1、电路分析,主讲：陶雪华 办公室：信息工程系3423 电话：13838108361,教材：电路(第五版) 邱关源高等教育出版社 参考书：,李瀚荪编电路分析基础（第4版）,相关的学习指导书,课堂:学习状况与出勤,闭卷考试,平时成绩组成（30%）,作业:集中点评,期末考试（70%）,实验：试验情况和实验报告,教学进度安排(前十二章),电路分析(考试要求),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 课程的发展状况,电路分析课程简介,经典电路理论形成于二十世纪初至60s。经典的时域分析于30s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、
2、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）。,电路分析课程简介,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,电路分析课程,第一章 电路模型和电路定律,1. 电压、电流的参考方向,4. 基尔霍夫定律,(circuit model),(circuit laws)
3、,3. 电路元件特性,重点,2. 功率计算,1-1 电路和电路模型 （ circuit model ),电路是电流的通路。实际电路是由电气器件相互联接而构成的。由电源、负载和中间环节组成。,一、电路,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）,二、电路的作用,1、电能的传输和转换,降压 变压器,发电机,放大器,2、传递和处理信号,1、激励：电源或信号源的电压或电流。 2、响应：由于激励在电路各部
4、分产生的电压和电流。 3、电路分析：在已知电路结构和元件参数的条件下，讨论电路的激励与响应之间的关系。,三、电路分析,1、实际元件: 组成实际电路的元件。 2、理想元件:将实际元件理想化，即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素。,电阻 R,电压源,3、电路模型: 理想电路元件组成的电路。,四、电路模型,电感 L,电容 C,电流源,低频信号发生器的内部结构,电阻器,电容器,线圈,电池,运算放大器,晶体管,电路图,干电池用电压源Us和电阻Rs为模型； 灯泡用电阻为模型,例,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
5、型可以有不同的形式,直流,交变电流,高频交流,一个线圈的建模,1-2 电流和电压的参考方向 (reference direction),一、问题的引入,考虑电路中每个电阻的电流方向,电流方向？,SI单位：安（培） A （Ampere）,电流 (current),电流定义：,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。 常用：电流、电压、功率,几个名词：恒定电流，直流（dc, DC）、时变电流、 交变电流，交流（ac, AC）,方向：正电荷运动的方向,电压 (voltage),电路变量 电流、电压、功率,SI单位：伏（特） V （Volt）,电压定义：,几个名词
6、：恒定电压，直流电压、时变电压、交流电压,低电位（负极）、高电位（正极） ab：正电荷移动失去能量，a高b低，电压降 ab：正电荷移动获得能量，a低b高，电压升,任意指定一个方向作为电流的方向。 把电流看成代数量:若电流的参考方向与它的实际方向一致，则电流为正值；若电流的参考方向与它的实际方向相反，则电流为负值。,2、参考方向：,1、实际方向：正电荷运动的方向。,二、电流,i 参考方向,i 参考方向,i 0,i 0,实际方向,实际方向,电流的参考方向与实际方向的关系图示：,A,A,B,B,3、电流参考方向的表示方法,箭头或双下标,三、电压,1、实际方向：高电位指向低电位的方向,电位真正降低的方
7、向。 2、参考方向：任意选定一个方向作为电压的方向。当电压的参考方向和它的实际方向一致时，电压为正值；反之，当电压的参考方向和它的实际方向相反时，电压为负值。,电压的参考方向与实际方向的关系图示：,3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:,U,U,+,UAB,元件电流的参考方向与电压 的参考方向一致，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向; 否则为非关联参考方向。,四、关联参考方向,关联参考方向,非关联参考方向,i,+,-,+,-,i,U,U,注,(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。,(2) 参考方向一经选定，必须
8、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。,（3）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际方向不变。,i,例,U,电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路，电压电流参考方向关联否？,答： A 电压、电流参考方向非关联；B 电压、电流参考方向关联。,五、电 位,在电路中任选一点， 设其电位为零（用接地符号 “ ”标记），此点称为参考点。 其它各点对参考点的电压，便是该点电位。记为：“VX” 注意：电位为单下标。比参考点电位高为正，否则为负。,电位：电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变; 电压：电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考
9、点的不同而改变。,电位和电压的区别：,a为参考点： Va=0 Vb=10V Ubc=Vb-Vc Vc=Vb-Ubc =10-3=7V Vd=3V,b为参考点： Va= -10V Vb=0V Vc=Vb-Ubc=0-3= -3V Vd=Vc-Ucd= -7V,例,1-3 电功率和能量,一.电功率,电压的定义：,电功率：,电流的定义：,功率的单位：W (瓦) (Watt，瓦特),能量的单位： J (焦) (Joule，焦耳),u, i 取关联参考方向,P=ui 表示元件吸收的功率,P0 吸收正功率 (实际吸收),P0 吸收负功率 (实际发出),p = ui 表示元件发出的功率,P0 发出正功率 (
