电路第1章电路理论-PPT精品文档77页

电路分析南京邮电学院课件2本课程是电类本科学生的第一门专业基础课。是后续课程“信号与线性系统”、“模拟电子电路”、“数字电路”等课程的基础。课件3学习要求：1.有问题下课来问,建议写在小纸条上；2.及时复习很重要，否则积欠越拖越多，容易最终彻底放弃（“这次又要不及格了”的故事）3.平时的体会和看参考书后的收获一定要做笔记记下来，对考研帮助很大；4.认真作业，必须独立完成；必须抄题目、画电路，电路图使用铅笔和尺子，每周交一次。引言1、技术基础课。一、课程的性质、任务及地位2、掌握电路分析的基本概念、基本理论和基本分析方法。二、学习方法认真听课详细阅读教材及时认真作习题看参考书预习，听讲，笔记，复习，独立完成作业（订正），答疑，总结。三、电路理论电路分析：已知已知求解输入输出电路包括电路分析和电路综合两方面内容电路综合：已知求解已知显然，电路分析是电路综合的基础。电路分析与电路综合示意图实际电路电路模型计算分析电气特性电路分析电路综合1.李翰荪，电路分析基础（第三版）,高等教育出版社1994年。四参考书目2.吴大正等，电路基础（修订版）,西安电子科技大学出版社2000年。3.林争辉，电路理论,高等教育出版社，1979年。第一章电路基本概念1-1实际电路和电路模型1-2电路分析的变量1-3电路元件1-4基尔霍夫定律1-1实际电路和电路模型实际电路是由一定的电工、电子器件按照一定的方式相互联接起来，构成电流通路，并具有一定功能的整体。电路模型是实际电路的抽象化，理想化，近似化。电路理论中所说的电路是指由各种理想电路元件按一定方式连接组成的总体。课件11电路理论•电路理论是研究静止和运动电荷的电磁领域理论的特例。•广义的电磁理论是研究电信号的出发点，但是其应用不仅麻烦，而且需要使用高深的数学。•如果满足3个基本假设，就可以利用电路理论而不是电磁理论研究电路形式的物理系统。课件12三个假设•1.电效应在瞬间贯穿整个系统。电信号传播速度接近光速，如果系统在物理结构上足够小使得电信号同时影响系统中所有点，就称为集总参数系统。•2.系统里所有元件的净电荷总是零。•3.系统里元件之间没有磁耦合。稍后会学到，磁耦合能够发生在元件内部。实际器件理想元件符号图形反映特性电阻器电阻元件R消耗电能电容器电容元件C贮存电场能电感器电感元件L贮存磁场能互感器互感元件M贮存磁场能实际器件与理想元件的区别：实际器件——有大小、尺寸，代表多种电磁现象；理想元件——是一种假想元件，没有大小和尺寸，即它的特性表现在空间的一个点上，仅代表一种电磁现象。多小的系统有资格作为集总参数系统？集总参数电路：电器器件的几何尺寸远远小于其上通过的电压、电流的波长时，其元件特性表现在一个点上。有时也称为集中参数电路。波长等于信号传播速度除以频率，以光速C＝3×10E8m/s作为传播速度。课件16•怎样定义远小于？•好的标准是十分之一。分布参数电路：电器器件的几何尺寸与其上通过的电压、电流的波长属同一数量级。例晶体管调频收音机最高工作频率约108MHz。问该收音机的电路是集中参数电路还是分布参数电路?m78.21010810368fc几何尺寸d2.78m的收音机电路应视为集中参数电路。解：频率为108MHz周期信号的波长为无线通信f=900MHzλ=1/3m3cm(a)实际电路(b)电原理图(b)(c)电路模型(d)拓扑结构图晶体管放大电路(a)实际电路(b)电原理图(c)电路模型(d)拓扑结构图1-2电路分析的变量电路变量：描述电路工作状态或元件工作特性的物理量。电流i(t)与电压u(t)；电荷q(t)与磁链ψ(t)；功率p(t)与能量w(t)。i,u为常用基本变量，q,ψ,p,w为复合基本变量。1-2-1电流及其参考方向ttqtid)(d)(电荷在导体中的定向移动形成电流。