电子技术基础（1）.ppt

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1、电子技术基础(1),主讲：李锋 2018年9月3日,1,课程内容,电路分析基础（40学时） 教材： 电路分析基础，李瀚荪 考试 分数：考试占70%，作业占30%。 作业： 在每章结束后下一堂课时交，具体安排请各班学习委员同辅导老师商量。 辅导教师：王鑫鑫 陈宝林 实验室：近代物理系405室 核科学技术学院816室 讲义：,2,电路分析基础,3,第一章,集总参数电路中电压、电流的约束关系,4,1-1集总电路,由电阻、电容、电感等集总参数元件组成的电路称为集总电路。 只含电阻元件和电源元件的电路称为电阻电路，是集总电路的一类。 电路按作用可分为： 电源类 传输和处理类 测量类 存储类 所有电路均建

2、立在电路分析基础上,5,电路及集总电路模型,各种实际电路都是由电阻器、电容器、电感器、电源等部件(component)和晶体管等器件(device)相互连接组成的。 现代微电子技术将若干器件制作在一起，电气上互连，成为一个整体，称为集成电路。 各种部件、器件可以用图形符号表示，采用这些符号可绘出表明各部分器件相互连接关系的电气图。,6,部分电气图用图形符号,7,电路和元件模型,8,在一定条件下，忽略元件的次要性质，用一个足以表征其主要性能的模型(model)来表示。,集总概念,集总参数：器件的尺寸远远小于信号的波长。 安徽人民广播电台的频率为936KHz，其波长为320米。电网频率为50Hz，

3、其波长为6000公里。 分布参数：当信号频率很高时，器件或仪器中的每一点的电阻、电容和电感参数都不可忽略。如信号频率为1GHz时，波长为0.3米。,9,1-2 电流、电压及功率,电路的电性能通常可以用一组表为时间函数的变量来描述，最常用到的是电流、电压和功率。 在国际单位制中，电量的单位是库仑(其符号为C)，6.24x1018个电子所具有的电量等于lC。用符号q或Q表示电量。 带电粒子有秩序的移动形成电流。每单位时间内通过导体横截面的电量定义为电流强度(电流 i )，用以衡量电流的大小。,10,电流定义,正电荷运动的方向规定为电流的方向。 如果电流的大小和方向不随时间变化，则这种电流称为恒定电

4、流，简称直流，简写作dc或DC，可用符号I表示) 如果电流的大小和方向随时间变化，则称为交变电流，简称交流，简写作ac或AC。 在国际单位制中、电流的单位是安培，中文代号为安，其符号为A。,11,电流的参考方向,正电荷运动的方向规定为电流的方向，但在分析实际问题时，电流的真实方向往往难以在电路图中标出。 引入参考方向这一概念，参考方向可以任意选定，在电路图中用箭头表示。规定：如果电流的真实方向与参考方向一致，电流为正值；如果两者相反，电流为负值。 利用电流的正负值结合着参考方向，就可表明电流的真实方向。 例如，-1A表示正电荷以每秒lC的速率逆着参考方向箭头移动。,12,电流的参考方向,电路图

5、中所标的电流方向箭头不一定就表示电流的真实方向。 电流的参考方向又称为电流的正方向。 在集总电路中，传播是瞬间完成的，流过元件的电流可以是时间t的函数，不是空间位置的函数，在任一时刻从任一元件一端流入的电流一定等于从它另一端流出的电流。 流经元件的电流可以用电流表测读。,13,电压定义,在分析电路时引用“电压”这一物理量，或称为“电位差”，用符号u表示。 电路中a、b两点间的电压表明了单位正电荷由a点转移到b点时所获得或失去的能量，即 dq为由a点转移到b点的电量，单位为库仑(C)；dw为转移过程中，电荷dq所获得或失去的能量，单位为焦耳(J)，电压的单位为伏特(V)。,14,电压极性,如果正

