第1章

電路的基本概念與理論第2章

直流電路等效化簡分析法第3章

直流電路基本定律分析法第4章

正弦穩(wěn)態(tài)電路基本理論第5章

正弦穩(wěn)態(tài)電路分析法第6章

三相交流電路分析法第7章

動態(tài)電路分析法第8章

電路及元器件的測量目錄全套可編輯PPT課件

第1章

電路的基本概念與理論1.1電路1.2電流、電位和電壓1.3直流電和交流電1.4電阻、電感、電容及其模型1.5電源及其模型1.6電路模型1.7電路基本定律1.8電路分析的基本概念1.9結(jié)語1.10小知識——接地本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1電

路

“電路”是本課程的“主角兒”，作為示例，圖1-1給出了一個6晶體管超外差收音機原理電路圖。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-1-6晶體管超外差收音機原理電路圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1.1-電路的概念

從字面上理解，“電路”就是電流的通路，這與我們熟悉的“道路”是車輛行駛的通路、“管路”是水流或氣流的通路在概念上是相似的。

從專業(yè)技術(shù)的角度，可以定義：

電路：由電子元器件或電子設(shè)備通過導(dǎo)線按照一定規(guī)則互連而成的具有特定功能的電流通路，通常以網(wǎng)狀形式呈現(xiàn)。

簡言之，電路就是電子元器件或電子設(shè)備互連而成的整體。本課件是可編輯的正常PPT課件

從宏觀角度上看，電路是一種信號處理系統(tǒng)，給定激勵或輸入，就會產(chǎn)生響應(yīng)或輸出。

系統(tǒng)：能夠?qū)π盘栠M行某種特定處理或變換的電路、設(shè)備或算法的統(tǒng)稱。

當(dāng)進行理論分析時，系統(tǒng)可用一個有輸入端和輸出端的矩形框描述。

從拓撲學(xué)角度上看，電路是一個由線段和節(jié)點構(gòu)成的網(wǎng)狀圖形或網(wǎng)絡(luò)。

從物理學(xué)角度上看，電路是一個能量系統(tǒng)模型，可用于研究電能的消耗、傳輸和轉(zhuǎn)換問題。本課件是可編輯的正常PPT課件

在生活及生產(chǎn)實踐中，電路主要實現(xiàn)三個功能或完成三個任務(wù)(見圖1-2)：

(1)能量轉(zhuǎn)換。電路可將電能轉(zhuǎn)換為機械能、熱能等能量形式。比如，由電源與電熱絲構(gòu)成的電爐可以把電能轉(zhuǎn)換為熱能，由電源與電動機構(gòu)成的動力系統(tǒng)可以把電能轉(zhuǎn)換為機械能，由電源與燈泡構(gòu)成的照明電路可以把電能轉(zhuǎn)換為光能(包括熱能)等。

(2)信號處理。電路能夠把一個或多個輸入信號處理或變換成另一個或多個輸出信號。比如，放大器可以把小信號變?yōu)榇笮盘?，濾波器可以把方波信號變?yōu)檎也ㄐ盘柕取?/p>

本課件是可編輯的正常PPT課件

(3)數(shù)據(jù)存儲和計算。比如，計算機中的存儲器和CPU等由電路構(gòu)成的元件可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲和計算。圖1-2電路功能示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1.2電路的分類

根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，電路有多種分類。

(1)根據(jù)工作電流或電壓的不同，電路可分為直流電路和交流電路。以直流電壓或電流工作的電路叫直流電路，以交流電壓或電流工作的電路叫交流電路。

(2)根據(jù)是否包含電源，電路可分為含源電路和無源電路。包含電源的電路叫含源電路，沒有電源的電路叫無源電路。出現(xiàn)在模擬電路和數(shù)字電路中的“有源”電路通常指含有晶體三極管、場效應(yīng)管、電子管或運算放大器等需要電源才能工作的有源器件的電路。本課件是可編輯的正常PPT課件

(3)根據(jù)功能的不同，電路可分為用電電路和處理電路。以能量轉(zhuǎn)換為目的的電路稱為用電電路，比如照明電路等；用于信號處理或變換的電路稱為處理電路，比如放大電路、濾波電路等。數(shù)據(jù)存儲和計算電路也可劃入處理電路范疇。

用電電路通常由供電和用電兩大部分組成，如圖1-3(a)所示。供電部分由輸出電能的“電源”負責(zé)，電池、220V市電及380V工業(yè)電等都可作為電源；用電部分由消耗電能的“負載”構(gòu)成，從宏觀上看，各種家用電器、照明設(shè)備、檢測設(shè)備和生產(chǎn)設(shè)備等都可作為負載。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-3用電電路與處理電路示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

處理電路一般包括供電電源、信號源、處理單元和負載四部分。在實際分析中，由于人們主要對處理單元的輸入信號(激勵)和輸出信號(響應(yīng))感興趣，并且默認(rèn)電路處于正常工作狀態(tài)，因此可忽略供電電源并把處理單元看作一個雙口網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)，如圖1-3(b)所示。

圖1-1的收音機電路就是一個將高頻已調(diào)電磁波變換為音頻聲波的有源處理電路。

從供電電源和信號源的角度看，所有處理電路也都是負載，故處理電路同時也是用電電路，只不過其主要功能是信號處理而不是能量消耗或轉(zhuǎn)換。本課件是可編輯的正常PPT課件

(4)根據(jù)主要元件的不同，電路可分為電子管電路、晶體管電路、集成電路，以及由基本元件電阻R、電感L

和電容C

構(gòu)成的RLC電路等。

(5)根據(jù)工作(電流或電壓)波長的不同，電路可分為集中參數(shù)電路和分布參數(shù)電路。由集中參數(shù)元件構(gòu)成的電路就是集中參數(shù)電路。幾何尺寸遠小于工作波長的元件就是集中參數(shù)元件，其特點是只用一個參數(shù)即可表征自身特性，比如普通電阻、電感和電容。具有分布參數(shù)元件的電路就是分布參數(shù)電路。本課件是可編輯的正常PPT課件

(6)根據(jù)是否有記憶功能，電路可分為記憶(動態(tài))電路和無記憶(靜態(tài))電路。當(dāng)前響應(yīng)不僅與當(dāng)前激勵有關(guān)，還與以前的激勵有關(guān)的電路就是記憶電路；當(dāng)前響應(yīng)只取決于當(dāng)前激勵的電路就是無記憶電路。

(7)根據(jù)包含元件特性的不同，電路可分為線性電路和非線性電路。由線性元件構(gòu)成的電路就是線性電路，而包含非線性元件的電路就是非線性電路。

綜上所述，由集中參數(shù)元件R、L、C

構(gòu)成的線性、無源的直流、交流處理電路是本課程介紹、討論和分析的主要對象。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1.3線性電路和非線性電路

如果把施加在電路上的電源(信號)稱為輸入或激勵并用f(t)表示，而把電路中某一處由該電源(信號)引起的電壓或電流稱為輸出或響應(yīng)并用y(t)表示，則有以下結(jié)論：

齊次性：若激勵f(t)變?yōu)樵瓉淼膋

倍，則響應(yīng)y(t)也變?yōu)樵瓉淼膋倍，見圖1-4(a)。

可加性：若激勵f1(t)引起響應(yīng)y1(t)，激勵f2(t)引起響應(yīng)y2(t)，則激勵f1(t)+f2(t)引起的響應(yīng)為y1(t)+y2(t)，見圖1-4(b)。本課件是可編輯的正常PPT課件

“齊次性”和“可加性”可統(tǒng)稱為“線性”，見圖1-4(c)，用數(shù)學(xué)語言可表達為

若

則有本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-4線性特性示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

