電路分析基礎(chǔ)ppt課件

1、第 1 章 電路分析基礎(chǔ),模 塊 1,—— 電路基礎(chǔ),第1章 電路分析基礎(chǔ)第2章 暫態(tài)電路分析第3章 交流電路,第1章 電路分析基礎(chǔ),1.1 電路元件,1.2 基爾霍夫定律,1.3 疊加定理,1.4 等效電源定理,1.5 含受控源電路的分析,第1章 電路分析基礎(chǔ),本章要求:1. 理解電壓與電流參考方向的意義；2. 理解電路的基本定律并能正確應(yīng)用；3. 了解電路的通路、開路與短路狀態(tài)， 理解電功率和額定值的

2、意義；4. 會計算電路中各點的電位。5. 了解實際電源的兩種模型及其等效變換。6. 掌握支路電流法、疊加原理和戴維寧定理等 電路的基本分析方法。,1.1.1 電路及電路模型,電路是由若干電路元件或設(shè)備組成的，能夠傳輸能量、轉(zhuǎn)換能量；能夠采集電信號、傳遞和處理電信號的有機整體。,①電路的組成：,電 源信號源,負載,中間環(huán)節(jié),1.1 電路元件,1.電路的組成和作用,電路——電流流通的路徑。,手電筒電路,·中間環(huán)節(jié)：

3、連接電源和負載,②電路的作用：,負載,電能的輸送和轉(zhuǎn)換（如電力工程）,信號的傳遞與處理（如信息工程）,返回,中間環(huán)節(jié),負載,,擴音機電路示意圖,信號源（電源）,③電路系統(tǒng)的概念,系統(tǒng)是由若干互相關(guān)聯(lián)的單元或設(shè)備組成，并具有一定功能的有機整體。,激勵,響應(yīng),系統(tǒng)中電源（或信號源）的作用稱為激勵。,由激勵引起的結(jié)果（如某個元件的電流、電壓）稱為響應(yīng)。,2 理想元件和電路模型,將實際電路中的元件用理想元件來表示，構(gòu)成的電路圖——電路模型,①

4、常用的理想元件,電阻,電感,電容,恒壓源,恒流源,,③ 電路模型,電路模型是實際電路的科學(xué)抽象,手電筒電路模型,日光燈電路的模型,② 電路元件分類,線性元件 非線性元件,時變元件 非時變元件,有源元件 無源性元件,1.1.2 電流、電壓的參考方向,1. 實際方向,- E +,,,,+ I -,+ U -,分析計算電路時，人為任意設(shè)定的電量方向,2. 參考方向（假設(shè)方向、正方向）,,I,= 5A,,I′,= －5A,注意

5、：引入?yún)⒖挤较蚝?，物理量為代?shù)量,若計算結(jié)果為正(I > 0)，則實際方向與參考方向一致；,若計算結(jié)果為負(I′<0)，則實際方向與參考方向相反。,電流方向a ?b？,電流方向b ?a？,I,①參考方向的表示方法,參考極性,Uab,雙下標,箭 標,,②參考方向的作用,.便于列寫電路方程,,③關(guān)聯(lián)參考方向,.便于確定實際方向,關(guān)聯(lián)參考方向 U與 I 的方向一致,非關(guān)聯(lián)參考方向 U與 I 的方向相反,U = I R

6、,U = -I R,,應(yīng)用歐姆定律求電阻R,,,（3）應(yīng)用歐姆定律列寫式子時，式中有_____套正負號。,,列寫公式時，根據(jù)U、I 的________ 得_______________,U、I 的值本身有____和_____之分,（1）分析計算電路時，首先要畫出 ，標出電 壓、電流的 。,（2）參考方向是________設(shè)定的。未標參考方向的前

7、 提下，討論電壓、電流的正、負值是__________ 。,電路圖,參考方向,兩,參考方向,公式中的正負號,正值,負值,沒有意義的,人為任意,試求：當(dāng)U 分別為 3V 和 1V 時的電流IR,解：,(1) 假定電路各電量的參考方向如圖所示；,(2) 列電路方程：,(3) 數(shù)值計算,（實際方向與假設(shè)方向一致）,（實際方向與假設(shè)方向相反）,1.1.3 電阻元件,電阻為耗能元件如電阻器、白熾燈、電爐等。,,實物,1.電壓與電流的基本關(guān)系,R

