1、电路分析基础电路分析基础课堂教学演示文稿课堂教学演示文稿 吴吴 晓晓 娟娟绪绪 论论一、一、本课程的作用本课程的作用:“电路分析基础电路分析基础”课程是电子与电气信息类专业的技术基础课程是电子与电气信息类专业的技术基础课课,也是电子与电气信息类所有专业的必修课。也是电子与电气信息类所有专业的必修课。它既是电子与电气信息类专业课程体系中数学、物理学等基它既是电子与电气信息类专业课程体系中数学、物理学等基础课的后续课程础课的后续课程,又是后续技术基础课又是后续技术基础课(高、低频电子线路高、低频电子线路,信信号与系统号与系统)和专业课和专业课(通信原理等通信原理等)的基础。它是由逻辑思维过的基础。
2、它是由逻辑思维过渡到工程思维的桥梁课渡到工程思维的桥梁课,在整个电子与电气信息类专业的人在整个电子与电气信息类专业的人才培养和课程体系中起着承前启后的重要作用。才培养和课程体系中起着承前启后的重要作用。通过本课程的学习通过本课程的学习,对培养学生严肃认真的科学作风和理论对培养学生严肃认真的科学作风和理论联系实际的工程观点联系实际的工程观点,以及科学的思维能力、归纳能力、分以及科学的思维能力、归纳能力、分析计算能力、实验研究能力都有重要的作用。析计算能力、实验研究能力都有重要的作用。 邓小平同志曾精辟的指出邓小平同志曾精辟的指出:21世纪是高科技发展的世纪世纪是高科技发展的世纪,21世世纪将是知
3、识经济占国际经济主导地位的世纪。面向纪将是知识经济占国际经济主导地位的世纪。面向21世纪的高等世纪的高等教育质量目标教育质量目标,概括地说概括地说,就是培养和造就全面适应新世纪的人才。就是培养和造就全面适应新世纪的人才。要实现这个目标要实现这个目标,研究型大学和创新性人才的培养是摆在我们面前研究型大学和创新性人才的培养是摆在我们面前的两大任务。为此必须加快教育改革的步伐。的两大任务。为此必须加快教育改革的步伐。我们编写本教材就是本着以适应当前高等学校教育改革中注意我们编写本教材就是本着以适应当前高等学校教育改革中注意素质培养和能力培养的精神素质培养和能力培养的精神,加强基础加强基础,拓宽专业的
4、原则拓宽专业的原则,以适应以适应21世纪对信息类专业人才的要求。世纪对信息类专业人才的要求。二、学习本课程目的二、学习本课程目的:就是使学生获得有关就是使学生获得有关电路分析电路分析方面的基本理论、基本知识和基本方面的基本理论、基本知识和基本技能技能,为学习后续课程以及今后从事工程技术工作打好基础。为学习后续课程以及今后从事工程技术工作打好基础。 本课程基本上是一个技术基础理论课本课程基本上是一个技术基础理论课,是不可能讲很多实际是不可能讲很多实际应用的。我们培养的是高等专业人才应用的。我们培养的是高等专业人才,一定要有雄厚的理论基础一定要有雄厚的理论基础和广博的专业知识和广博的专业知识,而不
5、是技工而不是技工,不能一进门就讲基本操作不能一进门就讲基本操作,也不也不能是讲一条理论就有一条应用能是讲一条理论就有一条应用,这样的理论是浅薄的这样的理论是浅薄的,我们是要我们是要学会高瞻远瞩。学会高瞻远瞩。电路分析电路分析:在已知电路结构和元件参数的条件下在已知电路结构和元件参数的条件下,讨论电路的激讨论电路的激 励与响应之间的关系。励与响应之间的关系。激激 励励:电源或信号源的电压或电流电源或信号源的电压或电流,它推动电路工作它推动电路工作,即即 产生电路各部分电压或电流的原因。产生电路各部分电压或电流的原因。响响 应应:激励在电路各部分产生的电压和电流激励在电路各部分产生的电压和电流,即
6、研究电路即研究电路 中因果关系的学科。中因果关系的学科。二、学习方法二、学习方法:1.要找出与中学物理要找出与中学物理“电学电学”部分的联系与不同部分的联系与不同,是在其基础上的是在其基础上的延续和加深。延续和加深。中学中学是从研究某一问题的特殊性入手。是从研究某一问题的特殊性入手。 大学大学是从问题的普遍性是从问题的普遍性(共性共性)入手入手,建立物理量间的函数关建立物理量间的函数关系系得到其特殊性。得到其特殊性。例例:电流的概念电流的概念中学中学:I I=q / t 单位时间内流过导体横截面积的电量单位时间内流过导体横截面积的电量直流。直流。大学大学:电流是电荷随时间的变化率电流是电荷随时
