電路基礎(chǔ)知識新

1、電路基礎(chǔ)知識新2022/9/241第1頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五2、電路分類：線 性非 線 性時 變時 不 變 集中參數(shù)分布參數(shù) 激勵與響應(yīng)滿足疊加性和齊次性的電路。電路元件參數(shù)不隨時間變化。電路幾何尺寸遠(yuǎn)小于最小工作波長的電路。 f(Hz) 50500M(m)6x106 0.6C=3x108m/s2022/9/242第2頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五電路模型是實際電路抽象而成，它近似地反映實際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導(dǎo)線連結(jié)而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連結(jié)就構(gòu)成不同特性的電路。 電路一詞的兩種含義:

2、(1) 實際電路; (2) 電路模型 數(shù)學(xué)模型2022/9/243第3頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五圖11 手電筒電路常用電路圖來表示電路模型(a) 實際電路 (b) 電原理圖 (c) 電路模型 (d) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2022/9/244第4頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五圖12 晶體管放大電路(a)實際電路 (b)電原理圖 (c)電路模型 (d)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖2022/9/245第5頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五1. 電壓、電流的參考方向3. 基爾霍夫定律 重點：電路元件和電路定律(circuit elements) (ci

3、rcuit laws) 2. 電路元件特性2022/9/246第6頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五1.1 電路基本物理量1.1.1 電流電荷的定向移動形成電流。電流的大小用電流強(qiáng)度表示，簡稱電流。電流強(qiáng)度：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電荷量。大寫 I 表示直流電流小寫 i 表示電流的一般符號2022/9/247第7頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五正電荷運動方向規(guī)定為電流的實際方向。電流的方向用一個箭頭表示。任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向。 如果求出的電流值為正，說明參考方向與實際方向一致，否則說明參考方向與實際方向相反。2022/9/248第8

4、頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五1.1.2 電壓、電位 電路中a、b點兩點間的電壓定義為單位正電荷由a點移至b點電場力所做的功。 電路中某點的電位定義為單位正電荷由該點移至參考點電場力所做的功。 電路中a、b點兩點間的電壓等于a、b兩點的電位差。2022/9/249第9頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五電壓的實際方向規(guī)定由電位高處指向電位低處。與電流方向的處理方法類似，可任選一方向為電壓的參考方向例：當(dāng)ua =3V ub = 2V時u1 =1V最后求得的u為正值，說明電壓的實際方向與參考方向一致，否則說明兩者相反。u2 = -1V2022/9/24

5、10第10頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五 對一個元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向。 如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。2022/9/2411第11頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五1.1.3 電功率電場力在單位時間內(nèi)所做的功稱為電功率，簡稱功率。功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方向時：p =ui非關(guān)聯(lián)方向時：p =ui2022/9/2412第12頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五功率的正負(fù)：注意研

6、究對象 對于一個元件而言，其功率的計算公式是P=UI 而因為電流和電壓都可能有正有負(fù)，所以，功率的值也是有正有負(fù)的?？梢?，一個元件的功率的正負(fù)值是與電壓和電流的正方向有關(guān)的。第13頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五以U I的正方向分析P0 消耗功率P0，消耗10W功率。（b）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5(2)=10W，P0，消耗10W功率。2022/9/2415第15頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五1.2 電路基本元件 常見的電路元件有電阻元件、電容元件、電感元件、電壓源、電流源。 電路元件在電路中的作用或者說它的性質(zhì)是用其端電壓、電流關(guān)系來決定的。20

7、22/9/2416第16頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五1.2.1 無源元件1電阻元件電阻元件是一種消耗電能的元件。理想電阻元件只具有消耗電能這一種電磁性質(zhì)（電阻性）。常見的電阻元件如白熾燈、電爐等。2022/9/2417第17頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五伏安關(guān)系（歐姆定律）：關(guān)聯(lián)方向時：u =Ri非關(guān)聯(lián)方向時：u =Ri符號：功率： 如果一段電阻的阻值為常數(shù)，則稱為線性電阻，線性電阻遵循歐姆定律其端電壓和流過的電流是正比關(guān)系，比例常數(shù)叫做電阻(符號為R）。可見 R既是這種元件的名稱，又是表示其物理性質(zhì)的電路參數(shù)，2022/9/2418第18