6、电荷由a转移到b获得能量，则a点为低电位，即负极，b点为高电位，即正极。 如果正电荷由a转移到b失去能量，则a点为高电位，即正极，b点为低电位，即负极。 正电荷在电路中转移时电能的得或失，表现为电位的升高或降落，即电压升或电压降。 如果电压的大小和极性都不随时间而变动，就称做恒定电压或直流电压，可用符号U表示。如果电压的大小和极性都随时间变化，称为交变电压或交流电压。,15,电压参考极性,电压的参考极性则在元件或电路的两端用“+”、“-”符号来表示。“+”号表示高电位端，“-”号表示低电位端。 当电压为正值时，该电压的真实极性与参考极性相同，也就是a点电位高于b点电位。 当电压为负值时，该电压

7、的真实极性与所标的极性相反，也就是b点电位高于a点电位。 电压的参考极性也称为电压的参考方向或正方向。,16,关联参考方向,在分析电路时，既要为通过元件的电流假设参考方向,也要为元件两端的电压假设参考极性。 关联参考方向：电流参考方向与电压参考“+”极到“-”极的方向一致，即电流与电压降参考方向一致。 如图 (a)所示，就只需标出电流的参考方向和电压的参考极性中的任何一种，如图(b)、(c)所示。,17,注意,在分析电路时应注意： (1)电路中标出的电流方向和电压极性均为参考方向和参考极性。 (2)如果电路中给定了参考方向，就按给定的参考方向分析。如果没有给定参考方向，首先选定参考方向，并在图

8、上标出。没有参考方向的电流、电压没有任何意义。 (3)按参考方向求出的值为正，说明真实方向和参考方向相同，为负说明真实方向和参考方向相反。相反时也不要更改成真实方向。,18,能量交换,电荷在电路的某些部分(例如电源处)获得能量而在另外一些部分(如电阻元件处)失去能量。 电荷在电源处获得的能量是由电源的化学能、机械能或其他形式的能量转换而来的。 电荷在电路某些部分所失去的能量，或转换为热能，或转换为化学能，或储存在磁场中等。 在电路中存在着能量的流动，电源可以提供能量，有能量流出；电阻等元件吸收能量，有能量流入。,19,功率,电路吸收或提供能量的速率即为功率，用符号p表示。 方框表示一个电路，它

9、可能只是一个电阻元件或是一个电源，也可能是若干元件的组合。 采用关联的电压、电流参考方向如图中所示。 设在dt时间内由a点转移到b点的正电量为dq，且由a到b为电压降，其值为u，可知在转移过程中dq失去的能量：,20,功率的计算,电荷失去能量意味着这段电路吸收能量，亦即能量由电路的其他部分传送到这一部分。 吸收能量的速率，即功率表示为:,21,功率的方向,能量传输方向定义为功率的方向。 先为功率假设参考方向，当功率的实际方向与参考方向一致时，功率为正，否则，功率为负。 功率的参考方向用箭头表示，可任意假定进入或离开电路。 如果电流、电压的参考方向是关联的，且功率的参考方向为进入该电路，在计算电

10、路的功率时，若算得的功率为正，表示与功率的实际方向一致，该电路吸收能量，p值为吸收能量的速率。,22,功率的方向,若u、i、p三者的参考方向中若改变其中任何一个，与右图中所示者相反，则改用:,23,计算功率时，结果为正，仍表示吸收功率；结果为负，仍表示提供功率。,例,(1)在图(a)及(b)中，若电流均为2A，且均由a流向b，已知u1=1V，u2-1V。求该两元件吸收或提供的功率； (2)在图(b)中，若元件提供的功率为4W，求电流。,24,解答,(1) 因电流i的参考方向由a指向b，图(a)的电压、电流为关联参考方向，故： 即吸收功率2W。 对图(b)的电压、电流为非关联参考方向，故 即吸收

