电路分析实用教程 教学课件 ppt 作者 窦建华 第1章 电路的基本概念与定律

同学们好！,欢迎学习电路分析基础,制作 窦建华,1.1 电路与电路模型,1.1.1 电路,各种电器元件(电源、开关、负载等)，按一定的方式连接起来，所构成的电流通路。,第1章 电路的基本概念与基本定律,电路的基本概念与基本定律是分析电路和计算电路的重要基础，必须很好的掌握。,它能传送、处理及放大信号；,测量及提供电能等。,存贮信息、数据；,1.集总参数电路,实际电路的几何尺寸远小于其工作信号的波长,集总参数电路的特点是电路中任意两点间的电压和任意支路上的电流是完全确定的，与器件的几何尺寸和空间位置无关。,2.分布参数电路,实际电路的几何尺寸大于其工作信号的波长,分布参数电路的特点是电路中的电压和电流不仅是时间的函数，还与器件的几何尺寸和空间位置有关。,3.线性电路与非线性电路,线性电路由线性代数方程或线性微积分方程描述，由独立源、线性受控源、线性无源元件构成。如电阻、电容、电感等。,非线性电路的元件有二极管、晶体管等。,1.1.2 电路模型,各种实际部件都可以用模型来近似表示它的性能。,电池,开关,灯泡,1.2 电路的基本变量,1.2.1电流及其参考方向,电流产生的必要条件是电路必须是闭合路径。,单位时间内通过导体截面的电量为电流。,电流方向：正电荷移动的方向。,电流的单位：安培(A) 1A=1000mA 1mA=1000uA,电流参考方向,参考方向与真实方向的关系,例1:,如何表示1A的电流从a点流向b点。,解:,I1,I2,I1=1A,I2= -1A,电流表要串联接入被测量支路,电流的测量,单位正电荷从 a 点移到 b点所获得的能量,1.2.2 电压及其参考方向,电压极性：高电位指向低电位，即电压降方向。,电压的单位: 伏特（V) 1V=1000mV 1mV=1000uV,参考方向与真实方向的关系,例2:,电压的测量,电压表应并联在被测元件两端,如何表示出正电荷由a点移到b点, a b两点间的电压为1V。,解:,U1=1V,U2= -1V,+ U1 -,- U2 +,1.2.3 关联参考方向,1.关联参考方向,2.非关联参考方向,电流与电压降的参考方向一致,电流与电压降的参考方向相反,关联参考方向,单位时间内吸收或产生的电能,功率的单位：瓦特（w) 1w =1000mw 1mw =1000w,1.2.4 功率和效率,p = u× i,根据关联方向判定功率的吸收和产生,关联：,p = - u× i,非关联:,例3：,电压源 Ps =-US×I=-10×1=-10W（产生）,电阻元件 PR=UR×I =10×1=10W（吸收）,例4: 在同一个电路中吸收的功率和产生的功率总是平衡的。,PS+PR= 0,求各元件的功率。,解:,解:,效率：,输出功率与输入功率的比率,例5：,计算各元件的功率和元件4的效率。,解：,P10 吸收功率,P20 产生功率,P40 吸收功率,P30 产生功率,元件2和元件3共产生了9W功率，相当于是电路的输入功率。,元件4消耗4W功率，相当于电路的输出功率。,元件4的效率为,1.3 基尔霍夫定律,名词介绍,1.支路,2.节点,3.回路,4.网孔,5.网络,节点1,节点2,节点3,6个回路,3个网孔,对于任一电路中的任一节点，在任一时刻，流出（或流入）该节点的所有支路电流的代数和为零。,(t) =0,1.3.1 基尔霍夫电流定律 (KCL),KCL适用于节点，也适用于封闭面。,节点 b:,节点a:,b,a,I1 + I2 - I3 = 0,I3 - I2 - I1 = 0,a,列KCL方程时应注意：,1.先标出所有电流的参考方向；,2.若取流入的电流为正，则流出的电流为负； 若取流入的电流为负，则流出的电流为正；,3.定律与元件的性质无关。,例6:,例7：求I=?,I = - 1A,I + 2 - 1= 0,求I4 =?,解：根据KCL定律：,I1-I2-I3+I4= 0,I4=I2+I3-I1=2+(-3) -5= - 6A,解：根据KCL定律：,对于任一电路中的任一回路，在任一时刻，沿着该回路的所有支路电压降的代数和为零。,或：,1.3.2 基尔霍夫电压定律 ( KVL),例8:,+ U5 -,求U5的值。,解：先画绕行方向,-U1,+U2,-U6,-U5,+U4,+U3,= 0,根据KVL：,电压降,电压升,或：,U2,+U3,+U4,+U6,+U5,= U1,-（2）,+（3）,+（3）,+（-7）,- U5,-（2）,= 0,U5 = - 5V,例9:,求a、b两点间的电压。,解:(1)沿上边路径,-U1,+U2,U6,+U5,-U4,-U3,Uab=,= -（2）+（3）= 1V,Uab=,= (2) + (-5) - (-7) - (3) = 1V,电压和路径无关,(2)沿下边路径,1.4 电阻元件,线性电阻,非线性电阻,1.4.1电阻元件定义,任何一个二端元件，如果在任一时刻电压和电流之间的关系可以由u-i平面上一条曲线所决定，不论电压或电流的波形如何，则此二端元件为电阻。