型实际电路是由一定的电工、电子器件按照一定的方式相互联接起来，构成电流通路，并具有一定功能的整体。电路模型是由理想元件及其组合代表实际电路元件，与实际电路具有基本相同的电磁性质。是实际电路的抽象化，理想化，近似化。电路理论中所说的电路是指由各种理想电路元件按一定方式连接组成的总体。实际器件理想元件符号图形反映特性电阻器电阻元件R消耗电能电容器电容元件C贮存电场能电感器电感元件L贮存磁场能§1-1电路及集总电路模型§1-1电路及集总电路模型iRSUfR电气图10BASE-Twallplate导线电池开关灯泡实际电路电路图（电路模型）实际器件与理想元件的区别：实际器件——有大小、尺寸，代表多种电磁现象；理想元件——是一种假想元件，没有大小和尺寸，即它的特性表现在空间的一个点上，仅代表一种电磁现象。§1-1电路及集总电路模型§1-1电路及集总电路模型集总参数元件与集总参数电路(Lumped)•集总参数元件：只反映一种基本电磁现象，且可由数学方法加以精确定义。•集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。•集总假设(理想化):不考虑电场和磁场的相互作用，不考虑电磁波的传播现象。•集总假设条件：实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波的波长。（不满足时为分布参数电路，微波元器件、微波电路）。集总参数电路特点：电压与电流为确定常数，与器件的几何尺寸与空间位置无关分布参数电路特点：电压与电流是时间的函数，与器件的几何尺寸与空间位置有关§1-1电路及集总电路模型§1-1电路及集总电路模型fc波长与频率关系电力用电mfcHz,f610650低频电路mfcHz,kf54101~101300~30高频电路mfcHz,Mf100~1030~3甚高频及更高频率电路mfcHz,Mf1030例如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§1-1电路及集总电路模型实际电路电路模型计算分析电气特性电路分析电路综合电路分析与电路综合通过对电路模型的分析计算来预测实际电路的特性，从而改进实际电路的电气特性和设计出新的电路。电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映实际电路的电气特性。§1-2电路变量电流、电压、功率电路变量描述电路电性能的可表示为时间函数的变量。电流i(t)与电压u(t)；电荷q(t)与磁链ψ(t)；功率p(t)与能量w(t)。常用：电流、电压、功率ttqtidd)()(电荷在导体中的定向移动形成电流。定义：单位时间内通过导体横截面的电量定义为电流强度，简称电流i(t)，大小为：★单位：安（培）A，1安=1库/秒★方向：正电荷移动的方向为电流实际方向电流(current)P6安培安德烈·玛丽·安培（1775年~1836年），法国物理学家主要成就：安培定律安培定则分子电流假说怀表变卵石趣闻轶事：马车车厢做“黑板”安培先生不在家电流的分类恒定电流（直流）：大小、方向恒定。用大写字母I表示。时变电流：大小、方向随时间变化。用小写字母i表示交流电：大小和方向作周期性变化的时变电流★在参考方向下，若计算值为正，表明电流真实方向与参考方向一致；若计算值为负，表明电流真实方向与参考方向相反。参考方向的两种表示方法：1在图上标箭头；★参考方向：任意选定的一个方向电流的参考方向P62用双下标表示iababiab例如ab2C/sabAii2ba2C/sbaabii§1-2电路变量电流、电压、功率若没有确定参考方向，计算结果是没有意义的。注意：计算前，一定要标明电流的参考方向；参考方向可任意选定，但一旦选定，便不再改变。§1-2电路变量电流、电压、功率例1在图示参考方向下，已知求：（1），的真实方向；（2）若参考方向与图中相反，则其表达式？，的真实方向有无变化？)0(i)5.0(i)0(i)5.0(iiab§1-2电路变量电流、电压、功率表明此时真实方向与参考方向一致，从a-b；022)4/cos(4)0(i022)4/5cos(4)5.0(i解：（1）表明此时真实方向与参考方向相反，从b-aiab§1-2电路变量电流、电压、功率(2)参考方向改变，代数表达式也改变,即为iab022)4/cos(4)0(－－i表明此时真实方向与参考方向相反，从a-b；可见真实方向不变。