电路分析基础学习知识讲稿1

第一章电路模型和电路定律一、教学基本要求电路理论主要研究电路中发生的电磁现象，用电流、电压和功率等物理量来描述其中的过程。

因为电路是由电路元件构成的，因而年整个电路的表现如何既要看元件的连接方式，又要看每个元件的特性，这就决定了电路中各电流、电压要受两种基本规律的约束，即：（1）电路元件性质的约束。

也称电路元件的伏安关系（VCR），它仅与元件性质有关，与元件在电路中连接方式无关。

（2）电路连接方式的约束。

也称拓补约束，它仅与元件在电路中连接方式有关，与元件性质无关。

基尔霍夫电流定律（KCL）、电压定律（KVL）是概括这种约束关系的基本定律。

本章学习的内容有：电路和电路模型，电流和电压的参考方向，电功率和能量，电路元件，电阻、电容、电感元件的数学模型及特性，电压源和电流源的概念及特点，受控源的概念及分类，结点、支路、回路的概念和基尔霍夫定律。

本章内容是所有章节的基础，学习时要深刻理解，熟练掌握。

预习知识：1）物理学中的电磁感应定律、楞次定律2）电容上的电压与电流、电荷与电场之间的关系内容重点：电流和电压的参考方向，电路元件特性和基尔霍夫定律是本章学习的重点。

难点：1）电压电流的实际方向和参考方向的联系和差别2）理想电路元件与实际电路器件的联系和差别3）独立电源与受控电源的联系和差别二、教学内容共10节：§1.1 电路和电路模型§1.2 电流和电压的参考方向§1.3 电功率和能量§1.4 电路元件§1.5 电阻元件§1.6 电容元件§1.7 电感元件§1.8 电压源和电流源§1.9 受控电源§1.10 基尔霍夫定律§1.1 电路和电路模型一、电路电路是电流的通路。

实际电路是由电阻器、电容器、线圈、变压器、二极管、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路。

二、电路的作用1、电能的传输和转换2、传递和处理信号3、测量、控制、计算等功能三、电路的组成部分1、电源：电能或电信号的发生器2、负载：用电设备3、中间环节：联接电源和负载的部分。

四、电路分析1、激励：电源或信号源的电压或电流。

2、响应：由于激励在电路各部分产生的电压和电流。

3、激励称为输入，响应称为输出。

五、电路与电路模型电路：实际电路电路模型：模拟实际电路的理想电路电路模型是实际电路的简化、模拟和近似(在一定的假设条件下)电路模型是由一些理想电路元件所组成的电路。

电路模型近似地描述实际电路的电气特性。

根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。

现在以线圈为例加以说明。

§1.2 电流和电压的参考方向一、问题的引入考虑电路中每个电阻的电流方向二、电流1、实际方向：正电荷运动的方向。

2、参考方向：任意指定一个方向作为电流的方向。

把电流看成代数量。

若电流的参考方向与它的实际方向一致，则电流为正值；若电流的参考方向与它的实际方向相反，则电流为负值。

3、电流参考方向的表示方法箭头（常用）双下标三、电压1、实际方向：高电位指向低电位的方向。

2、参考方向：任意选定一个方向作为电压的方向。

当电压的参考方向和它的实际方向一致时，电压为正值；反之，当电压的参考方向和它的实际方向相反时，电压为负值。

3、电压参考方向的表示方法：四、关联参考方向电流的参考方向与电压的参考方向一致，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向，否则为非关联参考方向。

(1) “实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时，任意假设的。

(2) 在以后的解题过程中，注意一定要先假定“正方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。

缺少“参考方向”的物理量是无意义的。

五、电位在电路中任选一点，设其电位为零（用┻标记），此点称为参考点。

其它各点对参考点的电压，便是该点的电位。

记为：“V X”（注意：电位为单下标）。

比参考点电位高为正，否则为负。

注意：电位和电压的区别。

电位的特点：电位值是相对的，参考点选得不同，电路中其它各点的电位也将随之改变；电压的特点：电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而改变。

§1.3 电功率和能量在电压和电流的关联参考方向下，电功率可写成p(t) = u(t) i(t)，当p>0时，元件吸收电能；p<0时，元件吸收的电能为负的(实际上是释放电能)。

在U 、I 为关联参考方向时，若P = UI > 0，“吸收功率”若P = UI < 0，“吸收功率”为负的，实际是发出功率根据能量守衡关系，对于同一电路某一电路元件为电源或负载的判别结论在进行功率计算时，如果假设U、I为关联参考方向，当计算的P > 0 时, 则说明U 、I 的实际方向一致，此部分电路消耗电功率，为负载。

当计算的P < 0 时, 则说明U 、I 的实际方向相反，此部分电路发出电功率，为电源。

课堂练习：习题1－1，1－2，1－3习题1-11-1 说明图(a),(b)中：(1) u、i的参考方向是否关联？(2) ui乘积表示什么功率？(3) 如果在图(a)中u>0, i<0; 图(b)中u>0, i>0, 元件实际发出还是吸收功率?习题1-1答案答案分析：(1) 图(a)中的u、i为关联参考方向;图(b)中的u、i为非关联参考方向.(2) 图(a)中p=ui表示吸收功率;图(b)中p=ui表示发出功率.(3) 图(a)中p=ui<0表示吸收的负功率,实际发出功率; 图(b)中p=ui>0表示发出的正功率,实际发出功率.习题1-21-2 若某元件端子上的电压和电流取关联参考方向，而u=170cos（100πt）V，i=7sin（100πt）A。