7、间的变化率,是时是时间的函数。当常数间的函数。当常数不随时间变化时不随时间变化时恒定电恒定电流流直流直流.建立数学模型建立数学模型,学会分析和处理问题的方法学会分析和处理问题的方法,而不是用大量的而不是用大量的习题来验证一个概念习题来验证一个概念,与高三应试教育不同。与高三应试教育不同。三、讲授方式和课程安排三、讲授方式和课程安排:分讲授、自学、详讲、略讲相结合。分讲授、自学、详讲、略讲相结合。平时讲课配有配套习题平时讲课配有配套习题,阶段总结安排习题课。阶段总结安排习题课。参考书目参考书目:电路分析电路分析 李瀚荪李瀚荪 北京理工大学北京理工大学电电 路路上上 邱关源邱关源 西安交通大学西安
8、交通大学电工学电工学上上 秦曾煌秦曾煌 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学电工学电工学上上 罗守信罗守信 浙江大学浙江大学第一章第一章电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律 人们想要成功人们想要成功 , ,但却常常回避问题。只要抓但却常常回避问题。只要抓住问题并处理问题才能取得成功。住问题并处理问题才能取得成功。 乔赛亚乔赛亚博尼尔博尼尔 目目 录录绪论绪论第一章第一章:电路的基本概念电路的基本概念和基本定律和基本定律 1-1 电路与电路模型电路与电路模型1-2 电流和电压的参考方向及功率电流和电压的参考方向及功率 1-3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1-4 电阻元件电阻元件1-5 独立电源
9、独立电源1-6 受控源受控源1-7 运算放大器运算放大器内容提要内容提要:本章主要讨论了电路的基本物理量本章主要讨论了电路的基本物理量,电路模型电路模型,电压和电压和电流的参考方向以及独立电源、受控源等电路元件的基本概念。电流的参考方向以及独立电源、受控源等电路元件的基本概念。着重阐述了集总电路中电压和电流间的约束关系。这是分析集着重阐述了集总电路中电压和电流间的约束关系。这是分析集总参数电路的基本依据。总参数电路的基本依据。 1-1 电路和电路模型电路和电路模型一、电路一、电路:电流的通路叫电路电流的通路叫电路,它是由若干电气设备或器件按一定方式它是由若干电气设备或器件按一定方式结合起来的。
10、结合起来的。1.电路的作用电路的作用:(1)实现电能的传输和转换实现电能的传输和转换发电设备发电设备 ,变电变电,输电设备输电设备其他形式能量其他形式能量电能电能机械能机械能,热能热能,光能光能,化学能化学能(2)传递和处理信号传递和处理信号 例例1:卡拉卡拉OK例例2:2:打电话打电话将一个用户的信息传送给另一个用户通过通将一个用户的信息传送给另一个用户通过通 信系统信系统完成信息的传递和交换完成信息的传递和交换此外还有收音机此外还有收音机,电视电视,自动控制自动控制2.理想元件理想元件实际的电路都是由电气设备和器件组成实际的电路都是由电气设备和器件组成如如:发电机、变压器、电动、电池、晶体
11、管、电阻、电容发电机、变压器、电动、电池、晶体管、电阻、电容我们研究的不是这些实际设备而是我们研究的不是这些实际设备而是理想化了的元件理想化了的元件。由于电磁能量的相互转换由于电磁能量的相互转换(变化的磁场变化的磁场=变化的电场变化的电场),许多设备的性质往往比较复杂许多设备的性质往往比较复杂,表现出两重性或多重性。表现出两重性或多重性。例如导线我们往往用电阻表示例如导线我们往往用电阻表示,但在一定的条件下它还表现出电容但在一定的条件下它还表现出电容性、电感性。性、电感性。在一定的条件下可把实际元件理想化在一定的条件下可把实际元件理想化,用其主要的电磁性质来代替用其主要的电磁性质来代替理想元件
12、理想元件:电阻元件电阻元件消耗电能消耗电能R电感元件电感元件储存磁能储存磁能L电容元件电容元件储存电能储存电能C电池和发电机电池和发电机供给电能供给电能称为理想元件称为理想元件集中集中(总总)参数元件。参数元件。这些元件分别由相应的参数来表征。这些元件分别由相应的参数来表征。 根据端子数目不同理想元件可分为根据端子数目不同理想元件可分为:二端元件二端元件:电阻、电容、电感等电阻、电容、电感等三端元件三端元件:晶体管、场效应管等晶体管、场效应管等四端元件四端元件:变压器变压器二、电路模型二、电路模型:由理想元件由理想元件(集总参数元件集总参数元件)组成的抽象电路组成的抽象电路电路模型。电路模型。
