1、簡明電路分析電子教案第一章第1頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二1. 電壓、電流的參考方向3. 基爾霍夫定律 重點：2. 電阻元件和電源元件的特性返 回第2頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二1.1 電路和電路模型1.實際電路功能a 能量的傳輸、分配與轉換；b 信息的傳遞、控制與處理。建立在同一電路理論基礎上。由電工設備和電氣器件按預期目的連接構成的電流的通路。下 頁上 頁共性返 回第3頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二 反映實際電路部件的主要電磁 性質的理想電路元件及其組合。2. 電路模型導線電池開關燈泡電路圖理想電路元件

2、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4頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二5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：表示產生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產生電場，儲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變成 電能的元件。5種基本理想電路元件有三個特征： （a）只有兩個端子； （b）可以用電壓或電流按數學方式描述； （c）不能被分解為其他元件。下 頁上 頁注意返 回第5頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二具有相同的主要電磁性能的實際電路部件， 在一定條件下可用同一電路模型表示；同一實

3、際電路部件在不同的應用條件下，其電路模型可以有不同的形式。下 頁上 頁例電感線圈的電路模型注意返 回第6頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二1.2 電流和電壓的參考方向 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度帶電粒子有規則的定向運動單位時間內通過導體橫截面的電荷量下 頁上 頁返 回第7頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二方向 規定正電荷的運動方向為電流的實際方向單位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元

4、件(導線)中電流流動的實際方向只有兩種可能: 實際方向AB實際方向AB 對于復雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實際方向往往很難事先判斷。下 頁上 頁問題返 回第8頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二參考方向 大小方向(正負）電流(代數量)任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。i 0i 0參考方向U+參考方向U+ 0 吸收正功率 (實際吸收)P0 發出正功率 (實際發出)P0 發出負功率 (實際吸收) u, i 取非關聯參考方向下 頁上 頁+-iu+-iu返 回第19頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二例 求圖示電路中各方框所代表的元

5、件吸收或產生的功率。下 頁上 頁已知： U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1返 回第20頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二解對一完整的電路，滿足：發出的功率吸收的功率下 頁上 頁564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1注意返 回第21頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二下 頁上 頁1.4 電路元件是電路中最基本的組成單元。1. 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

6、電感元件：表示產生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產生電場，儲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變成 電能的元件。注意 如果表征元件端子特性的數學關系式是線性關系，該元件稱為線性元件，否則稱為非線性元件。第22頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二2.集總參數電路由集總元件構成的電路集總元件假定發生的電磁過程都集中在元件內部進行。集總條件下 頁上 頁 集總參數電路中u、i 可以是時間的函數，但與空間坐標無關。因此，任何時刻，流入兩端元件一個端子的電流等于從另一端子流出的電流；端子間的電壓為單值量。注意返 回第23頁，共68頁，2022年，5月20日

7、，16點42分，星期二下 頁上 頁例iiz集總參數電路+-兩線傳輸線的等效電路當兩線傳輸線的長度 l 與電磁波的波長滿足：返 回第24頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二下 頁上 頁iiz+-分布參數電路當兩線傳輸線的長度 l 與電磁波的波長滿足：返 回第25頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二1.5 電阻元件2.線性時不變電阻元件 電路符號R電阻元件對電流呈現阻力的元件。其特性可用ui平面上的一條曲線來描述：iu任何時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26頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二

8、 ui 關系R 稱為電阻，單位： (Ohm)滿足歐姆定律 單位G 稱為電導，單位：S (Siemens) u、i 取關聯參考方向下 頁上 頁伏安特性為一條過原點的直線ui0Rui+返 回第27頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯，公式中應冠以負號；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）；則歐姆定律寫為u R i i G u公式和參考方向必須配套使用！下 頁上 頁注意Rui-+返 回第28頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二3.功率和能量電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。p u i

9、 (R i) i i2 R - u2/ Rp u i i2R u2 / R 功率Rui+-下 頁上 頁表明Rui-+返 回第29頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二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30頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二下 頁上 頁實際電阻器返 回第31頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二 1.6 電壓源和電流源電路符號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間函數，其值與流過它的電流 i 無關的元件

10、叫理想電壓源。返 回第32頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；與流經它的電流方向、大小無關。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、電流關系ui直流電壓源的伏安關系下 頁上 頁例Ri-+外電路電壓源不能短路！0返 回第33頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二電壓源的功率電壓、電流參考方向非關聯；+_iu+_ 電流（正電荷 ）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功，電源發出功率。發出功率，起電源作用物理意義：下 頁上 頁+_iu+_電壓、電流參考方向關聯；物理意義：電場力做功，電源吸收功率吸

11、收功率，充當負載返 回第34頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二例計算圖示電路各元件的功率解發出吸收吸收滿足：P（發）P（吸）下 頁上 頁i+_+_10V5V-+返 回第35頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數，其值與它的兩端電壓u 無關的元件叫理想電流源。 電路符號2.理想電流源 定義u+_下 頁上 頁 理想電流源的電壓、電流關系電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關；與它兩端電壓方向、大小無關。返 回第36頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。