這樣，可給出線性電路的基本定義：

線性電路：激勵與響應(yīng)之間滿足線性的電路。

上述線性電路概念是根據(jù)激勵與響應(yīng)的關(guān)系給出的。若電路結(jié)構(gòu)可見，則線性電路也可認(rèn)為是由線性元件構(gòu)成的電路，線性元件指外特性滿足線性關(guān)系的元件。

實際應(yīng)用中，不少電路是動態(tài)或有記憶的，其響應(yīng)常常由零輸入響應(yīng)(內(nèi)部狀態(tài)產(chǎn)生)和零狀態(tài)響應(yīng)(外部激勵產(chǎn)生)兩部分組成。因此，線性電路的標(biāo)準(zhǔn)或

判定條件還要加一條。

響應(yīng)分解性：全響應(yīng)可以分解為零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)兩部分。本課件是可編輯的正常PPT課件

綜上所述，可得線性電路的擴展定義或拉斯定義：

線性電路：滿足響應(yīng)分解性、零輸入線性和零狀態(tài)線性的電路。

本課程及“信號與系統(tǒng)”課程中的線性電路均指拉斯定義下的線性電路。

注意：拉斯定義詳見《信號與系統(tǒng)基礎(chǔ)》(張衛(wèi)鋼編

著，西安電子科技大學(xué)出版

社，2019.1)。本課件是可編輯的正常PPT課件

根據(jù)上述線性電路的概念，可得如下結(jié)論：

非線性電路：不滿足拉斯定義的電路或包含非線性元件的電路。

因為直接對非線性電路進行分析比較困難，所以人們往往先對線性電路進行分析，然后把非線性電路近似為線性電路，再套用線性電路的分析方法及結(jié)果對其進行分析。顯然，線性電路分析是非線性電路分析的基礎(chǔ)。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.2電流、

電位和電壓

1.2.1-電流電荷：構(gòu)成物質(zhì)的原子的一種電氣特性，是電學(xué)中的一個基本物理量。電流：電荷(自由電子、正負離子等)的定向移動。電流：單位時間內(nèi)通過一個導(dǎo)體橫截面的電荷量或電荷量的時間變化率，用公式表示為本課件是可編輯的正常PPT課件

在一段導(dǎo)體或電路中，電流可以向兩個方向運動。為便于分析，可定義：

電流方向：正電荷移動的方向。

電流正方向：分析電路時假設(shè)的電流方向。

在分析電路時，若按正方向計算出的電流值為正，則認(rèn)定實際電流方向與正方向一致；反之，即若計算出的電流值為負，則認(rèn)定實際電流方向與正方向相反。圖1-5給出了電流方向示意圖。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-5電流方向示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.2.2電位和電壓

1.電位

電位：電場力將單位正電荷從某點沿任意路徑移到參考點所做的功。

電位又稱“電勢”，指單位電荷在靜電場中某一點(比如a點)所具有的電勢能，一般用小寫字母ua

或va表示。顯然，電位的大小與參考點有關(guān)，理論上參考點位于無窮遠處，實際中多取地球表面作為參考點。可見，電位通常為正值。本課件是可編輯的正常PPT課件

設(shè)在dt秒內(nèi)電場力移動dq庫侖電荷從a點到參考點所做的功為dw

焦耳，則a點電位為

電場中的電位與重力場中的位能在概念上類似。電位可使正電荷從高電位向參考點運動，從而形成電流；位能可使水從高處儲水罐流向地面用戶，從而形成水流。二者的作用效果如圖1-6所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-6電場中的電位與重力場中的位能作用效果圖本課件是可編輯的正常PPT課件

2.電壓

為了描述電場中任意兩點(比如a點和b點)之間的電場力做功情況，可定義：

電壓：電場力將單位正電荷從a點沿任意路徑移動到b點所做的功。

電壓在數(shù)值上等于電場中兩個不同電位點的電位差，通常用符號uab或vab表示，其方向規(guī)定為從高電位點指向低電位點，也稱“電位降”或“電壓降”方向，即有本課件是可編輯的正常PPT課件

在分析電路時，也要事先假定某兩點之間的電壓方向，并作為“參考方向”或“正方向”。若按參考方向計算出的結(jié)果為正值，則表明該參考方向與實際方向一致；反之，則表明該參考方向與實際方向相反。這個概念與電流方向類似。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.2.3電壓與電流的關(guān)系

電路中，有電流就一定有電壓，而有電壓未必有電流，電流的形成需要兩點間既有電壓又有通路。因此，可得如下結(jié)論：

電流是電壓的產(chǎn)物，但要有回路才能形成。

任何電路從電源(信號源)兩端看出去，一定有兩條通路與負載一起構(gòu)成回路，這樣才能保證電流從一端出去并從另一端回來，循環(huán)不斷。本課件是可編輯的正常PPT課件

為便于電路分析與計算，需要約定元件上的端電壓方向和通過的電流方向，具體定義如下：

關(guān)聯(lián)方向：電流正方向與電位降方向一致。

非關(guān)聯(lián)方向：電流正方向與電位降方向相反。

兩種方向示意圖如圖1-7所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-7電壓與電流的兩種方向示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.3直流電和交流電

1.3.1-直流電

直流電：只有一個方向的電流和電壓。直流電用字符“DC”(DirectCurrent)表示。通常，直流電流用大寫字母I表示，直流電壓用大寫字母V或U表示。默認(rèn)直流電的大小恒定，不隨時間的變化而變化。本課件是可編輯的正常PPT課件

為與默認(rèn)直流電相區(qū)別，可把大小隨時間作周期性變化的直流電稱為“脈動電”。

直流電和脈動電的波形如圖1-8所示。其中，圖1-8(a)的直流電流和直流電壓可分別寫為本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-8直流電和脈動電波形示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.3.2交流電

相對于直流電，可定義：

交流電：大小和方向隨時間作周期性變化且一個周期內(nèi)平均值為零的電流和電壓。

正弦交流電：大小和方向隨時間按正弦規(guī)律變化的電流和電壓。

圖1-9是交流電和正弦交流電波形示意圖。顯然，交流電的特征是有兩個交替出現(xiàn)的方向。本課件是可編輯的正常PPT課件

正弦交流電可簡稱為“交流電”，用字符“AC”(AlternatingCurrent)表示，其瞬時值常用u(t)和i(t)表示，簡記為u和i，并可以用三角函數(shù)描述。比如，圖1-9(b)中的i和u可分別表示為本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-9交流電和正弦交流電波形示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

因交流電的瞬時值隨時間作周期性變化，所以，為了更好地描述其功效，人們定義了一個不隨時間變化的物理量———有效值，并用字母I和U

表示。

若周期電流i(t)在一個周期

T

內(nèi)流過電阻R

時，所消耗的平均功率與一個大小為I的直流電流通過該電阻時所消耗的功率相同，則把I

稱為周期電流i(t)的有效值。本課件是可編輯的正常PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件

在生活和生產(chǎn)中常見的220V和380V交流電壓指的

就是有效值。為便于分析，規(guī)定：

“有效值”“頻率”“初相”為交流電的“三要素”。

需要說明的是：

(1)字母I

和U

既可表示直流電流和直流電壓，也可表示交流電流和交流電壓的有效值。

(2)因正弦信號和余弦信號的變化規(guī)律相同，所以在電子及通信領(lǐng)域可將它們統(tǒng)稱為“正弦型信號”。若不作說明，后面出現(xiàn)的正弦信號均指正弦型信號。本課件是可編輯的正常PPT課件