求:（1）该元件吸收功率的最大值；（2）该元件发出功率的最大值。

习题1-2答案答案分析：（1）∵p=ui=170cos（100πt)7sin（100πt)=1190 cos（100πt) sin（100πt)=595sin(200 πt)；∴该元件吸收的最大功率为595。

（2）∵元件吸收的总功率=元件发出的总功率；∴该元件发出的最大功率为595。

习题1-31-3 试校核图中电路所得解答是否满足功率平衡。

（提示：求解电路以后，校核所得结果的方法之一是核对电路中所有元件的功率平衡，即元件发出的总功率应等于其他元件吸收的总功率）。

习题1-3答案答案分析：元件A：∵u、i参考方向非关联；∴P A=ui=(－5)×60=－300W＜0，发出。

元件B、C、D、E：∵u、i参考方向关联；∴P B=ui=1×60=60W >0，吸收；P C=ui=2×60=120W >0，吸收；P D=ui=2×40=80W >0，吸收；P E=ui=2×20=40W >0，吸收。

∵P总发出=300W ；P总吸收=60+120+80+40=300W∴电路所得的解答满足功率平衡。

§1.4 电路元件一、集总电路1、集总电路元件在任何时刻，流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另一端子流出的电流，两个端子之间的电压为单值量。

当构成电路的器件以及电路本身的尺寸远小于电路工作时的电磁波的波长，或者说电磁波通过电路的时间可认为是瞬时的，这种理想电路元件称为集总元件或集总参数元件。

2、集总电路由集总元件构成的电路称为集总电路。

例如日光灯，50Hz工频情况下，C = λ·f电磁波长为6000公里，日光灯电路为集总电路，同样的波长对于远距离传输线来说，就是非集总电路。

再例如收音机，收听北京音乐台FM97.4MHz，取近似值100MHz，电磁波波长λ=?λ=3米,电路为非集总路。

二、电路元件的分类1、按与外部连接的端子数目二端元件,三端元件,四端元件2、有源元件,无源元件3、线性元件,非线性元件4、时变元件,时不变元件线性时不变集总参数元件§1.5 电阻元件一、欧姆定律流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。

根据欧姆定律，电阻两端的电压和电流之间的关系可写成：u=±i·R二、电导1、定义: G=1/R2、单位: S（西门子）电阻的单位为Ω(欧姆)，计量高电阻时，则以k Ω和M Ω为单位。

三、电阻元件的伏安特性以电压和电流为坐标，画出电压和电流的关系曲线。

四、电阻元件吸收的电功率任何时刻线性电阻元件吸取的电功率p=ui=i2R=Gu2建议在今后计算中使用p=i2R五. 电阻的开路与短路六、非时变电阻如果电阻的伏安特性不随时间改变，则称为非时变电阻；否则称为时变电阻。

在电子设备中使用的碳膜电位器、实心电位器和线绕电位器是一种三端电阻器件，它有一个滑动接触端和两个固定端[图(a)]。

在直流和低频工作时，电位器可用两个可变电阻串联来模拟[图(b)]。

电位器的滑动端和任一固定端间的电阻值，可以从零到标称值间连续变化，可作为可变电阻器使用。

§1.6 电容元件一、电容的定义二、电容的特性方程三、电容元件的特性方程的积分式四、电容元件储存的能量电容元件在任何时刻t 所储存的电场能量电容的特点:(1) i 的大小取决于u的变化率,与u 的大小无关,电压有变化才有电流,电容是动态元件；(2)当u 为常数(直流)时, i =0.电容相当于开路,电容有隔断直流作用;(3)当u、i为非关联方向时,上述微分和积分表达式前要冠以负号;(4)u(t0)称为电容电压的初始值,它反映电容初始时刻的储能状况,也称为初始状态.电容有记忆功能,电压不能突变,但电流可以突变,电容储存的能量也不能突变.(5)当电容充电，u>0，d u/d t>0，则i>0，p>0，电容储存能量. 当电容放电，u>0，d u/d t<0，则i<0，p<0, 电容释放能量.§1.7 电感元件一、线圈的磁通和磁通链如果u的参考方向与电流i 的参考方向一致线性电感元件的自感磁通链与元件中电流有以下关系二、电感元件的特性方程三、电感元件特性方程的积分形式四、电感元件储存的磁场能量§1.8 电压源和电流源一、电压源1、特点（1）电压u(t)的函数是固定的，不会因它所联接的外电路的不同而改变。

（2）电流则随与它联接的外电路的不同而不同。

2、图形符号3、电压源的不同状态4、特殊情况u S = 0电压为零的电压源相当于短路，电压源不允许短路！电池容量的含义：600mAh表示如果通过电池的电流是600mA的时候，电池能工作1小时；当然如果通过电池的电流是100mA的时候，电池可以工作6小时。