8、 的單位為歐［姆］（Ω）,（R 常用單位：?、k?、M? ）,,伏 安 特性,1.1.3 電阻元件,電阻為耗能元件如電阻器、白熾燈、電爐等。,,返回,,,線性電阻的伏安特性,非線性電阻的伏安特性,,2. 電阻的伏安特性,注意: 歐姆定律僅適用于線性電阻電路。,3.電阻元件的功率和能量,在關(guān)聯(lián)參考方向下，電阻元件的功率為,單位為瓦特（W）,從t1到t2的時間內(nèi)，電阻元件吸收的能量為,單位為焦耳（J）,1. 理想電壓源和理想電流源,①理

9、想電壓源（恒壓源）: RO= 0 時的電壓源.,特點：(1）輸出電 壓 U 不變，即 Uab ? US ；,（2）電源中的電流 I 由外電路決定。,外特性U = f (I),1.1.4 獨立電源元件,設(shè): E=10V,當(dāng)R1 R2 同時接入時：I=10A,例,,（3）恒壓源中的電壓 US為 零時，恒壓源視為短路。,,（4）與恒壓源并聯(lián)的元件對外電路而言為可視為開路。,,恒壓源特性中不變的是：__ __ ______

10、___,US,恒壓源特性中變化的是：_____________,I,_________________ 會引起 I 的變化。,外電路的改變,I 的變化可能是 _______ 的變化， 或者是_______ 的變化。,大小,方向,恒壓源兩端可否短路？,否 因為R = 0 時,②理想電流源（恒流源): RO=? 時的電流源.,特點：（1）輸出電流 I 不變，即 I ? IS,外特性,（2）輸出電壓U由

11、外電路決定。,設(shè): IS=1 A,R=10 ? 時， U =10 V,,,,（3）恒流源的電流 IS為 零時，恒流源視為開路。,（4）與恒流源串聯(lián)的元件對外電路而言為可視為短路。,恒流源特性中不變的是：_____________,Is,恒流源特性中變化的是：_____________,Uab,_________________ 會引起 Uab 的變化。,外電路的改變,Uab的變化可能是 _______ 的變化，

12、 或者是 _______的變化。,大小,方向,恒流源兩端可否開路？,否 因為R = ∞時,∵串聯(lián)電流相同。,∴電壓源中的電流 I= IS,恒流源兩端的電壓取決外電路,解：,∵并聯(lián)電壓相同。,電壓源中的電流取決外電路,∴恒流源兩端的電壓,解：,③ 電功率的正負,(1)概念：,(2)公式：,關(guān)聯(lián)時：,P = U I,非關(guān)聯(lián)時：,P = -U I,負載消耗（吸收）的功率；電源產(chǎn)生（提供）的功率。,吸

13、收（取用）功率，元件為負載,發(fā)出（產(chǎn)生）功率，元件為電源,若 P ? 0,若 P ? 0,(3)功率的正負：,根據(jù)能量守恒定律電路中的功率平衡,∑P = 0,已知：US1 = 15V，US2 = 5V，R = 5Ω，試求電流I 和各元件的功率。,解：,已知：U1 = 20V， I1=2A，U2=10V，I2=-1A， U3= -10V，I3 = -3A，試求元件的功率，并說明性質(zhì)。,元件1功率,元件2功率,元件3功率,元

14、件4功率,解：,元件1、2發(fā)出功率是電源，元件3、4吸收功率是負載。上述計算滿足ΣP = 0 。,2. 實際電壓源的兩種電路模型,①電壓源模型及外特性,,,US,O,恒壓,RO=0時，U= US,外特性,②電流源模型及外特性,外特性,,,IS RO,O,恒流,IS,RO=∞時，I= IS,3.電源(電路)的三種狀態(tài),(1).通路：電路中有電流和功率的轉(zhuǎn)換,①電流：,②電壓：,③功率：,RO ↓→I RO ↓→ Uab ↑,通路、開路、

15、短路,④電氣設(shè)備的額定值,額定值: 電氣設(shè)備在正常運行時的規(guī)定使用值,電氣設(shè)備的三種運行狀態(tài):,欠載(輕載)： I < IN ，P < PN (不經(jīng)濟),過載(超載)： I > IN ，P > PN (設(shè)備易損壞),額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN (經(jīng)濟合理安全可靠),額定電壓UN、額定電流IN 和額定功率PN,（2）額定電流為100A的發(fā)電機，只接60A的照明負載，還有電流40A流到哪里