(3)正弦交流電也可用余弦形式表示。因為在初相上余弦波形比正弦波形超前90°，所以，在交流電路分析中，若規(guī)定正弦形式為標(biāo)準(zhǔn)式，則以余弦形式出現(xiàn)的交流電就要轉(zhuǎn)化為正弦形式，即cos(ωt±φ)=sin[ωt+(90°±φ)]；若規(guī)定余弦形式為標(biāo)準(zhǔn)式，則以正弦形式出現(xiàn)的交流電就要轉(zhuǎn)化為余弦形式，即sin(ωt±φ)=cos[ωt-(90°?φ)]。比如，式(1.3-3)和式(1.3-4)用余弦形式可表示為本課件是可編輯的正常PPT課件

1.3.3直流電路和交流電路

在本課程中，定義：

直流電路：對直流電流和電壓進行處理或變換的電路。

交流電路：對交流電流和電壓進行處理或變換的電路。

為便于后續(xù)“信號與系統(tǒng)”課程的學(xué)習(xí)，這里給出直流/交流信號處理電路在系統(tǒng)概念下的示意圖，如圖1-10所示，圖中的系統(tǒng)可以是多激勵和多響應(yīng)系統(tǒng)。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-10直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4電阻、

電感、

電容及其模型

元件數(shù)學(xué)模型：能夠反映元件物理特性的數(shù)學(xué)表達式。元件電路模型：能夠標(biāo)識元件的圖形。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4.1-電阻器及其模型

電荷在物體中移動時會出現(xiàn)受阻現(xiàn)象，即物體都有阻礙電流的特性。

人們把物體阻礙電流的能力(作用)稱為“電阻”，并用“電阻值”表示這種能力的大小。

在溫度一定的情況下，任何一種材料做成柱體(比如圓柱體)的電阻值R可由公式

確定。式中，ρ為材料電阻率，l為柱體長度，A

為柱體橫截面積。

本課件是可編輯的正常PPT課件

表1-1給出了常溫下幾種常見材料的電阻率，以便讀者查用。本課件是可編輯的正常PPT課件

電阻器(簡稱電阻)是一種專門用于限制電流的元件，常用字母R

或r

表示，主要參數(shù)是阻值和功率。阻值的常用單位是“歐姆(Ω)”“千歐姆(kΩ)”“兆歐姆(MΩ)”，它們的換算關(guān)系為1MΩ=103kΩ=106Ω。通常，用數(shù)字或不同顏色的色環(huán)將阻值印制在電阻表面上。功率可間接表示電阻在電路中能夠承受的最大電流值或電壓值，常用的是1/8W、1/4W、1/2W、1-W電阻。功率越大，電阻的體積越大。本課件是可編輯的正常PPT課件

根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，電阻有多種分類。

(1)根據(jù)材質(zhì)的不同，電阻可分為線繞電阻、水泥電阻、碳膜電阻和金屬膜電阻等。常見的是碳膜電阻和金屬膜電阻。

(2)根據(jù)阻值是否可變，電阻可分為固定電阻和可變電阻。固定電阻為二端元件，而可變電阻一般是三端元件。

(3)根據(jù)影響阻值的因素不同，電阻可分為氣敏電阻、光敏電阻、熱敏電阻和壓敏電阻等。這些電阻實際上常作為傳感器使用。

圖1-11為常用電阻的實物及電路模型。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-11常用電阻的實物及電路模型本課件是可編輯的正常PPT課件

歐姆定律：電阻兩端的電壓與流過該電阻的電流成正比，即

若uR(t)與iR(t)的參考方向為非關(guān)聯(lián)，則式(1.42)變?yōu)楸菊n件是可編輯的正常PPT課件

歐姆定律說明，在關(guān)聯(lián)方向下，一個電阻的端電壓與流過它的電流滿足線性關(guān)系——一條過原點且位于第一、三象限的直線，直線斜率是電阻的阻值，如圖1-12(b)所示。這種關(guān)系被稱為電阻的數(shù)學(xué)模型或外特性，也稱為伏安特性，常用VCR表示。

通過研究，人們給出了理想電阻的電路模型，如圖1-12(a)所示。該模型只描述了電阻器的電阻特性，忽略了其實際存在的電感和電容效應(yīng)，而這正是集中參數(shù)元件特性的體現(xiàn)。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-12理想電阻模型及電阻的伏安特性本課件是可編輯的正常PPT課件

為便于理解和分析，常把電阻的倒數(shù)定義為“電導(dǎo)”，用字母G

或g表示，即

電導(dǎo)表示物體對電流的導(dǎo)通能力，其單位為“西門子(S)”。

基于電導(dǎo)的概念，歐姆定律可寫為另一種形式：本課件是可編輯的正常PPT課件

對于直流電路而言，電阻的端電壓uR

(t)及流過電阻的電流iR(t)均與時間無關(guān)，即uR(t)=UR

，iR(t)=IR

，則式(1.42)和式(1.45)可分別改寫為

因此，圖1-12也適合直流電路，即電阻的交、直流數(shù)學(xué)模型和電路模型是一樣的。本課件是可編輯的正常PPT課件

由歐姆定律可知，若給電阻通以電流，則其兩端必然產(chǎn)生電壓，若給電阻兩端施加電壓，則必定產(chǎn)生流過電阻的電流，即電阻具有當(dāng)前“輸出”僅取決于當(dāng)前“輸入”而與以前或以后的輸入無關(guān)的“即時特性”或“無記憶特性”。另外，無論是在直流還是交流電路中，電阻都會通過發(fā)熱消耗電能，比如電爐、電熱毯和電吹風(fēng)都是以此原理工作的。因此，可認(rèn)為：

電阻是一種即時元件、無記憶元件、無儲能元件、靜態(tài)元件、耗能元件。本課件是可編輯的正常PPT課件

需要說明的是，廠家不是什么阻值的電阻器都生產(chǎn)，而是按一定標(biāo)準(zhǔn)只生產(chǎn)一些特定阻值的電阻器。其中，基礎(chǔ)阻值稱為標(biāo)稱值，其余的稱為序列值。把標(biāo)稱值按10的倍數(shù)依次擴大即可得到序列值，比如：標(biāo)稱值1.1Ω，其序列值為11Ω、110Ω、1100Ω等。表1-2給出了精度為5%的碳膜電阻的標(biāo)稱值(E24系列，指在數(shù)字1~10之間有24個取值)。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4.2電感器及其模型

電感器(簡稱電感)由導(dǎo)線圍繞磁芯或空芯繞制而成，通常也是一個二端元件，用字母L

表示。常用電感的實物及電路模型見圖1-13，可用這些模型表示的電感稱為理想電感。

電感的主要參數(shù)是可衡量其儲能或?qū)涣麟娏髯璧K作用大小的物理量——電感量，也用字母L表示，常用的單位

是“亨

利”(簡

稱“亨”)、“毫亨”和“微

亨”，分別用字母“H”“mH”“μH”表示，它們的換算關(guān)系為1H=103mH=106μH。單位“亨利”是為了紀(jì)念美國物理學(xué)家約瑟夫·亨利(JosephHenry)而命名的。電感量標(biāo)稱值也符合上述電阻標(biāo)稱值采用的E系列標(biāo)準(zhǔn)。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-13常用電感的實物及電路模型本課件是可編輯的正常PPT課件

若設(shè)電感的電感量為L、穿過電感的磁鏈為

Ψ(t)、流過電感的電流為iL

(t)，則在滿足關(guān)聯(lián)方向的前提下(見圖1-14(a))，三者具有如下關(guān)系：

式中，Ψ(t)的單位是“韋伯(Wb)”，L

的單位是“亨”，iL

(t)的單位是“安”。該式就是電感的一種外特性，稱為“韋安特性”，可用圖1-14(b)描述。本課件是可編輯的正常PPT課件

根據(jù)電磁感應(yīng)原理可知，變化的電流iL(t)會在線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)電壓uL(t)，即有本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-14電感的電路模型及韋安特性本課件是可編輯的正常PPT課件

