李瀚蓀編《電路分析基礎(chǔ)》(第4版)第一章課件.ppt

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1、 李瀚蓀編 電路分析基礎(chǔ) （第 4版） 教材與教學(xué)參考書 參考經(jīng)典教材 :邱關(guān)源編 電路 李瀚蓀編 簡明電路分析基礎(chǔ) 電路分析基礎(chǔ) (教材 ) 相關(guān)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)書 課程位置及作用 專業(yè)基礎(chǔ)課 課程特點(diǎn) 內(nèi)容多、基本概念多、習(xí)題多 課程的學(xué)習(xí)方法 電路分析基礎(chǔ) 用心看書 認(rèn)真聽課 多作習(xí)題 總結(jié)思路 大學(xué)英語 高等數(shù)學(xué) 普通物理 電路分析基礎(chǔ) 信號與系統(tǒng) 電子線路 數(shù)字邏輯電路 數(shù)字信號處理 信息論與編碼理論 計(jì)算機(jī) 數(shù)據(jù)通信原理 通信原理 非專業(yè)課 專 業(yè) 基礎(chǔ)課 專業(yè)課 數(shù) 字 圖 象 處 理 頻 譜

2、分 析 與 估 計(jì) 自 適 應(yīng) 信 號 處 理 雷 達(dá) 信 號 處 理 陣 列 信 號 處 理 信號與信息處理 衛(wèi) 星 通 信 移 動 通 信 光 纖 通 信 計(jì) 算 機(jī) 通 信 接 入 網(wǎng) 技 術(shù) 互 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) 程 控 交 換 通信與信息系統(tǒng) 電路分析基礎(chǔ) 經(jīng)典電路理論形成于二十世紀(jì)初至 60s。 經(jīng)典的時域分 析于 30s初已初步建立 ， 并隨著電力 、 通訊 、 控制三大系統(tǒng)的 要求發(fā)展到頻域分析與電路綜合 。 六 、 七十年代至今發(fā)展了現(xiàn)代電路理論 。 它隨著電子 革命和計(jì)算機(jī)革命而飛躍發(fā)展 ， 特點(diǎn)是：頻域與時域相結(jié)合 ， 并產(chǎn)生了

3、拓?fù)?、 狀態(tài) 、 邏輯 、 開關(guān)電容 、 數(shù)字濾波器 、 有源 網(wǎng)絡(luò)綜合 、 故障診斷等新的領(lǐng)域 。 作為首門電技術(shù)基礎(chǔ)課 ， 為學(xué)習(xí)電專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課打 下基礎(chǔ)；也是電氣電子工程師的必備知識；學(xué)習(xí)本課程還將 有助于其他能力的培養(yǎng) （ 如嚴(yán)格的科學(xué)作風(fēng) 、 抽象的思維能 力 、 實(shí)驗(yàn)研究能力 、 總結(jié)歸納能力等 ） 。 電路分析基礎(chǔ) 電路理論 電路分析：已知 已知 求解 輸入 輸出 電路 包括 電路分析 和 電路綜合 兩方面內(nèi)容 電路綜合：已知 求解 已知 顯然，電路分析是電路綜合的基礎(chǔ)。 “印象”電路分析

4、 V1 10V R2 1k R1 1k （ a） （ b） V1 10V R2 1k R3 1k R1 1k R4 1k V1 10V R2 1k R1 1k R3 1k （ c） R4 1k V1 10V R2 1k R1 1k R3 1k R51k （ d） “印象”電路分析 R4 1k V1 10V R2 1k R1 1k R3 1k V2 5 V d cR51k （ e） C1 1uF L2 10uH 1 2 V1 10V R1 1k （ f） 電路的基本概念 電路的基本定理或定律 電路的基本分析方法 研究內(nèi)容 電路分析基礎(chǔ) 1-1 電路及集總電路模

5、型 1-2 電路變量 電流、電壓及功率 1-3 基爾霍夫定律 1-47 幾種電路元件（電阻、電源） 1-8 分壓公式、分流公式 1-9 兩類約束 1-10 支路分析 第一章 集總參數(shù)電路中電壓、電流的約束關(guān)系 主要內(nèi)容 電壓、電流的參考方向 基爾霍夫定律 重點(diǎn)內(nèi)容 第一章 集總參數(shù)電路中電壓、電流的約束關(guān)系 電路元件特性 分壓電路、分流電路 1-1電路及集總電路模型 提供能量：電網(wǎng)、電池 傳送和處理信號：音頻、視頻、放大 測量電路：電流表、功率表、電壓表、歐姆表 存儲信息： EPROM、 RAM 電路的作用和組成 電路的作用

6、 低頻信號發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1-1電路及集總電路模型 1-1電路及集總電路模型 電阻器 電容器 線圈 電池 運(yùn)算放大器 晶體管 1-1電路及集總電路模型 電路：電工設(shè)備構(gòu)成的整體，它為電流的流通提供路徑 電路組成：主要由電源、中間環(huán)節(jié)、負(fù)載構(gòu)成 電源 (source)：提供能量或信號（電池、發(fā)電機(jī) 、信號發(fā)生器） 負(fù)載 (load)：將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量， 或?qū)π盘栠M(jìn)行處理（電阻、電容、晶體管） 中間環(huán)節(jié)（ intermediate）：一般由導(dǎo)線、開 關(guān)等構(gòu)成，將電源與負(fù)載接成通路（傳輸線） 電路的基本組成 1-1電路及集總