8、頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五如果電阻元件的阻值不為常數(shù)，則該電阻為非線性電阻，元件上的電壓電流關(guān)系用曲線或者函數(shù)表示。0i/Au/V2022/9/2419第19頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五伏安關(guān)系：2電感元件符號：電感元件是一種能夠貯存磁場能量的元件，是實際電感器的理想化模型。L稱為電感元件的電感，單位是亨利（H）。只有電感上的電流變化時，電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流通過，但u,相當(dāng)于短路。2022/9/2420第20頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五電感元件中的能量關(guān)系 電感元件儲存或釋放的電場

9、能量為：電感元件儲存或釋放的電場能量與電流的平方成正比。電感元件儲存能量電感元件釋放能量2022/9/2421第21頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五3電容元件電容元件是一種能夠貯存電場能量的元件，是實際電容器的理想化模型。伏安關(guān)系：符號：只有電容上的電壓變化時，電容兩端才有電流。在直流電路中，電容上即使有電壓，但 i，相當(dāng)于開路，即 電容具有隔直作用。C稱為電容元件的電容，單位是法拉（F）。2022/9/2422第22頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五電容元件中的能量關(guān)系電容器儲存或釋放的電場能量為 ： 電容器儲存或釋放的電場能量與其兩端的電壓的平

10、方成正比。 電容器儲存能量充電電容器釋放能量放電2022/9/2423第23頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五電源：獨立源 非獨立源1理想電壓源與電流源（1）伏安關(guān)系電壓源：u=uS 端電壓為us，與流過電壓源的電流無關(guān)，由電源本身確定。輸出電流由電源電壓的大小和外部電路決定。這樣的電壓源, 就稱為理想電壓源。2022/9/2424第24頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五特點 1.輸出電壓恒定，輸出電流由外部負(fù)載決定；即：電壓源的個重要特性是端電壓在任何時刻都和流過的電流大小無關(guān)。 2.在任何時候，理想電壓源都不允許短路。2022/9/2425第25

11、頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五理想電壓源之間的連接 理想電壓源可以串聯(lián)，對外部電路來說，串聯(lián)后的電壓源可用一個電壓為US的等效電壓源來代替。+-US1US2US+-US+-+-US1US2US+-US+-2022/9/2426第26頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五 當(dāng)然，理想電壓源也可以并聯(lián)，但必須注意，所并聯(lián)的電壓源必須電壓相等，極性相同。否則，其中一個電源會被損壞。US1+-US2+-US+-相當(dāng)于一個電源的作用2022/9/2427第27頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五電流源： i=iS流過電流為is，與電流源兩端

12、電壓無關(guān)，由電源本身確定。其輸出電壓由電源電流的大小和外部電路決定， 這樣的電源，就稱為理想電流源。2022/9/2428第28頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五特點 1.輸出電流恒定，輸出電壓由外部負(fù)載決定；即：電流源的個重要特性是輸出電流在任何時刻都和電源兩端的電壓大小無關(guān)。 2.在任何時候，理想電流源都不允許開路。2022/9/2429第29頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五理想電流源之間的連接 理想電流源可以并聯(lián)，對外部電路來說，并聯(lián)后的電壓源可用一個電流為IS的等效電壓源來代替。IS1IS2USISUSIS1IS2USISUS2022/9/

13、2430第30頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五 當(dāng)然，理想電流源也可以串聯(lián)，但必須注意，所有串聯(lián)的電流源必須電流大小相等，方向相同。否則，其中一個電源會被損壞。ISUSIS1USIS2相當(dāng)于一個電源的作用2022/9/2431第31頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五通常理想電壓源不會并聯(lián)，理想電流源也不會串聯(lián)。2022/9/2432第32頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五實際電源 一個實際的電源一般不具有理想電源的特性，即當(dāng)外接電阻發(fā)生變化時，電源提供的電壓和電流都會發(fā)生變化。有的電源當(dāng)外部負(fù)載電阻變化時輸出電壓波動很小，比較

14、接近電壓源的特性；而有的電源當(dāng)外部負(fù)載電阻變化時輸出電流波動較小，比較接近電流源的特性。所以，我們可以用理想電源元件和電阻元件的組合來表征實際電源的特性。2022/9/2433第33頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五電流源模型電壓源模型實際電源電源變換2022/9/2434第34頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五2. 受控電源 (非獨立源)(controlled source or dependent source) 前面所討論的電壓源和電流源都是獨立電源，所謂獨立電源，就是電壓源的電壓或電流源的電流不受外電路的控制而獨立存在。但是，在電子線路中，我

