直流电路分析基础课件

1、电子电路基础,绪论,一课程内容: 包括电路分析模拟电子电路两个部分。,2、模拟电子电路部分的主要内容包括： 常用半导体器件的特性及主要参数、基本放大电路、负反馈放大电路、集成运算放大器的工作原理及它们的应用；功率放大器、集成直流稳压电源的工作原理以及它们的使用。,1、电路分析部分的主要内容包括： 电路基本原理、基本概念，基本定律和基本分析方法、交直流电路的稳态和暂态分析等。,二模拟信号与数字信号,模拟信号：在时间上和数值上都是连续变化的信号。 如：温度、压力、声音信号等 数字信号：在时间上和数值上都是离散变化的信号。 如：计算机处理的信号 、CD光盘存储的信号,三模拟电路与数字电路 模拟电路是处理模拟信号的电路； 数字电路是处理数字信号的电路。,放大电路,例：,第一章 直流电路分析基础,1.1电路的基本概念欧姆定律 一电路和电路模型,1电路: 将一些电气设备或元器件，按所需要完成的功能，用一定的方式连接起来的总体。 例如：手电筒电路,2电路的组成:电源负载中间环节。,3理想电路元件及电路模型 何谓”理想”? “理想”就是“单纯”的意思。,模型电路,实际电路,电源包括电压源和电流源,补充

2、介绍 电压源和电流源,电路符号,1.理想电压源,定义,下 页,上 页,其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。,返 回,电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。,通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。,理想电压源的电压、电流关系,直流电压源的伏安关系,下 页,上 页,例,外电路,电压源不能短路！,0,返 回,电压源的功率,电压、电流参考方向非关联；,电流（正电荷 ）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。,发出功率，起电源作用,物理意义：,下 页,上 页,返 回,思考：为什么要用非关联呢？,其输出电流总能保持定值或一定的 时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。,电路符号,2.理想电流源,定义,下 页,上 页,理想电流源的电压、电流关系,电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。,返 回,电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。,直流电流源的伏安关系,下 页,上 页,0,例,电流源不能开路！,返 回,思考：为什么要用非关联呢？,受控电源(非独

3、立源),电路符号,受控电压源,1.定义,受控电流源,电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。,下 页,上 页,返 回,电流控制的电流源 ( CCCS ), : 电流放大倍数,根据控制量和被控制量是电压u 或电流i，受控源 可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压 源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。,2.分类,四端元件,输出：受控部分,输入：控制部分,下 页,上 页,返 回,g: 转移电导,电压控制的电流源 ( VCCS ),电压控制的电压源 ( VCVS ),: 电压放大倍数,下 页,上 页,返 回,电流控制的电压源 ( CCVS ),r : 转移电阻,例,电路模型,下 页,上 页,返 回,3.受控源与独立源的比较,独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。,独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电压或电流对另一处的电压或电流的控制关系，在电路中不能作为“激励”。,下 页,上 页,返 回,二描述电路工作状态的物理

4、量,1电流：电荷有规则的定向运动就形成了电流。习惯上将正电荷的移动方向称为电流的实际方向。用电流强度()或者(i)来表示电流的大小。,直流电流= q/t 交流电流=dq / dt 单位： A 1A=103mA=106A,2、电压：电场中a ,b两点之间的电压Ua b是指单位正电荷从a 移动到b电场力所作的功。,直流电压Uab=W电/q 交流电压uab=dw电/dq,Uab又称为a ,b两点之间的电位差 Uab=Ua-Ub Ua和Ub 分别是a ,b两点的电位,3、电位:电位又称电势，指电场中(或是电路中)某一点的电位。而这一点的电位等于该点与零电位点之间的电压。,要求某一点的电位,先要指明零电位点在什么地方,在零电位点上标上符号,Uc= + 6V , Ud= - 4V,Uc= ？ , Ud= ?,Ua=0，Ub=-3V，UC=-8V Uab = 0 (-3) = 3V Uac = 0 (-8) = 8V,Ua=3V，Ub=0V，UC= -5V Uab = 3 0 = 3V Uac = 3 (-5) = 8V,电压与电位关系： 电路中，各点的电位与零地位点的选择有关。 零地位点一旦改变，

5、各点的电位随着改变。 但是，各点之间的电压不变。,结论,电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中各点的电位值就唯一确定；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。,区分几个概念：电位、参考零电位、电压（两点间的电位差）,三、电压、电流的参考方向,电压电流的实际方向在简单电路中是很容易看出来的。 但是，在复杂电路中就很难判断了。,人为假设的电压、电流的方向称为电压、电流的参考方向。,电压、电流的参考方向是可以任意假设的。 经过分析计算： 如果得到的数值为正数，说明参考方向与实际方向相同。 如果得到的数值为负数，说明参考方向与实际方向相反。,=- 6A US= +5V s = 2A,+ -,蓝色为参考方向,红色为实际方向,= 6A US= -5V s = 2A,每一个元件的端电压和流过该元件的电流的参考方向可以任意假设。 如果假设它们的参考方向相同，则称为关联参考方向。 如果假设它们的参考方向相反，则称为非关联参考方向。,US与关联,US与非关联, UR与关联,US = UR = Uab,Uab在电源一侧与是非关联的 Uab在电阻一侧与是关联的,