13、1-2 电流、电压的参考方向及功率电流、电压的参考方向及功率组成电路的基本物理量是电流、电压和功率组成电路的基本物理量是电流、电压和功率,中学我们都认为它中学我们都认为它们是不随时间而变化的们是不随时间而变化的,实际上它们都是时间的函数实际上它们都是时间的函数,一般用小一般用小写字母写字母I、u、p表示。表示。一一:电流电流:电流的方向规定为正电荷运动的方向。电流的方向规定为正电荷运动的方向。在复杂的交流电路中在复杂的交流电路中,有时某一支路电流的方有时某一支路电流的方向很难一下子确定向很难一下子确定,例如图例如图1-2-1。在交。在交流电路中电流的方向和大小都是随时间变流电路中电流的方向和大
14、小都是随时间变化的化的,无法用一个固定的箭头表示无法用一个固定的箭头表示,为此为此我们提出参考方向的概念。我们提出参考方向的概念。 图图1-2-1电流参考方向示例图电流参考方向示例图 当计算值为负当计算值为负,则实际方向与参考方向相反则实际方向与参考方向相反; 为正为正,则实际方向与参考方向一致。则实际方向与参考方向一致。 在分析和计算电路时在分析和计算电路时,事先选定某一方向为电流正方向事先选定某一方向为电流正方向,电流的方电流的方向和大小却是随时间变化的向和大小却是随时间变化的,无法用一个箭头来表示。而在分析和无法用一个箭头来表示。而在分析和计算电路时计算电路时,事先选定某一方向为电流的正
15、方向事先选定某一方向为电流的正方向参考方向参考方向参考方向参考方向一经规定一经规定,在求解过程中不得改动。在求解过程中不得改动。上例中规定上例中规定I2参考方向由左向右参考方向由左向右: 若计算值为若计算值为+I实际实际“”-I实际实际“”表示电流正方向：表示电流正方向：abbaabII参考方向表示法参考方向表示法:用箭头用箭头用双下标用双下标2I2I2I二、电压二、电压:电压的实际方向是高电位指向低电位。电压的实际方向是高电位指向低电位。参考方向是任意规定的。参考方向是任意规定的。当取电压的参考方向与实际方向一致当取电压的参考方向与实际方向一致:“+”当取电压的参考方向与实际方向相反当取电压
16、的参考方向与实际方向相反:“-”大小相等大小相等方向相反方向相反 数值上数值上=把单位正电荷由负极板通过电源内部移到正极板非把单位正电荷由负极板通过电源内部移到正极板非静电力所作的功。静电力所作的功。表示方法表示方法:箭头箭头;双下标双下标对于电源外部对于电源外部:电压电压:由高电位由高电位低电位低电位 电源内部电源内部:电动势电动势:由低由低高高电动势的实际方向电动势的实际方向设设Uba= U2-U1=4+6=10v b点电位高点电位高注注:做题时只考虑参考方向做题时只考虑参考方向,然后代入数值然后代入数值,再考虑实际方向。再考虑实际方向。 例例:已知图中已知图中U1=-6v,U2=4v问问
17、Uab=?哪点电位高？哪点电位高？设设Uab= U1-U2=-6v-4=-10v b点电位高点电位高 电压与电流参考方向一致电压与电流参考方向一致,即即U、I一致一致 在这样的规定下当只标明电流参考向时在这样的规定下当只标明电流参考向时,电压降的参考向就不言而喻了。电压降的参考向就不言而喻了。三、关联参考向三、关联参考向: 功功 率率 电路在工作状态下总伴随有能量的流动。电路中某一段吸收电路在工作状态下总伴随有能量的流动。电路中某一段吸收或提供能量的速率即为功率或提供能量的速率即为功率, ,采用符号表示。如图采用符号表示。如图1-2-41-2-4所示所示的方框的方框, ,它可能是一个元件、一个
18、电源它可能是一个元件、一个电源, ,或是电路中的某一部或是电路中的某一部分分, ,它可能发出功率也可能吸收功率。它可能发出功率也可能吸收功率。当指定电压和电流为关联参考方向时当指定电压和电流为关联参考方向时, ,元件所吸收的瞬时功元件所吸收的瞬时功率为率为: :( )( )( )dwdwdqp tu ti tdtdqdt 与电压、电流是代数量一样与电压、电流是代数量一样,功率也是一个代数量。与电功率也是一个代数量。与电压、电流是代数量一样压、电流是代数量一样,功率也是一个代数量。功率也是一个代数量。元件吸收还是发出功率可以由两种方法判别元件吸收还是发出功率可以由两种方法判别:当当 时时,表明该
19、时刻该部分表明该时刻该部分吸收功率吸收功率,消耗能量消耗能量; 当当 时时,表示该时刻该部分表示该时刻该部分发出功率发出功率,提供能量。提供能量。由由 和和 的实际方向也可以判定某一元件是发出功率的实际方向也可以判定某一元件是发出功率(电源电源)还是吸收功率还是吸收功率(负载负载)。当当 和和 的的实际方向相反实际方向相反,电流从电流从“”极流出极流出,则该则该元件元件发出发出 功率功率,起起电源电源的作用。的作用。当当 和和 的的实际方向相同实际方向相同,电流从电流从“”端流入端流入,则该则该元件元件吸收吸收 功率功率,起起负载负载的作用。的作用。( )0p t ( )0p t uiiiuu