电流强度，简称电流i(t)，大小为：单位：A，1安=1库/秒方向：正电荷移动的方向为电流方向直流电流——大小、方向恒定，用大写字母I表示。参考方向--人为假设，可任意设定，但一经设定，便不再改变。abiab在参考方向下，若计算值为正，表明电流真实方向与参考方向一致；若计算值为负，表明电流真实方向与参考方向相反。参考方向的两种表示方法：2用双下标表示1在图上标箭头；i课件23若没有确定参考方向，计算结果是没有意义的。注意：计算前，一定要标明电流的参考方向；参考方向可任意选定，但一旦选定，便不再改变。例1在图示参考方向下，已知求：（1），的真实方向；（2）若参考方向与图中相反，则其表达式？，的真实方向有无变化？)0(i)5.0(i)0(i)5.0(iiab表明此时真实方向与参考方向一致，从a-b；022)4/cos(4)0(i022)4/5cos(4)5.0(i解：（1）(2)参考方向改变，代数表达式也改变,但真实方向不变。即为表明此时真实方向与参考方向相反，从b-a1-2-2电压及其参考方向qtwtud)(d)(1电压：即两点间的电位差。ab间的电压，数值上为单位正电荷从a到b移动时所获得或失去的能量。大小：单位：伏，V；1伏=1焦/库方向：电压降落的方向为电压方向；高电位端标“+”，低电位端标“-”。2直流电压——大小、方向恒定，用大写字母U表示。abu+-ab在电子电路课程中也可用箭头表示。3参考方向：也称参考极性。两种表示方法：在图上标正负号；用双下标表示在假设参考方向（极性）下，若计算值为正，表明电压真实方向与参考方向一致；若计算值为负，表明电压真实方向与参考方向相反。注意：计算前，一定要标明电压极性；参考方向可任意选定，但一旦选定，便不再改变。若没有确定参考方向，计算结果是没有意义的。解：（1）相当于正电荷从b到a失去能量，故电压的真实极性为：b—”+”,a—”-”。+u-ab例2（1）若单位负电荷从a移到b，失去4J能量，问电压的真实极性。（2）若电压的参考方向如图，则该电压u为多少？（2）单位负电荷移到时，失去4J能量，说明电压大小为4伏，由于电压的参考极性与真实方向相反，因而，u=-4伏。1-2-3关联参考方向aib+u-关联：电压与电流的参考方向选为一致。为了方便，电压与电流参考方向关联时，只须标上其中之一即可。即电流的参考方向为从电压参考极性的正极端“+”流向“－”极端。1-2-4功率与能量)W(dd)(twtpiutqqwtpdddd)(功率：能量随时间的变化率直流时，公式写为P=UI单位：瓦（W），1W=1J/S=1VA注意：)()()(titutp)()()(titutpu与i关联时，u与i不关联时，无论用上面的哪一个公式，其计算结果0p若，表示该元件吸收功率；若，表示该元件产生功率。例3已知i1=i2=2A,i3=3A,i4=-1Au1=3V,u2=-5Vu3=-u4=-8V求：各段电路的功率，是吸收还是产生功率。ABCD+u1--u3+-i2u2+i3+u4_i4i1解：A段，u1,i1关联，2)5(22iuPB11ivPAABCD+u1--u3+-i2u2+i3+u4_i4i111iuPA吸收功率=6W0,B段，u2,i2不关联，=10W0,吸收功率C段，u3,i3关联，0243)8(33iuPC8)1()8(44iuPDDCBAPPPPBCD-u3+i3+u4_i4产生功率D段，u4,i4不关联，0,吸收功率验证：=0称为功率守恒ttdiudptw)()()()(能量：从到t时间内电路吸收的总能量。电路元件特性描述：伏安关系（VCR)1-3电路元件0)()(dptwt有源元件：在任意电路中，在某个时间t内，w(t)0，供出电能。无源元件：该元件在任意电路中，全部时间里，输入的能量不为负。即uSiS如电压源、电流源等。如R、L、C1-3-1电阻元件线性：VCR曲线为通过原点的直线。