第1章集总参数电路中电压、电流的约束关系

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1、电路分析基础电路分析基础张峰张峰注意事项注意事项学时分配：学时分配：56 = 48（讲课）（讲课）+ 8（实验）（实验）参考书目：参考书目：电路分析基础学习指导电路分析基础学习指导（第（第4 4版）版） 李翰逊、吴锡龙著李翰逊、吴锡龙著 高等教育出版社高等教育出版社答疑安排：答疑安排：每次上课前半个小时每次上课前半个小时作业要求：作业要求：独立、认真完成作业，书写整洁独立、认真完成作业，书写整洁课件下载：课件下载：邮箱：邮箱： 密码：密码：123456第一章第一章 集总参数电路中电压、集总参数电路中电压、电流的约束关系电流的约束关系 1-1 1-1 电路及集总电路模型电路及集总电路模型 1-2

2、 1-2 电路变量电路变量 电流、电压及功率电流、电压及功率 1-3 1-3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1-4 1-4 电阻元件电阻元件 1-5 1-5 电压源电压源 1-6 1-6 电流源电流源 1-7 1-7 受控源受控源 1-8 1-8 分压公式和分流公式分压公式和分流公式 1-9 1-9 两类约束两类约束 KCL、KVL方程的独立性方程的独立性 1-10 1-10 支路分析支路分析1-1 1-1 电路及集总电路模型电路及集总电路模型电能传输与转换电能传输与转换传递与处理信号传递与处理信号负载负载电源电源中间环节中间环节输电线输电线信号源信号源负载负载话筒把话筒把声音声音( (信息信息)

3、 ) 电信号电信号扬声器把扬声器把电信号电信号 声音声音( (信息信息) )1.1.电路及其作用电路及其作用 电路是电流的通路，它是为某种需要由某些电工设备或元件电路是电流的通路，它是为某种需要由某些电工设备或元件按一定方式组合起来的。电路的作用有两大类：按一定方式组合起来的。电路的作用有两大类：2.2.集总假设、元件模型集总假设、元件模型 集总参数电路集总参数电路 （1 1）集总假设：）集总假设：在器件的尺寸远小于正常工作频率所对应的在器件的尺寸远小于正常工作频率所对应的波长时，可将它所反映的物理现象分别进行研究，即用三种基本波长时，可将它所反映的物理现象分别进行研究，即用三种基本元件表示其

4、三种物理现象，这就是集总假设。元件表示其三种物理现象，这就是集总假设。 采用集总假设的条件：采用集总假设的条件：实际电路的尺寸远小于电路使用时其实际电路的尺寸远小于电路使用时其最高工作频率所对应的波长。最高工作频率所对应的波长。 例如，我国电力用电的频率为例如，我国电力用电的频率为50Hz，对应的波长为：，对应的波长为： 对于以此为工作频率的实验室电气电子设备而言，其尺寸远对于以此为工作频率的实验室电气电子设备而言，其尺寸远小于这一波长，可以按小于这一波长，可以按集总电路集总电路处理。处理。 而对于远距离输电线来说，就必须考虑到电场、磁场沿电路而对于远距离输电线来说，就必须考虑到电场、磁场沿电

5、路分布的现象，不能按集总电路来处理，而要用分布的现象，不能按集总电路来处理，而要用分布参数分布参数表征。表征。6000kmm10650Hzm/s10368 fc （2 2）理想电路元件（集总元件）理想电路元件（集总元件） 为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下，常忽略实际为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下，常忽略实际电气部件的次要因素而突出其主要电磁性质，即把它抽象为电气部件的次要因素而突出其主要电磁性质，即把它抽象为理想理想电路元件（集总元件）电路元件（集总元件）。 集总元件：集总元件：是指只显示单一电磁现象，并且可以用数学方法是指只显示单一电磁现象，并且可以用数学方法精确定义的电路

