电路分析基础-讲义-01

退出开始§1-1电路及集总电路模型电路及集总电路模型cost调制滤波放大解调放大语音载波发射天线接收天线载波语音costcosctcosctcos()ctcos()ct几百～几千Hz无线通信系统发电机逆变器变压器用户整流器高压交流高压直流变压器高压交流低压交流几kV～几十kV电力系统电路及集总电路模型实际电路：由电阻器、电容器、电感器、电源等部件(component)及晶体管等器件(device)相互连接组成的系统。功能：电能的传输、分配、控制、转换电能、信号处理。提供能量的部件（例电池、发电机等）。消耗电能的部件（例照明灯、电炉、喇叭等）。传输、分配和控制电能（例如导线、开关等）。电源(source)：负载(load)：连接设备：电路及集总电路模型集总参数元件(lumpedparameterelement)：当实际电路的尺寸远小于其使用时最高工作频率所对应的波长时而抽象出的理想元件。二端集总元件的表示AB元件集总参数元件：RCLsusi电路及集总电路模型集总电路模型：由集总参数元件组成的电路。分布参数电路(distributedparametercircuit)：当实际电路的尺寸大于其最高工作频率所对应的波长或两者属于同一数量级时。LRLRLC不考虑导线电阻低频高频实际手电筒示意图实际手电筒的电路模型SsUR退出开始§1-2电路变量描述电路性能的物理量有电流、电压、电荷、磁通（或磁链）及电功率和电能量。本节主要介绍电路分析中最常用的电流、电压和功率三个物理量。电流及其参考方向电压及其参考极性关联参考方向功率内容提要两种粒子：质子（正电荷）、电子（负电荷）电量：带电粒子所带电荷的多少。符号：q或Q1.1定义：单位时间内通过导体横截面的电量称为电流（current）。tqtidd)(1.电流(current)及其参考方向单位：库仑（C）单位：安培（A），mA，AABi元件方向：正电荷流动的方向。表示：箭头，双下标。ABi1.电流(current)及其参考方向根据计算结果确定电流的真实方向致真实方向与参考方向一若0i1.2电流的参考方向(referencedirection)任意选定的方向（正方向）。反真实方向与参考方向相0i返回1.电流(current)及其参考方向直流(DirectCurrent-DC)：电流的大小和方向都不随时间变化。可以用“I”表示。交流(AlternatingCurrent-AC)：电流的大小和方向都随时间作周期性变化。单位正电荷在电场中由a点移动到b点时所获得或失去的能量。也称为电位差。qwuddAB元件u2.1定义：方向：高电位点指向低电位点的方向。表示：箭头，正、负号，双下标。ABu2.电压(voltage)及其参考极性单位：伏特（V），mV，V，kVw是能量的符号，单位为焦耳（J）反真实极性与参考极性相0u2.2电压的参考方向（参考极性）任意选定的方向（正方向）。根据计算结果确定电压的真实方向同真实极性与参考极性相若0u2.电压(voltage)及其参考极性直流电压（U），交流电压u。BA元件V51uAB元件V22u，若令V=B2u（箝位）BVu0在电路分析中经常箝位（零电位）AVu5V51u返回例题1ABVuuu15ABVuuu22AVu7则ABVuuu15AVu0ABVuuu22V22uAVu2ABi元件uABi元件u关联参考方向非关联参考方向3.关联参考方向电流参考方向与电压参考“＋”极到“－”极的方向一致。定义：返回4.功率(power)twtpdd)(在关联参考方向下：iup若支路为非关联，则单位时间内电荷获得或失去的能量。quwddiutqutpdd)(单位时间内支路所吸收的能量为：定义：单位：瓦特（W），kW，mW，W单位的对应：i(A),u(V)p(W)4.功率(power)吸收功率（消耗）0p发出功率0P根据计算结果判断是吸收能量还是供出能量判断元件是吸收能量还是供出能量的方法：1、判断关联方向2、计算功率，获得功率值的符号。判断下图所示支路是吸收功率还是提供功率。V3uabRA1i(a)(b)s3Vuab2Aiu(c)s2VuabA1iu+(a)，吸收功率。0W313uip(b),提供功率。0W623uip(c)0W221uip，吸收功率，电源处于充电状态。例题2解：。判断支路电压pu,V5BA元件uA2BA元件uA2BA元件uA2BA元件uA2吸收0iu供出0iu供出0iu吸收0iu返回例题3§1-3基尔霍夫定律退出开始基尔霍夫电流定律（KCL－Kirchhoff’sCurrentLaw）基尔霍夫电压定律（KVL－Kirchhoff’sVoltageLaw）电路名词内容提要1.几个电路名词节点(node)：支路的连接点。支路电压和支路电流:流经元件的电流和元件两端的电压。支路(branch)：联接于电路中的每一个二端元件。回路(loop)：电路中的任一闭合路径。网孔(mesh)：内部不含有支路的回路。复合支路--++kRkuskiskikiekukuekudkid1.几个电路名词电荷守恒KCL能量（功率）守恒KVL13254abc返回2.基尔霍夫电流定律(KCL)0入出ii入出ii0123iii321iiiKCL也适用于广义节点（封闭面）。说明0i若规定流出为正，则流入就为负。KCL又可表示为：3i2i1i返回定律内容：在集总参数电路中，任一瞬间，流入（或流出）电路中任一节点的电流代数和恒等于零。ABCD6i5i4i3i2i1i说明：)1(316iii)2(654iii5314iiii对于C节点：对于D节点：5314iiii式(1)+式(2)得：KCL也适用于广义节点（封闭面）返回在集总参数电路中，任一瞬间，流入（或流出）电路的任一闭合面的电流代数和恒等于零。