,1.耗能元件,2.无记忆元件,3.电阻的单位是欧姆（）,1k =1000 ；1M =1000k ,U=R×I 关联,4.电导：G=1/R，单位 (S)， U=I/G,电阻元件的特性,PR=U×I,单位： W V A,=I2×R,=U2/R (1),1.4.2 电阻元件的功率,例10：,电阻额定值 （工作时不能超过的值）,已知: R=100 , P=1w,求：额定值U 、 I。,解：由(1) 式:,U=I×R=0.1×100=10V,1.4.3 开路和短路,不论 i多大、 u都为零,不论 u多大、 i都为零,1.4.4 特殊的电阻元件,热敏电阻器是一种随温度变化的可变电阻，分为正温度系数和负温度系数，如果是负温度系数，电阻变化与温度成反比，如果是正温度系数，电阻变化与温度成正比。,光敏电阻器是利用半导体光电效应制成，它的阻值是随光的强度变化而变化。光强时，电阻减小；光弱时，电阻增大。,光敏电阻的基本电路,光敏电阻受到光照射时，阻值减小，电流增强，用电器正常工作；当光敏电阻不受光照射时，阻值增大，电流减弱，用电器停止工作。利用这一原理可以做成各种光电控制系统，如光电自动开关门、自动给水和自动停水装置、路灯和其他照明系统的自动亮灭、航标灯、机械上的自动保护装置和位置检测器、照相机自动曝光装置、光电计数器、烟雾报警器、光电跟踪系统等,1.5 独立电源,一个元件在其两端总能保持一定的电压而不论流过的电流为多少。(理想)电压源,1.它的端电压是定值Us或是一定的时间函数us(t), 与流过的电流无关。,2. 电压源的电压是由它本身确定，流过它的电流是任意的。,性质,1.5.1 理想电压源,伏安特性： (VAR),(电压与电流之间的关系),us,符号,例11：,求(1)电流 I ; (2)电压Uab。,解：(1) 由KVL:,-Us1,+Us2,+UR1,+UR4,+UR3,+UR2,= 0,R1. I + R2. I + R3. I + R4. I = US1-US2,I (R1+R2+R3+R4)= US1-US2,(2) 右边路经：Uab= US2 + U2 + U3 = 9.6V,左边路经：Uab= - U1 + US1 - U4 = 9.6V,左,右,电压和路径无关,例12:,求I=? 、Uab=? 、Ucd=?。,解：(1). 由KVL:,(1+2+2+1+2+2)I=12-8;,10I= 4;,I= 0.4A,(2). Uab下=2I+8+1I+2I,(3). Ucd= Uab+Ubd=10 +(-10) = 0,Uab上= -2I+12-1I-2I,=5I+8,=5(0.4)+8=10V,=12-5(0.4)=10V,=12-5I,1.5.2 理想电流源,一个元件不论其端电压是多少，其输出电流总能保持定值。,1.它发出的电流是定值 IS,或是一定的时间函数IS(t),与两端的电压无关。,性质,2.电流源的电流是由它本身确定，它的端电压是任意的,由外电路决定。,伏安特性： (VAR),is,符号：,1.5.3 实际电源模型,电源都有内阻，所以理想的电压源和理想的电流源并不存在。当实际电源接入负载后，电压源两端的电压、电流源支路上的电流都会有所变化。,实际电压源模型,实际电流源模型,1.6 受控电源,电源,独立电源,非独立电源,受控源,它的电压或电流受其他支路的电压或电流来控制,1.6.1 受控源的性质,1.受控源是双口元件，由控制支路、受控支路组成。,2. 受控源不能独立存在，若控制量为零，输出也为零。,3. 控制量改变方向时，受控源输出也改变方向。,4. 受控源的功率由受控支路计算。 P=I2. U2,受控源的分类,例13:,求各支路电流和各元件的功率。,解：由KVL:,回路 1: 5I1-10I1-1= 0,回路 2: 10I2-10I1-50 = 0,所以：I1= - 0.2A,所以：I2= 4.8A,a,由KCL:,节点 a: I3=I1+I2= 4.6A,P50V= -U I= -50 . 4.8 = -240W (产生),P1V= -U I= -1 . (-0.2) = 0.2W (吸收),(吸收）,能量守恒：,P50V = - 240W (产生),(吸收),(吸收）,1.6.2 受控源的应用,实际的受控源不存在，受控源只是用来表示某些实际器件的模型。,1.6.3 电位及其计算,在电路中任选一个参考点，电路中各节点到参考点的电压降就叫做该点的节点电压。（或电位）,使用电位，可以把闭合型电路画成开口型电路。,闭合型电路,开口型电路,例14:,分别计算开关S打开与闭合时a点和b点的电位。,解,开关S打开时,开关S闭合时,根据KVL,根据KVL,RT碳膜电阻,RJ金属膜电阻,色码电阻,RX线绕电阻,电阻器,开关电位器,普通电位器,同轴双联电位器,开关双联电位器,微调电位器,电位器,色码电阻,6,7,1,2,3,4,有效数值,0的个数,误差等级,5,0,8,0 0,= 6.8K,±5 %,±10 %,再见 !,再见,谢谢大家!,