【正文】 第 1章 電路基本分析方法 本章介紹電路的基本規(guī)律和分析方法。 首先，進(jìn)行實(shí)際問(wèn)題的證實(shí)性研究分析； 其次，建立問(wèn)題的模型； 第三，模型分析； 第四，將分析結(jié)論用于解決實(shí)際問(wèn)題。 電路的組成和作用 電路是電流流經(jīng)的通路，可分為兩大類：電力電路和電子電路。 1. 電力電路 (強(qiáng)電 ) ⑴ 作用 :電能的傳輸及轉(zhuǎn)換。 ⑵組成 :電源、負(fù)載、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)。 ⑶實(shí)例 :照明、電動(dòng)機(jī)、電爐 E 2. 電子電路（弱電） ⑴ 作用 :信號(hào)的采集、傳輸、處理、顯示及控制。 ⑵組成 :傳感器、處理顯示控制器、導(dǎo)線 ⑶實(shí)例 :測(cè)溫、消防報(bào)警、電視監(jiān)控 mA 【 思考與討論 】 在電力電路中電能的傳輸與電子電路中信號(hào)的傳遞有什么異同？ 理想電路元件 ：具有單一電磁性質(zhì)的電路元件。 實(shí)際元器件的理想化 ：對(duì)于實(shí)際元器件，要忽略次要因素，突出其主要電磁性質(zhì)，稱為理想化 (模型化 ) 。 電路模型 ：用理想電路元件組成的電路，用于表示實(shí)際電路。 SSL= UI RR? 電路分析的基礎(chǔ)知識(shí) 電路模型 USISRSRLU+? 理想電路元器件 根據(jù)元器件本身是否產(chǎn)生能量，可分為無(wú)源元件和有源元件； 根據(jù)元器件的特性，又分為線性元件和非線性元件。 描述元器件特征參數(shù)的變量之間若呈線性關(guān)系，則稱為線性元件。 電路中的元器件均為線性元件，稱為線性電路。 一、理想無(wú)源元件 無(wú)源元件是指本身不產(chǎn)生能量的元器件。 電阻 R、電容 C、電感 L是三種典型的無(wú)源元件。 【 注意 】 今后所分析的電路均指電路模型。在電路圖中，各種元器件使用規(guī)定的規(guī)范性圖形符號(hào)和字母符號(hào)表示。 （ 1）電阻元件的特性 在交流電路中： 在直流電路中： uiR?UIR?Riu+?uOiuOi線性電阻的伏安特性 （非線性電阻）二極管的伏安特性 伏安特性： 指電阻元件上電壓與電流的關(guān)系，即 i = f(u)。 若電阻值為常數(shù)，稱為線性電阻，伏安特性為直線。 若電阻不為常數(shù)，稱為非線性電阻，伏安特性為曲線。 電阻器的主要參數(shù)： 包括標(biāo)稱阻值、允許偏差、額定功率等。 電阻器的標(biāo)示法： 包括直標(biāo)法、色環(huán)標(biāo)示法、文字符號(hào)法等。 （ 2）分壓、分流關(guān)系 當(dāng)電阻串聯(lián)時(shí)，通過(guò)的電流相等，具有分壓作用； 電阻并聯(lián)，其電壓相同，有分流作用。 （ 3）常用電阻元器件的分類、符號(hào) 線 性 固 定 電 阻電 位 器可 變 電 阻帶 滑 動(dòng) 觸 點(diǎn) 的 電 阻 器熱 敏 電 阻t（ 4）電阻定律及其應(yīng)用 LRS??導(dǎo)線截面 (mm2)： ， ， ， ， ， ， ， 4， 6， 16， 25， 35， 50， 75， 95， 120，150， 185， 240 截面越大承載電流的能力越強(qiáng)，但嚴(yán)格講不成正比 二、理想有源元器件 （一）獨(dú)立電源 1. 電壓源 （ 1）實(shí)際電壓源模型 SSU U R I??符號(hào)： 由電動(dòng)勢(shì) US與內(nèi)電阻 RS組成。 RS+?USRLU+?IIOURSIUS伏安特性： 交流電壓源的符號(hào)： 由 us 和 rs 組成。 RS+?uS（ 2）理想電壓源模型 理想直流電壓源的符號(hào)。 理想直流電壓源的伏安特性： U = US。 理想直流電壓源特點(diǎn)： 輸出電壓恒定，輸出電流可變 I = US /RL。 理想交流電壓源的符號(hào)。 +?USRLU+?ISIOUUS+?us2. 電流源 （ 1）理想電流源模型 理想直流電流源的符號(hào)。 理想直流電流源的伏安特性。 U = US。 