16、去了？,（1）一個100Ω、1W的電阻器，在使用時允許流過的電流和允許加的電壓不得超過多少？,答:不存在40A.電源的輸出功率和輸出電流取決于負載.,答:,2.開路：,開路電壓：,特點：,Uo= E,輸出功率P = 0,輸出電流I = 0,,3.短路：,特點：,輸出功率P = 0,輸出電壓U = 0,,短路電流：,短路保護: 熔斷器,工作短接:,4. 兩種電源的等效變換,等效互換的條件：對外的電壓電流相等。,I = I'Uab

17、 = U'ab,,即：,,,① 等效互換公式,②等效變換的注意事項,(1) 兩電路對外等效，外特性一致。,(2) 兩內(nèi)阻相等（Ro =R‘o），所接位置不同。,(3) IS流出端對應(yīng)US的正極“+” 。,,,(Ro 、R‘o不一定必須是電源的內(nèi)阻。),（4）兩電路的內(nèi)部不等效，其內(nèi)阻 的壓降和內(nèi)阻的損耗一般不相等。,（5）恒壓源和恒流源不能等效互換,,,,③ 應(yīng)用舉例,,,,,,,,,(接上頁),,,,,,

18、?,,1.1.5 電路中電位的概念和計算,電位：,參考點：,1.電位的概念,電路中某點的是對參考點的電壓,零電位點、O點、“地”,電力工程中以大地為參考點,電子線路以輸入、輸出的公共線為參考點,設(shè)b點為參考點:,c點的電位為: Uc = E1,d點的電位為: Ud = -E2,電子電路的習(xí)慣畫法,,,,參考電位在哪里？,正電源,負電源,電子電路的習(xí)慣畫法：電源電壓用電位值給出,正電位值表示正電源，電源的負極接地。,負電位值表示負電源，

19、電源的正極接地。,S斷開時各電阻為同一電流,其中：UD=+12V ；UC=－12V,S閉合上時：,試求開關(guān)S斷開和閉合時電路中各點的電位,解：,2. 電位計算,UA = － 4V,UB = － 7.2V,UD=+12V ； UC=－12V,UA = 2V,UB = 0,,試求圖示電路中各點的電位及電壓Uab,可見:電位與參考點的選擇有關(guān)； 電壓與參考點的選擇無關(guān). Uab = Ua- Ub,Uab = 5V,

20、Uab = 5V,①電位與參考點的選擇有關(guān)； 電壓與參考點的選擇無關(guān),試分別以電路中的a、b、c點為參考點求電位和電壓。,注意：,②電壓等于電位之差。如Uab=Ua- Ub,參考點,電位和電壓,,,,1.2 基爾霍夫定律,基爾霍夫電流定律(KCL)應(yīng)用于結(jié)點,基爾霍夫電壓定律(KVL)應(yīng)用于回路,名詞注釋：,結(jié)點：三個或三個以上支路的聯(lián)結(jié)點,支路：電路中每一個分支,回路：電路中任一閉合路徑,,網(wǎng)孔：單孔回路,支路：ab、ad、

21、bc、 … ; I1 I2 … I6 （共6條）,回路：abda、 bcdb、 … ... （共7 個）,結(jié)點：a、 b、c、d (共4個）,確定電路中的支路、結(jié)點、回路、網(wǎng)孔數(shù)目。,網(wǎng)孔：abda、 bcdb、 adca （共3 個）,1.2.1 基爾霍夫電流定律(KCL),定律的依

22、據(jù)：電荷守恒、電流的連續(xù)性,或：,1.定律內(nèi)容,對任何結(jié)點，在任一瞬間，,,,流入,流出,廣義結(jié)點,I1+I2=I3,I = 0,I=?,,,,,2.定律推廣,封閉面,,,IE = IB+IC,I,,1.2.2 基爾霍夫電壓定律(KVL),在任一瞬間，沿任意閉合回路循行方向繞行一周，,例如： 回路 a-d-c-a,或：,或：,,,1.定律內(nèi)容,,,電位升,電位降,2.定律推廣,開口電路,假想的閉合回路,,一段有源電路的歐姆定律,,