7、電路模型 實(shí)際電路 是由一定的電工、電子器件按 照一定的方式相互聯(lián)接起來，構(gòu)成電流通 路，并具有一定功能的整體。 電路模型 是 由理想元件及其組合代表實(shí) 際電路元件，與實(shí)際電路具有基本相同的 電磁性質(zhì)。 是實(shí)際電路的抽象化，理想化 ，近似化。 電路理論中所說的電路是指由各種 理 想電路元件 按一定方式連接組成的總體 。 實(shí)際器件 理想元件 符號 圖形 反映特性 電阻器 電阻元件 R 消耗電能 電容器 電容元件 C 貯存電場能 電感器 電感元件 L 貯存磁場能 1-1電路及集總電路模型 1-1電路及集總電路模型 iR

8、SU fR 電氣圖 10BA SE-T wall plate 導(dǎo)線 電 池 開關(guān) 燈泡 實(shí)際電路 電路圖 （電路模型） 實(shí)際器件 與 理想元件 的區(qū)別： 實(shí)際器件 有大小、尺寸，代表 多種 電磁現(xiàn)象； 理想元件 是一種 假想元件 ，沒有大 小和尺寸，即它的特性表現(xiàn)在空間的一 個點(diǎn)上，僅代表 一種 電磁現(xiàn)象。 1-1電路及集總電路模型 1-1電路及集總電路模型 集總參數(shù)元件與集總參數(shù)電路 (Lumped) 集總參數(shù)元件： 只反映一種基本電磁現(xiàn)象，且 可由數(shù)學(xué)方法加以精確定義。 集總參數(shù)電路 ：由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路。 集總假設(shè) (理想化 ): 不考慮電場和

9、磁場的相互作用 ，不考慮電磁波的傳播現(xiàn)象。 集總假設(shè)條件： 實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小于電 路工作頻率下的電磁波的波長。（不滿足時為分 布參數(shù)電路，微波元器件、微波電路）。 集總參數(shù)電路 特點(diǎn) ：電壓與電流為確 定常數(shù)，與器件的幾何尺寸與空間位 置無關(guān) 分布參數(shù)電路 特點(diǎn) ：電壓與電流是時間 的函數(shù)，與器件的幾何尺寸與空間位置 有關(guān) 1-1電路及集總電路模型 1-1電路及集總電路模型 f c 波長與頻率關(guān)系 電力用電 mfc H z ,f 610650 低頻電路 mfc H z ,kf 54 10110130030 高頻電路 mfc H z ,Mf 1001

10、0303 甚高頻及更高頻率電路 mfc H z ,Mf 1030 例如 晶體管調(diào)頻收音機(jī)最高工作頻 率約 108MHz。問該收音機(jī)的電路是 集總參數(shù)電路還是分布參數(shù)電路 ? m78.2 101 0 8 103 6 8 f c 幾何尺寸 d

11、與參考方向相反， 從 a-b； 可見真實(shí)方向不變。 022)4/5c o s (4)5.0( i 表明 此時 真實(shí)方向與參考方向一致， 從 b-a； 可見真實(shí)方向不變。 習(xí)題 1 如圖所示， 各電流的參考方向已 設(shè)定。 已知 I1=10A, I2= 2A, I3=8A。試 確定 I1、 I2、 I3的實(shí)際方向。 a I 1 I 2 I 3 c b d 解 ： I10, 故 I1的實(shí)際方向與 參考方向相同， I1由 a點(diǎn)流向 b點(diǎn)。 I20, 故 I3的實(shí)際方向與 參考方向相同， I3由 b點(diǎn)流向 d點(diǎn)。 q twtu d )(d)( 即兩點(diǎn)間的電位差 。 ab

12、間的電壓 ， 數(shù)值上為 單位正電荷從 a到 b移動時所獲得或失去的能 量 。 大?。? 單位：伏 （特） ， V； 1伏 =1焦 /庫 1-2 電路變量 電流、電壓、功率 電壓 (voltage) P7 低電位（負(fù)極 -）、高電位（正極 +） ab： 正電荷 移動失去能量， a高 b低，電壓降 ab： 正電荷 移動獲得能量， a低 b高，電壓升 伏特 亞歷山德羅 伏特（ 1745 1827年）， 意大利物理學(xué)家。 主要成就： 伏達(dá)電堆 起電盤 靜電計(jì) 趣聞軼事 ：伏特發(fā)明電池的故事 用舌尖舔著一個金幣和銀幣 ，用一根導(dǎo)線把金幣和銀幣接 通，舌頭會嘗

13、到苦味；一塊錫 片和一枚銀幣，舌頭會嘗到酸 味；銀幣和錫片交換位置，舌 頭會嘗到咸味。 1-2 電路變量 電流、電壓、功率 恒定電壓（直流電壓）： 大小、方向恒定。 用大寫字母 U表示。 時變電壓： 大小、極性隨時間變化。用小寫字 母 u表示 交流電壓： 大小和極性作周期性變化的時變電壓 電壓的分類 abu + - a b 在電子電路課程中也可用 箭頭 表示。 參考方向：也稱 參考極性 。 兩種表示方法： 在圖上標(biāo)正負(fù)號； 用雙下標(biāo)表示 1-2 電路變量 電流、電壓、功率 在假設(shè)參

