1、第1章 電路分析基礎,1.電路的組成部分,電源 負載 中間環(huán)節(jié),激勵：電源或信號源的電壓或電流，推動電路工作; 響應: 由激勵所產生的電壓和電流;,二、 理想電路元件,1) 電阻 R 表示耗能過程,3) 電感 L 表示建立磁場,2) 電容 C 表示建立電場,無源元件,空氣電容器、紙介質電容器、云母介質電容器、陶瓷電容器、電解電容,有源元件,電流源,電壓源,4) 電源(有源元件),(2) 參考方向的表示方法,電流：,電壓：,(1) 參考方向,在分析與計算電路時，對電量任意假定的方向。,三. 電路基本物理量的參考方向,關聯(lián)參考方向,負載 U、I參考方向相同；,電源 I參考方向與E方向相同。,實際方

2、向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值； 實際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負值。,(3) 實際方向與參考方向的關系,注意： 在參考方向選定后，電流 ( 或電壓 ) 值才有正負之分。,若 I = 5A，則電流從 a 流向 b；,例：,若 I = 5A，則電流從 b 流向 a 。,若 U = 5V，則電壓的實際方向從 a 指向 b；,若 U= 5V，則電壓的實際方向從 b 指向 a 。,四、電源與負載的判別,根據(jù) U、I 的實際方向判別,電源：U、I 實際方向相反， 即電流從U“+”端流出， （發(fā)出功率）；,負載：U、I 實際方向相同， 即電流從U“+”端流入， （吸收功率）。,例：,

3、已知：U1 = 9V，I = -1A，R = 3 求：元件1、2分別是電源還是負載，并驗證 電路功率是否平衡？,解：,因為U2 = -RI + U1 = 12V,所以電流從元件1的“+”流入，從元件2的“+”流出，,故元件1為負載，元件2為電源。,電源產生功率：,P2 =U2I= 12W,負載取用功率：,P1 + PR =U1I+R I2 = 9+3 = 12W,因為P2 = P1 + PR，,所以電路的功率平衡。,五、電氣設備的額定值,額定值: 電氣設備在正常運行時的規(guī)定使用值,六、基爾霍夫電流定律(KCL定律),1定律,即: 入= 出,在任一瞬間，流向任一結點的電流等于流出該結點的電流。,

4、實質: 電流連續(xù)性的體現(xiàn)。,或: = 0,對結點 a ：,I1+I2 = I3,或 I1+I2I3= 0,基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結點處各支路電流間相互制約的關系。,在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。,基爾霍夫電壓定律（KVL定律),1定律,即： U = 0,在任一瞬間，從回路中任一點出發(fā)，沿回路循行一周，則電位升之和等于電位降之和。即： U升 = U降,對回路1：,對回路2：,E1 = I1 R1 +I3 R3,E2= I2 R2+I3 R3,或 I1 R1 +I3 R3 E1 = 0,或 I2 R2+I3 R3 E2 = 0,基爾霍夫電壓定律

5、（KVL） 反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關系。,七、電路中電位的概念及計算,電位：單位正電荷在某點的電勢（位）能，即電路 中某點至參考點的電壓，記為“VX” 。 通常設參考點的電位為零，又稱接地， 表示。,1. 電位的概念,電位的計算步驟: (1) 任選電路中某一點為參考點，設其電位為零； (2) 標出各電流參考方向并計算； (3) 計算各點至參考點間的電壓即為各點的電位。,某點電位為正，說明該點電位比參考點高； 某點電位為負，說明該點電位比參考點低。,舉例,求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd 。,解： 設 a為參考點， 即Va=0V,Vb=Uba= 106= 60V

6、 Vc=Uca = 420 = 80 V Vd =Uda= 65 = 30 V,設 b為參考點，即Vb=0V,Va = Uab=106 = 60 V Vc = Ucb = E1 = 140 V Vd = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = E1 = 140 V Udb = E2 = 90 V,一、支路電流法：以支路電流為未知量、應用基爾霍夫 定律（KCL、KVL）列方程組求解。,對上圖電路 支路數(shù)： b=3 結點數(shù)：n =2,回路數(shù) = 3 單孔回

7、路（網(wǎng)孔）=2,若用支路電流法求各支路電流應列出三個方程,第2章 電路分析方法,二、 結點電壓法,結點電壓：,任選電路中某一結點為零電位參考點， 其他各結點對參考點的電壓。 結點電壓的參考方向從該結點指向參考結點。,結點電壓法適用于支路數(shù)較多，結點數(shù)較少的電路。,結點電壓法：以結點電壓為未知量，列方程求解。,在求出結點電壓后，可應用基爾霍夫定律或歐姆定律求出各支路的電流或電壓。,在左圖電路中只含有兩個結點，若設 b 為參考結點，則電路中只有一個未知的結點電壓Uab。,三、疊加原理,疊加原理：對于線性電路，任何一條支路的電流，都可以看成是由電路中各個電源（電壓源或電流源）分別單獨作用時在此支路中

