学习资料电路分析基础(第四版)ppt

Pb = ( -2V) × ( -3A) = 6W
Pc = (4V) × ( -5A) = -20W
当计算功率数值完毕之后，我们要根据其定义的关联方向结 合数值符号来确定是器件是吸收功率还是提供功率。
电路变量 电流、电压、功率
例
I1
+ U1 － 1 +
2 U2 － 3 U3 － U4 4
+
U6 － 6 + U5 5 －
W
a
能量传输方向
吸收（消耗或储存） 功率
i
提供（产生）功率
t t
p b
u －
＋
能量
w(t 0 , t ) p( )d u( )i( )d
t0 t0
单位：焦（耳） J
电路变量 电流、电压、功率
功率的计算 1. u, i 取关联参考方向
p= u i
p<0
例 U = 5V， I = -1A P= UI = 5(-1) = -5 W
集总参数元件与集总参数电路(Lumped)
• 集总假设(理想化): 不考虑电场和磁场的相互 作用，不考虑电磁波的传播现象。
• 集总假设条件：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。（不满足时为分 布参数电路，微波元器件、微波电路）。
• 集总参数元件：只反映一种基本电磁现象，且 可由数学方法加以精确定义。
i
例
参考方向
a
i
b
I
1
I
10 10V
1
10V I1 = 1A
10
I1 = -1A
电路变量 电流、电压、功率
电压 (voltage)
电压定义：
dw u (t ) dq
SI单位：伏（特）
V （Volt）
几个名词：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）
a—b：正电荷移动失去能量，a高b低，电压降
电路和电路模型、集总假设
电容器
电池 晶体管 电阻器 运算放大器
线圈
电路和电路模型、集总假设
电路的基本组成
电路：电工设备构成的整体，它为电流的流通提供路径
电路组成：主要由电源、中间环节、负载构成
• 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
B
US2 +
U4
基尔霍夫定律
例 U1 + a


推广 KVL不 仅 适 用 于 回 路 ， 还 可以推广应用于任何一个假 象闭合的一段电路（广义回 路）。
+ U2 + Us b
uab
U ab U1 U 2 U S
基尔霍夫定律
KCL、KVL小结
(1) KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是电
a i ＋ u－ 关联参考方向 b a ＋ u－ 非关联参考方向 ib
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，不考虑实际方向。
•
电路变量 电流、电压、功率
电功率（power）
p(t ) dw udq dq u u (t )i(t ) dt dt dt
单位：瓦（特）
p(t ) 0 p(t ) 0
P5 U 5 I 3 7 (1) 7W
P6 U 6 I 3 (3) (1) 3W
P2 U 2 I1 (3) 2 6W
P3 U 3 I1 8 2 16W
注
对一完整的电路，总功率为零。
基尔霍夫定律( Kirchhoff’s Laws )
u1i1 u2i2 u3i3 u4i4 u5i5 u6i6 0
基尔霍夫定律
基尔霍夫电压定律 (KVL)
uk (t ) 0
k 1
K
回路电压约束
例
首先： 指定一个回路的绕行方向。
+ US1 _ U1
U2
U3
顺时针方向绕行: U 0 规定： 凡电压的参考方向与回路绕行方 向一致者，取“+”，反之，取“-” 。 （电压降取正，电压升取负）
两套符号?
基尔霍夫定律
注 KCL不 仅适用于节点 ，也适 用于包围几个节点的闭合面。 例 节点1： i i i 0 1 4 6
节点2： 节点3：
i1
i2
i3
1
i4
2
i6
i5
3
i2 i4 i5 0 i3 i5 i6 0
i1 i2 i3 0
三式相加得：
关等构成，将电源与负载接成通路（传输线）
电路和电路模型、集总假设
电路模型
由理想元件及其组合代表实际电路元件，与实际 电路具有基本相同的电磁性质，称其为电路模型。
电路模型是由理想电路元件构成的。
开关
灯泡
10BASE-T wall plate
Ri
US
Rf
电路图 （电路模型）
电 池
导线
电气图
实际电路
电路和电路模型、集总假设
a—b：正电荷移动获得能量，a低b高，电压升
电路变量 电流、电压、功率
电压的参考方向或参考极性
a b ＋ u－
例
+ U1
10V U1 = 10V
10
10V
U1 =
U1 + 10V
10
电路变量 电流、电压、功率
小结
• 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。 • 参考方向一经选定，必须在图中相应位臵标注(包括 方向和符号），在计算过程中不得任意改变。 • 关联参考方向和非关联参考方向。
电压、电流的参考方向 电路元件特性 基尔霍夫定律 分压电路、分流电路
电路和电路模型、集总假设
电路的作用和组成
电路的作用


