电路分析基础(第二版)曾令琴-电子教案1

+ _US1#1
R3 #2 #3
+ _US2
根据 ΣU=0对回路#1列KVL方程 I1 R1 I 3 R3 U S1 0
电阻压降 电源压升
#1方程式也可用常用形式 对回路#2列KVL常用形式
I1 R1 I 3 R3 U S1
即电阻压降等于电源压升
I 2 R2 I 3 R3 U S2
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电路分析基础
仔细理解下面的例题
图示电路，若已知元件吸收功率为－20W，电 压U为5V，求电流I。 U I
P －20 解 I= －4A U = 5 =
+
元件
图示电路，已知元件中通过的电流为－100A，电 压U为10V，电功率P。并说明元件性质。
I
解 P = UI = 10×(-100) = 1000W
IA IAB IB B IC A
对图示电路的三个结点分别列KCL
ICA
IA = IAB – ICA
IB = IBC – IAB
IBC
C
IC = ICA – IBC
把上述三式相加可得
IA + IB + IC = 0
可见，在任一瞬间通过任一封闭面的电流的代数和 也恒等于零。
即 I =0
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电路分析基础
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电路分析基础
1.2 电路的基本物理量
1、电流
• 电流的大小
稳恒直流情况下 单位换算 dq i= dt Q I= t
…… （1-1） …… （1-2）
1A=103mA=106μA=109nA
• 电流的方向
习惯上规定以正电荷移动的方向为电流的正方向。 电路图上标示的电流方向为参考方向，参考方向是为列 写方程式提供依据的，实际方向根据计算结果来定。
Leabharlann Baidu
+
对假想回路列 KVL：
US IR U = 0 或写作 U = US IR
I
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电路分析基础
KVL定律的推广应用
A + UA _ + UAB
对假想回路列 KVL：
UA UB UAB = 0
_
C
_ UB
+ B
或写作 UAB = UA UB
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电路分析基础
KVL定律应用举例
R1 I1 I2 R2 I3
KCL的推广应用
i1 i2 i3 i1 i2
• 图示B封闭曲面均可视为 广义结点，
B IA = IAB – ICA
A
A
B
二端网络的两个对外引出 端子，电流由一端流入、 从另一端流出，因此两个 端子上的电流数值相等。
只有一条支路相连时： i=0
i A B
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电路分析基础
KCL应用举例
？
+
3V
• 举例1
电路分析基础
第1章 电路的基本概念和基本定律
1.1 电路和 电路模型
1.2 电路的 基本物理量 1.3 基尔 霍夫定律 1.4 电压源 和电流源 1.6 直流电路 中的几个问题
1.5 电路 的等效变换
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电路分析基础
本章的学习目的和要求
本章内容是贯穿全课程的重要理论基础，要求在 学习中给予足够的重视。通过对本章学习，要求理 解理想电路元件和电路模型的概念；进一步熟悉电 压、电流、电动势和电功率等基本物理量的概念； 深刻理解和掌握参考方向在电路分析中的作用；初 步理解和掌握基尔霍夫定律的内容及其应用；领会 电路等效的概念和掌握电路等效的基本方法。
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电路分析基础
2、电压、电位和电动势
a
电动势E只存 在电源内部， 其数值反映了 电源力作功的 本领，方向规 定由电源负极 指向电源正极
S R0
I
+
U RL
+
_
b
E
–
路端电压U。 电压的大小反映 了电场力作功的 本领；电压是产 生电流的根本原 因；其方向规定 由“高”电位端 指向“低”电位 端。
电位V是相对于参考点的电压。 参考点的电位:Vb=0；a点电位：Va=E-IR0=IR
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电路分析基础
2、电压、电位和电动势
• 三者的定义式 W源 Wa－Wb W －W0 Va = a E = Uab = q q q 显然电压、电位和电动势的定义式形式相同，因此 它们的单位一样，都是伏特[V]。
i1 1Ω
1Ω 1Ω 1Ω
B + _
_
1Ω 2V 1Ω
i2
jA ? j B =
i1 ? i2 =
A
jA = j B
i1 =i2
右封闭曲面可视为广义节点
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3、回路电压定律[KVL]
基尔霍夫电压定律是用来确定回路中各段电压之间关 系的电压定律。 回路电压定律依据“电位的单值性原理”，其内容： 任一瞬间，沿任一回路参考绕行方向，回路中各段 电压的代数和恒等于零。数学表达式为：ΣU=0