否则，为非线性。非时变(时不变)：VCR曲线不随时间改变而改变。否则，为时变。即：VCR曲线随时间改变而改变。电阻元件有以下四种类型：u-i特性线性非线性uu时不变iiut1t2ut1t2时变ii1线性时不变电阻(定常电阻)iRuVCR即欧姆定律：也称线性电阻元件的约束关系。当元件端电压u确定时，R增大，则i减小。体现出阻碍电流的能力大小。单位：欧姆()G=1/R称为电导，单位：西门子(S)。uGRui/RiuuGi注意：欧姆定律的另一个表现形式：R当(G=0)时，相当于断开,“开路”G当(R=0)时，相当于导线,“短路”u与i非关联时，欧姆定理应改写为解：关联非关联V632IRUA326/RUI例4分别求下图中的电压U或电流I。3A2+U-+-6V-I2iu线性电阻R的VCR电阻是耗能元件，022RiRuiup瞬时功率：是无源元件。线性电阻R的VCR关于原点对称，因此，线性电阻又称为双向性元件。实际电阻有额定值（电压，电流）问题解：（1）额定（rating)电压V07.75.0100rrRPumA7.70100/5.0/RPirr例5电阻器RT-100-0.5W，（1）求额定电压和额定电流。（2）若其上加5V电压，求流经的电流和消耗的功率。额定电流（2）mA501005RuiW25.0100252Rup例5电阻器RT-100-0.5W，（1）求额定电压和额定电流。（2）若其上加5V电压，求流经的电流和消耗的功率。解：1-3-2独立电源+-uS特性：①端电压由元件本身确定，与流过的电流无关；是有源元件，能独立对外提供能量。1电压源符号：②流过的电流由外电路确定；uS③若=0，相当于一条短路线；④常取非关联参考方向；iu⑤注意不能短接(电流为无穷大)；uS⑥为常数时，称为直流电压源。VCR曲线在u-i平面中表示如下④常取非关联参考方向；is2电流源符号：①流过的电流由元件本身确定，与端电压无关；②端电压由外电路确定；iS③若=0，相当于开路；⑤注意不能开路（电压为无穷大）；iS⑥为常数时，称为直流电流源。VCR曲线在u-i平面中表示如下iu例6图(a)，求其上电流:（1）R=1（2）R=10（3）R=100A10110SRuIA11010SRuIA1.010010SRuI解：图(a)，I+us=R10V-电压源中电流由外电路确定。Is=+1AUR-V1SRIUV10SRIUV100SRIU电流源上电压由外电路确定。例6图(b)，求其上电压:（1）R=1（2）R=10（3）R=1001-3-3受控电源受控电压源(两种)受控电流源(两种)有四种形式：可以对外提供能量，但其受控电源的值(电压或电流)受另外一条支路电压或电流控制。受控电源是四端元件。1受控电压源12uui1i2+++u1uu1u2---12irui1i2+++u1ri1u2---CCVSVCVS电压放大系数(无量纲)r转移电阻(电阻量纲)2受控电流源VCCSg转移电导i1i2++u1gu1u2--12ugii1i2++u1u2--12ii1iCCCS电流放大系数(无量纲)(电导量纲)与独立源相似之处：与独立源不同之处：1受控电压源的电流由外电路决定；受控电流源的电压由外电路决定。2能对外提供能量（有源）。受控源不能独立作为电路的激励。即：电路中若没有独立电源，仅有受控源，电路中任意元件的电压、电流为零。瞬时功率：在关联参考方向下2211iuiup22iup对于CCVS右端接RL的电路，)()(22tiRtuL022iRpLi1i2+++u1ri1u2---由于控制端，不是i1=0，就是u1=0,故得受控源功率即，此时受控源为有源元件。1-4基尔霍夫定律acdeb（１）支路：一个二端元件称为一条支路。或为了减少支路个数，往往将流过同一电流的几个元件的串联组合作为一条支路，如a-c-b,a-