電路分析 第1章

1、電路分析基礎(chǔ)通信與信息工程學(xué)院陳偉建8/15/20221教學(xué)內(nèi)容和要求第1章 電路的基本概念和分析方法理解電路和電路模型，電流、電壓、功率及其參考方向掌握基爾霍夫定律，電阻、獨立電源的VCR理解兩類約束和電路方程，支路電流法、支路電壓法8/15/202221、電路實際電路電子元器件或電器與導(dǎo)線連接，多種物理過程交織在一起1-1 電路和電路模型8/15/20223實際電路的作用電信號的傳輸、處理和存儲電能的傳輸和轉(zhuǎn)換實際電路的分類集總參數(shù)電路條件：電路的幾何尺寸d遠(yuǎn)小于其工作信號波長分布參數(shù)電路8/15/20224實際電路用于電信號傳輸、處理和存儲的集總參數(shù)電路實際電路描述電原理圖圖形符號電子元

2、器件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)8/15/202252、電路模型電子元器件抽象為一個理想元件或若干個理想元件的組合導(dǎo)線抽象為理想導(dǎo)線或理想導(dǎo)線與理想元件的組合電路模型建立的難點在于電子元器件的抽象8/15/20226電路用于電信號傳輸、處理和存儲的集總參數(shù)電路的電路模型電路描述電路圖圖形符號理想元件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)8/15/20227電路研究電路分析已知電路結(jié)構(gòu)、元件特性電路特性電路設(shè)計（電路綜合）給定電路特性電路結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)8/15/202281-2 電路的基本物理量電路特性由電流、電壓和功率描述電路分析已知電路結(jié)構(gòu)、元件特性電路的電流、電壓和功率計算8/15/202291、電流及其參考方向電流單位時

3、間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的正電荷電流的參考方向電流的實際方向是正電荷運動的方向，分析電路時電流采用參考方向8/15/202210電流的參考方向任意假定，在電路圖中的二端元件上用箭頭表示i(t) ab任意假定8/15/202211參考方向條件下，計算出i(t)0，電流的實際方向與參考方向一致；計算出i(t)0，電壓的實際方向與參考方向一致；計算出u(t)0，二端元件吸收功率由外電路向其提供功率；計算出p(t)0，特性曲線位于象限無源電阻或正電阻；如果p(t)0，特性曲線位于象限有源電阻或負(fù)電阻VCR對電路結(jié)構(gòu)沒有要求只對元件本身的電壓電流給出線性約束元件特性方面的約束：元件約束8/15/202250開路

4、和短路開路相當(dāng)于電阻R=（或電導(dǎo)G=0）短路相當(dāng)于電阻R=0（或電導(dǎo)G=）8/15/202251例1，求圖示電阻兩端的電壓Uab=-RI=-10(-1)=10(V)Uba=RI=10(-1)= -10(V)bI=-1Aa108/15/2022523、電阻器和電位器8/15/202253大部分電阻器和電位器通過實驗測出的關(guān)聯(lián)參考方向條件下的VCR曲線Pm u(t) 0i(t) Pm 如果p(t)(0, Pm)，大部分電阻器和電位器的VCR曲線與電阻的VCR曲線基本吻合8/15/202254大部分電阻器可以抽象為電阻R電位器一般抽象為兩個電阻的組合baRc(1-)RbaRc8/15/2022551

5、、獨立電壓源u(t) us(t1) 0i(t) 1-5 獨立電源二端元件在任一時刻電壓u(t)與電流i(t)的關(guān)系由u(t)-i(t)平面一條平行于i(t)軸的直線確定8/15/202256VCR方程 u(t)=us(t)獨立電壓源有時變與時不變之分時變電壓源交流電壓源時不變電壓源直流電壓源兩類獨立電壓源8/15/202257關(guān)于電壓源電壓源所給定的電壓與流過電壓源的電流無關(guān)，u(t)=us(t)， i(t)(,+)流過電壓源的電流由與之相連接的外電路決定電壓源并不總是發(fā)出功率VCR對電路結(jié)構(gòu)沒有要求只將元件本身的電壓給定元件特性方面的約束：元件約束8/15/2022582、獨立電流源二端元件