提供能量：电网、电池
传送和处理信号：音频、视频、放大 存储信息：EPROM、RAM 测量电路：电流计、功率表、电压表、欧姆表
电路和电路模型、集总假设
低频信号发生器的内部结构
电流 (current)
电流定义：
dq i (t ) 方向：正电荷运动的方向 dt SI单位：安（培） A （Ampere）
几个名词：恒定电流，直流（dc, DC）、时变电流、
交变电流，交流（ac, AC）
电路变量 电流、电压、功率
电流的参考方向
参考方向：任意选定的一个方向作为电流的参考方向。
普通物理
电路分析基础
•
经典电路理论形成于二十世纪初至60’s。经典的时域分 析于30’s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、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）。
• 集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。
电路和电路模型、集总假设
波长与频率关系 电力用电
c f c f 50 Hz, 6 10 6 m f
Leabharlann Baidu
低频电路 c 4 5 f 30 ~ 300 kHz, 110 ~ 110 m f 高频电路 c f 3 ~ 30 MHz, 10 ~ 100 m f 甚高频及更高频率电路 c f 30 MHz, 10 m f
u1 u 2 u 4 u 6 0
u 2 u3 u5 0
p1 p2 p3 p4 p5 p6 0
i2 i3 i1
u1 u4 u6 u5 u3 0
u1i1 u2i2 u3i3 u4i1 u5i3 u6i1 0
电路分析基础
研究内容
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
Ch.1
主要内容

电路元件和电路定律
集总参数电路假设 电路变量 基尔霍夫定律 几种电路元件（伏安关系VCR） 分压公式、分流公式 两类约束 支路分析
Ch.1 电路元件和电路定律
重点内容
电路分析基础(教学要求)
平时成绩组成 课堂:学习状况与出勤 作业:集中点评 阶段测验 期末考试 总成绩的85%
教学进度安排(见任课说明书)
电路分析基础
课程位臵及作用
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
电路分析基础
信号与信息处理
数 字 图 象 处 理 频 谱 分 析 与 估 计 自 适 应 信 号 处 理 雷 达 信 号 处 理
通信与信息系统
阵 程 互 计 接 列 算 入 信 控 联 机 网 号 交 网 通 技 处 换 络 信 术 理 数据通信原理 计算机 移 动 通 信 卫 星 通 信 光 纤 通 信
专业课
通信原理
数字信号处理
信号与系统
信息论与编码理论 电子线路
数字逻辑电路
电路分析基础
大学语文
专 业 基础课 非专业课
高等数学
电路分析基础
• • • •
主讲教师：卢晓光 E-mail：xglu@cauc.edu.cn 办公地点：北12-107 办公电话：24092451
电路分析基础(教材)
教材与教学参考书
李瀚荪编《电路分析基础》（第4版）
参考经典教材:邱关源编《电路》 李瀚荪编《简明电路分析基础》 相关的学习指导书
压单值性的具体体现(两点间电压与路径无关)
(2) KCL是对任一节点（或封闭面）的各支路电流的 线性约束 (3) KVL是对任一回路（或闭合节点序列）的各支路 电压的线性约束
_U + S2
U4
–U1－US1+U2＋U3+U4＋US2＝0
基尔霍夫定律
例题见p17 1－4
注意两套符号。
基尔霍夫定律
推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一 条路径经过的元件电压的代数和。
A + US1 _ U1 _ U2 U3
U AB U 2 U 3
U AB U S1 U1 U S 2 U 4
电路和电路模型、集总假设
电路分析与电路综合
电路分析
实际电路
电路模型
计算分析
电路综合
电气特性
电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映实际电 路的电气特性。 通过对电路模型的分析计算来预测实际电路的特性， 从而改进实际电路的电气特性和设计出新的电路。
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
提供5W功率
源性
2. u, i 取非关联参考方向
p =- u i 例 U = 5V， I = -1A
P= -UI = -5(-1) = 5 W p> 0
吸收5W功率
负载性
电路变量 电流、电压、功率
例 计算图中各元件吸收的功率
3A -5A
－
2V -2V ＋ -3A 4V
(a)
(b)
(c)
Pa = ( 2V) × ( 3A) = 6W
基尔霍夫定律
几个名词
支路 (branch)：一个二端元件视为一条支路 节点 (node): 支路的连接点称为节点，也称为结点 回路(loop)：由支路组成的任一闭合路径
网孔(mesh)：在回路内部不另含有支路的回路
a b 节点1 4
1
2
3
节点3
5
节点2
基尔霍夫定律
基尔霍夫电流定律 (KCL)
例 i1 i2 • i4 i3
基尔霍夫定律
KCL的推广
A
i1 i2 i3 i A i B B
i1 i2 i3 0
两条支路电流大小相等， 一个流入，一个流出。
A
i
B
只有一条支路相连，则 i=0。
基尔霍夫定律
能量守恒，电荷守恒。
(u1 u 2 u 4 u6 )i1 (u 2 u3 u5 )i3 0
+
－
I2
I3
解
+
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, U2 = -3V, U3 = 8V, U4 = -4V, U5 = 7V, U6 = -3V I1 = 2A, I2 = 1A, I3 = -1A
P U1I1 1 2 2W 1
P4 U 4 I 2 (4) 1 4W
i
k 1
K
k
(t ) 0
支路电流约束
i1+ i3= i2+ i4 i1 － i2 ＋ i3 － i4 = 0
即
i
入
i出
物理基础:
例 7A • 4A i1 •
电荷守恒，电流连续性。
10A i2
4–7–i1= 0 i1= –3A
i1+i2–10–(–12)=0 i2=1A
-12A
电路的基本规律
电路作为整体服从的规律：基尔霍夫定律
电路的各个组成部分特性如何：元件特性 基尔霍夫定律与元件特性是电路分析的核心。 电路整体的基本规律：基尔霍夫定律是适用于任何 集总参数电路的基本定律，其是电荷守恒和能量守 恒在集总电路中的体现，包括电流定律和电压定律， 分别对集总电路的电流和电压进行约束。