20、1-3 1-3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律( (克希荷夫定律克希荷夫定律) )定律定律:线性电阻元件电流间约束关系的定律线性电阻元件电流间约束关系的定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律:元件联接时元件联接时,支路电压和支路电流满足的约束关支路电压和支路电流满足的约束关系与元件本身无关。系与元件本身无关。名词简介名词简介:(1)支路支路:联接于电路中的每一个二端元件联接于电路中的每一个二端元件,即一个元件代表一即一个元件代表一条支路条支路,每一条支路代表一个电路元件每一条支路代表一个电路元件便于用网络拓扑表示。便于用网络拓扑表示。中学中学:通过同一电流的每个分支叫支路通过同一电流的每个分支叫支路 右图中有
21、五条支路右图中有五条支路:ab、ac、ad、cb、db无源支路无源支路 历史人物传略历史人物传略 欧姆欧姆( (全名全名:Georg Simon Ohm,:Georg Simon Ohm, 1787 17871854) ,1854) ,德国物理学家德国物理学家,1826,1826年年由实验得出最基本的表述电压、电流、电阻由实验得出最基本的表述电压、电流、电阻三者之间关系的欧姆定律。他的这些工作最三者之间关系的欧姆定律。他的这些工作最初曾不被某些批评者所接受初曾不被某些批评者所接受, ,连柏林学会也没连柏林学会也没有注意到它的重要性。欧姆非常失望有注意到它的重要性。欧姆非常失望, ,他辞他辞去了
22、在科隆的职务去了在科隆的职务, ,又去当了几年私人教师。又去当了几年私人教师。随研究电路工作的进展随研究电路工作的进展, ,人们逐渐认识到欧姆定律的重要性人们逐渐认识到欧姆定律的重要性, ,欧姆本人的声欧姆本人的声誉也大大提高。誉也大大提高。18331833年他被聘为纽伦堡工艺学校物理教授。年他被聘为纽伦堡工艺学校物理教授。18411841年伦敦年伦敦皇家学会授予他勋章。皇家学会授予他勋章。18491849年他当上了慕尼黑大学物理教授。年他当上了慕尼黑大学物理教授。欧姆出生于巴伐利亚的埃尔兰根欧姆出生于巴伐利亚的埃尔兰根, ,有着艰苦的童年有着艰苦的童年, ,欧姆一生从事电学的欧姆一生从事电学
23、的研究研究, ,建立了著名的欧姆定律。建立了著名的欧姆定律。18411841年年, ,伦敦皇家学院授予他伦敦皇家学院授予他Copley Copley MedalMedal奖。奖。18491849年年, ,慕尼黑大学授予他物理学首席教授职位。出于对他的慕尼黑大学授予他物理学首席教授职位。出于对他的敬意敬意, ,电阻单位即以欧姆命名。他在晚年还写了光学方面的教科书。电阻单位即以欧姆命名。他在晚年还写了光学方面的教科书。18541854年年7 7月月6 6日日, ,欧姆在德国曼纳希逝世。欧姆在德国曼纳希逝世。 基尔霍夫基尔霍夫( (全名全名:Gustav Robert :Gustav Robert
24、Kirchhoff,1824 Kirchhoff,18241887),1887),德国物理德国物理 学家学家,1847,1847年提出了两个电路网络中年提出了两个电路网络中 电压与电流关系的基本定律。基尔霍电压与电流关系的基本定律。基尔霍 夫定律和欧姆定律构成了电路分析理夫定律和欧姆定律构成了电路分析理 论的基础。论的基础。基尔霍夫出生于东普鲁士基尔霍夫出生于东普鲁士KonigsbergKonigsberg一个律师的家庭。一个律师的家庭。1818岁岁就读于就读于KonigsbergKonigsberg大学大学, ,毕业后在柏林就教担任讲师。它与毕业后在柏林就教担任讲师。它与德国化学家罗伯特德国
25、化学家罗伯特本生本生(Robert Bunsen)(Robert Bunsen)在光谱学方面合作在光谱学方面合作, ,发现了元素铯发现了元素铯(1860(1860年年) )和元素铷和元素铷(1861(1861年年) )。基尔霍夫辐射定。基尔霍夫辐射定律也为他增添了荣誉。基尔霍夫在工程界、化学界和物理界律也为他增添了荣誉。基尔霍夫在工程界、化学界和物理界都是著名的人物。都是著名的人物。cb、db含源支路含源支路,其余无源其余无源(2)(2)节点节点: :两条或两条以上支路的联接点两条或两条以上支路的联接点, ,右图有右图有4 4个节个节 点点, ,仅关联两个支路的节点仅关联两个支路的节点,2,2