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电路分析基础
2、电路模型
• 理想电路元件
+
R L C – US IS
电阻元件 只具耗能 的电特性
电感元件 只具有储 存磁能的 电特性
电容元件 只具有储 存电能的 电特性
理想电压源 输出电压恒 定，输出电 流由它和负 载共同决定
理想电流源 输出电流恒 定，两端电压 由它和负载共 同决定。
理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性 单一、精确，可定量分析和计算。
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电路分析基础
2、电路模型
• 利用电路模型研究问题的特点 1、电路模型是用来探讨存在于具有不同特性的、各种 真实电路中共同规律的工具。 2、电路模型主要针对由理想电路元件构成的集总参数 电路，集总参数电路中的元件上所发生的电磁过程都 集中在元件内部进行，任何时刻从元件两端流入和流 出的电流恒等、且元件端电压值确定。因此电磁现象 可以用数学方式来精确地分析和计算。 3、电路分析基本理论中运用电路模型，其主要任务就 是在寻求实际电路共有的一般规律、探讨各种实际电 路共同遵守的基本规律时带来方便。
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电路分析基础
KVL定律应用举例
R1 I1 I2 R2 I3
+ _US1#1
R3 #2 #3
+ _US2 此方程式不独立 省略！
• 三者的区别和联系 电压等于两点电位之差： Uab=Va－Vb 电源的开路电压在数值上等于电源电动势； 电路中某点电位数值上等于该点到参考点的电压。
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电路分析基础
3、电功和电功率
• 电流能使电动机转动、电炉发热、电灯发光，说明电流具 有做功的本领。电流做的功称为电功。 W=UIt 单位：U【V】；I【A】；t【s】时，电功W为焦耳【J】 若U【KV】；I【A】；t【h】时，电功W为度【KW· h】 1000W的电炉加热1小时 1度电的概念 100W的灯泡照明10小时
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电路分析基础
1.3 基尔霍夫定律
1、几个常用的电路名词
• 支路：一个或几个二端元件首尾相接中间无分岔， 使各元件上通过的电流相等。 （m） • 结点：三条或三条以上支路的汇集点。 （n） • 回路：电路中的任意闭合路径。 （l） • 网孔：不包含其它支路的单一闭合路径。
US1 _ + US2 1 1 R2 b
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电路分析基础
电路由哪几部分 组成？各部分的 作用是什么？ 何谓理想电路元件？ 其中“理想”二字在 实际电路的含义？
如何在电路 中区分电源 和负载？
试述电路的功 能？何谓“电 路模型”？
集总参数 元件有何 特征？
学好本课程，应注意抓好四个主要环节：提前预习、 认真听课、及时复习、独立作业。还要处理好三个基本 关系：听课与笔记、作业与复习、自学与互学。
• 电路的功能
电力系统中
电路可以实现电能的传输、 分配和转换。
电子技术中
电路可以实现电信号的传递、 变换、存储和处理。
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电路分析基础
2、电路模型
S I
中间环节
开关
电 源 连接导线
负 载
R0
+
RL U
+
_
实体电路
电源
US
–
负载
电路模型
用抽象的理想电路元件及其组合，近似地代替实际的 器件，从而构成了与实际电路相对应的电路模型。
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电路分析基础
4、参考方向
• 关于参考方向的有关注意事项
(1)分析电路前应选定电压电流的参考方向，并标在图中；
(2)参考方向一经选定，在计算过程中不得任意改变。参考 方向是列写方程式的需要，是待求值的假定方向而不是 真实方向，因此不必追求它们的物理实质是否合理。 (3)电阻、电抗或阻抗一般选取关联参考方向，独立源上一 般选取非关联参考方向。 (4)参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向下进 行，实际方向由计算结果确定。 (5)在分析、计算电路的过程中，出现“正、负”、“加、 减”及“相同、相反”这几个名词概念时，不可混为一 谈。
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电路分析基础
1.1 电路和电路模型
1、电路的组成及其功能
• 电路的概念
由实际元器件构成的电流的通路称为电路。
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电路分析基础
1、电路的组成及其功能
• 电路的组成
电源
火线 零线
连接导线和其余 设备为中间环节
..
