1、 电路基本分析电路基本分析目目 录录第一章第一章 电路的基本概念和定律电路的基本概念和定律第二章第二章 电阻电路的等效变换电阻电路的等效变换第三章第三章 电路分析的网络方程法电路分析的网络方程法第四章第四章 正弦交流电路正弦交流电路第五章第五章 谐振与互感电路谐振与互感电路第六章三相电路第六章三相电路第七章第七章 非正弦周期电流电路非正弦周期电流电路第八章第八章 动态电路的时域分析动态电路的时域分析第九章第九章 动态电路的复频域分析动态电路的复频域分析第十章第十章 二端口网络二端口网络 第一章第一章 电路分析的基本概念及定律电路分析的基本概念及定律1.1.1 电路的组成及其功能电路的组成及其功
2、能电路电路主要由主要由电源电源、负载负载、连接、连接导线导线及及开关开关等构成。等构成。电源和负载是构成任一完整电路的两个基本部分。电源和负载是构成任一完整电路的两个基本部分。电源电源(source)：提供能量或信号。：提供能量或信号。比如发电机、电池、电比如发电机、电池、电信号发生器等。信号发生器等。负载负载(load)：用电设备。将电能转化为其它形式的：用电设备。将电能转化为其它形式的能量，或对信号进行处理能量，或对信号进行处理.导线导线(line)、开关开关（switch)等：将电源与负载接成通路等：将电源与负载接成通路.1.1 电路的基本概念电路的基本概念电荷定向移动形成电荷定向移动形
3、成电流电流（Current）电流流过的路径称为电流流过的路径称为电路电路（Circuit）在火力发电厂中，发电机由汽轮机带动运转，将机械能转在火力发电厂中，发电机由汽轮机带动运转，将机械能转换成电能，经变压器将电压升高，由输电线送往用电地换成电能，经变压器将电压升高，由输电线送往用电地方，再经变压器将电压降低，送至各种用电设备，把电方，再经变压器将电压降低，送至各种用电设备，把电能转换成热能、光能、机械能等。能转换成热能、光能、机械能等。电路的主要功能及基本要求为：电路的主要功能及基本要求为：1、转换与传输能量，要求在转换与传输过程中损、转换与传输能量，要求在转换与传输过程中损耗小，效率高；耗
4、小，效率高；*电路实现任何一种功能，都需要有电源或信号源，它电路实现任何一种功能，都需要有电源或信号源，它是电路中产生电压或电流的动力，称为是电路中产生电压或电流的动力，称为激励激励。由激励在电路各部分产生的电压或电流称为由激励在电路各部分产生的电压或电流称为响应响应。2 2、处理与传递信号，要求在处理与传递过程、处理与传递信号，要求在处理与传递过程中失真小，灵敏度高中失真小，灵敏度高。1.1.2 电路模型电路模型 (circuit model)由电工设备和电气器件按预期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。目的连接构成的电流的通路。2.理想电路元件理想电路元件：根据实际电路元件
5、所具备：根据实际电路元件所具备的电磁性质所设想的具有某种单一电磁性的电磁性质所设想的具有某种单一电磁性质的元件，其质的元件，其u，i关系可用简单的数学式子关系可用简单的数学式子严格表示。严格表示。1.实际电路实际电路5种基本的理想电路元件：种基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：储存磁场能量的元件电感元件：储存磁场能量的元件电容元件：储存电场能量的元件电容元件：储存电场能量的元件电压源和电流源电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。电能的元件。5种基本理想电路元件有三个特征：种基本理想电路元件有三个特征：
6、（a a）只有两个端子；只有两个端子；（b b）可以用电压或电流按数学方式描述；可以用电压或电流按数学方式描述；（c c）不能被分解为其他元件。不能被分解为其他元件。注意具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在在一定条件下可用同一电路模型表示；一定条件下可用同一电路模型表示；同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。模型可以有不同的形式。例例电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型注意理想元件的分类：理想元件的分类：按其与时间的关系分按其与时间的关系分：时变元件和非时变元件：时变元件和非时变元件按
7、其在电路中的作用分按其在电路中的作用分：有源元件和无源元件：有源元件和无源元件按其对外连接个数分按其对外连接个数分：二端元件、三端元件、多端元件等：二端元件、三端元件、多端元件等按其性质分按其性质分：线性元件和非线性元件：线性元件和非线性元件3.电路模型电路模型电路模型电路模型：将：将实际电路实际电路中的元件由元件的模型（中的元件由元件的模型（理想元件理想元件及其及其组合组合）来代替，就可得到实际电路的电路模型。简称）来代替，就可得到实际电路的电路模型。简称电路电路。*电路模型是由理想电路元件构成的。电路模型是由理想电路元件构成的。10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关