式(1.4-9)說明，電感上的電壓與電流呈微分關(guān)系，任何一個時刻的電感電壓不是像電阻一樣取決于該時刻電流的大小，而是由該時刻電流的變化率決定。電流變化越快，電壓就越大。這個特性稱為“動態(tài)特性”，電感也因此稱為“動態(tài)元件”。同時，式(1.4-9)也說明電感電流不能突變，因為若iL(t)突變，則其導(dǎo)數(shù)不存在，即電壓uL

(t)不存在。若電流iL(t)不變化，即為直流，則電壓uL(t)=0，此時，電感可等效為一根“短路”線，也就是說，電感具有“通直流”特性。所謂短路，是指電路的電阻為零。本課件是可編輯的正常PPT課件

式(1.4-9)就

是

根

據(jù)

電

感

的

物

理

特

性

提

煉

出

的

數(shù)

學(xué)

模

型，稱

為

電

感

的“伏

安

特

性(VCR)”，是常用的電感外特性。

將式(1.4-9)變形為

可見，任一時刻t=ti的電流iL(ti)的大小不但與該時刻的電壓uL(ti)有關(guān)，還與-∞→ti時間段內(nèi)的所有uL(t)值有關(guān)，即iL(t)與uL(t)的全部歷史有關(guān)。因此，電感具有記憶作用，也稱為“記憶元件”。該式也可當(dāng)作電感伏安特性的另一種形式。本課件是可編輯的正常PPT課件

式(1.4-10)可進一步寫成

稱為電感電流的起始值或起始狀態(tài)，反映了在t=0-

時刻電感上已經(jīng)積累的電流情況。本課件是可編輯的正常PPT課件

在圖1-14(a)的關(guān)聯(lián)方向下，電感吸收的瞬時功率為

若pL(t)>0，則表明電感從電源中吸收電能并轉(zhuǎn)化為磁能儲存起來(充電)；若pL(t)<0，則表明電感將儲存的磁能再轉(zhuǎn)化成電能返給電源(放電)。電感的充、放電過程就是與電源進行能量交換的過程。因為電感模型中沒有電阻分量，所以電感本身并不耗能，是一種“儲能元件”。

注意：電感的充電/放電過程本質(zhì)上應(yīng)該是充磁/放磁過程。本課件是可編輯的正常PPT課件

電感從初始時刻t0到t時刻吸收的能量為

如果電感的初始電流iL(t0)=0，則

可見，電感儲存的能量

wL

(t)大于等于零，且只與流過電感的電流有關(guān)而與其端電壓無關(guān)。因此，式(1.415)也說明電感是一種儲能元件。本課件是可編輯的正常PPT課件

【例1-1】

設(shè)通過一個0.1H的電感的電流為

iL

(t)=10te-5tA，求該電感的端電壓及儲能值。

解

由式(1.49)可得

由式(1.415)可得本課件是可編輯的正常PPT課件

綜上所述，有以下結(jié)論：

(1)電感具有“動態(tài)”“記憶”“儲能”三個特性。因此，可認(rèn)為：電感是一種動態(tài)元件、記憶元件、儲能元件。

(2)電感在電路中的主要作用有三個：儲能、濾波(移相)、信號變換。

比如，收音機和電視機的“選臺”功能就是利用諧振，即電感和電容的濾波特性完成的；汽油發(fā)動機的點火任務(wù)就是利用電感的儲能特性完成的。

(3)在直流電路中，電感相當(dāng)于一根電阻為零的導(dǎo)線。

(4)在交流電路中，電感多用于濾波(移相)。

(5)電感因其動態(tài)特性常用于信號處理或變換。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4.3電容器及其模型

電容器(簡稱電容)由兩塊平行金屬板及中間的絕緣介質(zhì)構(gòu)成，通常也是一個二端元件，用字母C

表示。常用電容器實物及電路模型見圖1-15，可用這些模型表示的電容稱為理想電容。

電容的主要參數(shù)是可衡量其儲能或?qū)涣麟娏髯璧K作用大小的物理量——電容量，也用字母C表

示。常用的單位是“法拉第”(為紀(jì)念英國科學(xué)家邁克爾·法拉第(MichaelFaraday)而命名，簡稱“法(F)”)、“微法(μF)”和“皮法(pF)”，它們的換算關(guān)系為1F=106μF=1012pF。電容也按標(biāo)稱值取值且符合表1-2給出的E24系列標(biāo)準(zhǔn)。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-15常用電容器實物及電路模型本課件是可編輯的正常PPT課件

若設(shè)電容的電容量為C，施加在其兩端的電壓為uC

(t)，聚集在兩塊金屬板上的電荷分別為+q

和-q，則在滿足關(guān)聯(lián)方向的前提下(見圖1-16(a))，三者具有如下關(guān)系：

式中，電荷量q(t)的單位是“庫”，電容量C

的單位是“法”，電壓uC

(t)的單位是“伏”。該式是電容的一種外特性，稱為“庫伏特性”，可用圖1-16(b)描述。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-16電容的電路模型及庫伏特性本課件是可編輯的正常PPT課件

若電容的端電壓uC(t)與通過電容的電流iC

(t)滿足圖1-16(a)的關(guān)聯(lián)參考方向，則有本課件是可編輯的正常PPT課件

式(1.417)說明，電容上的電流與電壓呈微分關(guān)系，任一時刻電容上的電流取決于該時刻的電壓變化率，而與該時刻的電壓大小無關(guān)，電壓變化越快，電流就越大。顯然，與電感類似，電容也具有“動態(tài)特性”，也稱為“動態(tài)元件”。同時，式(1.417)也說明電容電壓不能突變，因為若uC(t)突變，則其導(dǎo)數(shù)不存在，即電流iC

(t)不存在。若電壓uC

(t)不變化，即為直流，則電流iC(t)=0，此時，電容可等效為一根“開路”線，也就是說，電容具有“隔直流”特性。所謂開路，是指電路的電阻為無窮大。本課件是可編輯的正常PPT課件

式(1.417)就是根據(jù)電容的物理特性提煉出的數(shù)學(xué)模型，稱為電容的“伏安特性(VCR)”，是常用的電容外特性。

將式(1.417)變形為

可見，任一時刻t=ti

的電壓uC

(ti)大小不但與該時刻的電流iC

(ti)有關(guān)，還與-∞→ti時間段內(nèi)的所有iC(t)值有關(guān)，也就是說，uC(t)與iC(t)的全部歷史有關(guān)。因此，電容也具有記憶作用，也稱為“記憶元件”。該式也可當(dāng)作電容伏安特性的另一種形式。本課件是可編輯的正常PPT課件

式(1.418)可進一步寫成

稱為電容電壓的起始值或起始狀態(tài)，反映了在t=0-時刻電容上已經(jīng)積累的電壓情況。本課件是可編輯的正常PPT課件

在圖1-16(a)的關(guān)聯(lián)方向下，電容吸收的瞬時功率為

若pC(t)>0，則表明電容從電源中吸收電能并儲存起來(充電)；若pC(t)<0，則表明電容將儲存的電能返給電源(放電)。電容的充、放電過程也是與電源進行能量交換的過程。因為電容模型中沒有電阻分量，所以電容不消耗能量，也是一種“儲能元件”。本課件是可編輯的正常PPT課件

電容從初始時刻t0到t時刻吸收的電能量為

如果電容的初始電壓uC(t0)=0，則

可見，電容儲存的能量wC(t)大于等于零，且只與電容的端電壓有關(guān)而與其電流無關(guān)。因此，式(1.423)也說明電容是一種儲能元件。本課件是可編輯的正常PPT課件

