1、第一章 电路的基本概念、基本定律和基本分析方法,1. 电路一般由电源、负载和中间环节组成。,一、基本概念,2、电路的工作状态：开路、短路、有载工作状态。,3、电路中物理量的正方向,参考正方向：在分析计算时，对电量人为规定的方向。,电路的实际方向：,由电路中的参考方向并结合物理量的正负便可确定其实际方向 和极性。,规定正方向的情况下欧姆定律的写法,I与U的方向一致（关联参考方向）,U = IR,I与U的方向相反（非关联参考方向）,U = IR,电功率的判断：,若电流的实际流向由电源正级流向负极，吸收功率或消耗功率（起负载作用）,若电流的实际流向由电源负级流向正极，输出功率或产生功率（起电源作用）
2、,如题2图所示，元件A吸收功率为12W，则其两端电压U 为：D A 、3V ； B、3V ； C 、6V ； D 、6,题2图所示元件A的功率为： B A、吸收功率10W ； B、提供功率10W ； C、吸收功率20W ； D、提供功率20W,16 基尔霍夫定律（克希荷夫定律，克氏定律）,用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括克氏电流定律和克氏电压定律两个定律。,名词注释：,(一) 克氏电流定律,对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流之和等于由节点流出的电流之和。或者说，在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。,克氏电流定律的依据：电流的连续性,例,或：,流入为正 流出为负,
3、电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。,I1+I2=I3,I=0,克氏电流定律的扩展,I=?,广义节点,(二) 克氏电压定律,对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位降等于电位升。或，电压的代数和为 0。,例如： 回路#1,即：,对回路#2：,对回路#3：,第3个方程不独立,电位降为正 电位升为负,注意： 1、列KCL、KVL方程时，要先在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向！2、列KVL方程时，还需先（顺时针或逆时针）选定 循行方向！,写出下图中个图的电压平衡方程式。,解：左1图：IR+Us+U=0,左2图：IR-Us+U=0,左3图：-IR+Us+U=0,左4图：-IR-Us+
4、U=0,1.电压源,23 电源模型的等效变换,主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。,理想电压源 （恒压源）,特点：(1）无论负载电阻如何变化，输出电 压不变（2）电源中的电流由外电路决定，输出功率可以无穷大,恒压源中的电流由外电路决定,设: U=10V,当R1 、R2 同时接入时： I=10A,例,RS越大 斜率越大,电压源模型,伏安特性,U = US IRS,当RS = 0 时，电压源模型就变成恒压源模型,由理想电压源串联一个电阻组成,RS称为电源的内阻或输出电阻,理想电流源 （恒流源),特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流 IS；,（2）输出电压由外电路决定。,2. 电流
5、源,恒流源两端电压由外电路决定,设: IS=1 A,电流源模型,I = IS Uab / RS,由理想电流源并联一个电阻组成,当 内阻RS = 时，电流源模型就变成恒流源模型,【 A 】题4图所示电路中，通过电压源上的电流I为：A、0A ； B、1A ； C、-5A ； D、5A,+,-,U,题4图所示电路中,5A电流源的端电压U为多少伏：30V,【A 】题5图所示电路中，4电阻上电流I为：A、0 A ； B、1A ； C、2A ； D、4A,【D 】题四图所示电路中，电流源两端电压U为： A、0V ； B、10V ； C、40V ； D、40V,3.两种电源模型的等效互换,等效互换的条件：当
6、接有同样的负载时，对外的电压电流相等。,I = I Uab = Uab,即：,等效互换公式,Uab = U IRS,U = ISRS,RS = RS,例：电压源与电流源的等效互换举例,5A,10V / 2 = 5A,2,5A 2 = 10V,IS = U / RS,等效变换的注意事项,IS = US / RS RS = RS,注意转换前后 US 与 Is 的方向,(2),(4),进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RS和 RS不一定是电源内阻。,例2:,试用电压源与电流源等效变换的方法 计算2电阻中的电流。,解:,由图(d)可得,例3 试计算1电阻中的电流 I 。
7、,解：,I,1,由分流公式：I 2A,1. 在图中标出各支路电流的参考方向，对选定的回路标出回路循行方向。,2. 应用 KCL 对结点列出 ( n1 )个独立的结点电流方程。,3. 应用 KVL 对回路列出 b( n1 ) 个独立的回路电压方程（通常可取网孔列出） 。,4. 联立求解 b 个方程，求出各支路电流。,对结点 a：,例1 ：,I1+I2I3=0,对网孔1：,对网孔2：,I1 R1 +I3 R3=E1,I2 R2+I3 R3=E2,支路电流法的解题步骤:,2-5 节点电位方程的推导过程,设：,则：各支路电流分别用VA表示为 ：,VA,将各支路电流代入A节点电流方程， 然后整理得：,将
