電路分析課件電路的基本概念和分析方法第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日第1章電路的基本概念和分析方法電路和電路模型1.1電壓源和電流源1.5電路的基本物理量1.2基爾霍夫定律1.6電路元件1.3兩類約束和電路方程介紹1.7電阻元件1.4首頁本章重點(diǎn)第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日1.電壓、電流的參考方向3.基爾霍夫定律

重點(diǎn)：2.電阻元件和電源元件的特性返回4.支路電流法和支路電壓法第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日1.1電路和電路模型1.實(shí)際電路功能a能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b信息的傳遞、控制與處理。建立在同一電路理論基礎(chǔ)上。由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。下頁上頁共性返回第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

反映實(shí)際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。2.電路模型導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡電路圖理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件。電路模型下頁上頁返回第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日5種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲(chǔ)存磁場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲(chǔ)存電場能量的元件電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。5種基本理想電路元件有三個(gè)特征：

（a）只有兩個(gè)端子；

（b）可以用電壓或電流按數(shù)學(xué)方式描述；

（c）不能被分解為其他元件。下頁上頁注意返回第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日1.2電路的基本物理量

電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流的參考方向電流電流強(qiáng)度帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量下頁上頁返回第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日方向規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向單位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導(dǎo)線)中電流流動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能:

實(shí)際方向AB實(shí)際方向AB

對于復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷。下頁上頁問題返回第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日參考方向大小方向(正負(fù)）電流(代數(shù)量)任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向即為電流的參考方向。i>0i<0實(shí)際方向?qū)嶋H方向電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：下頁上頁i

參考方向ABi

參考方向ABi

參考方向AB表明返回第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日電壓U

單位2.電壓的參考方向單位正電荷q

從電路中一點(diǎn)移至另一點(diǎn)時(shí)電場力做功（W）的大小。

電位

單位正電荷q

從電路中一點(diǎn)移至參考點(diǎn)（＝0）時(shí)電場力做功的大小。

實(shí)際電壓方向

電位真正降低的方向。下頁上頁V(伏)、kV、mV、V返回第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日例已知：4C正電荷由a點(diǎn)均勻移動(dòng)至b點(diǎn)電場力做功8J，由b點(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn)電場力做功為12J，若以b點(diǎn)為參考點(diǎn)，求a、b、c點(diǎn)的電位和電壓Uab、Ubc;若以c點(diǎn)為參考點(diǎn)，再求以上各值。解(1)下頁上頁acb返回第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日acb解(2)下頁上頁結(jié)論

電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇；參考點(diǎn)一經(jīng)選定，電路中各點(diǎn)的電位值就唯一確定；當(dāng)選擇不同的電位參考點(diǎn)時(shí)，電路中各點(diǎn)電位值將改變，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。返回第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日復(fù)雜電路或交變電路中，兩點(diǎn)間電壓的實(shí)際方向往往不易判別，給實(shí)際電路問題的分析計(jì)算帶來困難。電壓(降)的參考方向U>0參考方向U+–參考方向U+–

<0U假設(shè)高電位指向低電位的方向。下頁上頁問題+實(shí)際方向–+實(shí)際方向–返回第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日元件或支路的u，i

采用相同的參考方向稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向3.關(guān)聯(lián)參考方向i+-+-iuu下頁上頁返回第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注(包括方向和符號(hào))，在計(jì)算過程中不得任意改變參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式相差一負(fù)號(hào)，但電壓、電流的實(shí)際方向不變。例電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問：對A、B兩部分電路電壓電流參考方向關(guān)聯(lián)否？答：A電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；

B電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。下頁上頁注意＋－uBAi返回第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日4.電功率和能量電功率功率的單位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的單位：J(焦)(Joule，焦耳)單位時(shí)間內(nèi)電場力所做的功。下頁上頁返回第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日例求圖示電路中各方框所代表的元件吸收或產(chǎn)生的功率。下頁上頁已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－返回第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日解對一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率＝吸收的功率下頁上頁564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－注意返回第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日下頁上頁1.3電路元件是電路中最基本的組成單元。電路元件返回5種基本的理想電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲(chǔ)存磁場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲(chǔ)存電場能量的元件電壓源和電流源：表示將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件。注意如果表征元件端子特性的數(shù)學(xué)關(guān)系式是線性關(guān)系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日1.4電阻元件2.線性時(shí)不變電阻元件

電路符號(hào)R電阻元件對電流呈現(xiàn)阻力的元件。其特性可用u～i平面上的一條曲線來描述：iu任何時(shí)刻端電壓與電流成正比的電阻元件。1.定義伏安特性下頁上頁0返回第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

u～i

關(guān)系R

稱為電阻，單位：

(Ohm)滿足歐姆定律單位G

稱為電導(dǎo)，單位：S(Siemens)u、i取關(guān)聯(lián)參考方向下頁上頁伏安特性為一條過原點(diǎn)的直線ui0Rui+－返回第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日如電阻上的電壓與電流參考方向非關(guān)聯(lián)，公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào)；說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件。歐姆定律只適用于線性電阻(

R

為常數(shù)）；則歐姆定律寫為u–Rii–Gu公式和參考方向必須配套使用！下頁上頁注意Rui-+返回第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日3.功率和能量電阻元件在任何時(shí)刻總是消耗功率的。p

ui(–Ri)i–i2R-

u2/Rp

uii2Ru2/R功率Rui+-下頁上頁表明Rui-+返回第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日ui從

t0

到t電阻消耗的能量：4.電阻的開路與短路能量短路開路ui下頁上頁Riu+–u+–i00返回第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日下頁上頁實(shí)際電阻器返回第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日