【例1-2】

一個200μF電容上的電壓如圖1-17(a)所示，求通過該電容的電流。圖1-17例1-2圖本課件是可編輯的正常PPT課件

解

根據(jù)圖1-17(a)，電容電壓可寫為

根據(jù)式(1.417)可得電容電流為

其波形見圖1-17(b)。

本課件是可編輯的正常PPT課件

綜上所述，有以下結(jié)論：

(1)電容具有“動態(tài)”“記憶”“儲能”三個特性。因此，可認(rèn)為：

電容是一種動態(tài)元件、記憶元件、儲能元件。

(2)電容在電路中的主要作用有四個：

儲能、濾波(移相)、耦合(隔直流通交流)、信號變換。

(3)在直流電路中，電容相當(dāng)于一根電阻為無窮大的開路線。

(4)在交流電路中，電容多用于濾波(移相)和信號耦合。

(5)電容因其動態(tài)特性常用于信號處理或變換。。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4.4電感與電容的特性對比

通過上述分析不難發(fā)現(xiàn)，電感和電容是一對“對偶”元件。

為了便于讀者對比、記憶和查用，表1-3給出了電感和電容的主要特性。本課件是可編輯的正常PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件

1.5電源及其模型

1.5.1-電源的概念及分類

電源：能夠產(chǎn)生并輸出電能的裝置或設(shè)備。電源在電路中可看作一個有源元件。

本課件是可編輯的正常PPT課件

依照不同標(biāo)準(zhǔn)，電源有多種分類。

(1)根據(jù)電流的變化特性，電源可分為直流電源和交流電源。

(2)根據(jù)是否含有內(nèi)阻，電源可分為理想電源和實際電源。

(3)根據(jù)輸出是電壓還是電流，電源可分為電壓源和電流源。

(4)根據(jù)輸出是否被電路中其他參數(shù)所控制，電源可分為受控電源和獨立電源。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.5.2直流電源和交流電源

1.直流電源

直流電源：能夠產(chǎn)生并輸出直流電能的裝置或設(shè)備。

常見的直流電源有兩種，一種是電池，另一種是將市電(交流電)變換為直流電的“變換設(shè)備”，即“直流穩(wěn)壓電源”或“電源適配器”本課件是可編輯的正常PPT課件

干電池輸出電能的基本原理如下：

(1)電池內(nèi)部物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)會在電池正極板積聚大量正電荷，在負極板積聚與正電荷等量的負電荷，從而在正、負極板之間建立起電場，出現(xiàn)電位差(電壓)。

(2)當(dāng)外電路把正、負極連接起來時，聚集在正極的正電荷就會在電場力的作用下，沿著外電路“跑”到電池的負極。

(3)到達負極的正電荷又在化學(xué)力作用下，在電池內(nèi)部從負極返回正極。

這樣，在電池與外電路構(gòu)成的回路中就會有不斷流動的正電荷，也就是電流。電流在外電路中會做功，意味著電池輸出了電能。本課件是可編輯的正常PPT課件

由上述(3)可知，為維持電路中的電流不斷，在電池內(nèi)部要由非電場力(化學(xué)能)將從外電路返回負極的正電荷“搬移”到正極。為衡量電池這種搬移能力的大小，給出如下定義：

電動勢：電池將單位正電荷由負極搬移到正極所做的功。

電池電動勢一般用字母E

表示，單位與電壓相同，在數(shù)值上等于電池的開路端電壓U，但與端電壓方向相反，端電壓的方向從正極指向負極，而電動勢的方向從負極指向正極，或者說，電動勢的方向是“電位升”的方向。本課件是可編輯的正常PPT課件

干電池工作原理示意圖見圖1-19(a)，這與水塔要保證為用戶連續(xù)供水就必須借助非重力場力(比如電力驅(qū)動的水泵)將水從地下提升到水塔儲水罐中的原理是一樣的。

電池內(nèi)部搬移電荷的能力(電動勢)是有限的，這種能力的衰竭，也就意味著電池壽命的終結(jié)。電池的“沒電”現(xiàn)象在內(nèi)部通常就體現(xiàn)在內(nèi)阻的增大上，也就是內(nèi)部電荷移動的難度變大，顯然，內(nèi)阻越大，可輸出的電流就越小。

人們在生活及工作中常用的電池除干電池外，還有紐扣電池、手機電池、汽車電瓶(蓄電池)等，見圖1-19(b)，它們的工作原理與干電池類似，這里不再贅述。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-19干電池工作原理示意圖及常見的電池本課件是可編輯的正常PPT課件

額定能量：電池(電池組)的額定容量乘電池(電池組)的標(biāo)稱電壓，以W·h為單位。

假設(shè)你買了一塊標(biāo)稱電壓為3.7V、額定容量為20000mA·h的充電寶，則其額定能量為3.7V×20000mA·h=3.7V×20A·h=74W·h<160W·h，因此，你可以帶它乘坐飛機。

需要強調(diào)的是，廢舊電池千萬不能隨意丟棄!因為廢舊電池潛在的污染非常嚴(yán)重，如果隨意丟棄，其內(nèi)含的大量廢酸、廢堿等電解質(zhì)溶液和鎘、鉛、汞等重金屬物質(zhì)會破壞水源，侵蝕莊稼和土地，直接或間接威脅人類的健康與生存。本課件是可編輯的正常PPT課件

直流穩(wěn)壓電源(見圖1-20)的原理是這樣的：

(1)降壓。通常我們需要的直流電源電壓都小于市電電壓220V，因此，必須通過變壓器將220V市電降到所需的電壓附近，一般不能低于所需電壓。

(2)整流。變壓器輸出的低壓電仍然是交流電，因此，必須通過二極管構(gòu)成的“整流”電路，將其變換為“脈動”直流電。

(3)濾波。整流器輸出的“脈動”直流電要通過主要由電容構(gòu)成的濾波器變?yōu)榇笮』尽昂愣ā钡闹绷麟姟?/p>

(4)穩(wěn)壓。由穩(wěn)壓管等元件構(gòu)成的穩(wěn)壓器可將濾波器輸出的直流電壓穩(wěn)定在某一個數(shù)值上(負載所需電壓值)，進一步提高輸出的直流電壓質(zhì)量。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-20直流穩(wěn)壓電源及其原理圖本課件是可編輯的正常PPT課件

2.交流電源

交流電源：能夠產(chǎn)生并輸出交流電能的裝置或設(shè)備。

生活中人們使用的交流電源主要是來自發(fā)電廠的380V工業(yè)用電和220V民用市電，而在電路的設(shè)計、測試及維修過程中，人們會使用一種由振蕩電路產(chǎn)生交流波形的交流信號源。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.5.3理想電壓源和實際電壓源

1.理想電壓源

理想電壓源：輸出電壓不隨負載變化的無內(nèi)阻電源。

理想電壓源是一個二端元件，它的電路符號如圖1-21(a)所示(該符號既可表示交流電壓源，也可表示直流電壓源)，其輸出電壓為

式(1.5-1)表明，理想電壓源的輸出電壓是一個時間函數(shù)，其大小與負載無關(guān)。本課件是可編輯的正常PPT課件

若電源在所有時刻的輸出電壓均為常數(shù)且不隨電流的變化而變化，即u=uS(t)=US，其伏安特性如圖1-21(b)所示，則這種電壓源稱為直流電壓源或恒壓源，其符號見圖1-21(c)，通常，電池就用這種符號表示。