6、UR与非关联,四、欧姆定律,线性电阻R的端电压U与其流过的电流的参考方向为非关联时 U = I R,阻值始终不变的电阻称为线性电阻。 阻值随着电压、电流而改变的电阻称为非线性电阻。,对于一段线性电阻电路，欧姆定律表示流过电阻R的电流与电阻两端的电压U成正比的关系，其数学表达式为,或者,注意：上式成立的条件是电阻R的端电压U与其流过的电流的参考方向关联,例1-1：求下图所示电路电压Uab的大小，并说明电压的实际方向，已知电阻R为5,Uab=I R,=15=5V,Uab=I R,=15=5V,Uab=I R,=15=5V,Uab=I R,=(1)5=5V,（1）R = 5, = 2A, US = 10V Uac = ?,（2）R = 5, =2A, US =10V Uac = ?,Uac = Uab+Ubc,=IR+Us,=25+10=20V,Uac = Uab+Ubc,=IR+Us,= (2)5+(10)=20V,如果U和的参考方向是关联参考方向,那么: P = U 如果U和的参考方向是非关联参考方向,那么: P = U,计算结果 P 0 说明的确是消耗(吸收)功率,是负载 P 0 说明

7、是产生(释放)功率,是电源,PA=U1=202=40W 0 是负载 PC=U3= (15)2= 30W 0 是负载 负载消耗功率=电源产生功率,例：,五、电功率、电源和负载的判断,本节小结：,1、独立源和受控源的判断与特性 2、电位与电压的区别 3、参考方向问题 4、欧姆定律,1.2电气设备的额定值及电路的工作状态 一、额定值: 电气设备的额定值是指电气设备在使用过程中,确保最安全、最可靠、最经济的技术参数的数值。 1、 额定电流N - 在规定的时间内,当电气设备的实际电流超过N ， 就可能发热，温升提高，性能下降,甚至烧毁。 2、额定电压UN-电气设备的实际电压超过UN，将引起绝缘材料性能下降, 以至于被击穿，失去绝缘能力。 3、 额定功率PN-电气设备的实际功率超过PN,那一定是电压过大或者 电流过大，将引起相应的后果。,3、短路,1.3 基尔霍夫定律和支路电流法 一、名词术语,1、支路: 由二端元件或若干个二端元件串联组成不分岔的一段电路称为支路。一条支路流过同一个电流。,2、节点:三条或者三条以上支路的连接点称为节点。,3、回路:电路中任何一个闭合的路径称为回路。,4、网孔:内

8、部不含其他支路的回路称为网孔。,支路数b=？节点数n=？网孔数m=？,支路数b=6,节点数n=3,网孔数m=4,二、基尔霍夫电流定律(KCL),1、定律内容:任一瞬间，流入一个节点的电流等于流出该节点的电流。 表示为: 入= 出 或者 i ( t )入= i ( t )出,2、如果把流入节点的电流当作”+”,流出节点的电流当作”-” 那就表示为: = 0 或者 i ( t ) = 0,3、定律的扩展:任一瞬间流入电路中任一封闭面的电流总和 等于 从这流出封闭面的电流总和。,练习题：用封闭面 KCL求电流。,三、基尔霍夫电压定律(KVL) 1、定律内容: 任一瞬间，沿任闭合回路环绕一圈，各段电压的代数和等于零。 表示为: U = 0,某一段的电压的参考方向与环绕方向相同时, 这一段的电压就为”+”。 某一段的电压的参考方向与环绕方向相反时,这一段的电压就为” - ”。,U3,-US1,-U1,=0,U3,-US2,+U2,=0,例1,求电流 i,解,例2,解,求电压 u,下 页,上 页,例3,求电流 i,例4,求电压 u,解,解,要求,能熟练求解含源支路的电压和电流。,返 回,解,下 页

9、,上 页,例5,求电流 I,例6,求电压 U,解,返 回,解,下 页,上 页,例7,求开路电压 U,返 回,Uab= Uac + Ucb = 16 +R =8 则R = ( 8 16)/( 2) = 4 ,Uab= Uac + Ucb = 20 +310 =50V,Uab= Uac + Ucb = 6 +10I=10 I= 1.6A,四、支路电流法 以各个支路电流为未知数,依照KCL和KVL列方程, 求解电路的电流电压的方法。,（1）假设b个支路电流为未知数； （2）节点数为n，依照KCL列出(n 1 )独立的节点电流方程； （3）依照KVL列出其余的b - (n 1 ) 个独立的回路电压方程。 （4）欧姆定律和补充方程,(1)n = 2 列n-1=1个节点KCL方程 a节点: 1+2 =3 -(1) (2)列b - (n 1)=2个KVL方程 左网孔:U3 US1 U1= 0 -(2) 右网孔: U2+ US2U3= 0 -(3),例1：如图所示的电路中R1=1，R2=2，R3=3，US1=3V，US2=1V。 求：各支路电流I1、I2、I3和各电阻两端电压U1、U2、U3。,解：,即: 3R3 US 1(1R1)= 0 2R2 + US 23R3 = 0,(1)b = 3 设3个未知数1,2 ,3 (2)n = 2 列n-1=1个节点KCL方程 a节点: 1+2 =3 -(1) (3)列b - (n 1)=2个KVL方程 左网孔:US2 2R2+1R1 US1= 0 -(2) 右网孔:3R3+2R2 US2 = 0 -(3),代如数据得: 1+2 3 = 0 6 112 +71 70 = 0 73 +112 6 = 0,例2：,解：,求各支路的电流。,(1)n = 2 列n-1=1个节点KCL方程 a节点: 1 =2+3 -(1) (2)列b - (n 1)

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