12、ui直流電流源的伏安關系下 頁上 頁0例Ru-+外電路電流源不能開路！返 回第37頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二 可由穩流電子設備產生，如晶體管的集電極電流與負載無關；光電池在一定光線照射下光電子被激發產生一定值的電流等。下 頁上 頁實際電流源的產生： 電流源的功率u+_電壓、電流的參考方向非關聯；發出功率，起電源作用電壓、電流的參考方向關聯；u+_吸收功率，充當負載返 回第38頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二例計算圖示電路各元件的功率解發出發出滿足：P（發）P（吸）下 頁上 頁u2Ai+_5V-+返 回第39頁，共68頁，2022年，5月

13、20日，16點42分，星期二實際電源干電池鈕扣電池1. 干電池和鈕扣電池（化學電源） 干電池電動勢1.5V，僅取決于（糊狀）化學材料，其大小決定儲存的能量，化學反應不可逆。鈕扣電池電動勢1.35V，用固體化學材料，化學反應不可逆。下 頁上 頁返 回第40頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二 氫氧燃料電池示意圖2. 燃料電池（化學電源） 電池電動勢1.23V。以氫、氧作為燃料。約40-45%的化學能轉變為電能。實驗階段加燃料可繼續工作。 下 頁上 頁返 回第41頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二3. 太陽能電池（光能電源） 一塊太陽能電池電動勢0.6

14、V。太陽光照射到P-N結上，形成一個從N區流向P區的電流。約 11%的光能轉變為電能，故常用太陽能電池板。 一個50cm2太陽能電池的電動勢0.6V,電流0.1A 太陽能電池示意圖太陽能電池板下 頁上 頁返 回第42頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二蓄電池示意圖4. 蓄電池（化學電源） 電池電動勢2V。使用時，電池放電，當電解液濃度小于一定值時，電動勢低于2V，常要充電，化學反應可逆。下 頁上 頁返 回第43頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二直流穩壓源變頻器頻率計函數發生器下 頁上 頁返 回第44頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分

15、，星期二發電機組下 頁上 頁返 回第45頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二草原上的風力發電下 頁上 頁返 回第46頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二1.7 受控電源(非獨立源) 電路符號+受控電壓源1.定義受控電流源 電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數，而是受電路中某個地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。下 頁上 頁返 回第47頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二電流控制的電流源 ( CCCS ) : 電流放大倍數 根據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：當被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；

16、當被控制量是電流時，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48頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二g: 轉移電導 電壓控制的電流源 ( VCCS )電壓控制的電壓源 ( VCVS ): 電壓放大倍數 gu1+_u2i2_u1i1+下 頁上 頁i1u1+_u2i2_u1+_返 回第49頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二電流控制的電壓源 ( CCVS )r : 轉移電阻 例電路模型ibicib下 頁上 頁ri1+_u2i2_u1i1+_返 回第50頁，共68頁，2022年，5月

17、20日，16點42分，星期二3.受控源與獨立源的比較獨立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。獨立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產生電壓、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系，在電路中不能作為“激勵”。下 頁上 頁返 回第51頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二例求：電壓u2解5i1+_u2_i1+-3u1=6V下 頁上 頁返 回第52頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二1.8 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

18、( KVL )。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規律，是分析集總參數電路的基本定律。基爾霍夫定律與元件特性構成了電路分析的基礎。下 頁上 頁返 回第53頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二1.幾個名詞電路中通過同一電流的分支。元件的連接點稱為結點。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3支路電路中每一個兩端元件就叫一條支路。i3i2i1結點b=5下 頁上 頁或三條以上支路的連接點稱為結點。n=2注意 兩種定義分別用在不同的場合。返 回第54頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二由支路組成的閉合路徑。兩結點間的一條通路。由支路構成對平

19、面電路，其內部不含任何支路的回路稱網孔。l=3123路徑回路網孔網孔是回路，但回路不一定是網孔。下 頁上 頁+_R1uS1+_uS2R2R3注意返 回第55頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二2.基爾霍夫電流定律 (KCL)令流出為“+”，有：例 在集總參數電路中，任意時刻，對任意結點流出（或流入）該結點電流的代數和等于零。流進的電流等于流出的電流下 頁上 頁返 回第56頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二例三式相加得：KCL可推廣應用于電路中包圍多個結點的任一閉合面。下 頁上 頁1 3 2表明返 回第57頁，共68頁，2022年，5月20日，16點

20、42分，星期二KCL是電荷守恒和電流連續性原理在電路中任意結點處的反映；KCL是對結點處支路電流加的約束，與支路上接的是什么元件無關，與電路是線性還是非線性無關；KCL方程是按電流參考方向列寫的，與電流實際方向無關。下 頁上 頁明確返 回第58頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二3.基爾霍夫電壓定律 (KVL)U3U1U2U4下 頁上 頁標定各元件電壓參考方向 選定回路繞行方向，順時針或逆時針.I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_在集總參數電路中，任一時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數和恒等于零。返 回第59頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二U1US1+U2+U3+U4+US4= 0U2+U3+U4+US4=U1+US1 或：R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4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60頁，共68頁，2022年，5月20日，16點42分，星期二例KVL的實質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，與電路是線性還是非線性無關；KVL方程是按電壓參考方向列寫，與電壓實際方向無關。下 頁上 頁明確aUsb_-+U2U1返