电路分析基础(1)
电路分析基础第1章
手电筒电路：
干 电 池
导线
二、集总假设、电路元件 1. 集总假设：
J不考虑电路中电场与磁场的相互作用； J不考虑电磁波的传播现象； J实际 电路的 尺寸远小于最 高 工作 频 率所对应 的 波
长 时， 可 将它 所 反映 的 物 理 现象 分 别进行 研究， 即 用三种基本元件表示其三种物理现象；
目 录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第十一章 集总电路中电压、电流的约束关系 网孔分析和节点分析 叠加方法和网络函数 分解方法和单口网络 电容元件和电感元件 一阶电路 二阶电路 阻抗与导纳 耦合电感和理想变压器
第一章 集总电路中的电压、电流约束关系
1-1 电路及集总电路模型 1-2 电路变量，电压，电流及功率 1-3 基尔霍夫定律 1-4 电阻元件 1-5 电压源 1-6 电流源 1-7 受控源 1-8 分压电路，分流电路 1-9 两类约束，支路电压法和支路电流法
掌握基本概念、基本理论、基本方法。
集总电路： 由电 阻 、电容、电感等元件组成的
电路。（电阻电路、动态电路）
集总参数电路：当实际电路的尺寸远小于使用时
其最高工作频率所对应的波长时，可以用“集总参数 元件”来构成实际部、器件的模型。每一种元件只反 映一种基本电磁现象，且可由数学方法加以定义。
例如，无线电调频接收机，若所接收的信号频率为100MHz， 对应波长λ＝c/f = 3m，连接接收天线与接收机之间的传输线 即便只有1m长，也不能作为集总电路来处理。 又如，我国电力用电频率为50Hz，对应的波长为6×106m，对 以此为工作频率的用电设备来说，其尺寸远小于这一波长，可 以按集总电路处理，而对于远距离输电线来说，就不能按集总 电路来处理。
电路分析基础第一章 电路模型和电路定律
+
–
+
–
+
实际方向
实际方向
+
U >0
U<0
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下页
电压参考方向的两种表示方式
(1) 用正负极性表示
+
(2) 用双下标表示
U
A
UAB
B
UAB =UA- UB= -UBA
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3. 关联参考方向 元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称之为关联 采用相同的参考方向称之为 参考方向,即电流从电压的“+”极流入,从“-” 极流出该元件。反之，称为非关联参考方向。 极流出该元件
P6吸 = U 6 I 3 = (−3) × (−1) = 3W
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注
对一完整的电路，发出的功率＝吸收的功率
3. 电能（W ,w）
在电压、电流一致参考方向下，在t0到t的时间内 该部分电路吸收的能量为
w(t0 , t ) = ∫ p (τ ) dτ = ∫ u (τ )i (τ ) dτ
t0 t0
电源 Sourse
灯 Lamp
RS US 电路模型
R
Circuit Models 干电池 Battery
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电路理论中研究的是 理想电路元件构成的电路（模型）。
电路模型，不仅能够反映实际电路及 其器件的基本物理规律，而且能够对 其进行数学描述。这就是电路理论把 电路模型作为分析研究对象的实质所 在。
干电池 Battery 电路理论中，“电路”与“网络”这两个术语可通用。“网络” 的含义较为广泛，可引申至非电情况。
例：手电筒电路
开关 灯泡
10BASE-T wall plate
电工技术第一章电路分析基础
上篇: 电工技术第一章: 电路分析基础1.1: 电路的基本概念、定律、分析方法 1.1.1:基本要求(1) 正确理解电压、电流正方向的意义。