26、个节点间的通路个节点间的通路支路支路简单节点简单节点:例例c,d;简单节点不计时只有两个节点简单节点不计时只有两个节点a,b元件的相互联接给支路电流和电压带来的约束元件的相互联接给支路电流和电压带来的约束基尔霍夫定律基尔霍夫定律(3)回路回路:电路中任一闭合的路径。上图有三个回路电路中任一闭合的路径。上图有三个回路(4)网孔网孔:不含支路的回路不含支路的回路,上图有两个网孔上图有两个网孔 它是用来确定一个节点上各支路电流间关系的定律它是用来确定一个节点上各支路电流间关系的定律一、基尔霍夫电流定律一、基尔霍夫电流定律(KCL定律定律)(基尔霍夫第一定律基尔霍夫第一定律)1.物理意义和数学表达式物
27、理意义和数学表达式:入出II0I2512510iiiiii或: 在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路在集总电路中，任何时刻，对任一节点，所有支路电流的代数和电流的代数和0。例图中例图中:：任何时刻，流入任一节点的支路电流必等于流出：任何时刻，流入任一节点的支路电流必等于流出该节点的支路电流该节点的支路电流2.方向方向:原则上按电流参考方向来定原则上按电流参考方向来定,参考方向的选择是任意的参考方向的选择是任意的本书中流出为本书中流出为“+”,流入为流入为“-”;也可流入为也可流入为“+”,流出为流出为“-”3.KCL定律的推广定律的推广:KCL定律不仅适用于节点定律不仅适用于节点,也适
28、用于电路中任一假定的闭合面。也适用于电路中任一假定的闭合面。0CBAiiiCBAiii例如例如:对晶体三极管做一闭合面对晶体三极管做一闭合面通过这封闭面的电流的代数和为零通过这封闭面的电流的代数和为零CBEIII即即此闭合面此闭合面广义节点广义节点0i对整个封闭面也有对整个封闭面也有CAABAiii对对A：又如接成或又如接成或y的发电机的三相绕组的发电机的三相绕组 0i对每一个节点对每一个节点A,B,C来说均有来说均有KCl定律揭示了电路中任一点处电流必须服从的规律定律揭示了电路中任一点处电流必须服从的规律,是电荷守恒定是电荷守恒定律的体现。律的体现。二、基尔霍夫电压定律二、基尔霍夫电压定律(
29、KVL定律定律)(克希荷夫第二定律克希荷夫第二定律)1.物理意义及数学表达式物理意义及数学表达式:沿任一闭合回路绕行一周沿任一闭合回路绕行一周,整个回整个回路各部分的电位差路各部分的电位差(电压电压)的代数和的代数和等于零等于零:U=0 第一种表达第一种表达方向方向参考方向与绕行方向一致，电压为参考方向与绕行方向一致，电压为“+”参考方向与绕行方向相反，电压为参考方向与绕行方向相反，电压为“-”以大回路为例以大回路为例: :首先确定各电压参考方向首先确定各电压参考方向, ,我们指定回路的绕行方向为顺时针方向我们指定回路的绕行方向为顺时针方向, ,各支路电压的参考方向如图示各支路电压的参考方向如
30、图示, ,根据根据KVLKVL则有则有: : 移项有移项有 若若, , 代入上式得代入上式得: :由此可见、间电压不论沿左边支路还是沿构成由此可见、间电压不论沿左边支路还是沿构成的路径的路径, ,其间电压是相等的。沿也可得到同样的结论。其间电压是相等的。沿也可得到同样的结论。KVLKVL实际上是集总参数电路中任意两点间的电压与路径无关实际上是集总参数电路中任意两点间的电压与路径无关这一性质的体现。这一性质的体现。12340uuuu1234uuuu12345140V,80V,30V,90V,60Vuuuuu1803090140u 我们再将我们再将 式作另外一种移项处理式作另外一种移项处理 (1-
31、3-5)(1-3-5)将数值代入将数值代入80+90=140+30,80+90=140+30,得得170=170170=170。这体现了这体现了KVLKVL另一种表示形式另一种表示形式即即, ,在集总参数电路中沿任一闭合回路绕行一周在集总参数电路中沿任一闭合回路绕行一周, , 电压降的代数和电压降的代数和= =电压升的代数和。电压升的代数和。电压与绕行方向一致为电压与绕行方向一致为“+ +”; ;与绕行方向相反为与绕行方向相反为“- -”。 (电压升电压升)12340uuuu2413uuuu3.可用于部分电路可用于部分电路(1)U=E-IR(2)由由KVL定律定律:U=0:0EIRUOOIRE