14、考方向（極性）下，若 計(jì) 算值為正，表明電壓真實(shí)方向與參考 方向一致；若計(jì)算值為負(fù)，表明電壓 真實(shí)方向與參考方向相反。 P8 注意：計(jì)算前，一定要標(biāo)明電壓極性； 參考方向可任意選定，但一旦 選定，便不再改變。 若沒有確定參考方向，計(jì)算結(jié)果是 沒有意義的。 1-2 電路變量 電流、電壓、功率 解：（ 1）相當(dāng)于正電荷從 b到 a失去能量， 故電壓的真實(shí)極性為： b+, a-。 例 2（ 1）若單位負(fù)電荷從 a移到 b，失去 4J能量，問 電壓的真實(shí)極性。 （ 2）若電壓的參考方向如圖，則該電壓 u為多少？ （ 2）單位負(fù)電荷移動時，失去 4J能量，說 明電壓大

15、小為 4伏，由于電壓的參考極性與 真實(shí)方向相反，因而， u = - 4伏。 + u - a b 關(guān)聯(lián)參考方向 P8 關(guān)聯(lián) ：電流與電壓降的參考方向選為 一致 。 即 電流的參考方向?yàn)閺碾妷簠⒖紭O性的 正極端“ +流向“”極端。 關(guān)聯(lián) 參考方向 a b + u - i a b - u + i 非關(guān)聯(lián) 參考方向 為了方便，電壓與電流參考方向關(guān)聯(lián) 時，只須標(biāo)上其中之一即可。 a i b + u - 1-2 電路變量

16、 電流、電壓、功率 小結(jié) 分析電路前必須 選定 電壓和電流的 參考方向 。 參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應(yīng)位置 標(biāo)注 (包括 方向和符號 ），在計(jì)算過程中不得任意改變。 參考方向也稱為假定正方向，以后討論均在參考方 向下進(jìn)行 ， 不考慮實(shí)際方向。 1-2 電路變量 電流、電壓、功率 電功率（ power）： 能量隨時間的變化率 單位：瓦（特） W 1-2 電路變量 電流、電壓、功率 u a b i 能量傳輸方向 p 0)( tp 0)( tp 吸收（消耗或儲存） 功率 提供（產(chǎn)生）功率 tttt diudpttw 00 )()()()

17、,( 0 能量 單位：焦（耳） J )()()( titu t q q w t wtp d d d d d d 功率的計(jì)算 1. u, i 取關(guān)聯(lián)參考方向 p= u i 2. u, i 取非關(guān)聯(lián)參考方向 p = - u i 1-2 電路變量 電流、電壓、功率 無論用上面的哪一個公式，其計(jì)算結(jié)果 0p 若 ，表示該元件 吸收 功率； 若 ，表示該元件 提供 功率。 3A -5A 2V 4V (a) (b) (c) Pc = (4V) ( -5

18、A) = -20W -2V -3A Pa = ( 2V) ( 3A) = 6W Pb = ( -2V) ( -3A) = 6W 例 3 計(jì)算圖中各元件吸收的功率 當(dāng)計(jì)算功率數(shù)值完畢之后，我們要根據(jù) 數(shù)值符號 來確定是器 件是 吸收 功率還是 提供 功率。 1-2 電路變量 電流、電壓、功率 已知 i1= i2= 2A, i3=3A, i4= -1A u1=3V, u2= -5V u3= -u4= -8V 求：各段電路的功 率，是吸收還是產(chǎn)生功率。 A B C D + u1 - - u3 + i2 - u2 + i3 +

19、 u4 - i4 i1 例 4 解： A段， u1 ,i1關(guān)聯(lián)， 2)5( 22 iuP B 2311 iuP A 吸收功率 =6W0, B段， u2 ,i2 非關(guān)聯(lián)， =10 W0, 吸收功率 A B C D + u1 - - u3 + i2 - u2 + i3 + u4 - i4 i1 C段， u3 ,i3 關(guān)聯(lián)， 0

20、243)8(33 iuP C 8)1()8(44 iuP D DCBA PPPP B C D - u3 + i3 + u4 _ i4 產(chǎn)生功率 D段， u4 ,i4 非關(guān)聯(lián)， 0, 吸收功率 驗(yàn)證： =0 稱為 功率守恒 習(xí)題 2 求圖中二端網(wǎng)絡(luò)的功率。 思路： 先確定電壓與電流的參考方向關(guān)系，若為關(guān) 聯(lián)，用 P UI計(jì)算，若為非關(guān)聯(lián)，用 P UI計(jì)算 （ a）非關(guān)聯(lián) P UI 5 2 10W 產(chǎn)生功率 （ b）非關(guān)聯(lián) P UI 5

