电子电路分析 (4).ppt

第第1章电路的基本概念和定律章电路的基本概念和定律 1.1电路与电路模型电路与电路模型1.2电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向1.3基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.4欧姆定律及有源二端网络的伏安关系式欧姆定律及有源二端网络的伏安关系式 1.3基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.3基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1.3.1 几个名词术语几个名词术语 支路：把电路中几个元件首尾相连组成的没支路：把电路中几个元件首尾相连组成的没有分叉、流过同一电流的分支称为支路。有分叉、流过同一电流的分支称为支路。节点：把三条和三条以上支路的连接点叫节点。节点：把三条和三条以上支路的连接点叫节点。回路：从电路的一个节点出发不重复地经过若回路：从电路的一个节点出发不重复地经过若干支路和节点，再回到原出发节点所经过的闭合路干支路和节点，再回到原出发节点所经过的闭合路径称为回路。径称为回路。网孔：平面电路是各支路间无空间立体交叉的网孔：平面电路是各支路间无空间立体交叉的电路。网孔是平面电路平铺开来形成的网洞，是特电路。网孔是平面电路平铺开来形成的网洞，是特殊的回路，该回路中间没有包围不属于本回路的支殊的回路，该回路中间没有包围不属于本回路的支路。路。五条支路五条支路ab、bc、ad、cd、bed；三个节点：三个节点：a、b、d；七个回路：七个回路：abca、acda、bedcb abeda、abcda、acbeda、abedca；三个网孔：三个网孔：abca、acda、bedcb。1.3.1 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律(英文缩写英文缩写KCL)：电路中电路中任一节点，在任一瞬间，流入节点的电流总和等任一节点，在任一瞬间，流入节点的电流总和等于流出该节点的电流总和。于流出该节点的电流总和。即即也就是说电荷在节点处，不会消失，也不会也就是说电荷在节点处，不会消失，也不会堆积，电流应是连续的。这类似于一段具有分支堆积，电流应是连续的。这类似于一段具有分支的水管，在分支点流入的水流量总和等于流出的的水管，在分支点流入的水流量总和等于流出的水流量总和。水流量总和。例如在图中，流入节点例如在图中，流入节点d的电流为的电流为I1，流出节点，流出节点d的电的电流为流为I3、IS，得到的，得到的KCL方程方程为为P8 例例11解解设流进左节点的电流设流进左节点的电流为正，流出的为负，可得左侧为正，流出的为负，可得左侧节点的节点的KCL 方程方程 图中，包围两个节点的封闭面（虚线所示）有六条支路图中，包围两个节点的封闭面（虚线所示）有六条支路穿过，电荷在封闭面内，不会消失、也不会堆积，因此这六穿过，电荷在封闭面内，不会消失、也不会堆积，因此这六条支路电流的代数和应等于零，此处封闭面相当于一个放大条支路电流的代数和应等于零，此处封闭面相当于一个放大了的节点。可得了的节点。可得 观察上图所示的电路，虚线封闭面仅切割到一条支路，观察上图所示的电路，虚线封闭面仅切割到一条支路，根据根据KCL定律，定律，I=0，则，则I=0，这表明，这表明没有形成回路的支路没有形成回路的支路电流必为零。电流必为零。1.3.3 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(英文缩写英文缩写KVL)：在任一瞬间，沿任在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，在绕行方向上各元件电位降低的总和一闭合回路绕行一周，在绕行方向上各元件电位降低的总和等于电位升高的总和。等于电位升高的总和。即即 该定律可用电位的唯一性（单值性）来解释，从电路的该定律可用电位的唯一性（单值性）来解释，从电路的某点出发沿闭合回路绕行一周，中途虽电位有降有升，但回某点出发沿闭合回路绕行一周，中途虽电位有降有升，但回到出发点电位不变。这与图中所示人沿到出发点电位不变。这与图中所示人沿BACDB绕行一周下绕行一周下楼再上楼回到出发点高度的变化量为零的道理类似。