理想直流電壓流的特點(diǎn)： 輸出電流恒定，輸出電壓可變， U = RLIS 理想交流電流源的符號(hào)。 UOIISRLU+?ISISis（ 2）實(shí)際電流源模型 SSUIIR??符號(hào)： 由理想電流源 IS與內(nèi)電阻 RS并聯(lián)組成。 伏安特性： 交流電壓源的符號(hào)： 由 is 和 Rs組成。 1. 電壓源和電流源的等效互換 SSU = U I R?RS+?USRLU+?IS電壓源的伏安特性： ，并且電壓源與電流源的 RS相等。 S S S S S()U I I R I R I R? ? ? ?電壓流的伏安特性： 電壓源與電流源等效互換的條件是： SSU = U I R? 實(shí) 際 電 壓 源 實(shí) 際 電 流 源SSSSUIRR?若 ， 內(nèi) 阻 相 同S S S S=U I R R若 ， 內(nèi) 阻 相 同 【 例題 】 電路如圖所示，用電壓源和電流源等效互換的方法，求電路中的電流 I。 解：先將電壓源等效變換為電流源。 S1S11110 5 . 5 ( A )20UIR? ? ?S2S2235 7 ( A )5UIR? ? ? S 1 S 2= ( A )I I I? ??1 2 31 2 3( // ) 5 ( A )( // )R R RIIR R R? ???? *（二）受控電源 電源按照能否獨(dú)立起電源作用 ,分為 :獨(dú)立電源和受控電源。 獨(dú)立電源： 能夠獨(dú)立起電源作用的電源； 受控電源： 簡(jiǎn)稱受控源，不能獨(dú)立存在，而受電路中其它電流或電壓的控制。若控制信號(hào)電流、電壓消失，受控電源的輸出也變?yōu)?0，隨即失去電源作用。 例如電子電路中的晶體三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等元器件的輸出也可起電源作用，為受控源。 【 思考與討論 】 電源等效互換中的“等效”，是相對(duì)于電源內(nèi)電路還是外電路來(lái)說(shuō)的？理想電壓源與理想電流源可否等效互換，為什么？ 受控電源的分類： S1 318 2 ( m A )4 1 0UIR? ? ??33125 3 5 3 2 1 0 3 1 0 3 1 8 ( V )U I R ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【 例題 】 電路如圖所示，試求電路中 R2上 的電壓 U。 無(wú)量綱。則： 解：從圖中可見(jiàn)，含有一個(gè)電流控制電流源， 53? ? 參考方向 單電源直流電路這類簡(jiǎn)單的電路，電流的實(shí)際方向很容易判斷。 多電源的復(fù)雜電路來(lái)說(shuō)，電路中的實(shí)際方向就很難判斷甚至無(wú)法判斷了； 交流電路來(lái)講，電壓、電流方向隨時(shí)間而變化，在電路圖中也無(wú)法標(biāo)注它的實(shí)際方向。為此，引入?yún)⒖挤较虻母拍睢? 參考方向： 是指在分析電路時(shí)，任意設(shè)定一個(gè)方向，為電壓、電流或電動(dòng)勢(shì)的正方向作為參考。 當(dāng)實(shí)際方向與參考方向相同時(shí)，取正值； 若實(shí)際方向與參考方向相反，則取負(fù)值。 反之，根據(jù)取值的正負(fù)即可判斷出實(shí)際方向。這樣，電壓、電流和電動(dòng)勢(shì)的取值有了正負(fù)之分，是代數(shù)量。 注意： 取值的正負(fù)只反映實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系，也即二者是否一致，而與大小無(wú)關(guān)。 1. 參考方向的表示 （ 1）電流的參考方向： （ 2）電壓的參考方向： IIRR( a ) 箭 頭 表 示Ia ba bR( b ) 字 母 表 示R( a ) 極 性 表 示+ ?UR( b ) 箭 頭 表 示UUa ba bR( c ) 字 母 表 示+ ? （ 3）電動(dòng)勢(shì)的參考方向： 電動(dòng)勢(shì)采用正“ +”、“ ”極性表示，方向由“ ”極性端指向正“ +”極性端。 +?E 2. 關(guān)聯(lián)參考方向 關(guān)聯(lián)參考方向： 若電流與電壓的參考方向一致，正電壓作用下產(chǎn)生正的電流。