11、功率为2W。 (2) 因为电流i的参考方向由a指向b，非关联，因系提供功率4W，故p为-4W。由此可得,25,例,各元件情况如图所示： (1)若元件A吸收功率10W，求Ua； (2)试求元件B的吸收的功率； (3)若元件C产生的功率为10W，求Ic； (4)试求元件D产生的功率。,26,解答,(1)元件A吸收的功率为10W，即 P=10W，元件A上的电压、电流为关联参考方向，则 P=Ua1 Ua=10V (2)元件B上电压、电流为非关联参考方向，所以功率等于负的电压、电流相乘。 P=-1010-3210-3=-20uW 元件B吸收-20uW的功率，即产生20uW的功率。 (3)元件产生的功率为

12、10W，即 P=-10W，元件C上电流、电压为关联参考方向。 P=10Ic 10Ic=-10 Ic=-1A (4)元件D上电压、电流为非关联参考方向 P=-2210-3=-4mW 元件D产生4mW功率。,27,国际单位,电压的单位为伏特，简称伏(V) 电流的单位为安培，简称安(A) 功率的单位为瓦特，简称瓦(W) 能量的单位为焦尔，简称焦(J) 在如图的参考方向下，在t0到t的时刻内电路吸收的能量为：,28,1-3 基尔霍夫定律,名词定义 集总电路由各种元件通过理想导体连接而成，若将每一个二端元件视为一条支路，则流经元件的电流和元件的端电压分别称为支路电流和支路电压，集总电路的基本规律将用支路

13、电流和支路电压来表达。 支路的连接点称为节点(结点)(node)。节点是两条或两条以上支路的连接点。 电路中的任一闭合路径称为回路(loop) 在回路内部不另含有支路的回路称为网孔(mesh) 一般把含元件较多的电路称为电网络(network)，简称网络。,29,定义说明,30,支路、节点、回路、网孔、电网络,基尔霍夫定律,电荷守恒和能量守恒是自然界的基本法则，把它们运用到集总电路就得到基尔霍夫的两个定律。 基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs current 1aw)，该定律简写为KCL。 基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs voltage 1aw)，该定律简写为KVL。,31,基尔霍

14、夫电流定律,对于任一集总电路中的任一节点，在任一时刻，流出(或流进)该节点的所有支路电流的代数和为零。 其数学表示式为：,32,线性相关,一组电流当且仅当满足一个KCL方程时，它们才是线性相关的。,33,对节点1，若已知i1 、 i2 的数值，i3的数值立即随之而定，不能自由选取任何其他的数值。 这三个电流存在一个约束关系，这是一个线性关系，称这三个电流线性相关。,例,如图所示, 某复杂电路中的一个节点处，已知i15A，i22A，i3-3A，试求流过元件A的电流i4。,34,解 ：在列写KCL方程时，应先标出所有电流的参考方向。图中电流的参考方向已给定。,基尔霍夫电压定律,对于任一集总电路中的

15、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。其数学表达式为 式中uk(t)为该回路中的第k条支路电压，K为该回路中的支路数。,35,KVL简要说明,若在某段时间内元件i所得到的能量为wi，由能量守恒法则可知：,36,i1和i3线性无关，系数必为0,线性相关,KVL对各支路的元件并无要求，这就是说，不论电路中的元件如何，只要是集总电路，KVL总是成立的。 一组电压当且仅当满足一个KVL方程时，它们才是线性相关的。 KCL是电荷守恒法则运用于集总电路的结果；KVL是能量守恒法则和电荷守恒法则运用于集总电路的结果。KCL反映电路中各支路电流间的约束关系；KVL反映电路中各支路电压间

16、的约束关系。,37,例,已知各元件的电压：u1u62V，u2u33V，u4-7V，求u5。 解： 根据KVL，这6个支路电压线性相关，为此，应先列出KVL方程：,38,式中：凡参考极性所表示的电压降方向与绕行方向一致者取正号，否则为负。,双下标记法,采用双下标记法，如uab、 uad等，双下标字母即表示计算电压时所涉及的两点，其前后次序则表示计算电压降时所遵循的方向。 双下标ab表示由a点到b点计算电压降，亦即a点为电压参考“+”极处，b点为电压参考“-”极处。 采用双下标记法，就可不必在a、b点分别标以“+”号及“-”号，避免符号间混淆不清。,39, l-4 特勒根定理,设集总电路具有b个元