楼再上楼回到出发点高度的变化量为零的道理类似。因此因此KVL还可表述为：还可表述为：在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行一周，在绕行方向上各元件的电位降（即电压）代数和等于零。一周，在绕行方向上各元件的电位降（即电压）代数和等于零。列写列写KVL方程，遇电位降低，它的电压方程，遇电位降低，它的电压前加正号；遇电位升高，它的电压前加前加正号；遇电位升高，它的电压前加负号。在图中，沿右网孔负号。在图中，沿右网孔bedcb顺时针顺时针绕行一周，首先从正极到负极走过绕行一周，首先从正极到负极走过10V电电压源，电位降低压源，电位降低10V，“10V”前加正号；前加正号；接着逆着接着逆着I3的方向走过的方向走过R3，电位越走越高，电位越走越高，类似于逆水而上，类似于逆水而上，电位升高了电位升高了R3I3，“R3I3”前面加负号；然后逆着前面加负号；然后逆着I1的方向的方向走过走过R1，电位升高了，电位升高了R1I1，“R1I1”前面前面加负号；最后顺着加负号；最后顺着I2的方向走过的方向走过R2，电位电位越走越低，类似于顺水而下，越走越低，类似于顺水而下，电位降低电位降低了了R2I2，“R2I2”前面加正号，故前面加正号，故KVL方程为方程为 其中其中R1、R2、R3、I1、I3均为已知数，代入上式就可求出未知数均为已知数，代入上式就可求出未知数I2，即，即P9 例例12解解从从a点出发顺时针绕行一周，点出发顺时针绕行一周，得得KVL方程为方程为 对已标注了电压参考极性的元件，列对已标注了电压参考极性的元件，列KVL方程时，从正极绕到负极者，该方程时，从正极绕到负极者，该项电压前加正号；从负极绕到正极者，项电压前加正号；从负极绕到正极者，该项电压前加负号。该项电压前加负号。若从若从U5正极出发，正极出发，逐个元件绕到逐个元件绕到U5的负极，可直的负极，可直接得到接得到P9 例例13解解5电阻所在支路没有电阻所在支路没有和其它支路形成回路，因此该支和其它支路形成回路，因此该支路电流和路电流和Ucd为零，为零，c、d两点同两点同电位。对左、右两个网孔列写电位。对左、右两个网孔列写KVL方程方程 解解求求Ucd时，从时，从a点到点到b点找一条最近的路径，途经点找一条最近的路径，途经4电阻、电阻、30V电压源、电压源、5电阻、电阻、9V电压源、电压源、15电阻，电阻，KVL方程为方程为P10 例例14解解计算电位可以转变为计计算电位可以转变为计算电压，因为某点的电位就是该算电压，因为某点的电位就是该点与参考点之间的电压。图中，点与参考点之间的电压。图中，支路支路ba0没有与其它支路形成回没有与其它支路形成回路，故路，故I1为零，但这条支路包含为零，但这条支路包含的一个小网孔中却有电流，显然的一个小网孔中却有电流，显然I2等于等于2A。在应用在应用KCL、KVL定律时，应注意：定律时，应注意：（1）计算前必须在电路图中标出所计算量）计算前必须在电路图中标出所计算量的参考方向。所列方程中的每一个量，在电路图的参考方向。所列方程中的每一个量，在电路图中能够找到并正确标注，一一对应。中能够找到并正确标注，一一对应。（2）无论元件性质及电流、电压波形如何，）无论元件性质及电流、电压波形如何，本教材的前十章中，本教材的前十章中，KCL、KVL都是适用的。都是适用的。（3）列）列KCL、KVL方程，每一项前面加的方程，每一项前面加的正负号依据的是电流、电压参考方向；而代入的正负号依据的是电流、电压参考方向；而代入的具体数据本身又可能有正有负。这两套正负符号具体数据本身又可能有正有负。这两套正负符号不能混淆，错一不可。不能混淆，错一不可。P10 例例15解解图中三个元件串联，流过同一个电流图中三个元件串联，流过同一个电流 图中三个元件并联，电压相等均为图中三个元件并联，电压相等均为6V，则，则 上表中的公式设元件均吸收功率，上表中的公式设元件均吸收功率，电源的功率为电源的功率为负时，向外发出功率；电源的功率为正时，实际在吸负时，向外发出功率；电源的功率为正时，实际在吸收功率，这时电源处于负载地位。计算功率须注明吸收功率，这时电源处于负载地位。计算功率须注明吸收还是发出。收还是发出。从上例可总结：从上例可总结：电流、电压实际方向相同的元件，电流、电压实际方向相同的元件，必吸收功率；电流、电压实际方向相反的元件，必发必吸收功率；电流、电压实际方向相反的元件，必发出功率。出功率。