电路分析与电子线路 绪论

0.4 电子电路分析的量
电子电路分析的量——描述电路模型电磁性能的量 ➢电路模型上的偏置——直流电压、电流和功率 ➢电路模型上的信号——交流电压、电流和功率
习惯上，电压、电流和功率分别用i(t)、u(t)和p(t)表示，简记 为i、u和p
第0章 绪论
Δq dq ①电流 i(t) = lim
Δt0 Δt dt
p dw dw dq ui dt dq dt
或写为 p吸 ui
式中，功率p的单位为W（瓦）
直流电流直流电压——用P=UI表示
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第0章 绪论
功率的计算
➢关联参考方向，经计算，p > 0，电路实际吸收正功率；
p < 0，电路吸收负功率，实际发出功率
➢非关联参考方向，电路实际吸收或发出功率情况与之相 反
在分析电路问题时，常在电路中选一个点为参考点 (reference point)，把任一点到参考点的电压（降）称为该点的电位。
a
b
设c点为电位参考点，则 c 0
a Uac , b Ubc , d Udc
d
c
34 a b c
a
b
c
第0章 绪论
两点间电压与电位的关系 例：已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V，计算Uac (1) 以a点为参考点，a =0
P发= 10 W， P吸= 5+5=10 P发=P吸 （功率守恒）
练习
第0章 绪论
+ U1 － + U6 －
1
6
I1
－
++2 Fra bibliotek2U4 4
－+ + U3 － I2
3
U5 5 － I3
求图示电路中各方框 所代表的元件吸收或产生 的功率。 已知： U1=1V, U2= -3V， U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A,，I3= -1A
这种理想化的元件称为实际器件的“器件模型”。
用理想化元件表示实际元件，并按实际电路的连接方式连接 起来的电路图称为电路模型。
第0章 绪论
理想电路元件
有某种确定的电磁性能的理想元件。
几种基本的理想电路元件：
电阻元件：表示消耗电能的元件 电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件
电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件
判断R3上电流I3的方向？
I I1 I2
R1
R3 R2
US R4
I3?
R5
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第0章 绪论
电流参考方向与实际方向的关系
实际电流方向与参考电流方向的关系
➢经计算，i > 0，电流的实际方向与参考方向一致； ➢经计算， i < 0，电流的实际方向与参考方向相反 ➢未标注参考方向，电流的正负无意义
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电流具有方向，电流的实际方向规定为正电荷运动的方向
任意选定一个方向作为电流的参考方向——参考方向
电流的参考方向任意选定，在电路图中的元件上用箭头或者双下标表示
i
a
b
(a) 用箭头表示
(b)用双下标表示
26 第0章 绪论
为什么要规定电流参考方向 ➢电路分析与计算过程需要用到电流方向 ➢复杂电路中，事先不能确定电流的实际方向 ➢时变电流的方向实际随时间不断变化
(2) 以b点为参考点，b =0
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第0章 绪论
两点间电压与电位的关系
结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位差。
电路中的电位参考点可任意选定；选择不同的电位参考点，电路 中各点的电位将随之改变，但任意两点间的电压保持不变
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第0章 绪论
关联参考方向
➢电流的参考方向和电压的参考极性都任意选定，二者彼此独立，对于二端元
电流——单位时间内通过导体横截面的正电荷
式中，t的单位为s、q的单位为C、i的单位为A
不随时间变化的电流——直流电流——一般用I表示
➢电流具有方向，电流的实际方向规定为正电荷运动的方向
➢电子电路分析时，难以预知各元件电流的实际方向，可以 先给电流一个假定方向——参考方向
25 第0章 绪论
电流参考方向的两种表示
为什么要引入电路模型
实际电路在运行过程中的表现相当复杂，如：制作一个电阻器 是要利用它对电流呈现阻力的性质，然而当电流通过时还会产 生磁场。要在数学上精确描述这些现象相当困难。为了用数学 的方法从理论上判断电路的主要性能，必须对实际器件在一定 条件下，忽略其次要性质，按其主要性质加以理想化，从而得 到一系列理想化元件。
➢能量的传输与转换 ——电能的产生、传输、分配……
如电力系统的发电、传输等。
第0章 绪论
电子电路的描述——电原理图 ➢电子元器件→图形符号 ➢电路连接→拓扑结构