若uS(t)為一交流電壓源，則其兩端的“+”和“-”只能說明某一時段的電壓符合這個極性，沒有實際意義，可認(rèn)為是分析計算時假設(shè)的電源電壓正方向。本課件是可編輯的正常PPT課件

理想電壓源對外電路(負載)的供電連接見圖1-21(d)。此時(uS(t)與i

為非關(guān)聯(lián)方向)，電壓源功率為

若計算出的p為正值，則表示電壓源是一個產(chǎn)能元件，輸出能量(功率)；若p

為負值，則表示電壓源是一個耗能元件，消耗能量(功率)，此時，外電路對電壓源充電。

理想電壓源可以放出或吸收無窮大的能量，但只存在于理論研究中，其使用特點是輸出電壓恒定，輸出電流隨負載的變化而變化。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.實際電壓源

實際電壓源(有伴電壓源)：輸出電壓不隨負載變化的有內(nèi)阻電源。

實際電壓源可用一個理想電壓源與一個電阻串聯(lián)結(jié)構(gòu)描述，如圖1-22(a)所示，其中uS(t)是理想電壓源，R0

是等效內(nèi)阻，其值通常很小。據(jù)此可得實際電壓源的電壓與電流的關(guān)系為本課件是可編輯的正常PPT課件

可見，當(dāng)i=0，即實際電壓源兩端開路時，u=uS(t)為實際電壓源的開路電壓；當(dāng)u=0，即實際電壓源兩端短路時，短路電流為i=uS(t)/R0。這樣，就可得出實際電壓源的伏安特性，如圖1-22(b)所示。顯然，內(nèi)阻R0

越小，伏安特性越平坦，實際電壓源的特性就越接近理想電壓源。由于R0

一般都很小，在負載短路狀態(tài)下，產(chǎn)生的短路電流i=uS(t)/R0會很大，短時間內(nèi)有可能燒壞電壓源，因此，實際使用時，千萬不能將電壓源短路。另外，需要注意的是，電源內(nèi)阻通?？捎肦0、RS

或Ri

表示，本書統(tǒng)一使用R0。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-22實際電壓源及其特性示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.5.4理想電流源和實際電流源

1.理想電流源

理想電流源：輸出電流不隨負載變化的無內(nèi)阻電源。

理想電流源也是一個二端元件，它的電路符號如圖1-23(a)所示(該符號既可表示交流電流源，也可表示直流電流源)，其輸出電流為

式(1.5-4)表明，理想電流源的輸出電流是一個時間函數(shù)，其大小與負載無關(guān)。本課件是可編輯的正常PPT課件

若電源在所有時刻的輸出電流均為常數(shù)且不隨電壓的變化而變化，即i=iS(t)=IS，其伏安特性如圖1-23(b)所示，則這種電流源稱為直流電流源或恒流源，用IS

表示。

若iS(t)為一交流電流源，則表示其方向的“箭頭”符號也沒有實際意義，可認(rèn)為是分析計算時假設(shè)的電流正方向。

理想電流源對外電路(負載)的供電連接見圖1-23(c)。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-23理想電流源及其特性和應(yīng)用示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

類似電壓源，在圖1-23(c)所示的電壓與電流關(guān)聯(lián)方向下，理想電流源的功率為

若計算出的p

為正值，則表示該電流源輸出功率；若p

為負值，則表示該電流源吸收功率，也就是外電路對電流源充電。

理想電流源可以放出或吸收無窮大的能量，但只存在于理論研究中，其使用特點是輸出電流恒定，輸出電壓隨負載的變化而變化。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.實際電流源

實際電流源(有伴電流源)：輸出電流不隨負載變化的有內(nèi)阻電源。

實際電流源可用一個理想電流源與一個電阻并聯(lián)結(jié)構(gòu)描述，如圖1-24(a)所示，其中iS(t)是理想電流源，R0

是等效內(nèi)阻，其值通常很大。據(jù)此可得實際電流源的電壓與電流的關(guān)系為本課件是可編輯的正常PPT課件

可見，當(dāng)i=0，即實際電流源a、b兩端開路時，u=R0iS(t)為實際電流源的開路電壓；當(dāng)u=0，即實際電流源兩端短路時，i=iS(t)為實際電流源的短路電流。據(jù)此，可以得出實際電流源的伏安特性，如圖1-24(b)所示。顯然，內(nèi)阻R0越大，伏安特性就越陡峭，也就越接近理想電流源特性。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-24實際電流源及其特性示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.5.5獨立電源和受控電源

獨立電源：自身可以產(chǎn)生并輸出電能的電源。

常用的電源均屬獨立電源，比如各種電池、220V市電。

在實際電路的設(shè)計和分析中，還會遇到另一種電源——受控電源。

受控電源：輸出電能來自外部獨立電源且電能的大小受外部電路參數(shù)控制的偽電源，簡稱受控源。

受控源是一個四端元件，有兩個控制端(輸入端)和兩個受控端(輸出端)，可看作一個雙口網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)控制量和受控量的不同，受控源可分為四種類型，如圖1-25(a)所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-25四種受控源及晶體管電路模型本課件是可編輯的正常PPT課件

(1)電壓控制電壓源(VoltageControlledVoltageSource，VCVS)，其伏安特性為

(2)電壓控制電流源(VoltageControlledCurrentSource，VCCS)，其伏安特性為本課件是可編輯的正常PPT課件

(3)電流控制電壓源(CurrentControlledVoltageSource，CCVS)，其伏安特性為

(4)電流控制電流源(CurrentControlledCurrentSource，CCCS)，其伏安特性為本課件是可編輯的正常PPT課件

式(1.57)至式(1.510)中，μ、g、γ

和α

統(tǒng)稱為控制系數(shù)。μ

無量綱，是電壓控制電壓源的轉(zhuǎn)移電壓比或電壓放大倍數(shù)；g

具有電導(dǎo)量綱，是電壓控制電流源的轉(zhuǎn)移電導(dǎo)；γ具有電阻量綱，是電流控制電壓源的轉(zhuǎn)移電阻；α

無量綱，是電流控制電流源的轉(zhuǎn)移電流比或電流放大倍數(shù)。因為這四個系數(shù)都是常數(shù)，所以這四種受控源的控制端與受控端之間的關(guān)系都是線性時不變的，即這四種元件都是線性時不變元件。本課件是可編輯的正常PPT課件

受控源不是真正的能量源，只是為了更好地描述一些電子元件的特性而構(gòu)造的一種虛擬模型，是一種借助圖形反映元件內(nèi)部參數(shù)之間關(guān)系的手段或方法，其本質(zhì)是一種處理電路。

比如在模擬和數(shù)字電路中，三極管就可等效為CCCS，如圖1-25(b)所示；場效應(yīng)管可等效為VCCS或VCVS，如圖1-25(c)所示。它們并不是真正的小信號放大元件(這不符合能量守恒定律)，其“放大”的實質(zhì)是用外部輸入的小信號控制獨立電源輸出大信號，就像用一個小水流控制一個大水管的閥門，讓大水管中的大水流隨小水流的變化規(guī)律而變化。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.6電

路

模

型

電路圖：由各種電子元件模型(含設(shè)備模型)和線段按一定規(guī)則互連而成的可以反映實際電路物理特性的圖形。有了電路圖，就可以“坐而論道”，在紙面上進行電路研究、設(shè)計及分析了。因此，本課程所有內(nèi)容都建立在“電路圖”之上。圖1-26就是一個由電阻與電源構(gòu)成的電路圖實例。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-26電阻電路模型(電路圖)本課件是可編輯的正常PPT課件

這里需要介紹幾個電路圖術(shù)語。

(1)支路：由一個二端元件或多個二端元件串聯(lián)而成的圖形，通常用字母“b”表示。支路的特點是沒有分岔，所有元件流過同一電流。比如圖1-26中的R3、R4