(2) 在正确理解电位意义的基础上，求解电路各点电位。
(3) 加强电压源的概念，建立电流源的概念。
(4) 了解电路有载工作、开路与短路的状态，强化额定值概念。
(5) 熟悉电路基本定律并能正确应用之。
(6) 学会分析、计算电路的基本方法 1.1.2: 基本内容 1.1.2.1基本概念1 电压、电流的正方向 在分析计算电路之前，首先在电路图上标注各元件的未知电流和电压的正方向（这些假设的方向，又名参考方向），如图1-1-1所示。
3R I图1-1-1根据这些正方向，应用电路的定理、定律列写方程（方程组），求解后若为正值．．，说明假设的方向与实际的方向相同；求解后若为负值．．，说明假设的方向与实际方向相反。
对于电路中的某个（些）已知的方向，有两种可能，其一是实际的方向，其二也是正方向，这要看题目本身的说明。
2电路中的电位计算求解电路某点的电位，必须首先确定参考点，令该点电位为零，记为“⊥”， 电路其余各点与之比较，高者为正（电位），低者为负（电位），如图1-1-2所示：U图 1-1-2设C 为参考点，则：c 点的电位： V C =0(V) a 点的电位： V a = +6 (V) b 点的电位： V b =-9 (V)ab 两点间的电压：U ab = V a - V b = (+6)-(-9) =15(V)注·电位具有单值性（参考点一旦设定，某点的电位是唯一的）。
·电位具有相对性（参考点选择不同，某点的电位也不同）。
·任意两点间的电位差叫电压，例如U ab = V a - V b ，显然电压具有单值性和绝对性（与参考点选择无关） 1.1.2.2基本定律 1 欧姆定律(1)一段无源支路（元件）的欧姆定律。
在图1-1-3中，U ab = R ·I （取关联正方向）。
电路分析基础第1章
1-11 电路如图题1-9所示。 （1）图（a）中已知u＝7cos(2t) V，求i；
4 i
－u ＋ （a）
i u• 7 cos 2t 7 cos 2t A 444
（2）图（b）中已知u=(5+4e－6t) V ，i＝(15＋12e－6t)A ，求R；
iR
＋u － （b）
R
u i
5 4e 6t 15 12e 6t
2A，求u4 。
•
i1 a
5
b
1
i4 c
（1）u1 5i1 5 4 20 V
＋
＋ u1 － ＋
＋ u4 －
i2
－
i3
（2）u2 4i2 4 (2) 8 V uS－
u2 4 －
u3 3 ＋
d
（3）u3 3i3 3 2 6 V
（4）u4 i4 (2) 2 V
1-14 电路如图题1-12所示若u1＝10V，u2＝－5V，试电压源的
12V －
4
u=11V
－
1-16 求图题1-14所示电路中的uS 和i 。 uS
5A －
＋
6A•
12
i1 15 18 3 A
3
i1
18A
15A
R
i 1
uS 18 3 12i1 54 12 3 90 V
i 651 A
1-20 电路如图题1-15所示，试求电流源电压u和电压源电流i，
i2/A 2
1
•
i3/A
1
o 1 2 3 t/s －1
o1 －1
2 3 t/s
对图1-9所示节点列KCL方程：
i1/A 1
i1 i2 i3
o1 －1
《电路分析基础》第一章：集总电路中电压(流)的约束关系
信息学院电子系
10
(3). 功率
中¾ 定义：电路中能量转换的速率 p(t) = dw = u(t)i(t) (关联参考方向) 国dt SI单位：瓦[特](W)
能量传 输方向
海 p(t)>0，吸收功率，功率的实际方向与参考方向一致 洋 p(t)<0，产生功率，功率的实际方向与参考方向相反
大 ¾ 在 t0 到 t 的时刻内所吸收的能量为：
¾ 分类
大 线性电阻与非线性电阻 学 时变电阻与非时变电阻
特性曲线
信息学院电子系
21
(1). 线性电阻元件
¾两端的电压与电流服从欧姆定律
中 形式一： u(t)=Ri(t)
（关联参考方向）
• R 称为电阻，其 SI单位为欧[姆](Ω)
国• 对于非关联参考方向， u(t)=－Ri(t)