17、件，n个节点，并设u1、u2、 ub为满足KVL的各个电压，i1、i2、 ib为满足KCL的各个电流，各元件的电压、电流为关联参考方向，则 亦即，电路各元件吸收功率的代数和为零功率守恒。,40, l-5 电阻元件,电路是由元件连接组成的，而各种元件都有精确的定义，由此可确定每一元件电压与电流之间关系，电压-电流关系简写为VAR。 元件的VAR连同基尔霍夫定律构成了集总电路分析的基础。 电阻元件(Resistor)是从实际电阻器抽象出来的模型。只反映电阻器对电流呈现阻力的性能。,41,欧姆定律(Ohms law),欧姆定律定义 式中u为电阻元件两端的电压，单位为伏(V)，i为流过电阻元件的电流，

18、单位为安(A)，R为电阻，单位为欧()。 R为常数，故u与i成正比。所以，由欧姆定律定义的电阻元件，称为线性(Linear)电阻元件。 u、i可以是时间的函数，也可以是常量(直流)。,42,伏安特性曲线,如果把电阻元件的电压取为纵坐标(或横坐标)，电流取为横坐标(或纵坐标)，可绘出i-u平面(或u-i平面)上的曲线，称为电阻元件的伏安特性曲线。 线性电阻元件的伏安特性曲线是一条经过坐标原点的直线，电阻值可由直线的斜率来确定。,43,电导,电导(Conductance)来表征，电导用符号G表示，其定义为： 在国际单位制中电导的单位是西门子，简称西(符号为S)，用电导表征线性电阻元件时，欧姆定律为

19、：,44,电阻的无记忆特性,根据欧姆定律，任一时刻，线性电阻的电压(或电流)是由同一时刻的电流(或电压)决定的。这就是说，线性电阻的电压(或电流)不能“记忆”电流(或电压)在“历史”上起过的作用。 这种无记忆的性质不只为线性电阻所具有。任何一个二端元件只要它的u(t)与i(t)之间存在着代数关系，不论这一关系是线性的还是非线性的，都具有这种性质。,45,电阻的一般定义,电阻元件定义如下： 任何一个二端元件，如果在任一时刻的电压u(t)和电 流i(t)之间存在代数关系： 亦即这一关系可以由u-i平面(或i-u平面)上一条曲线所决定，不论电压或电流的波形如何，则此二端元件称为电阻元件。 对线性电阻

20、来说：,46,电阻分类,电阻可以是线性的或非线性的、时不变的或时变的。 特性曲线不随时间而变化的，称为时不变的(或称为定常的)，否则称为时变的。,47,线性时变电阻,非线性时不变电阻,非线性时变电阻,二极管的伏安特性曲线,任何一个二端器件或装置，只要从端钮上看，能满足电阻元件的定义都可看成是电阻元件，不论其内部结构和物理过程如何。 半导体二极管的伏安特性曲线如图所示来表征，因而它是一个非线性电阻。电阻值随着电压或电流的大小甚至方向而改变，不是常数。 对坐标原点来说不对称。,48,电阻元件的功率,在电压和电流的关联参考方向下： 式中i(t)是流过电阻上的电流，u(t)是电阻R两端的电压，若R0，

21、则p (t) 0，上式算得的结果即为该电阻消耗的功率。因此，若R 0，电阻元件是一种耗能元件。,49,负电阻元件,根据电阻元件的一般定义，在u-i平面(i-u平面)上用一条斜率为负的特性曲线来表征的元件也属电阻元件。 这种元件称为负电阻元件或负电阻。 由于R0，由前式算得的功率为负值，说明该元件是提供功率的，对外电路提供能量。,50,线性电阻的特殊情况,开路：R= i=0 短路：R=0 u=0,51,补充：实际电阻元件,电阻元件是一种表示消耗电能（转换为热能或其它形式能量）的理想电路元件 对于一块截面积为S、长度为L、电阻率为均匀金属导体，其电阻为R= L/S。 电阻的应用 电阻器、灯泡、电炉