3.基尔霍夫电压定律(KVL)定律内容：0u0升降uu升降uu4u2u1u3u04321uuuu顺时针02341uuuu逆时针在集总参数电路中，任一瞬间沿任一回路各支路电压的代数和等于零。电压参考方向与回路绕行方向一致为正，反之为负。3R2R1R12343.基尔霍夫电压定律(KVL)KVL应用于闭合节点序列014342312uuuu注意KCL和KVL是电路的拓扑约束。运用KCL、KVL时需要和两套符号打交道：一是方程中各项前的正、负号对KCL来说，正、负号取决于电流参考方向是流出节点还是流入节点；对KVL来说，正、负号取决于电压参考方向与指定的回路绕行方向是一致还是相反。二是电流或电压本身数值的正、负号，由具体电路给出。总结KVL反映了电路在回路中的电压约束关系。KCL反映了电路在节点上的电流约束关系。KCL与KVL两者是拓扑约束关系。KCL、KVL适用于集总参数电路，只与电路的拓扑结构有关，与元件性质无关。返回退出开始§1-4电阻元件定义电压电流关系功率内容提要开路和短路ui0线性电阻常数Riuiu0非线性电阻)()(ufiifu1.定义任意时刻，二端元件的电压u与电流i之间存在代数关系，即为u-i平面上的一条曲线，则称此二端元件为电阻元件(resistor)。0),(iufABiu电阻元件是实际电阻器的抽象模型，只反映电阻器对电流呈现阻力的性能。返回2.电压电流关系(VCR)（伏安特性）线性电阻元件的VCR服从欧姆定律(Ohm’slaw)。iRu单位：欧姆()伏(V)/安(A)，k，M（u、i为关联参考方向）电导(conductance)：RG1uGi单位：西门子(S)安(A)/伏(V)电阻(resistance)：iuR2.电压电流关系伏安特性曲线：在u-i平面(或i-u平面)上绘出的元件的VCR。线性电阻元件的伏安特性曲线是一条经过坐标原点的直线。电阻值决定了直线的斜率。线性(linear)，非线性(nonlinear)uiR＋－OiuuiR＋－iuOAB符号伏安特性符号充气二极管的伏安特性时变(time-varying)，非时变(time-invariant)非时变:伏安特性曲线不随时间而变化。ui1t2tOOiu1t2t2.电压电流关系ABiu二极管i/mAu/VOv30-20.51020-4-61i/uA-10-20正向特性反向特性2.电压电流关系二极管具有单向导电性。返回3.功率iupu、i为关联参考方向时GiuGiup22或讨论：当R0时，p0，元件吸收能量，消耗功率当R0时，p0，元件释放能量，提供功率实际电阻元件是一种耗能元件。无源(passive)元件：对所有t-及所有的u、i组合，当且仅当元件吸收的能量满足时，称该元件为无源元件。否则，为有源(active)元件。0d)()()(tiutwRu22iR返回电阻元件是一种无源、无记忆元件。4.开路和短路当R→∝时，i=0，开路当R=0时，u=0，短路uiR返回PhysiologicalreactioncurrentBarelyperceptible3-5mA35-50mA50-70mA500mAExtremepainMuscleparalysisHeartstoppage人体对电流的反应220VARNRTRARLRLR人体电阻：体内，皮肤500欧姆几十～几百欧姆安全电流：10mA§1-5电压源退出开始内容提要理想电压源非理想电压源理想电流源非理想电流源电流源电压源独立电源1.理想电压源1.1基本性质：（1）端电压是定值或是固定的时间函数，与流过的电流无关；（2）流过电压源的电流由与之相连接的外电路决定。suuiosuui不能短路！理想电压源su0ui2i1i2R1R有关。、与但流过电源的电流无关，、与电阻输出电压21210RRiRRuus注意返回1.2伏安特性+-sU2.非理想电压源（实际电压源）Ru电源iiRu即理想电压源是从实际电源中抽象出来的一种模型。本书只研究理想电压源（电压源）。分析观察一个实际电源的例子负载电流RuisRi101u2usuu2i1ii分析如果电源是恒压源，则无论R取何值，恒有：suu但实际上当R＝时：suu随着R，i，u原因：电源内部存在电阻（称为内阻）sR1s1suuiR2s2suuiR实际电压源模型soc==uui开路电压时，当0sssc==Ruiu短路电流时，当0随着供出的负载电流加大，其输出电压降低。实际电压源可以看作是理想电压源和电阻的串联组合，其输出特性曲线是由短路电流和开路电压决定的一条直线。sRsu结论isuusRcousuusciiOsiRssuuiR返回退出开始§1-6电流源理想电流源非理想电流源内容提要1.理想电流源usiosIui理想电流源不能开路！注意1.1基本性质：（1）供出的电流是定值或是固定的时间函数，与其两端的电压无关；（2）电流源两端的电压由与之相连接的外电路决定。1.2伏安特性si可以是直流信号，也可以是交变信号。s()I返回ssssoc==RiGiuss=GR1scsii输出特性：开路电压：短路电流：2.非理想电流源（实际电流源模型）理想电流源是由实际电流源抽象而来的理想化模型。实际电流源可以看作是理想电流源和一个电导或电阻的并联组合。sGsisR返回siisG+-usuGcouuscisiiOssiiuG求图（a）所示电路中的电流、和及图（b）中的电压和。1i2ii1u2uA11i2iV23iA11uV232u++--（a）（b）（b）A321iA12i12211033A33ii