电路第一、二章基础讲义 .pdf

电路电路基础阶段讲义基础阶段讲义（第一、二章）（第一、二章）第 1 页基基础础篇篇（第一、二章）（第一、二章）第 2 页第一章第一章电路模型和电路定律电路模型和电路定律一、一、电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向电流实际方向：规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。电压实际方向：电位真正降低减少的方向。实际中电流、电压的方向大多未知，也可能会随时间出现变动，因此，有必要指定参考方向。1、电流参考方向：任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。电流的参考方向与实际方向的关系：电流参考方向的表示方法：用箭头表示用双下标表示2、电压参考方向：假定电压降低的方向。电压的参考方向与实际方向的关系：电压参考方向的表示方法：用箭头表示第 3 页用正负极性表示用双下标表示3、关联参考方向：对于一个元件或支路来说，如果其指定的电压、电流 采用相同的参考方向，则称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。注意：（1）分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。（2）参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。（3）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际方向不变。例 电压电流参考方向如图中所标，问：A、B 两部分电路电压电流参考方向是否关联？答：A 电压、电流参考方向非关联；B 电压、电流参考方向关联。二、二、电功率和能量电功率和能量电功率：单位时间内电场力所做的功在关联参考方向下，P=ui0，表示吸收正功率(实际吸收)。P=ui0 表示发出正功率(实际发出)，P=ui0 表示发出负功率(实际吸收)。功率守恒：发出总功率=吸收总功率参考方向电路吸收功率发出功率关联非关联例：求图示电路中各方框所代表的元件吸收或发出的功率。已知：U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A三、三、电阻原件和电源原件的特性电阻原件和电源原件的特性1、电阻原件：伏安特性（VCR）：为一条直线第 5 页欧姆定律：电压电流取关联参考方向前提下，任意时刻电阻元件两端电压电流服从欧姆定律。（线性电阻）2、有源原件：独立电源：独立电源属于有源元件，是二端元件，在电路中起激励作用。电压源的电压与电流源的电流由电源本身决定，与电源外的其他电路无关。理想电压源：电压总能保持定值或一定的时间函数，电压值与流过它的电流无关。当电压为恒定值时，这种电压源称为直流电压源。注意：与理想电压源并联的元件，端电压为电压源的取值。理想电压源伏安特性（VCR）：为一条直线电压源充当电源：取非关联参考方向条件下，当电压、电流的乘积大于 0 时，电压源发出功率。电压源充当负载：取关联参考方向条件下，当电压、电流的乘积大于 0 时，电压源第 6 页吸收功率。理想电流源：输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与两端电压 u 无关。伏安特性（VCR）：为一条直线电流源充当电源：取非关联参考方向条件下，当电压、电流的乘积大于 0 时，电流源发出功率。电流源充当负载：取关联参考方向条件下，当电压、电流的乘积大于 0 时，电流源吸收功率。受控源：输出电压（电流）受同一电路中其它之路的电压或电流所控制。四、四、基尔霍夫定律基尔霍夫定律第 7 页支路：电路中每一个两端元件就叫一条支路节点：支路的连接点称为节点。路径：两节点间的一条通路,由支路构成。回路：由支路组成的闭合路径。意义时域表达式适用范围与条件KCL：任意节点所有支路电流代数和为 0适用于任意电流函数的任意时刻，电路的任意节点和封闭平面。注意：规定电流正向，KCL 计算的是节点电流代数和。KVL：任意回路所有支路电压代数和为 0适用于任意电压函数的任意时刻，电路中的任意回路。注意：规定回路绕向，适用于假想电路。例：计算 i、u五、五、本章小结本章小结（1）电流参考方向：任意假定正电荷移动的方向（通过电流的符号体现与实际电流方向的关系）。表示方法：箭头、双下标。（2）电压参考方向：任意假定电压降的方向（通过电压的符号体现与实际电压方向的关系）。第 8 页表示方法：箭头、正负极、双下标。（3）关联、非关联参考方向：电压电流参考方向相同为关联，否则为非关联。（4）吸收、发出功率：关联参考方向下，计算正功率为吸收，负功率为发出；非关联参考方向下，计算正功率为发出，负功率为吸收。（5）理想电压源：电压总能保持定值或一定的时间函数。与理想电压源并联的元件其端电压为电压源取值。（6）理想电流源：电流总能保持定值或一定的时间函数。与理想电流源串联的元件其端电压为电压源取值。（7）电压源、电流源既可以充当电源也可以充当负载。（8）KCL 计算的是电流的代数和，适用于任意节点与封闭平面。