22、在一定条件下可以用电阻元件作为模型，电压电流和功率都有一定的额定值。一旦某个电阻出现开路或短路故障，有关电路必然会因电流突变为零或突出现短路而失去原来的工作状态，甚至会造成整个电路瘫痪。在仪器、设备、家用电器故障中，因电阻损坏所造成的故障据统计至少在60%以上。,52,贴片电阻,外观： 尺寸：一般用长和宽的组合代码来命名,53,贴片电阻,贴片电阻的标示：贴片电阻在电阻体表面印字来表示其标称电阻值。一般5%精度的为3位数，1%精度的为4位数。 数字组合中的前面几位数字是基数，最后一位数字表示10的指数倍率。比如： 331：33101=330（5%） 3300：330100=330（1%） 102

23、：10102=1k （5%） 1001：100101=1k （1%） 对于小于10的电阻，印字上一般用R代表小数点，比如： 4R7：4.7 30R9：30.9 R015：0.015,54,直插电阻,55,电阻是没有方向的，为了判断某个外边的色环是最后一个还是第一个，一般是将最后一个色环与其旁边的色环的距离拉大。也就是说，色环电阻中与其旁边的色环间距离偏大的那个色环就是表示精度的色环。,56, l-6 电压源,在含电阻的电路中有电流流动时, 就会不断地消耗能量，这就要求电路中必须要有能量来源电源不断提供能量。 理想电源自身没有能量损耗，是从实际电源抽象出来的一种模型。 在理想的情况下，每库仑的正

24、电荷由电源的负极转移到正极时，就能获得这一定值能量的全部，也就是说，电池的端电压Us是定值，其值等于电源的电动势。,57,电压源,电压源有两个基本性质： (1)它的端电压是定值Us，或是时间函数us(t)，与流过的电流无关。当电流为零时，其两端仍有电压Us或us(t) 。 (2)电压源的电压是由它本身确定的，流过它的电流则是任意的。,58,电压源伏安特性曲线,在u-i平面上，电压源在时刻tl的伏安特性曲线是一条平行于i轴，且纵坐标为us(t1)的直线。 电压源特性曲线表明了电压源端电压与电流大小无关。,59,例,单回路电路如图所示，已知 usl=12V、us2=6V、Rl0.2，R20.1 ，

25、R3=1.4 ， R4=2.3 。求电流i及电压uab。,60,解 根据基尔霍夫定律和元件的电压电流关系。设电流参考方向如图中所示，相应地标出各电阻上电压的参考极性。,解答,由欧姆定律得电阻元件的电压电流关系：,61,根据图中所标极性，循着右边路径计算可得:,例,求图中直流电阻电路中的U2、I2、R2、R1及Us。,62,解 I2为流过2 电阻的电流，由欧姆定律可得：,R1、R2和2 电阻共同组成一个回路，由KVL可得,由KCL可得,由欧姆定律可得,练习题,求下列各段电路的Uab,63,(10V;1OV;10V;-10V), l-7电流源,电流源有两个基本性质： (1)它发出的电流是定值Is，

26、或是时间函数is(t),与两端的电压无关。当电压为零时，它的电流仍为Is或is(t)。 (2)电流源的电流是由它本身确定的，它两端的电压由与之相连接的外电路来决定。 电流源两端电压可以有不同的极性。因而电流源既可以对外电路提供能量，也可以从外电路接受能量，视电压的极性而定。,64,电流源的伏安特性曲线,在u-i平面上，电流源在时刻t1的伏安特性曲线是一条平行于u轴且纵坐标为is(t1)的直线，特性曲线表明了电流源电流与端电压大小无关。,65,例,计算如图所示电路中3电阻的电压以及电流源的端电压及功率。,66,解 与电流源串联的元件，其电流即为电流源的电流。故知，流过3 电阻的电流为1A，其电压