23、,分壓公式,分流公式,,,1.3.3 基爾霍夫定律的應(yīng)用,(1) 特點：以支路電流為未知量，應(yīng)用KCL和KVL 列方程，然后聯(lián)立求解。,(2) 解題步驟：,①確定支路數(shù)目（b），結(jié)點數(shù)目（n），網(wǎng)孔數(shù)目（m）。②由KCL列（ n -1）個結(jié)點的電流方程。③由KVL列m個網(wǎng)孔回路的電壓方程。④代入數(shù)據(jù)，解聯(lián)立方程，求出各 個支路電流。,1.支路電流法,試用支路電流法求各支路電流。,解：,①圖示電路， b=3， n=2， m=2。,②

24、由KCL列a點:,③由KVL列回路1:回路2:,④代入數(shù)據(jù)，解聯(lián)求解，可得,I1 = 4A，I2 = -1A，I3 = 3A。,試用支路電流法求各支路電流。,解：,①圖中含恒流源的支路， I1= IS = 5A只需列兩個方程。,②由KCL列a點,③由KVL列回路1,④代入數(shù)據(jù)，解聯(lián)求解，可得,I2 = 2A，I3 = -3A。,,,注意：,①圖中含恒流源的支路時， 可減少列方程數(shù)。,②列回路方程時，要避開含恒流源的支路。,

25、,支路電流法小結(jié),優(yōu)點：支路電流法是電路分析中最基本的 方法之一。只要根據(jù)基爾霍夫定律 列方程，就能得出結(jié)果。,缺點：電路中支路數(shù)多時，所需方程的個 數(shù)較多，求解顯得十分繁瑣 。,支路數(shù) B=4須列4個方程式,(1) 特點 在只有兩個結(jié)點的電路中，先用公式 求結(jié)點電壓，再求各支路電流。,2.結(jié)點電壓法 (彌爾曼定理),支路數(shù) b=3，結(jié)點n=2支路

26、電流法須列3個方程式,若能先求出a、b兩點的電壓Uab ，再求出各個支路電流就容易多了。,(2) 公式,設(shè)結(jié)點電壓為Uab，則 :,結(jié)點a:,代入結(jié)點a的電流方程，經(jīng)整理后可得兩結(jié)點的結(jié)點電壓公式:,分母為兩結(jié)點之間各支路的電阻的倒數(shù)和,分子為各支路US與本支路R相除后的代數(shù)和。當(dāng)US與Uab的參考方向一致時取正號，相反時則取負號。（或各支路恒流源IS的代數(shù)和，一致取負號，相反取正號。）,結(jié)點電壓公式:,注意：,試用結(jié)點電壓法求各支

27、路電流。已知US1 = 54V，US2 = 72V，R1 = 3ΩR2 = 6Ω，R3 = 2Ω。,解：,結(jié)點電壓法應(yīng)用舉例（接上頁）,試求A點的電位及各支路電流。,,RS與恒流源串聯(lián)對外可視為短路,則：,?,,試求A點的電位。,作業(yè)：,1-8、1-9、1-11、1-16、1-17,1.3 疊加定理,1. 3.1 定理內(nèi)容：,含有多個電源的線性電路中的電壓或電流，等于各電源單獨作用時，對應(yīng)的電壓或電流的代數(shù)和。,線性電路：

28、R=常數(shù),去源方法：恒壓源短接，恒流源開路,代數(shù)和：以原電路的電壓或電流方向為準，一致取正號，相反取負號。,,注意：,=,+,解：,（1）畫出原電路及各個電源單獨作用的電路，并標出各支路電流的參考方向。,1.3.2 應(yīng)用舉例,如圖示,已知US = 9V，IS = 6A，R1 = 6Ω，R2 = 4Ω，R3 = 3Ω。試用疊加原理求各支路中的電流。,②US單獨作用：,①IS單獨作用：,（2）計算各電源單獨作用時的，各支路的電流。,（

29、3）疊加求出原電路中各支路電流。,例,用疊加原理求：I= ?,I'=2A,I"= -1A,I = I'+ I"= 1A,+,,解：,1.3.3. 幾點注意,1. 疊加定理只適用于線性電路（電路參數(shù)不隨電壓、 電流的變化而改變）。,4. 疊加原理只能用于電壓或電流的計算，不能用來求功率。如：,,,,,,,,,,,I3,R3,,,,例,已知： US =1V、IS=1A 時Uo=0V；US