21、 ( 2) 10W 吸收功率 （ c）關(guān)聯(lián) P UI 5 ( 2) 10W 吸收功率 1-3 基爾霍夫定律 電路整體的基本規(guī)律：基爾霍夫定律是適用于任何 集總參數(shù)電路的基本定律，其是電荷守恒和能量守 恒在集總電路中的體現(xiàn)，包括電流定律和電壓定律， 分別對集總電路的電流和電壓進(jìn)行約束。 電路的基本規(guī)律 電路作為整體服從的規(guī)律： 基爾霍夫定律 電路的各個組成部分特性如何： 元件特性 基爾霍夫定律與元件特性是電路分析的 核心 。 1-3 基爾霍夫定律 幾個名詞 P12 支路 (branch)：一個 二端元件 視為一條支路 ， 或 為 了減少支路個數(shù) ， 往往將流過同

22、一電流的幾 個元件的串聯(lián)組合作為一條支路 。 1 2 4 5 3 a b 節(jié) 點(diǎn) 1 節(jié) 點(diǎn) 3 節(jié) 點(diǎn) 2 1-3 基爾霍夫定律 幾個名詞 P12 節(jié)點(diǎn) (node): 支路的 連接點(diǎn) 稱為節(jié)點(diǎn)，也稱為結(jié)點(diǎn) 回路 (loop)：由支路組成的任一 閉合 路徑 網(wǎng)孔 (mesh)： 內(nèi)部不含有支路 的回路 1 2 4 5 3 a b 節(jié) 點(diǎn) 1 節(jié) 點(diǎn) 3 節(jié) 點(diǎn) 2 基爾霍夫電流定律 (KCL) P12 物理基礎(chǔ) : 電荷守恒，電流連續(xù)性。 i1 i2 i3 i4= 0 出入即 ii 1-3 基爾霍夫定律 0)( 1 K k k ti i1+ i3= i2+

23、 i4 支路電流約束 i1 i4 i2 i 3 在集總參數(shù)電路中，任一時刻，任一節(jié)點(diǎn)上，流 入或流出該節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù)和為零。 1-3 基爾霍夫定律 KCL的運(yùn)用 先選定參考方向，若取流出該節(jié)點(diǎn)的支 路電流為正，則流入的支路電流為負(fù)。如由 下圖可得 04321 iiii i1 i4 i2 i3 基爾霍夫電流定律 (KCL) 7A 4A i1 10A -12A i2 10+(12) -i1-i2=0 i2=1A 7+i1-4= 0 i1= 3A 例 5 1-3 基爾霍夫定律 取流入電流為正 1-3 基爾霍夫定

24、律 1 3 2 5i 6i 4i 1i 3i 2i 1 4 6 0i i i 例 2 4 5 0i i i 3 5 6 0i i i 三式相加得： 0321 iii KCL不僅適用于節(jié)點(diǎn) ， 也適 用于包圍幾個節(jié)點(diǎn)的 閉合面 。 注 節(jié)點(diǎn) 1： 節(jié)點(diǎn) 2： 節(jié)點(diǎn) 3： KCL的推廣 0321 iii i1 A B i 3 i2 A B i i A B i 兩條支路電流大小相等， 一個流入，一個流出。 只有一條支路相連，則 i=0。 1-3 基爾霍夫定律 R2 1 iS1 iS2 R1 2 習(xí)題 3 iS1=6A， iS2=3A，求電阻

25、的電 流及電壓。 解：各支路電壓 相等，設(shè)為 u，電 阻電壓與電流取 關(guān)聯(lián)方向，設(shè)流 出電流為正，列 KCL方程 0 2121 RRSS iiii 0 12 36 uu 代入元件 VCR，得 + u - R2 1 iS1 iS2 R1 2 + u - A R u i A R u i Vu R R 2 1 2 2 2 1 1 計(jì)算得 1-3 基爾霍夫定律 能量守恒，電荷守恒。 0654321 pppppp 0163514332211 iuiuiuiuiuiu 132 iii 0)( )( 3532 16421 iuuu iuuuu 06421 uuuu

26、 0532 uuu 035641 uuuuu 0665544332211 iuiuiuiuiuiu 1-3 基爾霍夫定律 在集總參數(shù)電路中，任一時刻，任 一回路中，所有支路電壓降的代數(shù)和等 于零。 基爾霍夫電壓定律 (KVL) P16-17 0)( 1 K k k tu 回路電壓約束 升降 uu另一形式 電壓降之和 =電壓升之和。 U1 US1+U2 U3+U4 US2 0 0 U 順時針 方向繞行 : 1-3 基爾霍夫定律 指定一個回路的 繞行方向 。 首先： 規(guī)定： 凡電壓的參考方向與回路繞行方 向 一致 者，取“ +，反之，取“ - 。 （電壓

27、降 取 正 ，電壓 升 取 負(fù) ） 例 U4 + US1 _ + U S2 _ U3 U1 U2 KVL的運(yùn)用 1-3 基爾霍夫定律 例題見 p17 1 4 例 KVL不僅適用于回路 ， 還 可以推廣應(yīng)用于任何一個假 象閉合的一段電路 （ 廣義回 路 ） 。 a U s b - + + + U 2 U 1 Sab UUUU 21 uab 推廣 1-3 基爾霍夫定律 推論 ：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于兩點(diǎn)間任一 條路徑經(jīng)過的元件電壓的代數(shù)和 。 32 UUU AB 4211 UUUUU SSAB 1-3 基爾霍夫定律 + US1 _ + U S2 _