6、元件。常见的理想电路元件有电阻、电容、电感、精确定义的电路元件。常见的理想电路元件有电阻、电容、电感、理想电压源、理想电流源等。理想电压源、理想电流源等。 电阻元件：电阻元件：只表示消耗电能的元件。只表示消耗电能的元件。 电容元件：电容元件：只表示储存电场能量的元件。只表示储存电场能量的元件。 电感元件：电感元件：只表示储存磁场能量的元件。只表示储存磁场能量的元件。R L 忽略忽略L消耗消耗电电能能（电阻性）（电阻性）产生产生磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量（电感性）（电感性）iR （3 3）集总电路）集总电路电池电池负载负载连接导线连接导线实际电路实际电路开关开关 由集总元件组成的电路，称为

7、实际电路的集总电路由集总元件组成的电路，称为实际电路的集总电路模型或简称为模型或简称为集总电路集总电路。集总电路集总电路KUSR +R01-2 1-2 电路变量电路变量 电流、电压及功率电流、电压及功率 给定电路结构及参数，求电路各部分的电流、电压及功率的给定电路结构及参数，求电路各部分的电流、电压及功率的过程，称为过程，称为电路分析电路分析。1.1.电流电流 定义：带电粒子的定向运动形成电流。定义：带电粒子的定向运动形成电流。 单位：单位：A（安培）（安培）2.2.电压电压 定义：单位正电荷由定义：单位正电荷由a点移动到点移动到b点所获得或失去的能量，即点所获得或失去的能量，即a、b两点之间

8、的电压。两点之间的电压。 单位：单位：V（伏特）（伏特） 若若a点电位低，点电位低，b点电位高，则点电位高，则正电荷获得能量正电荷获得能量。 若若a点电位高，点电位高，b点电位低，则点电位低，则正电荷失去能量正电荷失去能量。tqtidd)( qwtudd)( 大小和方向均不随时间变化的大小和方向均不随时间变化的u、i 称为称为直流电直流电； 大小和方向随时间变化的大小和方向随时间变化的u、i 称为称为交流电交流电。3.3.功率功率 定义：若在定义：若在dt 时间内，由时间内，由a点转移到点转移到b点的正电荷为点的正电荷为dq ，且，且由由a到到b的的电压降为电压降为u，则正电荷失去的能量为，则

9、正电荷失去的能量为 功率功率 单位：单位：W（瓦特）（瓦特）it0quwdd uitqutwtp dddd)(ut04.4.电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向 （1 1）实际方向）实际方向 电流的实际方向：正电荷运动的方向；电流的实际方向：正电荷运动的方向； 电压的实际方向：由高电位端指向低电位端。电压的实际方向：由高电位端指向低电位端。 （2 2）参考方向）参考方向 在电路分析中，电路图中标出的电流（电压）方向均为参考在电路分析中，电路图中标出的电流（电压）方向均为参考方向，按所标示的参考方向进行计算。方向，按所标示的参考方向进行计算。 参考方向可任意假定。参考方向可任意假定。 计算结

10、果的正负配合参考方向就可确定实际方向，但不需要计算结果的正负配合参考方向就可确定实际方向，但不需要把参考方向改为实际方向。把参考方向改为实际方向。 不设参考方向，算出的结果没有意义。不设参考方向，算出的结果没有意义。 参考方向（假定方向）参考方向（假定方向） u ( i ) 0，二者相同，二者相同 实际实际方向（真实方向）方向（真实方向） u ( i ) 0 加反向电压：截止加反向电压：截止 R = ，u 0； 若电位为负，则低于参考点电位，若电位为负，则低于参考点电位，两点之间电压两点之间电压 0。 电位的单值性：电位的单值性： 参考点一经选定，电路中各点的参考点一经选定，电路中各点的电位就

11、是唯一确定的数值。电位就是唯一确定的数值。dcba2 6 4 3 10V+ 2 2、电位的计算、电位的计算 例例1 1：已知已知 Uda = 4V，Uac = 6V，求各点电位。，求各点电位。 解：设解：设 c 点接地，即点接地，即 Vc = 0 Vd = Udc = Uda + + Uac = 10V Va = Uac = 6V = Vb 设设 d 点接地，即点接地，即 Vd = 0 Vc = Ucd = Uca + + Uad = - - 10V Va = Uad = - - 4V = Vbdcba2 6 4 3 10V+ 例例2 2：电路如图所示，分别以电路如图所示，分别以 A、B 点为