8、所產生的電流的代數(shù)和。,疊加原理,例：,電路如圖，已知 E =10V、IS=1A ，R1=10 R2= R3= 5 ，試用疊加原理求流過 R2的電流 I2和理想電流源 IS 兩端的電壓 US。,(b) E單獨作用 將 IS 斷開,(c) IS單獨作用 將 E 短路,解：由圖( b),例：電路如圖，已知 E =10V、IS=1A ，R1=10 R2= R3= 5 ，試用疊加原理求流過 R2的電流 I2 和理想電流源 IS 兩端的電壓 US。,(b) E單獨作用,(c) IS單獨作用,解：由圖(c),電壓源 （戴維寧定理）,電流源 （諾頓定理）,無源二端網(wǎng)絡可化簡為一個電阻,有源二端網(wǎng)絡可化簡為一

9、個電源,四、戴維寧定理與諾頓定理,穩(wěn)定狀態(tài)： 在指定條件下電路中電壓、電流已達到穩(wěn)定值。,暫態(tài)過程： 電路從一種穩(wěn)態(tài)變化到另一種穩(wěn)態(tài)的過渡過程。,穩(wěn)態(tài),暫態(tài),新的穩(wěn)態(tài),換路,換路: 電路狀態(tài)的改變。如：,電路接通、切斷、 短路、電壓改變或參數(shù)改變,第3章 電路的暫態(tài)分析,電容電路：,注：換路定則僅用于換路瞬間來確定暫態(tài)過程中 uC、 iL初始值。,換路定則,電感電路：,穩(wěn)態(tài)值,初始值,一階線性電路暫態(tài)分析的三要素法,僅含一個儲能元件或可等效為一個儲能元件的線性電路, 且由一階微分方程描述，稱為一階線性電路。,據(jù)經(jīng)典法推導結果,全響應,1.正弦量：隨時間按正弦規(guī)律做周期變化的量。,+,_,正弦交

10、流電的優(yōu)越性： 便于傳輸；易于變換 便于運算； 有利于電器設備的運行； . . . . .,正半周,負半周,第4章 正弦交流電路,設正弦交流電流：,幅值、角頻率、初相角成為正弦量的三要素。,2. 正弦量的相量表示,設A為復數(shù)，其表示形式有:,復數(shù)的模,復數(shù)的輻角,實質：用復數(shù)表示正弦量,式中:,(2) 三角式,由歐拉公式:,可得:,(3) 指數(shù)式,設正弦量:,相量: 表示正弦量的復數(shù)稱相量,電壓的有效值相量,相量表示:,相量的模=正弦量的有效值,相量輻角=正弦量的初相角,解: (1) 相量式,(2) 相量圖,例1: 將 u1、u2 用相量表示,設：,則,(1) 瞬時值表達式,根據(jù)KVL可得：,

11、1. 電流、電壓的關系,RLC串聯(lián)的交流電路,(2)相量法,則,總電壓與總電流 的相量關系式,1)相量式,令,則,Z 的模Z表示 u、i 的大小關系，輻角（阻抗角） 為 u、i 的相位差。,Z 是一個復數(shù)，不是相量，上面不能加點。,阻抗,復數(shù)形式的 歐姆定律,注意,根據(jù),電路參數(shù)與電路性質的關系：,阻抗模：,阻抗角：,2) 相量圖,( 0 感性),XL XC,參考相量,電壓 三角形,( 0 容性),XL XC,( =0 阻性),XL =XC,2) 相量圖,由阻抗三角形：,電壓 三角形,阻抗 三角形,由電壓三角形可得:,2.功率關系,儲能元件上的瞬時功率,耗能元件上的瞬時功率,在每一瞬間,電源提

12、供的功率一部分被耗能元件消耗掉,一部分與儲能元件進行能量交換。,(1) 瞬時功率,設：,(2) 平均功率P （有功功率）,單位: W,總電壓,總電流,u 與 i 的相位差,(3) 無功功率Q,單位：var,總電壓,總電流,u 與 i 的相位差,根據(jù)電壓三角形可得：,根據(jù)電壓三角形可得：,(4) 視在功率 S,電路中總電壓與總電流有效值的乘積。,單位：VA,注： SNUN IN 稱為發(fā)電機、變壓器 等供電設備的容量，可用來衡量發(fā)電機、變壓器可能提供的最大有功功率。,阻抗三角形、電壓三角形、功率三角形,將電壓三角形的有效值同除I得到阻抗三角形,將電壓三角形的有效值同乘I得到功率三角形,第5章 三相