10、实际发出),P0 发出负功率 (实际吸收),u, i 取非关联参考方向,二.判断元件是吸收功率还是发出功率,例,解,注,对一完整的电路，发出的功率消耗的功率,求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功率。已知：U1=1V, I1=2A， U2= -3V, I2=1A, U3=8V, I3= -1A U4= -4V, U5=7V, U6= -3V,1-4 电路元件 (不用看),1-5 电阻元件 (resistor),流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。 根据欧姆定律，电阻两端的电压和电流之间的关系可写成： u=iR,在电压和电流的关联方向下 u=iR,在电压和电流非关联方向下 u= - iR
11、,一、欧姆定律,R为正实常数,1、定义 G=1/R 2、单位 S（西门子），电阻的单位为(欧姆)，计量高电阻时，则以k 和M 为单位。,二、电导,以电压和电流为坐标，画出电压和电流的关系曲线。,三、电阻元件的伏安特性,四. 功率和能量,上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗（吸收）功率的。 是一种无源元件。,p u i (R i) i -i2 R u(u/ R) -u2/ R,p u i i2R u2 / R,功率：,可用功表示。从 t 到t0电阻消耗的能量：,五. 电阻的短路与开路,能量：,短路,开路,1-6 电压源和电流源 (independent source),1、特点：（1）电压u(
12、t)的函数是固定的，不会因它所联接的外电路的不同而改变。（2）电流则随与它联接的外电路的不同而不同。 2、图形符号：,只用来表示直流,既可以表示直流也可以表示交流,一、理想电压源,（1） 电压、电流的参考方向非关联；,发出功率，起电源作用,（2） 电压、电流的参考方向关联；,吸收功率，充当负载,3. 功率,例,计算图示电路各元件的功率。,解,发出,吸收,吸收,满足：P（发）P（吸）,1、特点 （1）电流 i(t) 的函数是固定的，不会因它所联接的外电路的不同而改变； （2）电压则随与它所联接的外电路的不同而不同。 2、图形符号,二、理想电流源,直流：,（1） 电压、电流的参考方向非关联；,发出
13、功率，起电源作用,（2） 电压、电流的参考方向关联；,吸收功率，充当负载,3. 功率,例1,计算图示电路各元件的功率。,解:,吸收,满足：P（发）P（吸）,发出,计算图中电源、电阻及支路的功率，并说明是吸收功率还是产生功率？,IR+10 = 20 得 I =1A 则,10V,+,+,_,_,20V,I,10,( a ),解：,例2,(-10)+10I =20 得 I=3A 则:,( b ),20V,+,+,_,I,10V,10,_,解：,1-7 受控电源 (controlled source or dependent source),一、电源的分类,电源,独立电源,受控源,电路符号,受控电压源
14、,受控电流源,(1) 电流控制的电流源 ( CCCS ), : 电流放大倍数,四端元件,输出：受控部分,输入：控制部分,二、受控源的类型,g : 转移电导,(2) 电压控制的电流源 ( VCCS ),(3) 电压控制的电压源 ( VCVS ), : 电压放大倍数,(4) 电流控制的电压源 ( CCVS ),r : 转移电阻,例:,电路模型,三. 受控源与独立源的比较,(1) 独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。,(2) 独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系。,例:,求：电压
15、u2。,解:,1-8 基尔霍夫定律( Kirchhoffs Laws ),用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系，其中包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。,一. 几个名词,电路中通过同一电流的分支。(b),三条或三条以上支路的连接点称为结点。( n ),b=3,a,n=2,b,（1）支路 (branch),电路中每一个两端元件就叫一条支路,(2) 结点 (node),b=5,由支路组成的闭合路径。( l ),两结点间的一条通路。由支路构成。,对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。,l=3,3,(3) 路径(path),(4) 回路(loop),(5) 网孔mesh),网孔是回路
16、，但回路不一定是网孔,二. 基尔霍夫电流定律 (KCL),令流出为“+”，有：,例:,流进的电流等于流出的电流,在集总电路中,任何时刻，对任一结点，所有与之相连支路电流的代数和恒等于零。,or :,例:,三式相加得：,表明KCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面,明确,（1） KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；,（2） KCL是对支路电流和的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；,（3）KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际方向无关。,（2）选定回路绕行方向， 顺时针或逆时针.,三. 基尔霍夫电压定律 (KVL),在集总电路中，任一时
17、刻，沿任一闭合路径绕 行，所有支路电压的代数和等于零。,（1）标定各元件电压参考方向,凡支路电压的参考方向与回路的绕行方向一致者，该电压前面取“+”号；支路电压的参考方向与回路的绕行方向相反者，该电压前面取“-”号。,四. KCL、KVL小结：,(1) KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路电压的线性约束。,(2) KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。,(3) KCL表明在每一结点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)。,(4) KCL、KVL只适用于集总参数的电路。,练习题：,3,解,10V,+,+,-,-,1A,-10V,I =?,10,5.,解,解：,7.,第一章作业,26页 1-4 1-5（a） 1-7（a） 1-19,第一章 结束,