27、为： VR=IR=3V 极性如图所示。 电流源电压： VI=VU+VR=2+3=5V,电流源功率(非关联参考方向) P=-VI I=-5 1=-5W,思考题,试回答图中所示各电路中的u及i为多少。,67,练习题,求图中所示电路中的u。,68,解： 因无法确定10A电流源的电压，所以不能直接将电流源的电压和电压源相加。 可以通过左边的支路进行计算，即先算电阻的电压，再加5V。, l-8 受控源,受控源(controlled source)是一种双口元件，它含有两条支路，其一为控制支路，这条支路或为开路或为短路；另一为受控支路。 受控支路或用一个受控“电压源”表明该支路的电压受控制的性质，或用一个

28、受控“电流源”表明该支路的电流受控制的性质。 受控源不是严格意义上的电源。 受控源用菱形符号表示，以与独立电源区别开来。,69,4种类型受控源,70,(电)压控(制)电压源(VCVS)，流控电压源(CCVS)，压控电流源(VCCS)和流控电流源(CCCS)。 r、u、g分别表示有关的控制系数，其中 、 u是无量纲为一的量， r 、 g分别具有电阻和电导的量纲。当这些系数为常数时，这些受控源称为线性受控源。,受控电压源,受控电流源,电压控制的电压源 VCVS,电流控制的电压源 CCVS,电压控制的电流源 VCCS,电流控制的电流源 CCCS,受控源是电路的元器件抽象,直流发电机电枢中的感应电动势

29、是由励磁线圈中的励磁电流产生的，可以用CCVS作为其电路模型；半导体三极管的集电极电流受基极电流控制，可以用CCCS作为其电路模型；运算放大器的输出电压受输入电压控制，可以用VCVS作为其电路模型；场效应管的漏极电流受栅极电压的控制，可以用VCCS作为其电路模型。 注意：当受控源的控制量为零时，受控源的输出电压或电流也为零。电路中只有加上独立电源，受控源才能正常工作。,71,受控源数学表示,受控源是一种双口电阻元件，由两个代数方程定义：,72,各式中称为转移电压比、r称为转移电阻、 g 称为转移电导、称为转移电流比。,受控源转移特性和输出特性,若线性受控源的参数不随时间而变，则该受控源就是一种

30、线性、时不变、双口电阻元件。 VCVS为例，下图反映的u2与ul的约束关系，它是一条通过原点、斜率为的直线。由于控制电压u1和受控电压u2不在同一端口，这是一种转移的约束关系，称为转移特性。 输出特性u2-i2，它们是一族对应于不同控制电压u1且平行于i2轴的直线。,73,受控源功率,采用关联参考方向受控源吸收的功率为： 由于控制支路不是开路(i1=0)，便是短路(ul=0)，所以，对所有四种受控源，其功率为：,74,例,VCVS连接于信号电压源us与负载电阻RL之间，Rs为信号电压源的内阻。试求负载电压uo与信号电压us的关系，并求受控源的功率。,75,解 由KVL可得： 由于i=0, 可得

31、,受控支路电压和电流为关联参考方向，其功率为：,例,含CCCS电路如图所示，试求电压uo和流经受控源的电流。,76,解答,含受控源电路仍需满足两类约束。在列写KVL、KCL方程时，要把受控源暂时看作独立源。本题把受控源看作是电流为4i的电流源，可得： 列出方程后，必须找出控制量(本题为i)与求解量(本题为u)的关系，代入写出的方程才能求得答案。 解得：,77,练习题,求各元件的功率。,78,解：因电流源串联在电路中，所以R上的电压为： u=34=12V pR=i u=3 12=36W pi=i (2u-u)=36W 由于受控源为非关联方向： pu=-i 2 u=-72W, l-9分压公式和分流