6、在任一時刻電壓u(t)與電流i(t)的關(guān)系由u(t)-i(t)平面一條平行于u(t)軸的直線確定i(t) is(t1) 0u(t) VCR方程 i(t)=is(t)8/15/202259獨立電流源有時變與時不變之分時變電流源交流電流源時不變電流源直流電流源兩類獨立電流源8/15/202260關(guān)于電流源電流源所給定的電流與電流源兩端的電壓無關(guān)，i(t)=is(t)， u(t)(,+)電流源兩端的電壓由與之相連接的外電路決定電流源并不總是發(fā)出功率VCR對電路結(jié)構(gòu)沒有要求只將元件本身的電流給定元件特性方面的約束：元件約束8/15/202261開路和短路開路相當(dāng)于電流源is(t) = 0 短路相當(dāng)于電

7、壓源us(t) = 08/15/202262例1，求圖示兩電路中的U和I+I+U510V10V+I+U-10+U=0U=10(V) U=5II=10/5=2(A)-10+U=0U=10(V)I=08/15/202263例2，分別求圖示電路開關(guān)K斷開和閉合時的Uk和U開關(guān)K斷開時，I=0U=10I=0-10+UK+U=0UK=10(V)開關(guān)K閉合時，UK=0U=10(V)KUK+I+U1010V+8/15/202264例3，求圖示電路的I、U和三個元件的P +3IU2A+8V2-I=0I=2(A)，-U+3I-8=0U=32-8= -2(V)PI=-2U= -2(-2)=4(W)PU=-8I=

8、-82= -16(W)PR=3I2=34=12(W)8/15/2022653、發(fā)電機、電池和光電池8/15/202266 0 u(t) i(t) UOC Im 直流發(fā)電機和電池通過實驗測出的非關(guān)聯(lián)參考方向條件下的VCR曲線采用關(guān)聯(lián)參考方向，曲線位于象限或象限8/15/202267光電池通過實驗測出的非關(guān)聯(lián)參考方向條件下的VCR曲線采用關(guān)聯(lián)參考方向，曲線位于象限或象限 0 i(t) u(t) ISC Um 8/15/202268+RSUSu(t) + i(t) 0 u(t) i(t) USVCR方程 u(t)=US -RSi(t)電壓源模型電壓源與小電阻串聯(lián)如果i(t)(0, Im)，直流發(fā)電機

9、和電池的VCR曲線與電壓源模型的VCR曲線基本吻合8/15/202269電流源模型電流源與小電導(dǎo)（大電阻）并聯(lián)+GSISu(t) i(t) 0 i(t) u(t) ISVCR方程 i(t)=IS -GSu(t)如果u(t)(0, Um)，光電池的VCR曲線與電流源模型的VCR曲線基本吻合8/15/202270作業(yè)(P45-47)，1-12、1-16、1-22實際電源一般抽象為一個獨立電源和一個電阻的組合8/15/2022711、兩類約束電路由元件連接而成，涉及電路結(jié)構(gòu)和元件特性兩類關(guān)系1-6 兩類約束和電路方程拓?fù)浼s束KCL、KVL分別對電路中具有一定電路結(jié)構(gòu)的支路電流、支路電壓給出線性約束8

10、/15/202272VCR或?qū)﹄娐分忻織l支路本身的電壓電流給出線性約束或?qū)⒚織l支路本身的電壓、電流給定兩類約束是對電路中所有基本物理量（電流、電壓）施加的全部約束元件約束8/15/2022732、電路方程對于具有b條支路、n個結(jié)點的電路b條支路的VCR方程彼此獨立任意n-1個結(jié)點的KCL方程彼此獨立（獨立結(jié)點數(shù)= n-1 ）任意b-n+1個回路的KVL方程彼此獨立（獨立回路數(shù)=網(wǎng)孔數(shù)=b-n+1）8/15/202274獨立的電路方程數(shù)共計b+(n-1)+(b-n+1)=2b，2b方程是最原始的電路方程，是電路分析的基本依據(jù)對于線性電路，只要列出2b方程，聯(lián)立即可解出全部b條支路的電流和電壓共2