和R5

是單元件支路，而R1-R2-US1和

R6-R7

-US2

就是多元件支路。在分析時，需要設(shè)置支路電流方向。

(2)節(jié)點：三條或三條以上支路的連接點，通常用字母“n”表示。比如圖1-26中的“a”點和“b”點。因“c”點和“d”點由導(dǎo)線連接，故可合并為一個節(jié)點。本課件是可編輯的正常PPT課件

(3)路徑：從一個節(jié)點出發(fā)，沿著一些支路連續(xù)移動到達另一個節(jié)點所經(jīng)過的支路集合。若起點與終點相同，則稱此路徑為閉合路徑。

(4)回路：電路中從一個節(jié)點出發(fā)，沿著一些支路連續(xù)移動又回到該節(jié)點的閉合路徑，且途中沒有一個節(jié)點是再次相遇的，通常用字母“l(fā)”表示。回路通常由多條支路構(gòu)成，其特點是回路上各元件的電流可以相同也可以不同，回路內(nèi)可以包含支路也可以不包含支路。比如圖1-26中的R1-R2-R3-US1和R3-R4-R6-R7-US2都是回路。本課件是可編輯的正常PPT課件

(5)網(wǎng)孔：平面網(wǎng)絡(luò)中，內(nèi)部沒有支路的回路。比如圖1-26中的R1-R2-R3-US1、R3-R4-R5

和R5-R6-R7-US2

都是網(wǎng)孔，而回路

R3-R4-R6-R7-US2

中有支路R5，因此不是網(wǎng)孔。顯然，網(wǎng)孔必是回路，而回路不一定是網(wǎng)孔。通常，網(wǎng)孔個數(shù)小于回路個數(shù)。

這樣，圖1-26中包括5條支路、6個回路、3個網(wǎng)孔和3個節(jié)點。

從“物理電系統(tǒng)”到“理論電路圖”或到一個“數(shù)學(xué)表達式”是一個從具體到抽象、從實踐到理論的演變過程，這個過程稱為“建立模型”，簡稱“建?！?。比如，把手電筒抽象為電路圖就是一個建模實例，如圖1-27所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-27手電筒及其電路圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.7電路基本定律

能量守恒定律：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量不變。

“定律”通常認(rèn)為是被實踐和事實所證明，反映客觀事物在一定條件下發(fā)展變化規(guī)律的陳述或論斷，或者說是通過大量具體客觀事實歸納而成的結(jié)論，是描述客觀世界變化規(guī)律的表達式或文字。而“定理”是指通過邏輯證明為真的陳述或結(jié)論。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.7.1-基爾霍夫電流定律

基爾霍夫電流定律(KCL)：在任何一個時刻，流入任何一個節(jié)點(一個閉合界面)的電流代數(shù)和恒等于零，即

式中，N

為與該節(jié)點相連的支路數(shù)，ik

為流入或流出該節(jié)點的第k

條支路的電流。

若設(shè)流入節(jié)點的電流為i入，流出節(jié)點的電流為i出，則式(1.71)可改寫為

本課件是可編輯的正常PPT課件

基爾霍夫電流定律也稱為基爾霍夫第一定律，描述的是電路中任何一個節(jié)點上各支路電流之間的約束關(guān)系，其基礎(chǔ)是電荷守恒定律。應(yīng)用基爾霍夫電流定律時要注意以下兩點：

(1)對于式(1.7-1)，要設(shè)定電流的符號。通常，流入節(jié)點為正，流出節(jié)點為負。

(2)對于式(1.7-2)，流入和流出節(jié)點的電流都為正。

比如，在圖1-26中，對于節(jié)點a，有I1-I2-I3=0或I1=I2+I3；對于節(jié)點b，有I2+I5-I4=0或I2+I5=I4。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.7.2基爾霍夫電壓定律

基爾霍夫電壓定律(KVL)：在任何一個時刻，任何一個回路(一個閉合路徑)中全部支路電壓的代數(shù)和恒等于零，即

式中，M

為該回路中的支路數(shù)，uk

為該回路中第k

條支路的電壓。

若設(shè)非電源元件上電壓為u降，電源電動勢為u升，則式(1.73)可改寫為

本課件是可編輯的正常PPT課件

基爾霍夫電壓定律也稱為基爾霍夫第二定律，描述的是電路中任何一個回路上各元件電壓之間的約束關(guān)系，其基礎(chǔ)是能量守恒定律。應(yīng)用基爾霍夫電壓定律時要注意以下兩點：

(1)對于元件，若元件電壓方向與回路方向一致，則電壓取正值；反之，則電壓取負值。

(2)對于電源，在式(1.73)中，電源電壓方向(由正極到負極)與回路方向一致時取正值，反之，取負值；在式(1.74)中，電源電動勢方向(由負極到正極)與回路方向一致時取正值，反之，取負值。本課件是可編輯的正常PPT課件

比如，在圖1-26中，對于回路l1，有UR1+UR2+UR3-US1=0或UR1+UR2+UR3=US1；對于回

路l2，有

UR4

+UR5

-UR3

=0；對

于

回路l3，有

US2

-UR7

-UR6

-UR5

=0或UR7+UR6+UR5=US2。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.8電路分析的基本概念

1.電路變量在電路分析中，電壓和電流是我們最關(guān)心的物理量，因此，把它們稱為“電路基本變量”，而把功率、效率、相位、阻抗、元件參數(shù)等可以通過基本變量計算得到的物理量稱為“電路變量”。通常，二者可統(tǒng)稱為“電路變量”。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.電路分析

“電路分析”指對主要由電阻、電感、電容構(gòu)成的線性電路，在直、交流電(信號)或跳變信號激勵下，進行電路變量求解并研究變量之間的關(guān)系及其對電路性能影響的過程或方法。

簡言之，電路分析就是求解以電流和電壓為主要變量(未知量)的RLC電路方程。

這里的“電路方程”主要指根據(jù)基爾霍夫定律和RLC

元件伏安特性得到的包含電路變量(未知量)的代數(shù)方程和微分方程。本課件是可編輯的正常PPT課件

3.電路分析要遵循的兩個基本原則

(1)元件的約束條件，比如電阻、電感和電容的伏安關(guān)系。

(2)電路的約束條件，主要是基爾霍夫定律。本課件是可編輯的正常PPT課件

4.電路分析的內(nèi)容

“電路分析”課程以討論信號處理電路的功能為主，具體內(nèi)容包括：

(1)分析由電阻構(gòu)成的電路對直流電的處理功能，即“直流電路分析”。

(2)分析由電阻、電感和電容構(gòu)成的電路對交流電的處理功能，即“交流電路分析”。

(3)分析由電阻、電感和電容構(gòu)成的電路對跳變信號的處理功能，即“動態(tài)電路分析”。

本課件是可編輯的正常PPT課件

5.電路分析的方法

本課程介紹的電路分析方法主要是：

(1)等效化簡分析法，簡稱等效法。

(2)基本定律分析法，簡稱定律法。

6.學(xué)習(xí)電路分析的意義

(1)作為一門現(xiàn)代生活常識課，“電路分析”課程可以幫助我們更好地生活和工作。

(2)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，“電路分析”課程為后續(xù)的“模擬電路”“數(shù)字電路”“高頻電路”“信號與系統(tǒng)”“通信原理”“自動控制原理”等課程奠定了基礎(chǔ)。本課件是可編輯的正常PPT課件

7.常見用于構(gòu)成十進倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位的詞頭及其所表示的因數(shù)

為熟悉各種單位之間的換算，便于計算電路變量，表1-4給出常見用于構(gòu)成十進倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位的詞頭及其所表示的因數(shù)。本課件是可編輯的正常PPT課件