32、公式,串联电路的分压公式 若有n个电阻串联，第k个电阻的电压为: 并联电路的分流公式 若有n个电阻并联，第k个电阻的电流为:,79,串联电路的分压公式,电路中，两个串联电阻的总电压为u，流过同一电流i，显然，每个电阻的电压只是总电压的一部分。 由KVL及欧姆定律得:,80,若有n个电阻串联，则第k个电阻的电压为:,分压电路的习惯表示形式,机壳称为“地”(Gound) ，又称为电路的参考节点，参考点是节点电压的“-”端。 各节点至参考节点间的电压降定义为该点的节点电压。a点的节点电压即为a点至参考点c的电压降uac，可记为una，也可记为ua 参考节点c的电压uc=ucc=0，故参考节点又称为“

33、零点”或“零电位点”。,81,例,空载直流分压电路如图所示，R1=R2=R3=100，求U1及U2。,82,解 注意U1、U2均指节点1、2分别至参考点的电压，U1并非是R2两端的电压，而是R2+R3两端的电压：,例,电路为双电源直流分压电路，试说明UA可在+15V至-15V间的连续变化。电位器电阻为R，表示ac间的电阻在电位器总电阻R中所占比例的数值，01。,83,解答,解:设电流I的参考方向如图中所示，由KVL及欧姆定律可得 实际上利用分压公式可以直接得到,84,并联电路分流公式,两个并联电阻的总电流为i，两端的电压同为u。 每个电阻的电流只是总电流的一部分，并联电阻电路具备对总电流的分流

34、作用。 用电导表示电阻元件，由KCL及欧姆定律得,85,并联电路中的任一电导的电流等于总电流乘以该电导对总电导的比值。,并联电路的分流公式,若有n个电阻并联，第k个电阻的电流为:,86,电阻串联和并联公式,电阻串联求和公式 若有n个电阻Ri串联，总电阻的R为: 电阻并联求和公式 若有n个电阻Ri并联，总电阻的R为:,87,练习题,求图所示各电路中的ux。,88,R1,a,b,练习题,求图(a)中的i1和i2；图(b)中的i1、i2和i3；图(c)中的ix和ux。,89,如法炮制,先算ix，再算ux, l-10 两类约束 KCL、KVL方程的独立性,KCL、KVL和元件的VAR是对电路中各电压变

35、量、电流变量施加的全部约束。 两类约束 来自元件的相互连接方式：与一个节点相连接的各支路，其电流必须受到KCL的约束；与一个回路相联系的各支路，其电压必须受到KVL的约束。这种只取决于互连形式的约束，称为拓扑约束。 来自元件的性质：每种元件的电压、电流形成一个约束，这种只取决于元件性质的约束，称为元件约束。,90,两类约束,根据这两类约束关系，可以列出联系电路中所有电压变量、电流变量的足够的独立方程组。 具体说，对一个具有b条支路的电路，可以列出联系b个支路电流变量和b个支路电压变量所需的2b个独立方程式。 电路分析的典型问题是：给定电路的结构、元件的特性以及各独立电源的电压或电流，求出电路中

36、所有的支路电压和支路电流，或某些指定的支路电压、支路电流。 两类约束是解决集总电路问题的基本依据。,91,4个节点、5个支路的独立方程,依次对节点l、2、3、4运用KCL可得,92,这4个方程式中只有3个是独立的. 运用KVL可得,由5条支路所得的VAR为,推论,在一般情况下，如果电路有b条支路，则有2b个电压、电流变量，需用2b个联立方程来反映它们的全部约束关系。 由b条支路的VAR可得到b个方程，其余的b个独立方程，则恰好可以由KCL及KVL提供。,93,证明（1）,(1)设电路的节点数为n，则独立的KCL方程为(n-1)个，且为任意的(n-1)。 论证：每一支路接在两个节点之间，因而每一

