电路分析5： 电路模型与电路定理.ppt

第一章第一章 电路模型与电路定理电路模型与电路定理v 重重 点点1、参考方向、参考方向2、几种元件的基本概念几种元件的基本概念3、基尔霍夫定律、基尔霍夫定律v 难难 点点1、深入理解、深入理解基尔霍夫基尔霍夫定律的重要意义定律的重要意义2、熟练地解决简单电路的计算问题、熟练地解决简单电路的计算问题http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛1-1 电路及电路模型电路及电路模型http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛一、电路的作用一、电路的作用 1 1提供能量提供能量 2 2传送及处理信号传送及处理信号 3 3测量测量 4 4存储信息存储信息供电电路供电电路电话电话电路电路音响音响放大放大电路电路万用表电路万用表电路存储器电路存储器电路http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛二、电气图用图形符号二、电气图用图形符号实际电路实际电路 电气图电气图 电路图（电路模型）电路图（电路模型）http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛u电路研究的理想化假设电路研究的理想化假设 在在一一定定条条件件下下，电电路路中中的的电电磁磁现现象象可可分分别别研研究究，即即可可用用集集总总元元件件来来构构成成模模型型，每每一一种种集集总总元元件件均均只只表表现现一一种种基基本本现现象象，且且可可以以用用数学方法精确定义。数学方法精确定义。u采用采用“集总集总”概念的条件概念的条件器件尺寸远小于正常工作频率所对应的波长器件尺寸远小于正常工作频率所对应的波长三、集总元件与集总假设三、集总元件与集总假设如电阻元件为只消耗电能的元件，电如电阻元件为只消耗电能的元件，电容为只存储电场能量的元件，电感为容为只存储电场能量的元件，电感为只存储磁场能量的元件等。只存储磁场能量的元件等。在高频、超高频电子线路及在高频、超高频电子线路及电力传输线的分析中就不能电力传输线的分析中就不能采用集总模型采用集总模型http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛u 概念的引入概念的引入u 应用应用1)电压、电流的参考方向可以任意指定电压、电流的参考方向可以任意指定2)参考方向可使用箭头或双下标两种表示方式参考方向可使用箭头或双下标两种表示方式参考方向指定后，分析中一般不再任意改变参考方向指定后，分析中一般不再任意改变u 参考方向的关联参考方向的关联关联关联=所取定的电压电流参考方向一致所取定的电压电流参考方向一致 四、参考方向四、参考方向I、UIab、UabIabUIabUhttp:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛1-2 电路变量电路变量http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛1 1定义定义单位时间内通过导体横截面单位时间内通过导体横截面的电量，习惯上将正电荷运动方向规定为的电量，习惯上将正电荷运动方向规定为电流方向。其定义式为：电流方向。其定义式为：2符号符号 i (或或 I)3单位单位 安培安培 A4分类分类 交流电流与直流电流交流电流与直流电流一、电流一、电流http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛1 1定义定义a、b两点间电压表征单位正两点间电压表征单位正电荷由电荷由a点转移到点转移到b点时所获得或失去的能点时所获得或失去的能量。其定义式为：量。其定义式为：2符号符号 u (或或 U)3单位单位 伏特伏特 V4分类分类 交流电压与直流电压交流电压与直流电压二、电压二、电压http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛1 1定义定义单位时间内能量的变化。把单位时间内能量的变化。把能量传输（流动）的方向称为功率的方向，能量传输（流动）的方向称为功率的方向，定义式为：定义式为：2 2符号符号 p（P）3 3单位单位 瓦瓦W4 4说明说明:当选取电压电流参考方向关联，当选取电压电流参考方向关联，u功率功率 p(t)0，为吸收功率，吸收能量为吸收功率，吸收能量u功率功率 p(t)0，为发出功率，发出能量为发出功率，发出能量三、功率三、功率http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛1 1在电压电流取定关联参考方向时，在电压电流取定关联参考方向时，在任意时刻电路部分所吸收的能量为在任意时刻电路部分所吸收的能量为2 2符号符号 w（W）3 3单位单位焦焦J四、电能四、电能http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛1-3 电路元件电路元件http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛1 1定义定义 任何一个二端元件，如果在任意任何一个二端元件，如果在任意时刻的电压和电流之间存在函数关时刻的电压和电流之间存在函数关系，即不论电压和电流的波形如何，系，即不论电压和电流的波形如何，它们之间的关系总可以由它们之间的关系总可以由u-i平面平面上的一条过原点的曲线所决定，则上的一条过原点的曲线所决定，则此二端元件称为电阻元件。