28、U3 U1 U2 U4 A B 1-3 基爾霍夫定律 例 求 A B + u1=3V - - u2=-5V E + u3=-4V- + C uAD D u1-u2-u3- = 0 = u1-u2-u3 =3-(-5)-(-4)=12V u AD uAD 解： 選順 時針方向， 例 6 求 I1 和 I2 。 d 5 a + 14V - 3A - b 2V + c + 4V - I1 I2 2 I a c a: I2+I a c-3=0,

29、 得 I2=1A d: -I2-I b d-I1=0 I1=-I2-I b d=-1-1=-2A 解： u b d-4+2=0 u b d=2V, I b d=1A u a c+4-14=0 ua c=10V, I a c=2A 習(xí)題 4 圖示單回路電路，求電流及電源的 功率。 R1=1 + uS2=4V - I - R3=3 + uS1=10V R 2= 2 解：選回路方 向如圖，電阻 元件的電壓與 電流取關(guān)聯(lián)參 考方向，由 KVL得 0 13221 SRRSR uuuuu A1 321 21 RRR uu I SS W101 1 IuP

30、 Su S W42 2 IuP Su S 012 321 SS uIRIRuIR 代入元件 VCR，得 R1=1 + uS2=4V - I - R3=3 + uS1=10V R 2= 2 KCL、 KVL小結(jié) (2) KCL是對任一節(jié)點(diǎn)（或封閉面）的各支路電流的 線性約束 (3) KVL是對任一回路（或閉合節(jié)點(diǎn)序列）的各支路 電壓的線性約束 (4) KCL、 KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān) (1) KCL表明在每一節(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的； KVL是電 壓單值性的具體體現(xiàn) (兩點(diǎn)間電壓與路徑無關(guān) ) (5) KCL、 KVL只適用于集總參數(shù)的電路 1-3

31、 基爾霍夫定律 一般定義 在任一時刻，它的電壓和電流可用代數(shù)關(guān)系 表示的一個二端元件稱為電阻元件，即這一關(guān)系 (VCR)可 以由 u-i平面上 一條 曲線確定。 0),( iuf 分類 線性與非線性電阻、時變或時不變（定常）電阻 1-4 電阻元件 (resistor) 1-4 電阻元件 (resistor) 注意 ：電壓與電流 取關(guān)聯(lián)參考方向 電阻單位：歐 (姆 ) 符號 : 令 G 1/R G稱為電導(dǎo) 則 歐姆定律表示為 i G u 單位：西 (門子 ) 符號 : S (Siemens) 歐姆定律 P20 )(/)( tituR 電阻元件

32、 是從實(shí)際電阻器抽象出來的模型，只反 映電阻器對電流呈現(xiàn)阻力的性能。 R + u i - )()( tRitu 注意 ：電壓與電流取非關(guān)聯(lián)參考方向，則 )()( tRitu )()( tGuti 1-4 電阻元件 (resistor) 常用的各種二端電阻器件 電阻器 晶體二極管 1-4 電阻元件 (resistor) 實(shí)驗(yàn)表明： 在 低頻 工作條件下， 電阻器的電壓電流關(guān)系是 u i平面上通過坐標(biāo)原點(diǎn)的 一條直線。 用晶體管特性圖示器測 量二端電阻器的電壓電 流關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)表明： 在 低頻 工作條件下， 晶體二極管的電壓電流關(guān) 系是 ui平面上通

33、過坐標(biāo)原 點(diǎn)的一條曲線。 用晶體管特性圖示器測 量晶體二極管的電壓電 流關(guān)系。 1-4 電阻元件 (resistor) R i u + 開路與短路 當(dāng) R = 0 (G = )，視其為短路。 i為有限值時， u = 0。 當(dāng) R = (G = 0 )，視其為開路。 u為有限值時， i = 0。 u i 0 開路 u i 0 短路 1-4 電阻元件 (resistor) 功率 P23 R uRiuitp 22)( 無源與有源元件 一般情況下，電阻的功率非負(fù)，即電阻是一種耗能元件。 0)()()()( tt diudptw 無源 0)()()()(

34、 tt diudptw 有源 1-4 電阻元件 (resistor) 例 分別求下圖中的電壓 U或電流 I。 3A 2 + U - + -6V - I 2 解：關(guān)聯(lián) V632 IRU A3 2 6 / RUI 非關(guān)聯(lián) 電阻器有 額定值 （電壓，電流）問題 解：（ 1）額定（ rating)電壓 V07.75.0100 rr RPu mA7.701 0 0/5.0/ RPi rr 例 電阻器 RT-100-0.5W，（ 1）求額定電壓和額 定電流。（ 2）若其上加 5V電壓，求流經(jīng)的電流和 消耗的功率。 額定電流 電阻與電阻器的區(qū)

35、別 （ 2） mA501 0 05 Rui W25.010025 2 Rup 獨(dú)立源 (independent source) 常用的干電池和可充電電池 獨(dú)立源 (independent source) 實(shí)驗(yàn)室使用的直流穩(wěn)壓電源 用示波器觀測直流穩(wěn)壓電源的電壓隨時間變化的波形 。 示波器 穩(wěn)壓電源 1-5 理想電壓源 性質(zhì) P26 (a) 端電壓由電源 本身 決定，與外電路無關(guān)； (b) 通過它的電流是 任意 的，由外電路決定。 獨(dú)立源 (independent source) 伏安特性 US u i 0 符號 SU SS Uu , 理想電壓源的開