11、b個變量8/15/202275例1，求圖示電路各支路電流、電壓1V2A3241+I4I2I1電路具有6條支路、4個結(jié)點，可列出6個VCR方程，3個KCL方程和3個KVL方程8/15/202276ab1V2A3241+I4I2I1321c6個VCR方程U1=I1 U2=2I2 U3=3I3 U4=4I4 U=1(V) I=2(A)8/15/202277ab1V2A3241+I4I2I1321c3個KCL方程a：I1+I4+IU=0 b：-I1+I2-2=0 c：I3-I4+2=08/15/202278ab1V2A3241+I4I2I1321c3個KVL方程1：U1+U2-1=0 2：-U2+U3

12、-UI=03：-U1+U4+ UI=08/15/20227912個變量中2個已知，聯(lián)立10個方程解得其余10個支路電流、電壓I1= -1(A) I2=1(A) I3= -1(A) I4=1(A) IU=0U1= -1(V) U2=2(V) U3= -3(V) U4=4(V) UI= -5(V)8/15/202280很多電路只需求解部分支路變量，一般根據(jù)所要求的變量，通過觀察電路，列出足夠的相關(guān)VCR、 KCL、 KVL方程并求解8/15/202281例2，求圖示電路的I 、U+231AI11V42V+U+4V8/15/202282設(shè)I2、I3如圖+231AI11V42V+U+4VI3I28/1

13、5/202283+231AI11V42V+U+4VI3I2VCR方程：U1=I U2=2I2 U3=3I3 8/15/202284+231AI11V42V+U+4VI3I2KVL方程：U1+1+2=0U1=-3(A)I=-3(A) 8/15/202285+231AI11V42V+U+4VI3I2KCL方程：-I1+I2 =0I1=I28/15/202286+231AI11V42V+U+4VI3I2KVL方程：U2+U3 +1+2-4=0U2+U3 =1(V) I1=I2=1/5=0.2(A)U2=0.4(V) U3 =0.6(V) 8/15/202287+231AI11V42V+U+4VI3I

14、2KVL方程：U-1-U2=0U=1.4(V)8/15/2022881-7 支路電流法和支路電壓法1、支路電流法如果只需求解支路電流列寫b-n+1個結(jié)合VCR的KVL方程，n-1個KCL方程，共b個以支路電流為變量的獨立方程聯(lián)立可解出全部b個支路電流8/15/2022892、支路電壓法聯(lián)立可解出全部b個支路電壓如果只需求解支路電壓列寫n-1個結(jié)合VCR的KCL方程，b-n+1個KVL方程，共b個以支路電壓為變量的獨立方程如果需求解全部支路變量，也可以通過支路電流法和支路電壓法分兩步計算8/15/202290例1，求圖示電路的I1、I2、I3+I124I36V+I24V3V112設(shè)網(wǎng)孔1、2如圖

15、8/15/202291+I124I36V+I24V3V112結(jié)合VCR的KVL方程1：2I1+I2+3-4=0 2：-I2+4I3-6-3=08/15/202292+I124I36V+I24V3V112KCL方程-I1+I2+I3 =08/15/202293聯(lián)立解得I1=1(A) I2= -1(A) I3=2(A)8/15/202294例2，已知圖示電路的Uab=11V，求I1、I2、I3+1412V43UababI1I3I28/15/202295+1412V43UababI1I3I2結(jié)合VCR的假想回路KVL方程 I1+11-12=0 3I1+4I3-11=08/15/202296+1412V43UababI1I3I2KCL方程-I1-I2+I3 =08/15/202297聯(lián)立解得I1=1(A) I2=1(A) I3=2(A)8/15/202298例3，求圖示電路的I1、I2、Uab222+I12ab5V8V1 I2112V8/15/202299結(jié)合VCR的KVL方程(2+1+2)I1-12+(2+1+2)I2+8=0Uab+5-(2+1+2)I2-8=0222+I12ab5V8