此二端元件称为电阻元件。一、电阻元件一、电阻元件http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛2 2符号：符号：R (或或 r)3 3单位：欧姆单位：欧姆4 4 元件符号与图形：元件符号与图形：5 分类：分类：线性、非线性，时不线性、非线性，时不变、时变变、时变http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛6伏安特性曲线伏安特性曲线线性非时变电阻线性非时变电阻线性时变电阻线性时变电阻非线性非时变电阻非线性非时变电阻非线性时变电阻非线性时变电阻http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛7功率分析功率分析因为因为 ，所以，所以这说明电阻元件始终吸收功率，为这说明电阻元件始终吸收功率，为耗能元件耗能元件。http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛电阻器，电阻（值）与电阻性电阻器，电阻（值）与电阻性表示实际的表示实际的物理器件物理器件Resistor表示电路表示电路理想模型理想模型 Resistance表示模型电表示模型电路的性质路的性质Resistivehttp:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛热敏电阻器热敏电阻器 带开关电位器带开关电位器 微调电位器微调电位器 直滑式电位器直滑式电位器片状电阻片状电阻 金属膜电阻器金属膜电阻器 碳膜电阻器碳膜电阻器 线绕电阻器线绕电阻器 电阻器的种类有碳膜电阻、金属膜电阻、金电阻器的种类有碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化膜电阻、线绕电阻、金同玻璃釉电阻、属氧化膜电阻、线绕电阻、金同玻璃釉电阻、实芯电阻、合成碳膜电阻、电阻排、熔断电阻实芯电阻、合成碳膜电阻、电阻排、熔断电阻http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛二、电容元件二、电容元件1 1定义定义 任何一个二端元件，如果在任任何一个二端元件，如果在任意时刻的电量和电压之间的关系总意时刻的电量和电压之间的关系总可以由可以由q-u平面上的一条过原点的平面上的一条过原点的曲线所决定，则此二端元件称为电曲线所决定，则此二端元件称为电容元件。容元件。http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛2符号：符号：C (或或 c)3单位：法拉单位：法拉F4 元件符号与图形：元件符号与图形：5 分类：线性、非线性，时不分类：线性、非线性，时不变、时变变、时变http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛6线性非时变电容元件的伏库特性曲线线性非时变电容元件的伏库特性曲线电容电容C表征元件表征元件储存电荷的能力的储存电荷的能力的 参数，不随电路情况参数，不随电路情况变化。极板电容的大变化。极板电容的大小取决于介电常数、小取决于介电常数、极板相对的面积及极极板相对的面积及极板间距。板间距。http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛7电容元件的伏安关系电容元件的伏安关系 因为因为 ，而，而 ，所以电容元件的伏安关系为所以电容元件的伏安关系为http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛8电容元件的功率及能量电容元件的功率及能量功率：功率：电容元件吸收的电能为电容元件吸收的电能为u当当 时，时，电容吸收能量，电容吸收能量，充电，充电u当当 时，时，电容放出能量，电容放出能量，放电，放电http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛 9关于电容元件的说明关于电容元件的说明u电容为储能元件，并不消耗电能电容为储能元件，并不消耗电能u电容为电压记忆元件，电压与初值有关电容为电压记忆元件，电压与初值有关u电容为动态元件，电压电流为积分关系电容为动态元件，电压电流为积分关系u电容为电压惯性元件，即电流为有限值电容为电压惯性元件，即电流为有限值时，电压不能跃变时，电压不能跃变u电容元件隔直通交，通高阻低电容元件隔直通交，通高阻低http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛电容器，电容（值）与电容性电容器，电容（值）与电容性表示实际的表示实际的物理器件物理器件Capacitor表示电路理表示电路理想模型想模型 Capacitance表示模型电路表示模型电路的性质的性质Capacitivehttp:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛瓷介电容器瓷介电容器云母电容器云母电容器玻璃电容器玻璃电容器纸介电容器纸介电容器电解电容器电解电容器可变电容器可变电容器电解电容器电解电容器 瓷介电容器瓷介电容器 玻璃铀电容器玻璃铀电容器微调电容器微调电容器 双联可调电容器双联可调电容器 涤纶电容器涤纶电容器http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛三、电感元件三、电感元件1 1定义定义 如果二端元件在任意时刻的如果二端元件在任意时刻的电压和电流之间的关系总可以由电压和电流之间的关系总可以由自感磁通链自感磁通链-电流（电流（-i）平面上平面上的一条过原点的曲线所决定，则的一条过原点的曲线所决定，则此二端元件称为电感元件。