36、路與短路 (1) 開路 i=0 (2) 理想電壓源不允許短路 。 uS + _ i u + _ 獨(dú)立源 (independent source) 例題見 p27 1 7、 8、 9 獨(dú)立源 (independent source) 1-6 理想電流源 性質(zhì) ： P31 (a) 電源電流由電源 本身 決定，與外電路無關(guān)； (b) 電源兩端電壓 是 任意 的，由外電路決定。 獨(dú)立源 (independent source) IS u i 0 伏安特性 SSIi,符號 理想電流源的短路與開路 (2) 理想電流源不允許開路 。 (1) 短路： i= iS ， u=0 i

37、S i u + _ 獨(dú)立源 (independent source) 例題見 p32 1 10、 11、 12 獨(dú)立源 (independent source) 在電子電路中廣泛使用各種晶體管 、 運(yùn)算放大器 等多端器件 。 這些多端器件的 某些端鈕的電壓或電流受到 另一些端鈕電壓或電流的控制 。 為了模擬多端器件各電壓 、 電流間的這種 耦合 關(guān)系 ， 需要定義一些多端電路元件 (模 型 )。 本節(jié)介紹的 受控源 是一種非常有用的電路元件， 常用來模擬含晶體管、運(yùn)算放大器等多端器件的電子電路。 從事電子、通信類專業(yè)的工作人員，應(yīng)掌握含受控源的電 路分析。 1-7 受控源

38、 (controlled source) 圖 (a)所示的晶體管在一定條件下可以用圖 (b)所示的 模型來表示。這個模型由一個受控源和一個電阻構(gòu)成，這 個受控源受與電阻并聯(lián)的開路的控制，控制電壓是 ube，受 控源的控制系數(shù)是轉(zhuǎn)移電導(dǎo) gm。 1-7 受控源 (controlled source) 圖 (d)表示用圖 (b)的晶體管模型代替圖 (c)電路中的晶體管 所得到的一個電路模型。 1-7 受控源 (controlled source) 電路符號 受控源 ：由電子器件抽象出來的一種模型，是雙 口元件。一為 控制支路 （或?yàn)殚_路或?yàn)槎搪罚?，?為 受控支路 （

39、具有電壓或電流源的性質(zhì)），且其電 壓或電流是受受控支路電壓 (或電流 )控制。 P35 + 受控電壓源 受控電流源 1-7 受控源 (controlled source) 電流控制的電流源 ( Current Controlled Current Source ) : 電流放大倍數(shù) r : 轉(zhuǎn)移電阻 u1=0 i 2=i1 u1=0 u 2=r i1 電流控制的電壓源 ( Current Controlled Voltage Source ) i1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + ri1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + + - 分類 P

40、35 1-7 受控源 (controlled source) g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo) :電壓放大倍數(shù) i1=0 i 2=gu1 i1=0 u 2= u1 電壓控制的電流源 ( Voltage Controlled Current Source ) 電壓控制的電壓源 ( Voltage Controlled Voltage Source ) 注意： ， g， ， r 為常數(shù)時，被控制量與控制量滿足 線性關(guān)系，稱為線性受控源。 u1 gu1 + _ u2 i2 _ i1 + u1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + + - 1-7 受控源 (controlled source)

41、VCR曲線 雙口電阻元件 0),,,( 0),,,( 21212 21211 iiuuf iiuuf 2121 ,,, iiuu 兩支路的電壓、電流 1-7 受控源 (controlled source) 功率 受控源是有源元件 受控源的有源性和無源性 )()()()()()()( 222211 titutitutitutp 受控源與獨(dú)立源的比較 獨(dú)立源在電路中起 “ 激勵 ” 作用 ， 在電路中產(chǎn)生電壓 、 電 流 ， 而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關(guān)系 ， 在電 路中不能作為 “ 激勵 ” 。 獨(dú)立源電壓 (或電流 )由電源本身決定 ， 與電路中其它電壓

42、、 電流無關(guān) ， 而受控源電壓 (或電流 )由控制量決定 。 1-7 受控源 (controlled source) 例題見 p38 1 14 （ p37例 1 13） 列寫方程時可將受控源 暫先 看作獨(dú)立源 找出控制量與求解量的 關(guān)系 1-7 受控源 (controlled source) 串聯(lián)電路 ( Series Connection) (a) 各電阻順序連接，流過同一電流 (KCL)； (b) 總電壓等于各串聯(lián)電阻的電壓之和 (KVL)。 n i inknk RiRRRiuuuu 1 11 )( 1-8 分壓公式和分流公式 + _ R1 R n + _ uk

43、 i + _ u1 + _ un u Rk 1 k k n i i Ruu R 分壓公式 P40 1 n eq i i RR 等效（總）電阻 在電子設(shè)備中使用的碳膜電位器、實(shí)心電位器和線繞 電位器是一種三端電阻器件，它有一個滑動接觸端和兩個 固定端 圖 (a)。在直流和低頻工作時，電位器可用兩個可 變電阻串聯(lián)來模擬 圖 (b)。電位器的滑動端和任一固定端 間的電阻值，可以從零到標(biāo)稱值間連續(xù)變化，可作為可變 電阻器使用。 1-8 分壓公式和分流公式 并聯(lián)電路 (Parallel Connection) (a) 各電阻兩端分別接在一起，兩端為同一電壓 (KVL)；

