电路分析基础(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：王瑞玲,农杰,孙利芳,高莉莉

出版社：航空工业出版社

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

电路分析基础试读：

编者的话

本书具有以下特点：

1.本书从基本内容到例题、习题均注重理论结合实际，旨在加强学生的基本技能训练。

2.本书内容叙述力求简明扼要、深入浅出、通俗易懂，可读性强，易于学习和掌握，同时方便教师教学。

3.本书突出基本内容和概念，突出工程应用，较好地处理了教学内容继承与更新、先进性与实用性的关系，较好地体现了高职高专教育“基础理论以必需、够用为度，突出应用性”的基本指导思想。

本书由王瑞玲、农杰和孙利芳担任主编，于庆、闫敏、沙莎、胡群智和邢德胜担任副主编，左晋荣、孙晓平、汪春华、邓耀全和俞艳红参与编写。

本书在编写过程中借鉴了大量的电路相关文献资料，在此向这些资料的作者表示衷心的感谢。

另外，本书配有丰富的教学资源包，读者可登录北京金企鹅文化发展中心的网站（www.bjjqe.com）下载。编者2014年7月

第1章 电路基本概念和定律

学习目标

理解电路的组成及电路模型的概念

掌握电路的基本物理量的概念及参考方向

掌握基尔霍夫电流定律和电压定律

理解电阻元件的伏安特性

掌握电压源与电流源的基本概念

掌握电路中电位的计算方法

理解电桥平衡原理，受控源的概念及分类

1.1 电路和电路模型

电路是电流的流通路径，它是由电源、负载和中间环节三部分按一定方式组合而成的。

电源：是指能将其他形式的能量转换成电能并为电路提供能量的装置，如干电池、蓄电池及发电机等。

负载：是指可在电路中接收电能并将电能转换成其他形式的能量的设备，如电灯、电视机及电炉等。

中间环节：是指连接电源和负载的部分，如导线、开关及各种继电器等。2.电路的功能

在实际应用中，电路种类繁多，形式和结构也各不相同，但就其作用而言，主要可概括为以下两方面：

① 实现电能的传输、分配和转换。例如，在照明电路中，电源通过导线将电能传递给电灯，电灯再将电能转换为光能和热能。

② 实现信号的传递和处理。例如，电视机或收音机将接收到的电信号经过调频、滤波和放大等处理后，转换为图像和声音信号。1.1.2 电路模型

实际电路是由各种作用不同的电路元件组成的，而实际的电路元件在工作时的电磁性质往往比较复杂，大多数电路元件都具有多种电磁性质。因此，为了方便对实际电路进行分析和研究，通常将实际电路元件理想化（模型化），即突出其主要电磁性质，忽略次要性质，近似看作理想电路元件。例如，电阻元件、电感元件和电容元件等都是理想电路元件。

由理想电路元件组成的电路称为实际电路的电路模型。如图1-1所示，干电池在对外提供电压的同时，其内部也有电阻消耗能量，故在电路模型中可用电动势E和内阻R串联表示；灯泡在通电流时，除0了具有消耗电能的性质（电阻性）外，还具有电感性，但由于其电感性很弱，可忽略不计，故在电路模型中可用一电阻元件R表示；导线的电阻很小，可忽略不计，故在电路模型中可看作是一无电阻的理想导体。本书所分析的电路都是电路模型。图1-1 电路模型

1.2 电路的基本物理量

在电场力的作用下，电荷有规则地定向移动就形成了电流。习惯上规定电流的方向为正电荷运动的方向或负电荷运动的反方向，它是客观存在的，称为电流的实际方向。电流的大小为单位时间内通过导体横截面的电量，称为电流强度，简称电流，用i表示，即

式中，dq——在dt时间内通过导体横截面的电量，单位为库［仑］（C）。

小写字母i表示电流随时间变化。大小和方向都不随时间变化的电流称为直流电流，用大写字母I表示，于是，式（1-1）可写为

在国际单位制中，电流的单位为安［培］（A）。常用的电流单位还有千安（kA）、毫安（mA）和微安（μA），它们之间的换算关系为361A=10mA=10μA

在分析简单电路时，可以直观地确定电流的实际方向，但在分析复杂电路时，往往很难判断电流的实际方向。因此，为了方便分析和计算，可以任意选定一个方向作为参考方向。如图1-2所示，若电流的参考方向与实际方向一致，则电流为正值；若电流的参考方向与实际方向相反，则电流为负值。