37、支路电流对一个节点为流出(设为+ij），则对另一个节点为流入(-ij)。因此，如为所有的节点写KCL方程，每一支路电流将出现两次，一次为正，一次为负。 所有n个节点的KCL方程之和为： 表明对电路的每一个节点写出KCL方程，则所得的n个方程是非独立的(线性相关)。去掉任意一个，余下的(n-1)个方程一定是互相独立的。,94,证明（2）,(2)给定一个包含b条支路平面电路： (a)该电路有b-(n-1)个网孔； (b)b-(n-1)个网孔的KVL方程是独立的。,95,论证：平面电路网孔数m=b-(n-1)，用数学归纳法证明。 当m=1时，由图(a)可知这一关系式无疑是正确的。,若对一个具有m个网

38、孔的电路，该式正确，则当电路改为(m+1)个网孔时，该式仍然正确，见图(b)。,证明（续）,可以在现存的节点之间加上一条支路使网孔数增加1个；也可加上k条串联支路，这些支路经过(k-1)个节点与原来的电路相连，也能使网孔增加1个。 如令新电路的网孔数为m，支路数为b，节点数为n，则显然：,96,网孔数的公式依然正确。,证明（续）,在平面电路中，每一支路或为两网孔所共有，或只属于电路的边界。如把边界也看成是一个包围外部“空间”的网孔，称为外沿网孔，则所有支路都将为两个网孔所共有。设电路的网孔数为m，则包括外沿网孔在内的(m+1)个网孔的KVL方程之和为,97,每一支路电压出现两次，一次为正，一次

39、为负，互相抵消之故。因此，(m+1)个KVL网孔方程是非独立的。,如去掉一个网孔方程，其余m个网孔方程是独立的。,证明（3）,(3)综上所述，对n个节点、b条支路的电路，由KCL及KVL可以得到的独立方程总数是b个。因为 由支路的VAR可列出其中的b个。,98,根据两类约束列出支路电压变量、支路电流变量的联立方程组，从而求得未知电压、电流的方法常称为2b法。 若在b条支路中，独立电压源支路及独立电流源支路的总数为bs，则在2b法中 未知电压、电流数=2b-bs 由KCL及KVL可列出b个，由非电源支路的VAR可列出其中的(b-bs)个。, l-11支路电流法和支路电压法,支路电流法和支路电压法

40、，在分析电路时所需的联立方程数可比2b法所需者少。 各电阻支路的电流与电压是由相应支路的VAR相联系的。一旦求得各电阻支路电流，各电阻支路电压立即可由相应支路的VAR求得；反之，一旦求得各电阻支路电压，各电阻支路电流也可由相应支路的VAR立即求得。 电阻的VAR是已知的，因此可以只求支路电流或电阻支路电压。,99,具体示例,如以电阻支路电流(或支路电压)和电压源支路电流为未知量，所需联立方程式为b=5个，少于2b法中的2b-bs=8个联立方程式。,100,解:以电阻和电压源支路的电流i1、i2、i3、i4、i0为未知量，仍按任意三个节点写出三个KCL方程，,VAR代入KVL式得,具体示例,也可

41、以将VAR关系代入KCL方程中:,101,运用KVL：,支路电流法和支路电压法常称为1b法。,练习题,用支路电流法求解电路的各支路电流。,102,解: 根据KCL方程 根据KVL和VAR得 3个方程连立，解得 i1=6A，i2=-2A，i3=4A, l-12 叠加原理,由线性电阻、线性受控源及独立源组成的电路中，每一元件的电流或电压可以看成是每一个独立源单独作用于电路时，在该元件上产生的电流和电压的代数和。 当某一独立源单独作用时，其他独立源应为零值，即独立电压源用短路代替；独立电流源用开路代替。 注意 虽然电流或电压满足叠加原理，但各元件的功率不等于各电源单独作用在该元件上所产生的功率之和。,103,说明,若以R2为输出： 求解得： 第1项为us作用的结果 第2项为is作用的结果,104,例,利用叠加原理求uo,105,例,106,利用叠加原理求ix，r=2。,解：受控源不是独立电源，不能单独使用，应象电阻一样保留在电路中：由（a）,由（b）,i”,作业,习题一 1，4，6，7，12 16，21， 24， 31 预习第二章,107,