此二端元件称为电感元件。http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛2符号：符号：L (或或l )3单位：亨利单位：亨利H4 元件符号与图形：元件符号与图形：5 分类：线性、非线性，时不分类：线性、非线性，时不变、时变变、时变http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛6线性非线性非时变电感元件的韦安特性曲线时变电感元件的韦安特性曲线电感电感L表征元件线表征元件线圈储存电磁能能力的参圈储存电磁能能力的参数，是不随电路情况变数，是不随电路情况变化化 的量。密绕长线圈的量。密绕长线圈L的大小取决于磁导率、的大小取决于磁导率、线圈匝数、线圈截面积线圈匝数、线圈截面积及长度。及长度。http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛7 7电感元件的伏安关系电感元件的伏安关系 因为因为 ，而，而 ，所以电感元件的伏安关系为所以电感元件的伏安关系为http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛8电容元件的功率及能量电容元件的功率及能量功率：功率：电容元件吸收的电能为电容元件吸收的电能为u当当 时，时，电感吸收能量，电感吸收能量，充电，充电u当当 时，时，电感放出能量，电感放出能量，放电，放电http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛 9关于电感元件的说明关于电感元件的说明u电感为储能元件，并不消耗电能电感为储能元件，并不消耗电能u电感为电流记忆元件，电流与初值有关电感为电流记忆元件，电流与初值有关u电感为动态元件，电压电流为微分关系电感为动态元件，电压电流为微分关系u电电感感为为电电流流惯惯性性元元件件，即即电电压压为为有有限限值值时，电流不能跃变时，电流不能跃变u电感元件隔交通直，通低阻高电感元件隔交通直，通低阻高http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛电感器，电感（值）与电感性电感器，电感（值）与电感性表示实际的表示实际的物理器件物理器件Inductor表示电路表示电路理想模型理想模型(或者大小或者大小)Inductance 表示模型电路表示模型电路的性质的性质Inductivehttp:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛高频线圈电感器高频线圈电感器 片式叠层电感器片式叠层电感器 印制电感器印制电感器 可调瓷芯电感器可调瓷芯电感器 固定电感器固定电感器 空心电感器空心电感器http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛四、独立电压源四、独立电压源1 1定义定义 端电压为定值或为一定的时间端电压为定值或为一定的时间函数，与流过的电流无关，即流过函数，与流过的电流无关，即流过的电流是任意的。的电流是任意的。2元件符号与图形元件符号与图形 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛3伏安特性曲线伏安特性曲线4说明说明u 电压源为一种理想模型。电压源为一种理想模型。u 与电压源并联的元件，其端与电压源并联的元件，其端电压为电压源的值。电压为电压源的值。http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛五、独立电流源五、独立电流源1 1定义定义 端电流为定值或为一定的时间函端电流为定值或为一定的时间函数，与两端的电压无关，即两端的电数，与两端的电压无关，即两端的电压是任意的。压是任意的。2元件符号与图形元件符号与图形 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛3伏安特性曲线伏安特性曲线4说明说明u 电流源为一种理想模型。电流源为一种理想模型。u 与电流源串联的元件，流过与电流源串联的元件，流过其的电流为电流源的值。其的电流为电流源的值。http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛六、受控源六、受控源1 1定义定义 受控电压源（电流源）的电压（电受控电压源（电流源）的电压（电流）受同一电路的其他支路的电压或电流）受同一电路的其他支路的电压或电流控制。流控制。