• 欧姆定律体现电阻对电流呈现阻力的本质
¾ 受控源的功率根据受控支路计算 p(t)= u2(t) i2(t)
信息学院电子系
29
例 求受控源的功率
中a
I2
国 I3
海洋大学 思路： P=ui；分析电路构成；依据为KCL、KVL和VCR
信息学院电子系
30
If
If
+
中ω
_ RIf
国海洋大学 CCVS 直流发电机
μ = 1+ R2 R1
VCVS 由运放构成比例器
信息学院电子系
4
1.2 电路变量 电流、电压及功率
中电路的特性是由电流、电压和功率等物理量来描述的
(1). 电流
国 ¾ 电量: 带电粒子所带电荷的多少(符号:q或Q，单位:库[仑]( C ))
海 ¾ 电流: 带电粒子定向移动形成电流
电路分析基础答案一
电路基础试题一一．简答题：1. 图示电路，已知U S1=12V ，US 2=3V ，R 1=3Ω，R 2=9Ω，R 3=10Ω，求U ab 。
（5分）Uab=12V2. 已知：U1=12V ， U3=16V ， R1=2Ω， R2=4Ω，R3=4Ω， R4=4Ω， R5=5Ω， IS=3A 求I=？（5分）解：I= – 0.2A3. 图示电路，若2V 电压源发出的功率为1W ，求电阻R 的值和1V 电压源发出的功率（5分）解：R=2Ω，P=0.5W4. 利用叠加定理求图示电路的电压U 。
（5分）1V ＋－ ＋ U －解：U=6V5. 图2所示电路，已知A t t i V t t u s )60cos(24)(,)cos(2100)(︒-==ωω，求电压源发出的平均功率。
（5分）P=400W二．综合计算题：解：2、用节点法求图示电路中的u （15分）解：u=-3V1．用网孔法求解 i 1， i 2 ， i 3 （15分） 11223312303565350323535350l l l l l i A i i A i i A i i i A =-===-==+=-解：解：U=16V3．电路如图所示，开关在t =0时闭合，闭合前电路已处于稳态，已知U 1=6 V ，U 2=10V ，R 1=3k Ω，R 2=6k Ω，R 3=2k Ω，C =1μF ，求开关闭合后的i 2（t ）（15分）4．用等效电源定理（戴维南、诺顿定理）求电压U （15分）5．求电路各支路的复功率。
（15分） o o 236(37.1)1001882j 1424 VA S =∠-⨯∠=-发2*2*111236()768j 1920 VA 10j 25S U Y ===++吸2*22 1113j3345 VA S U Y ==-吸310271(),062t i t e A t --=-≥。
2章 电路分析基础1
I3
则: P
R3
3
= I3 R3 = (I3' + I3" ) R3
2 2
≠ (I3' ) R3 + (I3" ) R3
2 2
5. 运用迭加定理时也可以把电源分组求解,每个分 运用迭加定理时也可以把电源分组求解, 电路的电源个数可能不止一个. 电路的电源个数可能不止一个.
=
+
例
US IS 线性无
源网络
adca : I4R4 + I5R5 + E3 = E4 + I3R3
电压,电流方程联立求得: 电压,电流方程联立求得:
I1 ~ I6
支路中含有恒流源的情况 例2
I1 I2 R1 E + _ b I5 R5 d N=4 B=6 I4 I6 a R2 I3 Ux R4 c R6 I3s 支路电流未知数少一个: 支路电流未知数少一个:
abda:
I3s
I1R1 + I 2 R2 + I5 R5 = E1
abca : I 2 R2 + I 4 R4 = U X
bcdb : I 4 R4 + I 6 R6 I 5 R5 = 0
结果: 个电流未知数 结果:5个电流未知数 + 一个电压未知数 = 6个未知数 个未知数 个方程求解. 由6个方程求解. 个方程求解
2.1.2 支路电流法
未知数:各支路电流. 未知数:各支路电流. 解题思路:根据克氏定律, 解题思路:根据克氏定律,列节点电流和回路电 压方程,然后联立求解. 压方程,然后联立求解.
