电路分析的基础知识.ppt

1,介绍电路的入门知识和电路的基本定律和定理，讨论电路几种主要的分析方法。,电路理论,数字电子电路,（第一章）,课程内容,介绍数字电子电路的基本理论、基本知识和基本分析方法。（第二章至第七章）,2,第一章 电路分析的基础知识,1.1电路的组成及电路分析的概念,电路是由各种电路器件相互联接而构成的,电路的作用,信号的处理,电能的产生、传输、转换,电路分析的目标是计算电路中各器件上的电压和电流。,3,1.2.1 电流的大小及参考方向,电流(强度)：单位时间内通过导体截面的电荷量。,大写 I 表示恒定的电流（直流电流）小写 i 表示电流的一般符号,电流的方向用一个箭头表示。,电荷的定向移动形成电流，电流的大小用电流强度表示（电流强度简称电流）,4,正电荷在电场力作用下是从电势高处向电势低处移动，所以 导体中电流的方向是从电势高的一端流向电势低的一端。,任意假设的电流方向称为电流的参考方向。,5,（）电流方向（）电流方向（）电流方向,ab,ba,不能确定,6,1.2.2 电压的大小及参考极性,在电路中，从A点到B点两点间的电压定义为单位正电荷由A点移至B点电场力所做的功。,大写 U 表示恒定电压（直流电压）小写 u 表示电压的一般符号,A点至B点电场力做正功，则A点至B点电势降低，电压极性标为,A点至B点电场力做负功，则A点至B点电势升高，电压极性标为,电压的方向总是从高电势端指向低电势端，即电压的方向指示的是电势降落的方向，所以电压也叫做电压降。,7,电路中对A、B两点任意假设的电压极性称为电压的参考极性。,真实极性与参考极性一致,真实极性与参考极性相反,真实极性与参考极性相反,8,(a)(b),9,电压符号下标的书写次序隐含了该电压的参考方向,c,b,教材p5,_,+,a,电路中任意三点之间,10,关联参考方向,(a),（c)关联;(b),(d)非关联,在电路分析中,常采用关联参考方向的标注方法所谓关联参考方向,是对某一元件而言,电压的参考极性与电流的参考方向相一致。,11,1.2.3 功率,功率定义为单位时间内电路元件吸收或产生的能量关联参考方向下元件吸收的功率 p=u i非关联参考方向下元件吸收的功率 p=-u i,教材p7：国际单位制中u、i、p的单位以及辅助单位。P36习题6，7,12,功率的概念及计算,13,1.3 电路的基本元件常见的电路元件：电阻元件、电容元件、电感元件、电压源、电流源。电路元件在电路中的作用或者说它的性质是由其端钮上电压与电流的关系即伏安关系（VAR）来决定的。,教材p8,14,电阻元件,伏安关系,其电压与电流的比值是一个常数，称为该电阻元件的电阻，用符号 R表示。电阻的单位是欧姆()。,i,u,15,电阻元件,伏安关系,电阻元件另一个参数是电导，电导定义为电阻的倒数，用符号G表示,电导的单位是西门子（S）,16,1.3.2 电容元件,电容元件所带的电荷量与其两端的电压的比值称为电容元件的电容。电容的符号是。电容的单位是法拉（）,17,从公式看出，只有电容上的电压变化时，电容两端才有电流。在直流电路中，电容上即使有电压，但.即在直流电路中电容相当于开路，电容具有隔直作用（隔断直流）。,18,t,t,u,i,电容上的电压不会跳变。,19,1.3.3 电感元件,当电流发生变化时，线圈本身就产生自感电动势称为电感元件的电感，电感的单位是亨利（）,从公式看出，只有电感上的电流变化时，电感两端才有电压。在直流电路中，电感上即使有电流通过，但0。即在直流电路中电容相当于短路。,20,1.3.4 电压源,电压源是理想电路元件。它的端钮电压总是保持某个恒定值，而与通过它的电流无关。电压源元件端钮的伏安关系可写为,I 为任意值,（1）电压源吸收的功率,（2）特例US0，、两点间相当于短路。,21,1.3.5 电流源,电流源是理想电路元件。它的端钮上的电流总是保持某个恒定值，而与通过它两端的电压无关。电流源元件端钮的伏安关系可写为,U 为任意值,（1）电流源吸收的功率,（2）特例IS0，、两点间相当于开路。,22,一个实际的电压源是由理想电压源与一个内阻RS串联组成的；一个实际的电流源是由理想电流源与一个内阻RS并联组成的。