13、電路,5.1 三相電源的連接方式,5.2 負載星形聯(lián)結的三相電路,5.3 負載三角形聯(lián)結的三相電路,5.4 三相功率,1. 三相電動勢瞬時表示式,波形圖,2. 三相電源的星形聯(lián)結,(1) 聯(lián)接方式,中性線(零線、地線),中性點,端線(相線、火線),在低壓系統(tǒng),中性點通常接地，所以也稱地線。,相電壓：端線與中性線間（發(fā)電機每相繞組）的電壓,線電壓：端線與端線間的電壓,、Up,、Ul,(2) 線電壓與相電壓的關系,根據(jù)KVL定律,由相量圖可得,相量圖,30,同理,3. 三相電源的三角形聯(lián)結,1. 三角形聯(lián)接,3 .負載聯(lián)結方式,線電流: 流過端線的電流,相電流: 流過每相負載的電流 、 、,線電流

14、不等于相電流,(2) 相電流,(1) 負載相電壓=電源線電壓,即: UP = UL,一般電源線電壓對稱，因此不論負載是否對稱，負載相電壓始終對稱, 即,2. 分析計算,相電流：,線電流：,UAB=UBC=UCA=Ul=UP,負載對稱時, 相電流對稱，即,(3) 線電流,為此線電流也對稱，即 。,線電流比相應的相電流 滯后30。,線電流：流過端線的電流,相電流：流過每相負載的電流,結論： 負載 Y聯(lián) 結時，線電 流等于相電 流。,2. 星形聯(lián)結,N 電源中性點,N負載中性點,中線電流：流過中性線的電流,三相負載連接原則（1） 電源提供的電壓=負載的額定電壓；（2） 單相負載盡量均衡地分配到三相電

15、源上。,第5章 磁路與變壓器,4.2 變壓器的基本結構和工作原理,4.3 實用中的常見變壓器,4.1 鐵芯線圈、磁路,一、磁場的基本物理量,1. 磁感應強度B,表示磁場內某點磁場強弱和方向的物理量。,磁感應強度B的大小:,磁感應強度B的單位: 特斯拉(T)和高斯（Gs）,5.1 鐵芯線圈、磁路,1T = 104Gs,2. 磁通,穿過垂直于B方向的面積S中的磁力線總數(shù)。,說明: 如果不是均勻磁場，則取B的平均值。,在均勻磁場中 = B S 或 B= /S,磁感應強度B在數(shù)值上可以看成為與磁場方向垂直的單位面積所通過的磁通,故又稱磁通密度。,磁通 的單位:韋伯(Wb) 麥克斯韋（Mx）,把磁通所經(jīng)

16、過的路徑稱作磁路。,3. 磁導率,表示磁場介質導磁性能的物理量。,磁導率 的單位：亨/米（H/m）,自然界的物質按其導磁性能可分為： 鐵磁物質（鐵、鎳、硅鋼、坡莫合金） 非鐵磁物質（空氣、木材、銅、鋁等）,真空的磁導率為常數(shù)，用 0表示，有：,相對磁導率 r： 任一種物質的磁導率 和真空的磁導率0的比值。,(1) 變壓器的匝數(shù)比應為：,解:,例: 如圖，交流信號源的電動勢 E= 120V，內阻 R 0=800，負載為揚聲器，其等效電阻為RL=8。要求: （1）當RL折算到原邊的等效電阻 時，變壓器的匝數(shù)比和信號源輸出的功率；（2）當將負載直接與信號源聯(lián)接時,信號源輸出多大功率？,信號源的輸出功

17、率：,電子線路中，常利用阻抗匹配實現(xiàn)最大輸出功率。,結論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。,原因：滿足了最大功率輸出的條件：,（2）將負載直接接到信號源上時，,第6章 二極管及其常用器件,6.2 半導體二極管,6.3 特殊二極管,6.4 雙極性三極管,6.1 半導體的基本知識,一、本征半導體與雜質半導體,N型半導體和 P 型半導體,本征半導體的導電機理,半導體有兩種導電粒子（載流子）：自由電子、空穴,當半導體兩端加上外電壓時，載流子定向運動（漂移 運動），在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流 (1)自由電子作定向運動 電子電流 (2)價電子遞補空穴 空穴電流,PN結及其單向導電性,PN 結：P型半導體

18、和N型半導體交界面的特殊薄層,1. PN 結加正向電壓（正向偏置）,P接正、N接負,IF,多子在外電場作用下定向移動，形成較大的正向電流。,PN 結加正向電壓時，正向電阻較小，處于導通狀態(tài)。,二極管電路分析舉例,定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài),導通截止,分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位 的高低或所加電壓UD的正負。,若 V陽 V陰或 UD為正，二極管導通 若 V陽 V陰或 UD為負，二極管截止,若二極管是理想的，正向導通時正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。,6.3 特殊二極管,1. 符號,UZ,IZ,IZM, UZ, IZ,2. 伏安特性,穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓,使用時要加限流電阻,穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。,一、穩(wěn)壓二極管,二、 發(fā)光二極管,有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高，為1.5V3V，電