8、VA代入各电流方程，求出I1I4,找出列节点电位方程的规律性,+IS1 IS2,串联在恒流源中的电阻不起作用,如果并联有恒流源支路，节点电位方程应如何写？,节点电位方程有何规律性？,A点节点电流方程： I1+I2-I3-I4+IS1-IS2=0,2-6 叠加原理,在多个电源同时作用的线性电路中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。,概念:,+,叠加原理,“恒流源不起作用”或“令其等于0”，即是将此恒流源去掉，使电路开路。,“恒压源不起作用”或“令其等于0”，即是将此恒压源去掉，代之以导线连接。,应用叠加定理要注意的问题,1. 叠加定理只适用于线性电路（电路
9、参数不随电压、电流的变化而改变）。,4. 迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功率，即功率不能叠加。如：,I3,R3,例3：求I1 、 I2之值。,采用叠加原理,使所有恒流源不起作用,I1 = I2 =,0 A,采用叠加原理,使所有恒压源不起作用,A，D,B，C,I1=1A,I2= 1A,等效电源定理的概念,有源二端网络用电源模型替代，称为等效电源定理。,一 戴维南定理,注意：“等效”是指对端口外等效，即R两端 的电压和流过R电流不变,有源二端网络可以用电压源模型等效,该等效 电压源的电压等于有源二端网络的开端电压；等效 电压源的内阻等于有源二端网络相应无源二端网络 的输入电阻。,等效
10、电压源的内阻等于有源 二端网络相应无源二端网络 的输入电阻。（有源网络变 无源网络的原则是：电压源 短路，电流源断路）,等效电压源的电压 （US ）等于有源二端 网络的开端电压U ABO,有源 二端网络,R,A,B,=RS,（1）、线性含源单口网络的化简,应用,（2）、求某一条支路的响应。,1)移去待求支路得单口网络（构建一个单口网络）,求某一条支路的响应的方法：,2)求开路电压Uoc ：,3)除去独立电源求Ro ：,4)画出戴维南等效电路，并接入待求支路求响应。,例1：图示电路，用戴维南定理求电流I。,+ Uoc -,Ro,解：,Ro =7,画出戴维南等效电路，并接入待求支路求响应。,移去待
11、求支路求：,除去独立电源求：,例1：,如图所示有源二端网络，用内阻为50k的电压表测出开路电压值是30V，换用内阻为100k 的电压表测得开路电压为50V，求该网络的戴维南等效电路。,解：US =（30/50） RS +30US =（50/100） RS +50,RS =200 k US =150V,例4 如图(a)、(b)、(c) ，求(c)图中的电流I。,16,NS,1,1,(c),I,Req,+ _,Uoc,1,1 ,1A,(a),+,8V,Req,+ _,Uoc,1,1 ,1A,(b),+,4V,Req,+ _,Uoc,1 ,I,(c),16,1,解：根据戴维宁定理图（a）（b）（c）
12、可分别等效为（a）（ b）（ c）,（a） 1ReqUoc=8,（ b） 1ReqUoc=4,Uoc=6V Req=2,（ c）,图所示电路，（1）求a、b端左侧电路的戴维宁等效电路；（2）求电流I。,用戴维宁定理求题21图所示电路中的电流I0。,用戴维宁定理计算图中的电流。,解：,第五章 电路的暂态分析 (电路的过渡过程),5.1 概述 5.2 换路定理 5.3 一阶电路过渡过程的分析 5.4 脉冲激励下的RC电路 5.5 含有多个储能元件的一阶电路,换路定理:,在换路瞬间，电容上的电压、电感中的电流不能突变。,非0起始态的R-C电路的过渡过程的分解方法,根据换路定理,叠加方法,状态为0，即
13、U0=0,输入为0，即U=0,分析一阶电路 过渡过程的三要素法,一阶电路微分方程解的通用表达式：,其中三要素为:,正弦波的特征量（三要素）,幅度：,已知：,频率：,初相位：,A,计算相量的相位角时，要注意所在 象限。如：,例：,1. 单一参数电路中的基本关系,小 结,把一个电阻为6欧，电感为25.5mH的线圈接到电压U=220V，=314rad/s的交流电源上，试求：(1)、流过线圈电流的有效值；(2)、电路的有功功率，无功功率，视在功率，功率因数；(3)、画出电流、电压的相量图。,=314,0.0255=8,z =,=,=10,2.图所示电路中，试求电路端电压 ,并计算电流 和 。,j2=,
14、同理：,三个线电压也是对称的：大小相等，为相电压的 倍，相位领先对应的相电压30，互成120相位差。,同理：,负载对称时，三角形接法线、相电流的相位关系,在三相负载对称的条件下，三相电路的功率：,注意：,I,U,一. 直流磁路的分析,直流磁路的特点:,直流磁路和电路中的恒压源类似,（R 为线圈的电阻）,u,i,交流磁路的特点:,(U不变，I不变）,( I 随 Rm 变化）,（ U不变时，基本不变）,直流磁路,交流磁路,磁路小结,（,随Rm变化）,三相异步电动机的同步转速,转差率 的概念：,异步电机运行中:,转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：,三个重要转矩,n1,T,n,（牛顿米）