,23,组合称为一条支路或者把流过同一个电流的几个串联元件的每一个二端元件称为一条支路,24,称为节点.或者把三个及三个以上支路的联接点支路与支路的联接点称为节点.,25,由支路构成的闭合路径称为回路.,(4，2，5),(5，3，6),(1，2，3),(4，2，3，6),1,2,3,4,5,6,26,基尔霍夫电流定律,1.4 基尔霍夫定律,KCL：对于电路中的任何一个节点，在任何时刻，流入（或流出）该节点的电流的代数和为零，即,Kirchhoff Current law 简称KCL,基尔霍夫电压定律,Kirchhoff Voltage law 简称KVL,27,列写节点KCL方程,首先要选定以电流流入节点为正，还是以电流流出节点为正，如取流入节点,的电流为正，根据各支路电流的参考方向，列写点的KCL方程如下,流入节点的电流总和流出节点的电流总和,方法一,方法二,=？,28,应用KCL解题涉及了两套正负符号：1列写KCL方程时由各支路电流的参考方向决定的正、负号；2代入数值时各支路电流本身的正、负值。,29,I,I,KCL：5I0 I5A,KCL:I3(4)1A,30,1.4 基尔霍夫定律,KVL：对于电路中的任何一个回路，在任何时刻，沿着该回路的所有支路的电压降的代数和为零，即,基尔霍夫电流定律,Kirchhoff Current law 简称KCL,Kirchhoff Voltage law 简称KVL,基尔霍夫电压定律,31,首先要选定回路的绕行方向是顺时针还是逆时针，如选为顺时针，则根据回路中各个元件电压的参考方向，列写KVL方程,32,应用KVL解题涉及了两套正负符号：1列写KVL方程时根据各支路电压的参考方向与回路的绕行方向是否一致而决定的正、负号；2代入数值时各支路电压本身的正、负值。,33,如何直接求回路中某元件未知电压如何直接列写：u x=;u y=.,某支路未知电压等于从其假定的“”极性端沿任一路径到其“”极性端，其路径上各元件的电压降的代数和。,1,2,3,4,5,p22,34,电路中的某个部分只有两个端钮与电路中的其他部分连接，这部分电路称为二端网络。如果一个二端网络与另一个二端网络端钮的伏安关系相同，则称这两个二端网络互相等效。,二端网络的等效,35,5.1 等效变换,36,理想电压源与任何一个电路元件并联时等效为理想电压源本身。,37,理想电流源与任何一个电路元件串联时等效为理想电流源本身。,38,39,40,p22,41,p22,R=R1R2=,42,p23,43,P23公式（1）,44,等效电路的应用,求 I、IR、Ia,注意：等效变换方法只能用来求解外电路，不能用来求解等效电路本身。,45,求图示电路中的电流 I3。,46,_,_,47,电位的概念（p4）可以选择电路中任意一个节点（例如O点）作为参考节点，电路中从其他各个节点到参考节点的电压称为相应节点的电位。参考点的电位规定为零。,电压与电位的关系：,48,5.3 戴维南定理,戴维南定理：任何一个由电压源、电流源、电阻组成的二端网络，总可以用一个电压源和一个电阻的串联电路来等效。其电压源的电压等于该二端网络的开路电压UOC，其串联电阻的电阻值等于从二端网络的端钮看进去，该网络中所有电压源及电流源为零值时的等效电阻。,49,50,_,_,_,_,51,P28,52,5.4叠加定理,叠加定理：电路中任何一个支路的电压或电流都可以看成是电路中各个电源单独作用时，在这个支路所产生的电压或电流的和。某个电源单独作用时，其他电源都不作用。所谓电源不作用是指其电压或电流值为零。,53,54,6.简单RC电路的过渡过程,过渡过程：电路从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态。条件：电路结构和参数的突然改变。图p31,开关置于b点时 uC=0（稳定状态）开关置于a点时 uC=US（稳定状态）,55,6.简单RC电路的过渡过程,电容充电的过渡过程,电容放电的过渡过程,电容充放电过渡过程的时间常数,56,方波电压(矩形脉冲电压),57,