1.5電壓源和電流源電路符號(hào)1.理想電壓源定義i+_下頁上頁其兩端電壓總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與流過它的電流i

無關(guān)的元件叫理想電壓源。返回第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)。通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。理想電壓源的電壓、電流關(guān)系ui直流電壓源的伏安關(guān)系下頁上頁例Ri-+外電路電壓源不能短路！0返回第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日電壓源的功率電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；

+_iu+_電流（正電荷）由低電位向高電位移動(dòng)，外力克服電場力作功，電源發(fā)出功率。

發(fā)出功率，起電源作用物理意義：下頁上頁+_iu+_電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；

物理意義：電場力做功，電源吸收功率吸收功率，充當(dāng)負(fù)載返回第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日例計(jì)算圖示電路各元件的功率解發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）下頁上頁i+_+_10V5V-+返回第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日其輸出電流總能保持定值或一定的時(shí)間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u

無關(guān)的元件叫理想電流源。電路符號(hào)2.理想電流源定義u+_下頁上頁理想電流源的電壓、電流關(guān)系電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān)。返回第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。ui直流電流源的伏安關(guān)系下頁上頁0例Ru-+外電路電流源不能開路！返回第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。下頁上頁實(shí)際電流源的產(chǎn)生：電流源的功率u+_電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；

發(fā)出功率，起電源作用電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；

u+_吸收功率，充當(dāng)負(fù)載返回第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日例計(jì)算圖示電路各元件的功率解發(fā)出吸收滿足：P（發(fā)）＝P（吸）下頁上頁u2Ai+_5V-+返回第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日電壓或電流的大小和方向不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。3.受控電源(非獨(dú)立源)電路符號(hào)+–受控電壓源(1)定義受控電流源下頁上頁返回第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日電流控制的電流源(CCCS):電流放大倍數(shù)根據(jù)控制量和被控制量是電壓u

或電流i，受控源可分四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時(shí)，用受控電壓源表示；當(dāng)被控制量是電流時(shí)，用受控電流源表示。(2)分類四端元件輸出：受控部分輸入：控制部分下頁上頁b

i1+_u2i2_u1i1+返回第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo)

電壓控制的電流源(VCCS)電壓控制的電壓源(VCVS):電壓放大倍數(shù)

gu1+_u2i2_u1i1+下頁上頁i1u1+_u2i2_u1++_返回第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日電流控制的電壓源(CCVS)r

:轉(zhuǎn)移電阻

例電路模型ibicib下頁上頁ri1+_u2i2_u1i1++_返回第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日(3)受控源與獨(dú)立源的比較獨(dú)立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。獨(dú)立源在電路中起“激勵(lì)”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的電壓或電流的控制關(guān)系，在電路中不能作為“激勵(lì)”。下頁上頁返回第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日例求：電壓u2解5i1+_u2_i1++-3u1=6V下頁上頁返回第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日1.6基爾霍夫定律

基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律(KVL)。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律。基爾霍夫定律與元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。下頁上頁返回第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日1.幾個(gè)名詞電路中通過同一電流的分支。元件的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3支路電路中每一個(gè)兩端元件就叫一條支路。i3i2i1結(jié)點(diǎn)b=5下頁上頁或三條以上支路的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。n=2注意兩種定義分別用在不同的場合。返回第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日由支路組成的閉合路徑。兩結(jié)點(diǎn)間的一條通路。由支路構(gòu)成對平面電路，其內(nèi)部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l=3123路徑回路網(wǎng)孔網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。下頁上頁+_R1uS1+_uS2R2R3注意返回第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日2.基爾霍夫電流定律

(KCL)令流出為“+”，有：例在集總參數(shù)電路中，任意時(shí)刻，對任意結(jié)點(diǎn)，流出（或流入）該結(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零。流進(jìn)的電流等于流出的電流下頁上頁返回第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日例三式相加得：KCL可推廣應(yīng)用于電路中包圍多個(gè)結(jié)點(diǎn)的任一閉合面。下頁上頁1

32表明返回第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日KCL是電荷守恒和電流連續(xù)性原理在電路中任意結(jié)點(diǎn)處的反映；KCL是對結(jié)點(diǎn)處支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)；KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電流實(shí)際方向無關(guān)。下頁上頁明確返回第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日3.基爾霍夫電壓定律

(KVL)U3U1U2U4下頁上頁標(biāo)定各元件電壓參考方向

選定回路繞行方向，順時(shí)針或逆時(shí)針.I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_

在集總參數(shù)電路中，任一時(shí)刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。返回第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日–U1–US1+U2+U3+U4+US4=0U2+U3+U4+US4=U1+US1

或：–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4下頁上頁U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_KVL也適用于電路中任一假想的回路。注意返回第四十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日例KVL的實(shí)質(zhì)反映了電路遵從能量守恒定律;KVL是對回路中的支路電壓加的約束，與回路各支路上接的是什么元件無關(guān)，與電路是線性還是非線性無關(guān)；KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實(shí)際方向無關(guān)。下頁上頁明確aUsb__-+++U2U1返回第四十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期日4.KCL、KVL小結(jié)：KCL是對支路電流的線性約束，KVL是對回路電壓的線性約束。KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)。KCL表明在每一節(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的；KVL是能量守恒的具體體現(xiàn)(電壓與路徑無關(guān))。KCL、