15、,如果 电机将会 因带不动负载而停转。,求解,过载系数：,三相异步机,n1,T,n,二、 三相异步机的起动,三相异步机的起动方法：,（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。,（3）转子串电阻起动。,Y 起动：,设：电机每相阻抗为,主电路,控制电路,10.2.1 鼠笼式电动机直接起动的控制线路,(1) 电路,(b)原理图,电机的正反转控制 加互锁,互锁作用：正转时，SBR不起作用；反转时，SBF不起作用。从而避免两触发器同时工作造成主回路短路。,KMF,SB1,KMF,SBF,FR,KMR,KMR,M 3,A,B,C,KMF,FU,Q S,FR,在 P 型半导体中空穴是多数
16、载流子，自由电子是少数载流子。,在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。,PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。,PN结的单向导电性,1. 输入特性,特点:非线性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,正常工作时发射结电压： NPN型硅管UBE 0.60.7V PNP型锗管UBE 0.2 0.3V,2. 输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1) 放大区,在放大区有 IC= IB ，也称为线性区，具有恒流特性。,在放大
17、区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,（2）截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。,饱和区,截止区,（3）饱和区,当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。 深度饱和时，硅管UCES 0.3V，锗管UCES 0.1V。,例： =50， USC =12V，RB =70k， RC =6k当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,USB =-2V， IB=0 ， IC=0， Q位于截止区,USB
18、 =2V， IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mAIC= IB =500.019=0.95 mA ICS =2 mA ， Q位于放大区 IC最大饱和电流ICS = (USC -UCE)/ RC =(12-0)/6=2mA,例： =50， USC =12V，RB =70k， RC =6k当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,USB =5V， IB= (USB -UBE)/ RB =(5-0.7)/70=0.061 mAIC= IB =500.061=3.05 mA ICS =2 mA ， Q位于饱和区(实际上，此时IC和
19、IB 已不是的关系）,对于小功率三极管：,rbe的量级从几百欧到几千欧。,静态工作点稳定的放大器,UBE=UB-UE=UB - IE RE,I2=（510）IB I1= I2 + IB I2,IE = IC +IB IC,分压式偏置电路,RE射极直流负反馈电阻,CE 交流旁路电容,直流通道及静态工作点估算,IB=IC/,UCE = EC - ICRC - IERE,IC IE =UE/RE = （UB- UBE）/ RE,UBE 0.7V,电容开路,画出直流通道,电容短路,直流电源短路，画出交流通道,交流通道及微变等效电路,B,E,C,交流通道,微变等效电路,微变等效电路及电压放大倍数、输入电
20、阻、输出电阻的计算,ri= RB1/ RB2/ rbe,ro= RC,静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器,RB1=100k RB2=33k RE=2.5k RC=5k RL=5k =60 EC=15V,RE=2.4k RF=100,静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器 直流通道及静态工作点,RE和RF共同起直流负反馈的作用，稳定静态工作点,因RE+RF=2.5k，所以较上述电路静态工作点不变,静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器 微变等效电路及电压放大倍数,RB1=100k RB2=33k RE=2.4k RF=100 RC=5k RL=5k =60 EC=15V,=-60（5/5）/1.62+(1+60) 0.1 =-19,RB1=100k RB2=33k RE=2.4k RF=100 RC=5k RL=5k =60 EC=15V,=-93,静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器 微变等效电路及输入电阻输出电阻,输出电阻RO=RC,输入电阻,静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻的放大器 微变等效电路及输入电阻输出电阻,ri = RB1 / RB2 / /rbe +（1+ ）RF=5.9k,对比 ri = RB1 / RB2 / /rbe =1.52k,