例1
I2 I1 I6 R6 I3 I4 E3 I5
解题步骤: 解题步骤:
第1章 电路分析基础
i1
u R1
R2 R1 R2
iS
i2
u R2
R1 R1 R2
iS
简单电阻电路的计算：18页例1.9
第40页，共58页。
1.3.3支路电流法
电路有m条电路，以m条支路电流作为未知量，应用
基尔霍夫定律列出m个独立的方程式，联立求解方程式 即可解出各支路电流。这就是支路电流法。
I1 U1
R1
a I2
b
电感(Inductance)等 为了对实际电路进行分析，可忽略负载的次要因素，将其近 似看作理想电路元件，简称为元件（Element ） 。 元件通过端子与外电路相连，按端子的数目可将元件分为 ：二端元件、三端元件、四端元件等。
第4页，共58页。
实际情况中，电路由电源（信号源）、负载和中间环结组 成。
3、联立求解3个方程即可。
R1
b
3个方程如下： Il＋I2＋IS3－I4＝0 I1R1－US1＋US2－I2R2＝0 I2R2－US2＋I4R4＝0
解之得：
Il＝－22(A)
I2＝14(A) I4＝10(A)
第43页，共58页。
1.3.4结点电压法 以结点电压作为未知量，将各支路电流用结点电压表示
U4
R2
R3
U5
R4 R5
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《电路分析基础》离线作业
一、计算题（总分100分）
1、用节点电压法，求下图所示电路的电位Va ，Vb 。
已知：R1=1Ω，R2=3Ω，R3=2Ω，Is1=4A ，Is2=2A ，Is3=4A ，U=4V 。
解：因为电阻R1的存在,不能直接用结点电压法求UAB 的.
但是用支路电流法很容易得出（我附件图片不知道是不是能够正常上传）
先根据上面四个结点处的电流关系(基尔霍夫电流定律)可以得到：
I8 = I9= I7 + 2 = 也等于 = I10 + 4 ①
再根据回路的电压关系(基尔霍夫电压定律)可以得到：
Vc = I8 * R2 = -I7*R1 - I8*R3 + U ②
最后代入数值得到：Vc =3* I8 = - (I8 - 2) - 2 * I8 + 4 ③
解得： I8 = 1A
所以： Va = Vc = I8 * R2 = 3V
Vb = Vd = Vc - I7 * R1 = 2V
2、电路如图所示，us （t ）=240COS3000t V ，R 1=1.5K Ω,R 2=1K Ω,L=31H,C=61
uF,求ic （t ）
R 1R 2C
解：ɷt=3000t=2πf t Xc=1/2πfc =1/3000*61
*10-4=2000Ω
X L =2πf L=3000*31
=1000Ω
R 2与C 串联 2000Ω+1000Ω=3000Ω
再与L 并联3000*1000/（3000+1000）=750Ω 再与R 1串联 750+1500=2250Ω
I m=U m /R=240/2250=4√2/225
ic=I m *COS3000t=4√2/225*COS3000t
3、 下图所示某电路中的一个回路，通过A ，B ，C ，D 四个节点与电路的其他部分相连接，求电阻R 的大
小
解：由基尔霍夫电流定律知道4R i A =，
故910122213CD AC AB CB BD U V
U V
U V
U V
U V
==-===- 由上可知134
BD
R U R i ==Ω=3.25Ω
4、用电源的等效变换法,把下图转换为一个电压源和电阻相串联的单回路,并求I 的值。
解：6V 转电流源6V/2Ω=3A
与6A 并 3A+6A=9A 2/2=1Ω
再转电压源 9A*1Ω=9V
2A 转电压源 2Ω*2A=4V
I=（9V-4V ）/（1Ω+2Ω+7Ω）=0.5A。