15、們常常也遇到另一種類型的電源電壓源的電壓或電流源的電流，是受電路中其他部分的電流或電壓的控制的，這種電源稱為受控源。2022/9/2435第35頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五 特點：當(dāng)控制的電壓或電流消失或等于零時，受控電源的電壓或電流也將等于零。電路符號+受控電壓源受控電流源2022/9/2436第36頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五(1) 電流控制的電流源 ( Current Controlled Current Source ) : 電流放大倍數(shù)r : 轉(zhuǎn)移電阻 i2=b i1u2=r i1四種類型(2) 電流控制的電壓源 ( Curre

16、nt Controlled Voltage Source )CCCSb i1+_u2i2+_u1i1i2i1CCVSr i1+_u2+_u1+_2022/9/2437第37頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五* ，g， ，r 為常數(shù)時，被控制量與控制量滿足線性關(guān)系，稱為線性受控源。g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo) :電壓放大倍數(shù) i1=0i2=gu1 i1=0u2= u1(3) 電壓控制的電流源 ( Voltage Controlled Current Source )(4) 電壓控制的電壓源 ( Voltage Controlled Voltage Source )VCCSgu1+_u2i

17、2+_u1i1VCVSu1+_u2+_u1+_i2i12022/9/2438第38頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五1.4 電路的基本定律、分析方法基爾霍夫定律節(jié)點電壓法 網(wǎng)孔電流法疊加定理與戴維南定理2022/9/2439第39頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五1.4.1 基爾霍夫定律支路：電路中每個分支叫做支路，支路中元件流過同一個電流。有源支路：adc，abc無源支路：ac節(jié)點：電路中三個或者三個以上支路的連接點稱為節(jié)點。如：a點，c點回路：電路中任一閉合路徑均為回路。如：abcda回路， abca 回路， adca 回路。2022/9/244

18、0第40頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五基爾霍夫電流定律（KCL） 在任一瞬時，流入任一節(jié)點的電流之和必定等于從該節(jié)點流出的電流之和。 在任一瞬時，通過任一節(jié)點電流的代數(shù)和恒等于零。表述一表述二可假定流入節(jié)點的電流為正，流出節(jié)點的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。所有電流均為正。2022/9/2441第41頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五例：列出下圖中各節(jié)點的KCL方程解：取流入為正以上三式相加： i1 i2i3 0 節(jié)點a i1i4i60節(jié)點b i2i4i50節(jié)點c i3i5i602022/9/2442第42頁，共74頁，2022年，5月20日，7

19、點49分，星期五基爾霍夫電壓定律（KVL）表述一表述二 在任一瞬時，在任一回路上的電位升之和等于電位降之和。 在任一瞬時，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。電壓參考方向與回路繞行方向一致時取正號，相反時取負(fù)號。所有電壓均為正。2022/9/2443第43頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五 對于電阻電路，回路中電阻上電壓降的代數(shù)和等于回路中的電壓源電壓的代數(shù)和。 在運用上式時，電流參考方向與回路繞行方向一致時iR前取正號，相反時取負(fù)號；電壓源電壓方向與回路繞行方向一致時us前取負(fù)號，相反時取正號。2022/9/2444第44頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星

20、期五例：列出下圖的KVL方程2022/9/2445第45頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五節(jié)點電壓法 一、節(jié)點電壓法 在具有n個基本節(jié)點的電路模型中，可以選其中一個節(jié)點作為參考點，定義其余(n-1)個節(jié)點的電位，稱為節(jié)點電壓。列出這n-1個節(jié)點電流方程。從節(jié)點流出的電流的代數(shù)和等于0.2022/9/2446第46頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五2022/9/2447第47頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五網(wǎng)孔電流法 當(dāng)電路中的獨立網(wǎng)孔數(shù)少于基本結(jié)點數(shù)且支路間無交叉時，用網(wǎng)孔電流法比較方便。其步驟為：(1)選取網(wǎng)孔電流的參考方向