022)4/5cos(4)5.0(i表明此时真实方向与参考方向一致，从b-a；可见真实方向不变。习题1如图所示，各电流的参考方向已设定。已知I1=10A,I2=—2A,I3=8A。试确定I1、I2、I3的实际方向。aI1I2I3cbd解：I10,故I1的实际方向与参考方向相同，I1由a点流向b点。I20,故I2的实际方向与参考方向相反，I2由b点流向c点。I30,故I3的实际方向与参考方向相同，I3由b点流向d点。qtwtud)(d)(即两点间的电位差。ab间的电压，数值上为单位正电荷从a到b移动时所获得或失去的能量。大小：★单位：伏（特），V；1伏=1焦/库§1-2电路变量电流、电压、功率电压(voltage)P7★低电位（负极-）、高电位（正极+）a—b：正电荷移动失去能量，a高b低，电压降a—b：正电荷移动获得能量，a低b高，电压升伏特亚历山德罗·伏特（1745－1827年），意大利物理学家。主要成就：伏达电堆起电盘静电计趣闻轶事：伏特发明电池的故事用舌尖舔着一个金币和银币，用一根导线把金币和银币接通，舌头会尝到苦味；一块锡片和一枚银币，舌头会尝到酸味；银币和锡片交换位置，舌头会尝到咸味。§1-2电路变量电流、电压、功率恒定电压（直流电压）：大小、方向恒定。用大写字母U表示。时变电压：大小、极性随时间变化。用小写字母u表示交流电压：大小和极性作周期性变化的时变电压电压的分类abu+-ab在电子电路课程中也可用箭头表示。参考方向：也称参考极性。两种表示方法：在图上标正负号；用双下标表示§1-2电路变量电流、电压、功率★在假设参考方向（极性）下，若计算值为正，表明电压真实方向与参考方向一致；若计算值为负，表明电压真实方向与参考方向相反。P8注意：计算前，一定要标明电压极性；参考方向可任意选定，但一旦选定，便不再改变。若没有确定参考方向，计算结果是没有意义的。§1-2电路变量电流、电压、功率解：（1）相当于正电荷从b到a失去能量，故电压的真实极性为：b—“+”,a—“-”。例2（1）若单位负电荷从a移到b，失去4J能量，问电压的真实极性。（2）若电压的参考方向如图，则该电压u为多少？（2）单位负电荷移动时，失去4J能量，说明电压大小为4伏，由于电压的参考极性与真实方向相反，因而，u=-4伏。+u-ab★关联参考方向P8关联：电流与电压降的参考方向选为一致。即电流的参考方向为从电压参考极性的正极端“+”流向“－”极端。关联参考方向ab+u-iab-u+i非关联参考方向为了方便，电压与电流参考方向关联时，只须标上其中之一即可。aib+u-§1-2电路变量电流、电压、功率小结•分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。•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。•参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向下进行，不考虑实际方向。§1-2电路变量电流、电压、功率电功率（power）：能量随时间的变化率★单位：瓦（特）W§1-2电路变量电流、电压、功率uab＋－i能量传输方向p0)(tp0)(tp吸收（消耗或储存）功率提供（产生）功率ttttdiudpttw00)()()(),(0能量单位：焦（耳）J)()()(titutqqwtwtpdddddd★★★功率的计算1.u,i取关联参考方向p=ui2.u,i取非关联参考方向p=-ui§1-2电路变量电流、电压、功率无论用上面的哪一个公式，其计算结果0p若，表示该元件吸收功率；若，表示该元件提供功率。3A-5A2V4V(a)(b)(c)Pc=(4V)×(-5A)=-20W－-2V＋-3APa=(2V)×(3A)=6WPb=(-2V)×(-3A)=6W例3计算图中各元件吸收的功率当计算功率数值完毕之后，我们要根据数值符号来确定是器件是吸收功率还是提供功率。§1-2电路变量电流、电压、功率已知i1=i2=2A,i3=3A,i4=-1Au1=3V,u2=-5Vu3=-u4=-8V求：各段电路的功率，是吸收还是产生功率。ABCD+u1--u3+i2-u2+i3+u4-i4i1例4解：A段，u1,i1关联，2)5(22iuPB2311＝iuPA吸收功率=6W0