负载
电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。
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电路分析基础
1、电路的组成及其功能
I3
–I1 + I2 – I3 –I4 = 0
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电路分析基础
KCL的有关举例与讨论
• 举例1
i1
根据
∑ i（t）= 0
i2
•
i4 i3
可列出KCL：i1 – i2+i3 – i4= 0 整理为 i1+ i3= i2+ i4
可得KCL的另一种形式：∑i入= ∑ i出
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电路分析基础
KCL的推广应用
国际单位制：U 【V】，I【A】，电功率P用瓦特【W】。
• 用电器的铭牌数据值称为额定值，额定值指用电器长 期、安全工作条件下的最高限值，一般在出厂时标定。 • 额定电功率反映了设备能量转换的本领。例如额定值 为“220V、1000W”的电动机，是指该电动机运行在 220V电压时、1秒钟内可将1000焦耳的电能转换成机械 能和热能；“220V、40W”的电灯，表明该灯在220V电 压下工作时，1秒钟内可将40焦耳的电能转换成光能和热 能。
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a +
m=3 3 R3 n=2 l=3
网孔=2
3 _ 2 2
R1
电路分析基础
2、结点电流定律[KCL]
• KCL定律的内容 任一时刻，流入电路中任一结点上电流的代数和恒等 于零。数学表达式为： ∑i = 0 （任意波形的电流）
I4 a
I1 I2
∑I = 0 （稳恒不变的电流）
通常规定以指向结点的电流取正， 背离结点的电流取负。在此规定下， 根据KCL可对结点 a列出KCL方程：
U2 U3 R3
根据电路图将各电压改写为：
–R1I1–US1+R2I2+R3I3+R4I4+US4=0
I4 U4
R4
I3
把上式加以整理：
–R1I1+R2I2+R3I3+R4I4=US1–US4
可得KVL另一形式：∑IR=∑US
电阻压降
电源压升
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电路分析基础
KVL定律的推广应用
+ US _ R U _
元件吸收正功率，说明元件是负载。
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U 元件
+
电路分析基础
想想、练练
电压、电位、 电动势有何异 同？
电功率大的用电器， 电功也一定大，这种说 法正确吗？为什么？
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电路分析基础
思考 回答
• 在电路分析中，引入参考方向的目的是什么？ • 应用参考方向时，你能说明“正、负”、“加、减”及 “相同、相 反”这几对名词的不同之处吗？ ▪ 电路分析中引入参考方向的目的是为分析和计算 电路提供方便和依据。 ▪ 应用参考方向时，“正、负” 指在参考方向下，电 压电流数值前面的正、负号，若参考方向下某电流为“－2A”， 说明其实际方向与参考方向相反，参考方向下某电压为“＋ 20V”，说明其实际方向与参考方向一致；“加、减”指参考方 向下电路方程式各项前面的正、负符号； “相同”是指电压、 电流参考方向关联，“相反”指的是电压、电流参考方向非 关联。
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电路分析基础
4、参考方向
• 关联和非关联
a
＋
I
负载 元件
a
＋
I
电源 元件
U －
U －
b b 非关联参考方向 关联参考方向 实际电源上的电压、电流方向总是非关联的，实际负载上 的电压、电流方向是关联的。因此，假定某元件是电源时， 其电压、电流方向应选取非关联参考方向；假定某元件是负 载时，其电压、电流方向应选取关联参考方向。
40W的灯泡照明25小时 • 日常生活中，用电度表测量电功。当用电器工作时，电度 表转动并且显示电流作功的多少。显然电功的大小不仅与电 压电流的大小有关，还取决于用电时间的长短。
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电路分析基础
3、电功和电功率
• 单位时间内电流所作的功称为电功率，电功率的大小 表征了设备能量转换的本领。 P=UI=I2R=U2/R
R2 I2
+ US1 _
R1 U1 I1 US4
U2 U3
I4 U 4 R3 I3
根据： U = 0
得：
-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0
先标绕行方向
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R4
电路分析基础
KVL定律的第二种形式
R2 I2
-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0
+ US1 _
R1 U1 I1 US4