电流的参考方向可以用箭头表示，也可以用双下标表示。例如，i表示电流的参考方向是从a指向b的。ab图1-2 电流的参考方向1.2.2 电位、电压和电动势1.电位

在电路中任选一点作为参考点，则电场力把单位正电荷从某点移动到参考点所做的功称为该点的电位，用v（V）表示。电位是衡量电路中各点所具有的电位能大小的物理量。2.电压

电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功称为a，b两点间的电压，用u（U）表示，即abab

式中，dW——电场力将正电荷dq从a点移动到b点所做的功，单位为焦［耳］（J）。

习惯上规定电压的实际方向为从高电位端（用“＋”号表示）指向低电位端（用“－”号表示），即电位降低的方向。因此，电路中两点间的电压也可用两点间的电位差来表示，即

在国际单位制中，电位和电压的单位相同，都为伏［特］（V）。常用的电压单位还有千伏（kV）、毫伏（mV）和微伏（μV），它们之间的换算关系为361V=10mV=10μV

一般情况下，电路中两点间的电压是不变的，而各点的电位则随参考点的不同而变化。因此，在研究同一电路系统时，只能选取一个电位参考点。

与电流类似，分析电路时，也需先任意选定一个方向作为参考方向，如图1-3所示。若电压的参考方向与实际方向一致，则电压为正值；若电压的参考方向与实际方向相反，则电压为负值。图1-3 电压的参考方向

当电流的参考方向与电压的参考方向一致时，称为关联参考方向；当两者不一致时，称为非关联参考方向。3.电动势

电动势是指电源内部的非电场力把单位正电荷从低电位端移到高电位端所做的功，用e（E）表示，即

电动势的实际方向为由低电位b端指向高电位a端，即电位升高的方向，因此，电动势和电压的实际方向相反，如图1-4a所示。在开路情况下，电源电动势与电源两端的电压大小相等，方向相反，如图1-4b所示。图1-4 电动势1.2.3 电功率和电能1.电功率

电功率（简称功率）是指电能量对时间的变化率，也就是电场力在单位时间内所做的功，用p（P）表示，即

在国际单位制中，功率的单位为瓦（W）。常用的功率单位为千瓦（kW）。

当元件中流过的电流与其两端电压取关联参考方向时，若p=ui＞0，则说明流经元件的电流的实际方向与元件两端电压的实际方向是一致的，电场力对正电荷做了功，元件吸收功率；若p=ui＜0，则说明流经元件的电流的实际方向与元件两端电压的实际方向是相反的，一定有外力克服电场力做了功，元件发出功率。

当元件中流过的电流与其两端电压取非关联参考方向时，上述结论正好相反。2.电能

在dt时间内，电场力移动正电荷所做的功dW称为电能。则在t到0t时间内电路吸收或发出的能量可表示为

直流时，

在式（1-7）中，如果p的单位为瓦（W），则电能W的单位为焦［耳］（J）。日常生活中所说的1度电就是指功率为1 kW的元件在1 h内消耗的电能，即61度=1kW·h=3.6×10J【例1-1】 如图1-5所示直流电路中，已知U=4V，U=-8V，12U=6V，I=4A，求各电路元件吸收或发出的功率P，P，P，并求整3123段电路的功率P。图1-5 例1-1图【解】 对元件1，其电流和电压为关联参考方向，且P=UI=4×114W=16W＞0，所以元件1吸收功率16 W。

对元件2，其电流和电压为非关联参考方向，且P=UI=-8×224W=-32W＜0，所以元件2吸收功率32 W。

对元件3，其电流和电压为非关联参考方向，且P=UI=6×334W=24W＞0，所以元件3发出功率24 W。

设吸收功率为正，发出功率为负，则整段电路的功率P为P=（16+32-24）W=24W

1.3 基尔霍夫定律

若干电路元件按一定的连接方式构成电路后，电路中各部分的电流和电压必然受到两类约束，一类约束来自元件本身的伏安特性，反映这类约束的基本定律是欧姆定律；另一类约束来自元件的相互连接方式，反映这类约束的基本定律是基尔霍夫定律。由于欧姆定律在中学已经学过，此处不再赘述，本节将主要介绍基尔霍夫定律。