8、灯泡灯泡例例.实际电路元件的模型实际电路元件的模型：将实际电路元件由：将实际电路元件由理想元件理想元件及其及其组合组合来来模拟模拟，使得与实际元件具有，使得与实际元件具有基本相同基本相同的电磁性质。的电磁性质。实际电路实际电路电路模型电路模型(电路电路)1.1.31.1.3 两条公理和一条假设两条公理和一条假设本书所论述的电路分析遵循两条公理和一条假设。本书所论述的电路分析遵循两条公理和一条假设。电荷在电路中作定向移动形成电流。在运动过程电荷在电路中作定向移动形成电流。在运动过程中经过各个电路元件，在有的元件上吸收能量，有的中经过各个电路元件，在有的元件上吸收能量，有的元件上放出能量。实践证明
9、，电荷的数量在运动过程元件上放出能量。实践证明，电荷的数量在运动过程中保持不变，即电荷守恒。中保持不变，即电荷守恒。2 2、能量守恒、能量守恒1 1、电荷电荷守恒守恒 电路是转换与传输能量的装置，在转换与传输电路是转换与传输能量的装置，在转换与传输过程中遵循能量守恒定律。过程中遵循能量守恒定律。3 3、集中假设、集中假设集总参数电路集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。：由集总参数元件构成的电路。一个实际电路要能用集总参数电路模拟，一个实际电路要能用集总参数电路模拟，需要满足如下条件：即需要满足如下条件：即实际电路的尺寸必须远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小于电路工作频
10、率下的电磁波的波长。*与与分布参数电路分布参数电路相对。本课程主要针对集中参数电路。相对。本课程主要针对集中参数电路。集中假设：集中假设：实际电路及其器件在空间上有一定的几何实际电路及其器件在空间上有一定的几何尺寸，若电路或器件的最大尺寸尺寸，若电路或器件的最大尺寸d与工作电流电磁波的与工作电流电磁波的波长波长 比较，满足比较，满足 d 0i 0实际方向实际方向实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：电流的参考方向与实际方向的关系：1.电压电压(voltage)：电场中某两点：电场中某两点A、B间的电压间的电压(降降)UAB 等于将正电荷等于将正电荷q从从A点移至点移至B点电场力所做的
11、功点电场力所做的功WAB与与该点电荷该点电荷q的比值，即的比值，即单位：单位：V(伏伏)(Volt，伏特，伏特)当把正电荷当把正电荷q由由B移至移至A时，需外力克服电场力做同样的功时，需外力克服电场力做同样的功WAB=WBA，此时可等效视为电场力做了负功，此时可等效视为电场力做了负功WAB，则，则B到到A的电压为的电压为AB 1.2.2 电压（电压（Voltage）及其参考方向）及其参考方向 2、电位电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为：电路中为分析的方便，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。参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。参考点的电位一般
12、选为参考点的电位一般选为零零，所以，参考点也称为零电位点。，所以，参考点也称为零电位点。电位用电位用V表示，单位与电压相同，也是表示，单位与电压相同，也是V(伏伏)。abcd设设c点为电位参考点，则点为电位参考点，则 Vc=0Va=Uac，Vb=Ubc，Vd=Udc3.两点间两点间电压电压与与电位电位的关系的关系abcd仍设仍设c点为电位参考点，点为电位参考点，Vc=0Uac=Va，Udc=VdUad=Uac Udc=VaVd前例前例结论结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。电位之差。例例.abc1.5 V1.5 V已知已知 Uab=1.5
13、V，Ubc=1.5 V(1)以以a点为参考点点为参考点，Va=0Uab=VaVb Vb=Va Uab=1.5 VUbc=VbVc Vc=Vb Ubc=1.51.5=3 VUac=VaVc =0(3)=3 V(2)以以b点为参考点点为参考点，Vb=0Uab=VaVb Va=Va+Uab=1.5 VUbc=VbVc Vc=V b Ubc=1.5 VUac=VaVc =1.5(1.5)=3 V结论结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位参考时，电路中各点电位均不同，但任意两点间位参考时，电路中各点电位均不同，但任意两点间电压保持不变。电压保持不变
14、。4、电压、电压(降降)的的参考方向参考方向U 0+实际方向实际方向参考方向参考方向U+参考方向参考方向U+可以任意选定一个方向作为电压的可以任意选定一个方向作为电压的参考方向参考方向。电压的实际方向：若电荷从电压的实际方向：若电荷从ab为失去能量时，方向为失去能量时，方向 为为 ab，且，且a为为+，b为为，即，即a点为高电位，点为高电位，b点为低电位。点为低电位。所以电压的实际方向为从高电位指向低电位。所以电压的实际方向为从高电位指向低电位。电压参考方向的三种表示方式电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向(2)