44、 (b) 總電流等于流過各并聯(lián)電阻的電流之和 (KCL)。 i = i1+ i2+ + ik+ +in in G1 G2 Gk Gn i + u i1 i2 ik _ i 1 k k n j j G ii G 分流公式 P43 1 n e q j j GG 等效（總）電導(dǎo) 1-8 分壓公式和分流公式 接地 電壓不能定義在單點(diǎn)上，它定義 為兩點(diǎn)之間的電位差。但是許多 電路原理圖都使用了將大地電壓 定義為零的約定，其他電壓都是 相對于該電壓而言的。這個概念 通常稱為“接地” （ earth ground）。既然將“地”定義為 零電壓，那么在原理圖中把它當(dāng) 作公共端通常比較

45、方便。如果電 路的公共端沒有通過某些低阻抗 的路徑與大地相接，就可能導(dǎo)致 潛在的危險。 1-8 分壓公式和分流公式 例題見 p41 1 15、 16 1-8 分壓公式和分流公式 分壓器的應(yīng)用 1-8 分壓公式和分流公式 分流器的應(yīng)用 1-8 分壓公式和分流公式 1-9 兩類約束 KCL、 KVL方程的獨(dú)立性 KCL、 KVL和元件的 VCR是對電路中的各電壓變量和 各電流變量施加的全部約束。 一類是元件的特性對其電壓和電流造成的約束，可稱為 元件約束 ，取決于元件的性質(zhì)。 另一類是元件的相互連接給支路電流和電壓帶來的約束， 可稱為 拓?fù)浼s束 ，取決于電路的互聯(lián)形

46、式 。 兩類約束 獨(dú)立節(jié)點(diǎn)：與獨(dú)立 KCL方程對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)。 任選 (n1)個節(jié)點(diǎn)即為獨(dú)立節(jié)點(diǎn)。 設(shè)電路的節(jié)點(diǎn)數(shù)為 n，則獨(dú)立的 KCL方程為（ n-1） 個，且為任意的（ n-1）個。 P46 KCL和 KVL的獨(dú)立性問題 1-9 兩類約束 KCL、 KVL方程的獨(dú)立性 給定一平面電路（ planar circuit） (a)該電路有 b-(n-1)個網(wǎng)孔； (b) b-(n-1)個網(wǎng)孔的 KVL方程是獨(dú)立的。 P46 獨(dú)立回路：與獨(dú)立 KVL方程對應(yīng)的回路。 對平面電路， b(n1)個網(wǎng)孔即是一組獨(dú)立回路。 KCL和 KVL的獨(dú)立

47、性問題 1-9 兩類約束 KCL、 KVL方程的獨(dú)立性 平面電路 ：可以畫在平面上 ,不出現(xiàn)支路交叉的電路。 非平面電路 ：在平面上無論將電路怎樣畫，總有支 路相互交叉。 平面電路 總有支路相互交叉 非平面電路 1-9 兩類約束 KCL、 KVL方程的獨(dú)立性 對于具有 b條支路 n個結(jié)點(diǎn)的電路，以 b個 支路電壓和 b個支路電流為變量的電路方程， 稱為 2b方程。 其中包括： KCL定律列出的 (n-1)個結(jié)點(diǎn)方程 KVL定律列出的 (b-n+1)個回路方程 VCR（歐姆定律）列出的 b個方程 求解 2b方程可

48、得到電路的全部支路電壓和支路 電流 2b方程 1-10 支路分析 支路電流法和支路電壓法 出發(fā)點(diǎn)：以支路電流 (電壓 )為電路變量。 支路 電流 法 ：以各支路 電流 為 未知量 列寫電路方程 分析電路的方法。 支路 電壓 法 ：以各支路 電壓 為 未知量 列寫電路方程 分析電路的方法。 1-10 支路分析 1-10 支路電流法和支路電壓法 支路電流分析法步驟： 1 選各支流電流的參考方向； 2 對 (n-1)個獨(dú)立節(jié)點(diǎn) 列 KCL方程； 3 選 b-(n-1)獨(dú)立回路列 KVL方程；其中 電阻的電壓用支路電流表示 4 求解支路電流及其他響應(yīng)。 skRk

49、uiR k 支路電壓分析法步驟： 1 選各支流電壓的參考方向； 2 對 (n-1)個獨(dú)立節(jié)點(diǎn) 列 KCL方程；其中電 阻的電流用支路電壓表示 3 選 b-(n-1)獨(dú)立回路列 KVL方程； 4 求解支路電壓及其他響應(yīng)。 skRk iuG k 1-10 支路分析 支路法的特點(diǎn)： 支路電流法是最基本的方法 ， 在 方程數(shù)目不多的情況下可以使用 。 由 于支路法要同時列寫 KCL和 KVL方 程 ， 所以方程數(shù)較多 。 1-10 支路分析 例 節(jié)點(diǎn) a： I1I2+I3=0 (1) n1=1個 KCL方程： I1 I3 US1 US2 R1 R2 R3 b a +