本課件是可編輯的正常PPT課件

1.9結(jié)

語

綜上所述，本章的主要內(nèi)容可以用圖1-28概括。圖1-28第1章主要內(nèi)容示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

1.10小知識——接地

通常，家用電器、電子設(shè)備或儀器的電源線(插頭)都有火線、零線和地線三根線?；鹁€和零線是電能傳輸線，連接在用電器的輸入端口，電流通過火線進入用電器，然后通過零線返回電源，完成電能從電源到用電器的傳遞。按照規(guī)范，用電器的電源開關(guān)要接在火線與用電器之間的線路上，以保證開關(guān)斷開時，零線不帶電。本課件是可編輯的正常PPT課件

生活中，有些用電器需要從金屬外殼上引出一根導(dǎo)線接到用戶區(qū)附近深埋于地下的金屬導(dǎo)體上(地線)，將因意外或故障引起的用電器外殼電流(漏電)導(dǎo)入地下。因為零線在發(fā)電廠也是接地的，所以“漏電流”可通過大地返回發(fā)電廠，從而避免流入人體造成人身傷害?？梢?，地線不參與電能傳遞，正常情況下，無論用電器是否工作，地線都不帶電。

一般的用電器不用接地線，只接火線和零線即可正常工作，比如一些只配有兩腳插頭的電熱毯、臺燈、電剃須刀、充電器等小型用電器。有些用電器若不接地線就無法正常運行，其實是一種為保證使用者人身安全而設(shè)計的保護措施。本課件是可編輯的正常PPT課件

220V市電是單相電，220V電壓指火線與零線間的電壓。墻壁上的三孔插座中，左邊孔是零線，右邊孔是火線，即“左零右火”，中間是地線。當(dāng)用電器的三腳插頭背面對著自己時，其接線為“左零右火”。一般黃色或紅色表示火線，藍色或黑色是零線，黃綠相間的是地線。如果拆開插座，可以看到，有

L標(biāo)記的點接火線，有

N

標(biāo)記的點接零線，地線有個專門的符號。圖1-29給出了接地符號、市電插座及插頭接線示意圖。

綜上所述，接地的目的是安全，接地的原理是分流。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖1-29接地符號、市電插座和插頭接線示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件第2章

直流電路等效化簡分析法2.1等效化簡分析法2.2電阻網(wǎng)絡(luò)的等效分析2.3電阻網(wǎng)絡(luò)的功率分析2.4獨立電源電路的等效分析2.5受控電源電路的等效分析2.6線性定理2.7替代定理2.8等效電源定理2.9對偶原理

2.10結(jié)語

2.11小知識———穩(wěn)壓電源的挑選本課件是可編輯的正常PPT課件

2.1等效化簡分析法

“等效”是電路理論的一個重要概念。“等效化簡”是常用的一種電路分析方法。分析一個如圖2-1(a)所示的電路時，若只關(guān)心某兩個節(jié)點(比如a和b)上的端電壓或節(jié)點間的端電流，而不關(guān)心電路其他地方的變量，則可以節(jié)點a和b為界，把電路劃分為兩個部分且都用一個黑盒子封起來，分別用N1

和N2-表示。這樣，原電路就改畫為如圖2-1(b)所示電路。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2-1二端(單端口)網(wǎng)絡(luò)等效示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

由于N1

和N2-都有兩個端鈕a和b，因此都可稱為“二端網(wǎng)絡(luò)”。因兩個端鈕可形成一個端口，故又稱為“單端口網(wǎng)絡(luò)”或“單口網(wǎng)絡(luò)”。若二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有電源，則稱為“含源二端網(wǎng)絡(luò)”，常用NS

表示；否則，就稱為“無源二端網(wǎng)絡(luò)”，用N表示。據(jù)此，可得如下概念：

等效：在對外端鈕處或分界處具有相同端電壓、端電流或伏安關(guān)系(VCR)的若干個網(wǎng)絡(luò)，在求解網(wǎng)絡(luò)外部電路的參數(shù)或變量時，可以相互替換的操作、過程或方法。本課件是可編輯的正常PPT課件

比如，為求解圖2-1網(wǎng)絡(luò)N2-的端電壓Uab和端電流I，就可用一個等效電阻Re

代替網(wǎng)絡(luò)N2，用一個有伴電壓源Ee

代替網(wǎng)絡(luò)N1，如圖2-1(c)所示。顯然，利用等效可將電路化簡，進而簡化分析過程與計算，這就給出了一條分析電路的捷徑。

等效化簡分析法：在保證端電壓和端電流不變的前提下，用等效網(wǎng)絡(luò)替換原網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)得到簡化，然后基于簡化網(wǎng)絡(luò)進行電路分析的一種方法。本課件是可編輯的正常PPT課件

用等效化簡法分析電路的一般步驟如下：

(1)在電路中，以某兩個關(guān)心的節(jié)點處為界，把電路劃分成兩個或多個部分。

(2)分別對各部分電路進行等效化簡，求出其簡化的等效電路。

(3)用簡化的等效電路替代原電路，求出外部端電壓或端電流。

(4)若還需求解電路中其他支路上的電壓或電流，則應(yīng)再回到原電路中，根據(jù)已求得的端電壓或端電流進行計算。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.2電阻網(wǎng)絡(luò)的等效分析

2.2.1串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)的分析將n

個電阻R1、R2、…、Rn

作如圖2-2(a)所示的連接，就構(gòu)成了串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)。本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2-2串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)及其等效圖本課件是可編輯的正常PPT課件

顯然，該網(wǎng)絡(luò)由一個多電阻支路構(gòu)成，流過所有電阻的電流均為i。若各電阻上的電壓分別為u1、u2、…、un，則該電阻網(wǎng)絡(luò)可等效為一個電阻Re，如圖2-2(b)所示，即

式(2.2-1)表明：

一個串聯(lián)電阻網(wǎng)絡(luò)可等效為一個電阻，該電阻的大小等于所有串聯(lián)電阻之和。

本課件是可編輯的正常PPT課件

因各分電阻電壓之和等于總電壓，故任一分電阻Rj

上的電壓uj

與總電壓u的關(guān)系為

式(2.2-2)稱為串聯(lián)電阻的分壓公式。它表明，串聯(lián)電阻越大，其分得的電壓越大。若只有兩個電阻R1

與R2-相串聯(lián)，則這兩個電阻上的電壓為本課件是可編輯的正常PPT課件

式(2.2-3)是常用的分壓公式，希望讀者熟記。另外，從該式可見，兩個電阻的電壓比等于它們的阻值比，這意味著大電阻分得大電壓，小電阻分得小電壓，即

綜上所述，電阻串聯(lián)有兩個主要作用：

(1)提高電阻阻值。當(dāng)一個電阻因阻值小而不能滿足要求時，可采用多個電阻串聯(lián)。

(2)將高電壓變?yōu)榈碗妷?。比如收音機的音量調(diào)節(jié)和萬用表的測電壓功能都基于該原理。本課件是可編輯的正常PPT課件

【例2-1】

圖2-3(a)是常見的輸出電壓調(diào)節(jié)電路。設(shè)輸入電壓U=30V，電位器(可變電阻)R=200Ω。已知不接負載RL

時的Uab=15V，且輸入電壓U

保持不變。

(1)當(dāng)接入負載RL

時，見圖2-3(b)，若測得RL

的電流為100mA，則此時的Uab是多少?

(2)若需RL

的端電壓Uab=15V，則電位器的滑動頭a應(yīng)在何處?本課件是可編輯的正常PPT課件

圖2-3例2-1圖本課件是可編輯的正常PPT課件