歐姆定律為： U = RI 非關(guān)聯(lián)參考方向： 若電流與電壓的參考方向不一致。歐姆定律為： U = UI 【 例題 】 試?yán)脷W姆定律計(jì)算圖中的電阻 R。 解：圖 (a)中，電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向， 6 2 ( )3URI? ? ? ? 圖 (b)中，電壓、電流為非關(guān)聯(lián)參考方向 6 2 ( )3URI? ? ? ?? 綜述可見(jiàn) ：在參考方向下應(yīng)用歐姆定律時(shí)，出現(xiàn)了兩套符號(hào)，即： （ 1）電壓、電流和電動(dòng)勢(shì)的取值有正負(fù)之分； （ 2）列表達(dá)式時(shí)，關(guān)聯(lián)方向在式子前面加“ +”號(hào)；非關(guān)聯(lián)方向加“ ”號(hào)。 因此，以后利用歐姆定律的時(shí)候，必須考慮參考方向之間的關(guān)聯(lián)性。 【 例題 】 試?yán)脷W姆定律計(jì)算圖中的電阻 R。 【 注意 】 今后電路中所標(biāo)注的方向，均認(rèn)為是參考方向。 【 思考與討論 】 上述按照歐姆定律列式的時(shí)候，其兩套符號(hào)的正、負(fù)號(hào)是根據(jù)什么確定的？ 在電路圖中標(biāo)注關(guān)聯(lián)方向或者非關(guān)聯(lián)方向，哪一種計(jì)算更方便？為什么？ 參考方向既然是任意設(shè)定，是否影響計(jì)算結(jié)果的大小？ 1. 電位的概念及計(jì)算 參考點(diǎn)： 在電路中選取一個(gè)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，并規(guī)定其電位為零，稱為零電位參考點(diǎn)，簡(jiǎn)稱參考點(diǎn)。 符號(hào)“ ⊥ ”表示參考點(diǎn)，如圖中的 a點(diǎn)。這里的“接地”，并不一定真的與大地相接。 電位及其應(yīng)用 電位： 電路中某點(diǎn)的電位，就等于該點(diǎn)與參考點(diǎn)之間的電位差（電壓）。 如 b點(diǎn)電位 Vb=Uab=VbVa 【 例 】 電路如圖所示，試分別計(jì)算用 a 和 b作參考點(diǎn)時(shí)，各點(diǎn)的電位 Va、 Vb、 Vc、 Vd和電壓 Uab、 Ubc、 Ucd，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。 解：以 a點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí) a 0VV ?b ba 3 3 5 6 30(V )V U R I? ? ? ? ?c S 1 110 ( V )VU??d S 2 3 5 (V)VU??a b a b 0 3 0 3 0 ( V ) U V V? ? ? ? ? ?b c b c 30 110 80( V ) U V V? ? ? ? ? ?c d c d 110 35 75( V ) U V V? ? ? ? ? 【 例 】 電路如圖所示，試分別計(jì)算用 a 和 b作參考點(diǎn)時(shí)，各點(diǎn)的電位 Va、 Vb、 Vc、 Vd和電壓 Uab、 Ubc、 Ucd，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。 解：以 b點(diǎn)為參考點(diǎn)時(shí) b 0VV ?a a b 3 3 563 0 ( V )V U R I? ? ? ? ? ???c c b 4 2 0 8 0 ( V)VU? ? ? ?d db 1 5 5( V)VU? ? ? ?a b a b 30 0 30( V ) U V V? ? ? ? ? ? ?b c b c 0 80 80( V ) U V V? ? ? ? ? ?c d c d 80 5 75(V ) U V V? ? ? ? ? 結(jié)論： （ 1）電位值是相對(duì)的。參考點(diǎn)不同，電路中的各點(diǎn)電位隨之變化； （ 2）電壓值是絕對(duì)的，任意兩點(diǎn)之間的電壓與參考點(diǎn)的選取無(wú)關(guān)。 2.