21、及繞行方向。(2)根據(jù)KVL列寫該網(wǎng)孔的電壓方程，2022/9/2448第48頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五2022/9/2449第49頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五1.4.2 疊加定理在任何由線性電阻、線性受控源及獨立源組成的電路中，每一元件的電流或電壓等于每一個獨立源單獨作用于電路時在該元件上所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。這就是疊加定理。說明: 當(dāng)某一獨立源單獨作用時,其他獨立源置零2022/9/2450第50頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五例：求 I解：應(yīng)用疊加定理R12AIR24VR1R22A22IR1R2I4V

22、2022/9/2451第51頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五1.4.3 戴維南定理有源二端網(wǎng)絡(luò) 具有兩個出線端，其中包含有一個（或者多個）獨立電源的部分電路稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)。用NA表示，它可以是簡單的或任意復(fù)雜的電路。RLIUNA2022/9/2452第52頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五對于有源二端網(wǎng)絡(luò)外接電阻RL而言，該有源二端網(wǎng)絡(luò)僅相當(dāng)于一個電源的作用，這是因為，它向該電阻提供所需要的電流和電壓。所以，我們可以用一個電源來代替這個有源二端網(wǎng)絡(luò)。RLIUNARLIU電源2022/9/2453第53頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49

23、分，星期五 這種代替就是等效電源定理的基本思想，如果將有源二端網(wǎng)絡(luò)用電壓源代替戴維南定理；如果將有源二端網(wǎng)絡(luò)用電流源代替諾頓定理。 我們只介紹戴維南定理，因為電流源可以由電壓源轉(zhuǎn)換得到，所以，將電壓源轉(zhuǎn)換后就可得到諾頓定理。2022/9/2454第54頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五戴維南定理 對任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，就其對外部電路的作用而言，總可以用一個理想電壓源US與一個電阻R0的串聯(lián)有源支路（實際電壓源）來代替。其中， US的值就等于該有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓U0C，即US= U0C， R0就等于其開路電壓/短路電流. R0 =Vs/Is第55頁，共74頁，20

24、22年，5月20日，7點49分，星期五abiUoc+u+Req其中等效電源的計算方法：開路電壓 U0C， R0就等于其開路電壓/短路電流. R0 =Vs/Is2022/9/2456第56頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五求等效電阻，有兩種方法（1）將Ns化為No，(如圖當(dāng)不含受控源時)abNo（2）將Ns化為No，在ab端施加一個電壓uU+IabNo注意u,i參考方向2022/9/2457第57頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五戴維南定理的應(yīng)用+-USR0+-USR0+-4V+-4V第58頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五用戴維

25、南定理求解電路（電流和電壓）的步驟斷開待求支路；求電路的開路電壓和等效電阻（注意電源為零的含義）畫出戴維南等效電路，求出待求電流或電壓。2022/9/2459第59頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五例 求圖示電橋電路中電阻RL的電流i 。 解：用分壓公式求得 2022/9/2460第60頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五 用戴維寧等效電路代替單口網(wǎng)絡(luò)，得到圖(d)電路，由此求得 2022/9/2461第61頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五要使電阻RL中電流I為零的問題，只需 由此求得 2022/9/2462第62頁，共74頁，

26、2022年，5月20日，7點49分，星期五Uo+Ri3UR-+解：(1) 求開路電壓UoU0=6I1+3I1I1=9/9=1AU0=9V36I1+9V+Uo+6I1例 已知如圖，求UR 。(含受控源）3I1+9V+UR+6I132022/9/2463第63頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五方法1 外加壓求流（獨立源置零，受控源保留）U=6I1+3I1=9I1I1=I6/(6+3)=(2/3)IRi = U /I=6 36I1+6I1U+IU =9 (2/3)I=6I(2) 求等效電阻Ri2022/9/2464第64頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五方法2 開路電壓、短路電流36I1+9VIsc+6I1開路電壓 U0=9V3I16I1 =0I1=0Isc=1.5A6+9VIscRi = U0 / Isc =9/1.5=6 Uo+RiIsc2022/9/2465第65頁，共74頁，2022年，5月20日，7點49分，星期五 1.5 相量和RC電路的響應(yīng) 相量法一. 正弦量的三要素：i(t)=Imsin(w t +y )i+_u(1) 幅值 (amplitude) (振幅、 最大值) Im(2) 角頻率(angular frequency) w(3) 初相位(initial