32、U均有均有:可见可见:(1)KCL(1)KCL是电荷守恒的结果是电荷守恒的结果, ,是任一点处电流必须服从的约束是任一点处电流必须服从的约束关系关系 KVLKVL是电压与路径无关这一性质的反映是电压与路径无关这一性质的反映, ,是任一回路内是任一回路内 电压必须服从的约束关系。电压必须服从的约束关系。 (2)(2)两定律仅与元件的相互联接有关两定律仅与元件的相互联接有关, ,而与元件的性质无关而与元件的性质无关, ,这种约束关系这种约束关系“拓扑拓扑”约束约束(toplogy)(toplogy)。 (3)(3)无论是线性还是非线性无论是线性还是非线性, ,时变还是非时变时变还是非时变, ,只要
33、理想元只要理想元件件( (集总参数元件集总参数元件) )的电路均适用。的电路均适用。注注: : “拓扑拓扑”约束约束 : :数学的一个分支数学的一个分支, ,研究几何图形在连续改变形状时研究几何图形在连续改变形状时, ,还能保还能保留不变的一些特性留不变的一些特性, ,它只考虑物体之间的位置关系而不考虑它们的距离和大小它只考虑物体之间的位置关系而不考虑它们的距离和大小。1-4 电阻元件电阻元件电阻元件分线性和非线性电阻元件分线性和非线性;时变和非时变。时变和非时变。我们研究的电阻元件我们研究的电阻元件:1.是线性是线性,非时变非时变,二端元件二端元件2.通过它的电流与加在它两端的电压服从通过它
34、的电流与加在它两端的电压服从定律定律i,u取关联参考向时取关联参考向时: U(t)=Ri(t)I,u取非关联参考向时取非关联参考向时:U(t)=-Ri(t)3.其其u-I特性特性(伏安特性、伏安特性、VAR特性特性)曲线是通过原点的一条曲线曲线是通过原点的一条曲线4.在并联电路中常用它的倒数在并联电路中常用它的倒数 G=1/R电导电导 单位单位S(西门子西门子)5.电阻元件是将电能电阻元件是将电能热能的元件热能的元件 在在dt时间内元件消耗的热能：时间内元件消耗的热能： RI(t)dt=P(t)在时间在时间t0,t内电阻元件消耗的热能内电阻元件消耗的热能:中学已知中学已知:Q=IRt(焦尔热焦
35、尔热)ttttdttiRdttpttW0020)()(,6. R,G6. R,G对偶对偶1-5 独立电源独立电源电源电源:1,独立电源独立电源:u,I是独立存在的是独立存在的可以用两种不同的模型等效可以用两种不同的模型等效:电压源电压源;电流源电流源 2,受控源受控源(相关电源相关电源)其电压和电流是受电路中其他部分的电压或电流控制的其电压和电流是受电路中其他部分的电压或电流控制的,这些电这些电压或电流不存在时该电源也不复存在压或电流不存在时该电源也不复存在一、电压源一、电压源(理想电压源理想电压源)是一个二端元件是一个二端元件1、什么是电压源？、什么是电压源？ 电压源是内阻电压源是内阻00R
36、的电源，的电源，过去我们学过过去我们学过:电源是一种电动势电源是一种电动势E+内阻内阻 相串联的模型相串联的模型0R0IREU(1)(1)端电压端电压：(2)外特性外特性电源的电源的VAR特性特性 一般一般:路端电压路端电压U0 发发出功率出功率负载（负载（u、I同向）同向） P0 发出功率发出功率电源电源P0 吸收功率吸收功率负载负载在图中在图中,一个理想电压源和一个理想电压源和一个理想电流源相联一个理想电流源相联,试讨试讨论它们的工作状态论它们的工作状态(即是负即是负载还是电源载还是电源)。例例 1-5-1:电流源两端电压是由电压源决定的。电流源两端电压是由电压源决定的。 解解:在图示电路
37、中在图示电路中,电压源中的电流是由电流源决定的。电压源中的电流是由电流源决定的。 在图在图(a)中中,电压源中的电压源中的u、I实际方向相反实际方向相反,对电流源对电流源u、I实际方向相同实际方向相同,故电压源是电源故电压源是电源,电流源是负载电流源是负载发出功率发出功率 P=-ui 吸收功率吸收功率 P=ui在图在图(b)中中,情况与上相反情况与上相反,电压源是负载吸收功率电压源是负载吸收功率,电流源电流源是电源是电源,发出功率发出功率 P=ui例例 1-5-2: 在图示两电路中在图示两电路中,(1)负载电阻负载电阻RL中的电流中的电流I及其两端的电压及其两端的电压u各为多少？各为多少？(2
