电路分析基础

2020/5/171电路分析基础2020/5/172原帅137912827372020/5/173绪论课程简况：课程地位、研究内容、教学要求课程特点：理论严谨、内容丰富、系统性强2020/5/174如何学好本课程？抓住三个主要环节处理好三个基本关系课前预习课堂听课课后复习听课与笔记作业与复习自学与互学2020/5/175参考书：邱关源主编《电路》（第5版）高等教育出版社周守昌主编《电路原理》（第2版）高等教育出版社2020/5/1761.1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小结第1章电路的基本概念与定律2020/5/177基尔霍夫定律！功率的吸收与产生重点内容和难点第1章电路的基本概念与定律(circuitelements)(circuitlaws)难点：关联参考方向，受控源知识点电路模型；电压、电流、功率及其参考方向；基尔霍夫定律；两类约束受控源2020/5/1781.1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。由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等组成的电路称为实际电路2020/5/1792.电路模型(circuitmodel)10BASE-Twallplate导线电池开关灯泡实际电器元件种类繁多、电磁性能复杂，不便于建立数学关系，很难定量地进行电路分析和电路设计。2020/5/1710是由理想电路元件按一定方式相互连接而构成的。理想电路元件实际电器元件理想化的结果；在一定条件下忽略实际器件的次要性能，突出其主要性能。电路模型2020/5/1711理想电路元件连接起来所组成的电路模型，不仅能够反映实际电路及其器件的基本物理定律，而且能够对其进行数学描述。这就是电路理论把电路模型作为分析研究对象的实质所在。2020/5/1712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2020/5/1713+-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）2020/5/1714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2020/5/1715例2020/5/1716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3.集总参数电路2020/5/17171.2电路的基本物理量电路分析的目的是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。电路分析的基本任务是计算电路中的电流、电压和功率。即在一定的外加电源（称为电路的“激励”）下，求解电路总的电压、电流（称为电路的“响应”）。2020/5/17181.2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。2020/5/17191.2.1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直流电流：I交流电流：i2020/5/1720单位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、A2020/5/1721方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向元件(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2020/5/1722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：AABB2020/5/1723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。iABiABAB2020/5/1724注意：在进行电路分析时，必须先标出电流的参考方向，只有规定了参考方向，电流的正负才有意义。2020/5/1725defdWUdq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，电场力所做的功称为A，B两点的电压(voltage)实际电压方向电位真正降低的方向直流电压：U交流电压：u问题复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。2020/5/17262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假设的电压降低之方向2020/5/1727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+ABUAB2020/5/1728注：(1)电路图上标注的电压和电流方向都是参考方向；(2)电压或电流前面的正负号表示其实际方向与参考方向的关系；(3)参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际方向不变。(4)参考方向在电路分析中起着十分重要的作用，因为：A:它是分析电路的前提；B：各种关系都是在一定的参考方向下表示的；C：电路方程是以参考方向为准而建立的，参考方向一旦选定就要以此为准，否则会引起分析的混乱。2020/5/1729关联参考方向(associatedreferencedirection)：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+-+-IUURRURIURI2020/5/1730补充：伏安关系流过元件的电流和元件两端电压之间的关系称为伏安特性或伏安关系(VoltageCurrentRelation，VCR)；是元件本身的约束。2020/5/1731例：写出各电阻的VCR。2020/5/1732R说明：今后做题中，一般选择元件上的电压、电流方向为关联参考方向2020/5/17334.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。注：电位用V或v表示2020/5/1734[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)两点间的电压差：两点间的电位之差。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)2020/5/1735解abab,UVV任意两点的电压不变0bVab25VUabaa025VUVVadad40VUVV(2)以b点为电位参考点da4025V40V15VVVbcbcc05VUVVVc5VV2020/5/1736结论(1)电路中电位参考点可任意选择；(2)参考点一经选定，电路中各点的电位值就是唯一的；(3)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。(4)两点间的电压（差）为两点间的电位之差。2020/5/1737习题29页14题(a)解：（1）当S打开时，回路中无电流。Va=Vb=10V2020/5/1738（2）当S闭合时，回路中的电流和其在电阻上的电压降方向如图所示。I=10/5=2mAU2=2×2=4V,U1=2×3=6Vb点电位即为参考点电位Vb=0VUa0=Va-0=U2=4V=Va=4V2020/5/1739习题29页14题(b)解:（1）当S接a时电流大小、方向如图所示。由图可知，I2和I流过的电阻并联。R并=1.5K,R总=4.5K所以I1=10/3mA,I2=5/3mA,I=-5/3mAUc0=Vc-0=U2=5/3×3=5V2020/5/1740（2）当S接b时C处于+15V与-15V的中间，所以，Vc=0V,I=0A2020/5/1741例试求下图中电压Umn2020/5/17421.2.3功率与能量1.功率的定义uip功率的单位：W(瓦)(Watt，瓦特)单位时间内电场力所做的功。2020/5/17432.功率的计算u,i取关联参考方向p吸=uip0吸收功率(负载)p0提供功率(电源)+-iu2020/5/1744p吸=-uip0吸收功率，负载p0提供功率，电源u,i取非关联参考方向+-iu无论P﹦UI，还是P=−UI只要P0，吸收功率，负载；P0，提供功率，电源2020/5/1745例1.2已知图1.5(b)所示电路图中,解pui64W24W4Ai6Vu求其功率。+_iU因为电压电流为非关联参考方向0p表示N提供功率。2020/5/1746注计算功率时必须注明电压和电流的参考方向，且只管参考方向，不管实际方向。另外还需注意公式中各数值的正负号的含义2020/5/1747例电路中方框用来泛指元件。PA吸=-20W，PB吸=10W，试求IA，IB。2020/5/1748利用图1.8(a)计算各功率：解11120(2)40W0PUI（提供）22214114W0PUI（提供）33312336W0PUI（吸收）552212W0PUI（）（吸收）4418(2)16W0PUI（吸收）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1.32020/5/1749说明对一完整的电路，所有元件功率的代数和为零，即提供的功率＝吸收的功率,称为功率守恒。2020/5/17503.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()。dtiupdtWtttt00JkWh1J表示功率为1W的用电设备在1S时间内所消耗的电能。实际中常用千瓦小时（）(俗称度)做电能单位1度===1kWh310W3600s63.610J2020/5/17511.3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：p(t)0有源元件：p(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本节将介绍理想电阻元件、理想电压源和电流源2020/5/17521.3.1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/Vi/A0u/Vi/A0i+u-2020/5/1753压敏电阻碳膜电阻贴片电阻热敏电阻水泥电阻滑线电阻电位器2020/5/1754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。2020/5/1755从元件参数是否随时间变换的意义可分为：时不变电阻：伏安关系为u-i平面过坐标原点的一条曲线。（定常电阻）tt线性时不变电阻非线性时不变电阻2020/5/1756时变电阻：伏安关系为u-i平面过坐标原点的一簇曲线。t1t2t3t4t1t2t3线性时变电阻非线性时变电阻2020/5/17571.3.1电阻电路符号R讨论线性时不变电阻元件ui2020/5/1758线性时不变电阻的特点：1）伏安关系为u-i平面过坐标原点的一条直线，斜率为R。2）端电