50、 + I2 US1=130V, US2=117V, R1=1, R2=0.6, R3=24. 求各支路電流及電壓 源各自發(fā)出的功率。 解 (2) b(n1)=2個 KVL方程： R2I2+R3I3=US2 U=US R1I1R2I2=US1US2 0.6I2+24I3=117 I10.6I2=130117 1 2 1-10 支路分析 (3) 聯(lián)立求解 I1I2+I3=0 0.6I2+24I3= 117 I10.6I2=13 解之得 I1=10 A I3= 5 A I2= 5 A (4) 功率分析 PU S1=-US1I1=-13010=-1300 W PU S2=-US2I2

51、=-117(5)= 585 W 驗(yàn)證功率守恒： P R 1吸 =R1I12=100 W PR 2吸 =R2I22=15 W PR 3吸 =R3I32=600 W P發(fā) =715 W P吸 =715 W P發(fā) = P吸 1-10 支路分析 I1 I3 US1 US2 R1 R2 R3 b a + + I2 例 列寫如圖電路的支路電流方程 (含理想電流源支路 )。 b=5, n=3 KCL方程： - i1- i2 + i3 = 0 (1) - i3+ i4 - i5 = 0 (2) R1 i1-R2i2 = uS (3) R2 i2+R3i3 + R4 i4 =

52、 0 (4) - R4 i4+u = 0 (5) i5 = iS (6) KVL方程： * 理想電流源的處理：由于 i5 = iS， 所以在選擇獨(dú)立回路時 ， 可不選含此支路的回路 。 對此例 ， 可不選回路 3， 即去 掉方程 (5)， 而只列 (1)(4)及 (6)。 iS c 1 2 3 + u i1 i3 uS R1 R2 R3 b a + i2 i5 i4 R4 解 1-10 支路分析 解 列寫下圖所示含受控源電路的支路電流方程。 uS c u2 方程列寫分兩步： (1) 先將受控源看作獨(dú)立 源列方程； (2)

53、將控制量用未知量表 示 ， 并代入 (1)中所列 的方程 ， 消去中間變 量 。 KCL方程： -i 1- i2+ i3 + i4=0 (1) -i3- i4+ i5 i6=0 (2) 例 1 i1 i3 i1 R1 R2 R3 b a + + i2 i6 i5 u 2 4 i4 R4 + R5 + u2 3 1-10 支路分析 KVL方程： R1i1- R2i2= uS (3) R2i2+ R3i3 +R5i5= 0 (4) -R3i3+R4i4= - u 2 (5) -R5i5= - u (6) 補(bǔ)充方程：

54、i6= i1 (7) u2= -R2i2 (8) 另一方法：去掉方程 (6)。 1 i1 i3 i1 R1 R2 R3 b a + + i2 i6 i5 u 2 4 i4 R4 + R5 + u2 3 1-10 支路分析 摘 要 n k ki 1 0 1實(shí)際電路的幾何尺寸遠(yuǎn)小于電路工作信號的波長時，可 用電路元件連接而成的 集總參數(shù)電路 (模型 )來模擬?；? 爾霍夫定律適用于任何集總參數(shù)電路。 2 基爾霍夫電流定律 (KCL)陳述為：對于任何集總參數(shù)電 路，在任一時刻，流出任一結(jié)點(diǎn)或封閉面的全部

55、支路電 流的代數(shù)和等于零。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 n k ku 1 0 3 基爾霍夫電壓定律 (KVL)陳述為：對于任何集總參數(shù)電 路 ， 在任一時刻 ， 沿任一回路或閉合結(jié)點(diǎn)序列的各段電 壓的代數(shù)和等于零 。 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 4一般來說，二端電阻由代數(shù)方程 f(u,i)=0來表征。線性 電阻滿足歐姆定律 (u=Ri)，其特性曲線是 u-i平面上通過 原點(diǎn)的直線。 5電壓源的特性曲線是 u-i平面上平行于 i軸的垂直線。電 壓源的電壓按給定時間函數(shù) uS(t)變化，其電流由 uS(t)和 外電路共同確定。 摘 要 6電流源的特性曲

56、線是 u-i平面上平行于 u軸的水平線。電 流源的電流按給定時間函數(shù) iS(t)變化，其電壓由 iS(t)和 外電路共同確定。 摘 要 7 受控源 是一類重要的電路元件模型，為多端口元件，包 括控制支路和受控支路，其可以提供能量，但不同于獨(dú)立 源，在分析的時候需要加以特殊注意，以免出錯。 摘 要 11 kkkk nn jj jj RG u u i i RG 8兩個電阻串聯(lián)時的 分壓公式 和兩個電阻并聯(lián)時的 分流 公式 為 11由電阻和電壓源構(gòu)成的電路，可以用 b個支路電流作為 變量，列出 b個支路電流法方程，它通常由 (n-1)個結(jié)點(diǎn) 的 KCL方程和 (b-n+1)個網(wǎng)孔的 KVL方程構(gòu)成。 摘 要 10對于具有 b條支路和 n個結(jié)點(diǎn)的連通電路，有 (n-1)個線 性無關(guān)的 KCL方程， (b-n+1)個線性無關(guān)的 KVL方程和 b個支路特性方程。 9任何集總參數(shù)電路的電壓、電流都要受 KCL、 KVL和 VCR方程的約束。直接反映這些約束關(guān)系的 2b方程是 最基本的電路方程，它們是分析電路的基本依據(jù)。