30、 =10 V、IS=0A 時，Uo=1V,求：US =0 V、IS=10A 時 Uo=?,,（1）和（ 2）聯(lián)立求解得：,,1.4 等效電源定理,,等效電源定理用于化簡復(fù)雜電路,有源二端網(wǎng)絡(luò),將有源二端網(wǎng)絡(luò)等效為等效電壓源或等效電流源,有源二端網(wǎng)絡(luò)用電壓源替代 的方法稱戴維寧定理,有源二端網(wǎng)絡(luò)用電流源替代的方法稱諾頓定理,1.4.1 戴維寧定理,,1. 定理內(nèi)容,任意一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)對外都可等效為等效電壓源。,有源二端網(wǎng)絡(luò)去源后

31、端口的等效電阻Ro等于等效電壓源的內(nèi)阻（去源方法：恒壓源短接，恒流源開路。）,有源二端網(wǎng)絡(luò)端口的開路電壓Uo 等于等效電壓源的電動勢,,求:I = ?,例,2. 應(yīng)用舉例,解: (1) 求開路電壓Uo,(2)求等效內(nèi)阻Ro,(3) 求未知電流 I,已知：R1=20 ?、 R2=30 ? R3=30 ?、 R4=20 ? E=10V求：當(dāng) R5=10 ? 時，I5=?,,等效電路

32、,例,(1) 求開端電壓Uo,(2) 求等效內(nèi)電阻 Ro,,,,,(3) 求未知電流 I5,求：U=?,例,(1) 求開端電壓Uo,此值是所求結(jié)果U嗎？,(2)求等效內(nèi)阻 Ro,,,,,,,,,,,,,,,,,4 ?,4 ?,50?,5 ?,A,B,,1A,+,_,8V,_,+,10V,C,D,E,,Uo,,,,,,,(2) 求解未知電壓Ｕ,1.4.2 諾頓定理,任意一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)對外都可等效為等效電流源。,方法（1）:

33、,求 開端電壓 Uo 與 短路電流 IS,開路、短路法,,,1.4.3 等效電阻Ro的求解方法,負載電阻法,加負載電阻 RL測負載電壓 UL,方法（2）:,測開路電壓 Uo,,加壓求流法,方法（3）:,,則：,,加壓求流法舉例,,求簡單二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻時，用電阻串、并聯(lián)的方法即可求出。如前例：,串/并聯(lián)方法?,不能用簡單 串/并聯(lián)方法 求解，怎么辦？,求某些二端網(wǎng)絡(luò)的等效內(nèi)阻時，用串、并聯(lián)的方法則不行。如下圖：,方法（4）,

34、電阻星形連接和三角形連接的等效變換,,星形(Y)連接,三角形(Δ)連接,等效條件: 對應(yīng)的三端電位相等,流入電流相等,(1) 三角形(Δ)連接變換星形(Y)連接,分母相同,分子要啥有啥,(2) 星形(Y)連接變換三角形(Δ)連接,分子相同,分母沒啥有啥,特例:,,電路分析方法小結(jié),電路分析方法共講了以下幾種：,兩種電源等效互換支路電流法結(jié)點電位法疊加原理戴維寧定理,（諾頓定理）,,作業(yè)：,1

35、-18、1-20、1-21、1-22、1-26、,電源分類,,受控源,獨立源,,電壓源,電流源,1.5 含受控源電路的分析,(獨立存在),(非獨立，受電路中某個電壓或電流的控制。),電壓控制電壓源VCVS,電壓控制電流源VCCS,電流控制電壓源CCVS,電流控制電流源CCCS,,,,1.5.1受控源的類型和符號,,受控源實例,電流控制電流源ICCS,晶體管,晶體管微變等效電路,電壓控制電壓源VCVS,變壓器,1.5.2 含受控源電

36、路的分析,電路的基本定理和各種分析計算方法仍可使用，只是在列方程時必須增加一個受控源關(guān)系式。,已知R1 = 6Ω，R2 = 40Ω，R3 = 4Ω，US = 6V，求電流I1。,解：,a點,左網(wǎng)孔,受控源的關(guān)系式 I3 = 0.9I1,聯(lián)立求解，得I1 = 0.6A,求：U2,電路參數(shù)如圖所示,解得：,在用疊加原理求解受控源電路時，只應(yīng)分別考慮獨立源的單獨作用；而受控源僅作一般電路參數(shù)處理，不能單獨作用。,用疊加原理求I1,(1) 1