（9）KVL 规定回路绕向，也适用于假想回路。六、六、典型例题典型例题（1）图 1-1 所示电路中的电压源和电流源提供的功率分别为(D)图 1-1（2）图 1-2 所示电路，2A 电流源吸收的功率为（D）图 1-2（3）图 1-3 所示电路中，电阻发出的功率为 uiW第 9 页图 1-3（4）独立电源始终为电路提供能量（错）（5）计算图 1-4 所示电路各元件的功率图 1-4（6）计算图 1-5 所示电路中 Is 产生的功率 Ps图 1-5第 10 页第二章第二章电阻电路的等效变换电阻电路的等效变换一、一、电路的等效与电阻串并联电路的等效与电阻串并联等效电路：两个内部结构不同的两个两端电路，若它们的端口具有相同的电压、电流关系（伏安特性相同）,则称它们是等效的电路。注意：此处的伏安特性相同不仅包括两者的关系，还包含电压、电流的范围。等效变换：根据分析、计算的需要，将网络的某一部分进行变换后，用一个与其不同的电路替代，替代前后网络的其他部分电压、电流保持不变。电阻的串联：等效电阻：结论：串联电路的总电阻等于各分电阻之和。等效电阻大于任何一个串联的分电阻。串联电阻电流相同。串联电阻分压：第 11 页串联功率：结论：串联电阻电压、功率与阻值成正比。总电压为等效电阻电压，总功率为等效电阻功率电阻的并联：等效电阻：结论：等效电导等于并联的各电导之和，等效电导大于分电导。并联电阻分流：并联功率：第 12 页结论：并联电阻电压、功率与电导值成正比。总电流为等效电阻电流，总功率为等效电导功率。求解串、并联电路的一般步骤：（1）理清电路关系，求出等效电阻或等效电导；（2）应用欧姆定律求出总电压或总电流；（3）应用欧姆定律或分压、分流公式求各电阻上的电流和电压例计算各支路的电流。例 求I1,I4,U4第 13 页例 求Rab平衡电桥电路：当图(a)所示的电路中 R1R3=R2R4时，电桥平衡，此时，c、d 两点电位第 14 页相等，c、d 支路电阻电流为 0,电路可等效为图(b)或(c)所示的形式。(a)(b)(c)二、电阻的二、电阻的 Y Y 变换变换Y 与连接Y 型网络 型网络T 型电路(Y、星型)型电路(型)Y 与连接等效变换条件：第 15 页Y 型型的变换：型Y 型的变换：第 16 页特例：若 R12=R23=R31=R，则 R1=R2=R3=(1/3)R。若 R1=R2=R3=RY,则 R12=R23=R31=3R。(1)等效对外部(端口以外)有效，对内不成立。(2)等效电路与外部电路无关。(3)用于简化电路。例 图中所有电阻阻值为 1k,变换等效电路例计算 90电阻吸收的功率三、三、理想电源的串联、并联理想电源的串联、并联理想电压源的串联：第 17 页理想电压源的并联：注意：相同电压的理想电压源才能并联,电源中的电流不确定。电压源与支路的串联等效：电压源与支路的并联等效：注意：任意支路可等效为开路。理想电流源的并联：第 18 页理想电流源的串联：注意：相同电流的理想电流源才能串联,每个电流源的端电压不能确定。电流源与支路的并联等效：电流源与支路的串联等效：注意：任意支路可等效为短路。四、四、实际电压源、电流源的等效变换实际电压源、电流源的等效变换实际电压源与电流源：u=uu=uS SRiRii=ii=iS SGuGu第 19 页等效的条件：电压源伏安特性方程 与电流源伏安特性方程一致,电压电流参考方向一致。例 利用电源转换简化电路，计算电流 I例 利用电源转换简化电路，把电路转化为一个电源与电阻的串联例 计算电流 I例 计算电流 I第 20 页五、电路的输入电阻五、电路的输入电阻输入电阻：如果一个二端口无源电路，其端口电压为 u、i，且为关联参考方向，则输入电阻为 R=u/i。无源二端口网络的输入电阻与其等效电阻数值相等。因此，也可以通过计算等效电阻来得到输入电阻。类别计算方法端口内部仅含电阻电阻的串、并联和Y 变换等方法计算等效电阻；对含有受控源和电阻的两端电路（1）外加电压法 Ri=us/is（2）外加电流法 Ri=us/is对含有独立电源的一端口电路开路-短路法 Ri=uoc/isc外加电压法：在端口加以电源 us，然后计算端口电流 i。外加电流法：在端口加电流源 is，然后计算端口电压 u。第 21 页开路-短路法：将电压源短路、电流源短路，然后计算端口电压与电流。例 计算下例一端口电路的输入电阻六、本章小结六、本章小结（1）若两个电路端口具有相同的伏安特性,则它们是等效电路。（2）串联电路的总电阻等于各分电阻之和。等效电阻大于任何一个串联的分电阻。（3）串联电阻电压、功率与阻值成正比。（4）等效电导等于并联的各电导之和，等效电导大于分电导。（5）并联电阻电压、功率与电导值成正比。总功率为等效电导功率。（6）Y 型型的变换：（7）型Y 型的变换：（8）理想电压源的串联总电压为各个电压源的代数和。（9）理想电压源与任意支路并联时，任意支路等效为开路。（10）理想电流源并联的总电流为各个电流源的代数和。（11）理想电流源与任意支路串联时，任意支路等效为短路。（12）实际电压源（有伴电压源）与实际电流源（有伴电流源）可以进行等效，等效时电流源电流从电压源正极流出。（13）无源电路的输入电阻即等效电阻，含有可控源的电路输入电阻计算可通过外加激励源进行计算，含有独立源的电路输入电阻需首先对独立源进行短路、断路等效后再计算。