38、)分析功率平衡关系分析功率平衡关系 在图在图(a)中中,在电压源旁并联电阻不影响其电压输出在电压源旁并联电阻不影响其电压输出u=10v I=10/5=5A 电流源的电流永为电流源的电流永为2A不受外电路影响不受外电路影响 5-2=3A电流应是电压源支路中流出的电流应是电压源支路中流出的对电压源还是电流源来讲均有对电压源还是电流源来讲均有u、I反相反相,均发出功率。均发出功率。Pe=210+310=50w PL=iR=50w在图在图(b)中中,串联元件不影响其电流输出串联元件不影响其电流输出 i=2A82LRRiPL20210ueP1226iuPiei20LiRePPP吸6v电压降在电流源两端。
39、电压降在电流源两端。20-8=12w功率也应为其所吸收功率也应为其所吸收u=iRL=22=4v对电流源对电流源:U、i反相反相,发出功率发出功率其两端电压为其两端电压为4v,电压源两端电压电压源两端电压10v,发出功率发出功率20w,功率平衡功率平衡负载吸收功率负载吸收功率1-6 受控源受控源 受控源受控源 非独立电源非独立电源,相关电源相关电源 受控源中的电流及加在两端的电压是受电路中其它部分的受控源中的电流及加在两端的电压是受电路中其它部分的电压或电流控制的电压或电流控制的 一一、受控源的分类、受控源的分类根据受控电源是电压源还是电流源根据受控电源是电压源还是电流源,以及控制量是电压还是以
40、及控制量是电压还是电流电流,受控源可分成四种受控源可分成四种 P17(以下四个特点也可不讲以下四个特点也可不讲)(1)VCVS1u21uu1i特点特点:左左 右右 1 10 ui10u21uu21 uu电压比电压比 (2)VCCS 1u1i21giu110 0iu2121ggiuiu左左 右右 转移电导转移电导(3)CCVS 1u1i1i2 u110 0iu2121uiui左左 右右 转移电阻转移电阻(4)CCCS 1u1i2 u110 0iu左左 1i2121iiii转移电流比转移电流比 二、特点二、特点:()、由左右两条支路表示的电流。、由左右两条支路表示的电流。四端四端(双口双口)元件元
41、件 左边左边开路或短路开路或短路 右边右边理想电压源或理想电流源理想电压源或理想电流源 ()、支路、支路2是支路是支路1的函数的函数 这种电源不起这种电源不起“激励激励”作用作用,它是电路中某处的电压它是电路中某处的电压或电流控制另一处的电压或电流现象的反映而已。或电流控制另一处的电压或电流现象的反映而已。三、作用三、作用:(1 )、模拟电子器件内部所发生的物理过程。、模拟电子器件内部所发生的物理过程。 () 、表示同一电路内两支路之间电流或电压的控制关系。、表示同一电路内两支路之间电流或电压的控制关系。 例例1-6-1:交流小信号工作条件下的晶体管等效电路交流小信号工作条件下的晶体管等效电路
42、beucecibiceub 两个两个PN结的非线性关系结的非线性关系 三极管的微变三极管的微变等效电路等效电路bibeuciebrbiCCCS 解解:三极管三极管(晶体管晶体管)工作在放大状态时工作在放大状态时,由于三极管的集电极电流由于三极管的集电极电流受基极电流的控制受基极电流的控制,所以可采用电流控制的电流源来表示。所以可采用电流控制的电流源来表示。 图图(a)(a)表示一个共发射极电路表示一个共发射极电路, ,设基极电路的电压和电流分别设基极电路的电压和电流分别为和。当基极和发射极之间的电压在的基础上出现一个微小的为和。当基极和发射极之间的电压在的基础上出现一个微小的变化量时变化量时,
43、 ,基极电流也产生一个变化量基极电流也产生一个变化量, ,因受控制因受控制, ,故集电极就产故集电极就产生生 和和 。CICEU例例( (补充补充):):电路如附图电路如附图, ,求电压求电压 . . 2A53V200.5A10.05 uabc1uabcbuu、三极管的基极和发射极之间可以用输入电阻来等效三极管的基极和发射极之间可以用输入电阻来等效.因三极管工因三极管工作在放大区作在放大区,其其 只受只受 的控制的控制, 三极管的集电极和发射三极管的集电极和发射极之间可以用一个极之间可以用一个 的电流源来等效的电流源来等效. CIBICBIIBI分析分析: :首先分析是受控电流源首先分析是受控
44、电流源还是受控电压源还是受控电压源, ,从里面的横从里面的横线一眼就看出是受控电流源线一眼就看出是受控电流源VCCS,VCCS,其两端电压由外电路决其两端电压由外电路决定。定。解解: 3abVu 10.05u右回路中右回路中20 中通过的电流为中通过的电流为 , 左回路左支路电流由左回路左支路电流由2A决定决定 15 2 10Vu 10.050.5Au200.5313cbcaabVuuu P33 例例:1-1 图图1-24所示电路中的所示电路中的CCVS的电压的电压 44 , iu设已知设已知 57 ,Vu1211 ,2AiRR 求电压求电压3u和电流和电流 2i2A53V200.5A10.0