VCVS：i1=0 u2=u1 为转移电压比为转移电压比 CCVS：u1=0 u12=ri1 为转移电阻为转移电阻 VCCS：i1=0 i2=gu1 为转移电导为转移电导 CCCS：u1=0 i2=i1 为转移电流比为转移电流比http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛2元件符号与图形元件符号与图形 3说明说明u受控源是从晶体管、电子管电路中总结受控源是从晶体管、电子管电路中总结出来的一种双口元件模型出来的一种双口元件模型u受控源其他特性与电压（流）源相同受控源其他特性与电压（流）源相同http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛1-4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛一、拓扑术语一、拓扑术语1支路支路(branch)：电路中的每一个二电路中的每一个二端元件为一条支路端元件为一条支路2节点节点(node)：电路中各支路连接点电路中各支路连接点3回路回路(loop)：电路中任一闭合路径电路中任一闭合路径4网孔网孔(mesh)：内部不含其他支路的内部不含其他支路的回路回路http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛u 共七条支路共七条支路拓拓扑学中为八条支路，扑学中为八条支路，即即4和和8为不同支路为不同支路u共四个节点共四个节点拓拓扑学中为五个节点，扑学中为五个节点，即即4和和8 之间的联接点之间的联接点算作节点算作节点u共四个网孔共四个网孔u共十个回路共十个回路http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛二、二、KCL基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律1定律内容定律内容 对于任一集总电路中的任一节点，对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流进（或流出）该节点的在任一时刻，流进（或流出）该节点的所有支路电流的代数和为零。如果所有支路电流的代数和为零。如果 表示流入（或流出）节点表示流入（或流出）节点K 的电流，有的电流，有下面的式子成立下面的式子成立 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛另一种描述：另一种描述：对于任一集总电路中的任一节点，对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流进该节点的所有支路电在任一时刻，流进该节点的所有支路电流的和等于流出该节点的所有支路电流流的和等于流出该节点的所有支路电流的和。即：的和。即：http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛2关于定律的说明关于定律的说明u 适用于集总电路，表征电路中各个支适用于集总电路，表征电路中各个支路电流的约束关系，与元件特性无关路电流的约束关系，与元件特性无关uKCL定律可推广到任意闭合面（广义定律可推广到任意闭合面（广义节点、高斯面）节点、高斯面）u使用时，直接用参考方向列写方程使用时，直接用参考方向列写方程http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛二、二、KVL基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律1定律内容定律内容 对于任一集总电路中的任一回路，对于任一集总电路中的任一回路，在任一时刻沿着该回路的所有支路电压在任一时刻沿着该回路的所有支路电压降的代数和为零。如果降的代数和为零。如果 表示回路表示回路中第中第k条支路电压，条支路电压，K为回路中的支路为回路中的支路数，有下面的式子成立数，有下面的式子成立 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛另一种描述：另一种描述：对于任一集总电路中的任一回路节点，对于任一集总电路中的任一回路节点，在任一时刻沿着该回路的所有支路的电在任一时刻沿着该回路的所有支路的电压降的和等于沿着该回路的所有支路的压降的和等于沿着该回路的所有支路的电压升的和相等。即：电压升的和相等。即：http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛2关于定律的说明关于定律的说明u 适用于集总电路，表征电路中各个支适用于集总电路，表征电路中各个支路电压的约束关系，与元件特性无关路电压的约束关系，与元件特性无关u由由KVL定律可知，任何两点间的电压定律可知，任何两点间的电压与路径无关与路径无关u使用使用KVL定律时，直接用参考方向根定律时，直接用参考方向根据选定的绕行方向列写方程据选定的绕行方向列写方程http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛三、基尔霍夫电路方程的独立性三、基尔霍夫电路方程的独立性 对于具有对于具有n个节点、个节点、b条支路、条支路、m个网孔的平面电路，独立的个网孔的平面电路，独立的KCL 方程为方程为 个，独立的个，独立的KVL方程方程为为m个，其中个，其中 http:/ 电子发烧友 http:/ 电子技术论坛