(a)手电筒电路
(b)实际电路
演变过程
(c)电原理图
第0章 绪论
电子电路的描述——电原理图（GB4728-2000） ➢电源、电子元器件→图形符号 ➢导线→线段
件而言，电压的参考极性和电流参考方向的选择有四种可能的方式，
➢ 关联参考方向：电流参考方向从电压”+”极指向”-”极。
(a)、(b) 关联参考方向
(c)、(d) 非关联参考方向
二端元件电流、电压参考方向
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第0章 绪论
关联参考方向标注
为分析方便，常使电流和电压的参考方向关联起来选为一致—— 电流参考方向由电压参考+极流入、-极流出——关联参考方向
➢电子信息系统中的信号——电信号——反映消息和信息 的电压或电流波形 ➢光信号 ➢量子信号 ➢生物信号 ➢…
第0章 绪论
信号（电信号）的分类 ➢模拟信号——时间上和数值上均具有连续性——电子电 路中的信号 ➢离散信号——时间上具有离散性，数值上具有连续性 ➢数字信号——时间上和数值上均具有离散性
第0章 绪论
②电压与电位 电压基本概念
电路中a、b两点间的电压——单位正电荷由a点移动到b点所失去的能量
u dw dq
a
b
式中，q的单位为C、w的单位为J、u的单位为V
uab ua ub
➢ 两点间电压与路径无关，仅与起点与终点位置有关：
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第0章 绪论
与电压相关的几个名词
大小和方向均不随时间变化的电压——直流电压——用U表示
电子信息系统中的电子电路 ➢滤波电路——模拟信号的提取或抗干扰 ➢放大电路——模拟信号的放大 ➢运算电路——模拟信号的加、减、乘、除、积分、微分、 对数、指数等运算 ➢信号发生电路——产生正弦波、矩形波、三角波等模拟 信号 ➢偏置电源——交流电压→直流电压或电流（提供能量）
0.2 电子电路
第0章 绪论
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第0章 绪论
电压具有极性，电压的实际极性规定为正电荷的高能量点为正、 低能量点为负——实际极性
为什么要规定电压参考方向： ➢电路分析与计算过程需要用到电压方向 ➢事先不能确定电压的实际方向 ➢时变电压的实际方向随时间不断变化
33 第0章 绪论
电位基本概念
电路中某点的电位——单位正电荷由某点移动到参考点所失去的能量 参考点——接地点——电位为零 电压——电位差
➢负载（load）：将电能转化为其它形式的能量，或对信号 进行处理。
➢导线（line）、开关（switch）等：将电源与负载接成通路。
第0章 绪论
电子电路的作用 ➢信号的传输与处理
——电信号的获得、变换、放大、控制与处理…… 如电视机、电话、通信电路等，实现雷达信号处理、通信信号处理、生物 信号处理等。
i
a
b
+u -
第0章 绪论
小结
➢ 分析电路时必须首先选定电压和电流的参考方向。
➢ 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 （箭 头、正负极性符号），在计算过程中不得任意改变。
➢ 参考方向选择不同，其表达式符号也不同，但实际方向不变。 ➢ 本课程今后的所有讨论，均在参考方向下进行。 ➢ 参考方向，也称“假定正方向”。
iR
iR
+
u
–
u = Ri
关联参考方向
+
u
-
u = -Ri
非关联参考方向
39 功率基本概念
第0章 绪论
③功率与能量 吸收功率——电路在单位时间内吸收的能量 关联参考方向条件下，单位时间内由a点移动到b点的正 电荷dq = idt，正电荷由a点移动到b点所失去的能量dw = udq——这些能量被电路吸收
电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。
上述基本的理想电路元件有三个特征： （a）只有两个端子； （b）可以用电压或电流按数学方式描述； （c）不能被分解为其他元件。
第0章 绪论
说明
① 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定条 件下可用同一电路模型表示，如灯泡、电炉等在低频电 路中都可用理想电阻表示。
图b非关联参考方向p 吸= -ui = -(-2sint)cost = 2sintcost = sin2t (W)
第0章 绪论
47
功率的计算
例2 U1=10V， U2=5V。 分别求电源、电阻的功率。
I5
I=UR/5=(U1–U2)/5=(10–5)/5=1 A
+ UR –
U1
U2
PR吸= URI = 5 1 = 5 PU1发= U1I = 10 1 = 10 PU2吸= U2I = 5 1 = 5
非关联参考方向条件下吸收功率的计算式？ 关联参考方向条件下发出功率的计算式？ 非关联参考方向条件下发出功率的计算式？
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功率的计算 第0章 绪论
a
42 功率的计算
第0章 绪论
a
43理想电压源功率计算第0章 绪论