45、5 uabc1usu2u3u4u2R1R1i2i1u分析分析:电压电压 3u3u1320 uuu 在左右两个回路在左右两个回路中中,但两个未知量均在右回路中但两个未知量均在右回路中从左回路看用从左回路看用KVL求得求得 1113 2V 7VuiuR代入代入 (2)对大回路对大回路 用用KVL:14220 2+4+70suuuuu22221V uiuR20.5Ai注注:此时受控源当电源处理此时受控源当电源处理 1-8 支路分析法支路分析法电路结构电路结构 简单电路简单电路:用串并联方法能化简为单回路的电路用串并联方法能化简为单回路的电路 复杂电路复杂电路:用串并联方法不能化简为单回路的电路用串并
46、联方法不能化简为单回路的电路复杂电路的分析方法复杂电路的分析方法:改变电路结构的分析方法改变电路结构的分析方法:串并联化简串并联化简,Y-变换变换 电流等效变换电流等效变换不改变电路结构的分析方法不改变电路结构的分析方法电路方程法电路方程法支路法支路法 支路电流法支路电流法 支路电压法支路电压法 节点法、回路法节点法、回路法各种电路定理各种电路定理一一、KCL和和KVL的独立方程数的独立方程数(一一)KCL的独立方程数的独立方程数1、电路的、电路的“图图”:将电路元件抽去将电路元件抽去,把每一条支路画成抽象的把每一条支路画成抽象的(P62特勒根定理特勒根定理) 线段线段,仅由点和线的集合组成的
47、电路图仅由点和线的集合组成的电路图电路的电路的“图图”用用“G”表示表示2、有向图、有向图:表明各支路参考方向的表明各支路参考方向的“图图”有向图有向图下面用有向图来理解下面用有向图来理解KCL的独立性的独立性1234123456134(b) (a) 0000543652321641iiiiiiiiiiii图图(b)是图是图(a)的的“图图”。对节点对节点1、2、3、4分别列出分别列出KCL方程有方程有:节点节点1:节点节点2:节点节点3:节点节点4:以上以上4个方程中只有个方程中只有3个是独立的个是独立的 ,每一个方程都可由其它每一个方程都可由其它三个方程得到三个方程得到:这些方程中这些方程
48、中,每个支路电流均出现两次每个支路电流均出现两次,一一“正正”一一“负负”,这是这是因为每条支路均连在两节点间因为每条支路均连在两节点间,对其中一个对其中一个“流出流出”对另一个就对另一个就是是“流入流入” ,把以上任意三个方程加起来必然得到把以上任意三个方程加起来必然得到另一个方另一个方程程,独立方程只有独立方程只有3个。个。例例:+:+:0543iii0543iii0652iii0652iii对于对于m个节点的电路只有个节点的电路只有m-1个独立方程。个独立方程。1234561234左 右 下 (二二)KVL的独立方程数的独立方程数:列列(b)图的图的KVL方程方程,均按顺时针方向均按顺时
49、针方向:左左右右下下大大0000621564342531uuuuuuuuuuuu0621uuu0621342531uuuuuuuuu这四个方程中只有个是独立的这四个方程中只有个是独立的,其余任一个均能由其余任一个均能由其它三个得到其它三个得到+ + 00564645uuuuuu独立回路方程的个数网孔数独立回路数独立回路方程的个数网孔数独立回路数()每一条支路均用了两次每一条支路均用了两次,只有出现一个新的支路的回路只有出现一个新的支路的回路才为独立回路。才为独立回路。总的列方程数总的列方程数支路数支路数,其理论证明要用树的概念其理论证明要用树的概念:略略二、支路电流法二、支路电流法:简单节点不
50、计简单节点不计、依据、依据:KCL、KVL定理定理2、求解对象、求解对象:支路电流支路电流3、求解步骤、求解步骤:(1)选定各支路电流的参考方向选定各支路电流的参考方向(2)根据根据KCL列列m-1个独立节点方程个独立节点方程,设该电路有设该电路有4个个节点、节点、6条支路条支路(简单节点不计简单节点不计)。只能列。只能列3个节点方程个节点方程 节点间的通路节点间的通路支路支路1R2R3R4R5R6R1sU2sU3sU1i2i3i4i5i6i1 2 3 146256345000i iiiiii ii节点节点:节点节点:节点节点:(3)据据KVL定理得到定理得到(b-m+1)个独立回路方程个独立