15、用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压(降低降低)的参考方向的参考方向(3)用双下标表示：如用双下标表示：如 UAB,由由A指向指向B的方向为电压的方向为电压(降降)的参考方向的参考方向UU+ABUAB小结：小结：(1)电压和电流的参考方向是任意假定的。分析电路前必电压和电流的参考方向是任意假定的。分析电路前必须标明须标明。(2)参考方向一经假定，必须在图中相应位置标注参考方向一经假定，必须在图中相应位置标注(包括包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。参考方方向和符号），在计算过程中不得任意改变。参考方向不同时，其表达式符号也不同，但实际方向
16、不变。向不同时，其表达式符号也不同，但实际方向不变。+Riuu=Ri+Riuu=Ri(4)参考方向也称为假定方向、正方向，以后讨论均参考方向也称为假定方向、正方向，以后讨论均在参考方向下进行在参考方向下进行。(3)元件或支路的元件或支路的u，i通常采用相同的参考方向，以通常采用相同的参考方向，以减少公式中负号，称之为减少公式中负号，称之为关联参考方向关联参考方向。反之，。反之，称为称为非关联参考方向非关联参考方向。+iu+iu1、电功率：单位时间内电场力所做的功，即电功率：单位时间内电场力所做的功，即功率的单位：功率的单位：W(瓦瓦)(Watt，瓦特，瓦特)当当 u,i 的的参考方向一致参考方
17、向一致时，时，p表示元件表示元件吸收吸收的功率；的功率；能量的单位：能量的单位：J (焦焦)(Joule，焦耳，焦耳)当当 u,i 的的参考方向相反参考方向相反时，时，p表示元件表示元件发出发出的功率。的功率。1.2.3 电功率电功率(Power)(Power)与电能与电能(Energy)(Energy)uitqqwtwpddddddtwpddqwuddtqidd2、功率的计算和判断、功率的计算和判断（1）u,i 关联参考方向关联参考方向p=ui 表示元件吸收的功率表示元件吸收的功率P0 吸收正功率吸收正功率 (吸收吸收)P0 发出正功率发出正功率 (发出发出)P0，实际吸收；，实际吸收；P0
18、，实际发出；，实际发出；P0 实际吸收实际吸收5、电阻元件、电阻元件电压和电流取关联参考方向时电压和电流取关联参考方向时u R i或或 i G u电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线。电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线。电压和电流取非关联参考方向时电压和电流取非关联参考方向时u Ri 或或 i Gup吸吸 ui (Ri)i i2 R u(u/R)u2/Rp吸吸 ui i2R u2/R短路和开路的概念短路和开路的概念6、电压源、电压源+_i特点：特点：(a)电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；(b)通过它的电流是任意的，由外电路决定。通过它的电流
19、是任意的，由外电路决定。电压源允许开路，不允许短路电压源允许开路，不允许短路。p发发 uS i (i,us非关联）非关联）电压源既可以发出功率，也可以吸收功率电压源既可以发出功率，也可以吸收功率。7、电流源、电流源特点：特点：电流源允许短路，不允许开路电流源允许短路，不允许开路。p发发 u i S (is,u非关联）非关联）电流源既可以发出功率，也可以吸收功率电流源既可以发出功率，也可以吸收功率。iS+_u(a)电源电流由电源本身决定，与外电路无关；电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(b)电源两端电压电源两端电压是任意的，由外电路决定。是任意的，由外电路决定。8、受控源、受控源控制量可以是
20、电压或电流，被控制量也控制量可以是电压或电流，被控制量也可以是电压或电流，共有四种组合。可以是电压或电流，共有四种组合。受控源不能单独作用，但在电路分析受控源不能单独作用，但在电路分析时可以作为独立源来处理，一定要注意它的时可以作为独立源来处理，一定要注意它的输出（电压或电流）是取决于控制量的。输出（电压或电流）是取决于控制量的。+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源9、基尔霍夫定律、基尔霍夫定律支路、结点、回路和网孔的概念支路、结点、回路和网孔的概念电流定律电流定律(KCL)：在任何集总参数电路中，在任：在任何集总参数电路中，在任一时刻，流出一时刻，流出(流入流入)任一节点任一节点的各支路电流的代数和为零。的各支路电流的代数和为零。电压定律电压定律(KVL)：在任何集总参数电路中，在任一：在任何集总参数电路中，在任一时刻，沿任一闭合路径时刻，沿任一闭合路径(按固定按固定绕向绕向)，各支路电压的代数和为，各支路电压的代数和为零。零。KCL 可以适用于包围几个结点的闭合面，可以适用于包围几个结点的闭合面，KVL可以适用于某一路径的电压。（与路径无关）可以适用于某一路径的电压。（与路径无关）