基尔霍夫定律可分为基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。其中，基尔霍夫电流定律主要应用于节点；基尔霍夫电压定律主要应用于回路。1.3.1 常用的电路名词

在介绍基尔霍夫定律之前，需要先了解电路中的几个名词。1.支路

电路中的每一分支称为支路。一条支路中只流过一个电流，此电流称为支路电流。如图1-6所示，电路中有三条支路：acb，adb和ab。其中，支路acb和adb中含有电源，称为有源支路；支路ab中不含电源，称为无源支路。图1-6 电路举例2.节点

电路中三条及三条以上支路的连接点称为节点。如图1-6所示，电路中有两个节点：a和b。3.回路

电路中的任一闭合路径称为回路。如图1-6所示，电路中有三个回路：abca，abda和adbca。4.网孔

将电路画在平面上，内部不含有任何支路的回路称为网孔。如图1-6所示，电路中有两个网孔：abca和abda。1.3.2 基尔霍夫电流定律（KCL）

基尔霍夫电流定律（KCL）又称为基尔霍夫第一定律，它描述了同一节点处各支路电流之间的约束关系，反映了电流的连续性，其表述为：在任一瞬时，流入某一节点的电流之和应等于流出该节点的电流之和，即

若规定流入节点的电流取正号，流出节点的电流取负号，则基尔霍夫电流定律还可表述为：在任一瞬时，通过某一节点的电流的代数和恒等于零，即

如图1-6所示，根据式（1-10），对节点a有

对节点b有

可以看出，将式（1-12）两边同乘以 可得到式（1-11），因此，在图1-6所示电路中只对其中一个节点列电流方程即可，这个节点称为独立节点。一般来说，当电路中有n个节点时，独立节点有n－1个。

基尔霍夫电流定律不仅可以应用于节点，而且还可推广应用于电路中任一假设的闭合面，即在任一瞬时，通过任一闭合面的电流的代数和也恒等于零。这种假设的闭合面称为广义节点。如图1-7所示，虚线框内的闭合面有三个节点a，b，c，应用基尔霍夫电流定律有图1-7 基尔霍夫电流定律的推广【例1-2】 如图1-8所示，已知I=5A，I=2A，I=-3A，求I。1234图1-8 例1-2图【解】 对节点a，根据基尔霍夫电流定律有：I-I-I=0123+I4

则I=-I+I+I=（-5+2-3）A=-6A41231.3.3 基尔霍夫电压定律（KVL）

基尔霍夫电压定律（KVL）又称为基尔霍夫第二定律，它描述了同一回路中各支路电压之间的约束关系，反映了电位的单值性，其表述为：在任一瞬时，从电路中任一点出发，沿任一闭合回路绕行一周，则在绕行方向（逆时针方向或顺时针方向）上，电位降之和应等于电位升之和，即电位的变化等于零。

若规定电位降取正号，电位升取负号，则基尔霍夫电压定律还可表述为：在任一瞬时，沿任一回路绕行一周，回路中各段电压的代数和恒等于零，即

如图1-9所示，假定图中所标数值均为正值，若回路绕行方向为顺时针，则根据式（1-14）有

式（1-15）为基尔霍夫电压定律在电阻电路中的另一种表达式，即在任一闭合回路的绕行方向上，回路中电动势的代数和等于电阻上电压降的代数和。此处，凡是电动势的参考方向与所选回路绕行方向一致的，电动势取正号，反之，取负号；凡是电阻上电流的参考方向与回路绕行方向一致的，该电阻的电压降取正号，反之，取负号。

基尔霍夫电压定律不仅可以应用于闭合回路，还可推广应用于开口回路。如图1-10所示电路，应用基尔霍夫电压定律有U=IR-U=0S图1-9 基尔霍夫电压定律图1-10 基尔霍夫电压定律的推广

需要说明的是，基尔霍夫的两个定律从电路的整体上阐明了各支路电流之间和回路中各段电压之间的约束关系。从上述讨论可以看出，这种关系仅与电路的结构和连接方式有关，而与电路元件的性质无关。

此外，上述讨论是以直流电路为例进行的。实际上，基尔霍夫的两个定律具有普遍性，它们不仅适用于由各种不同元件所构成的电路，也适用于在任一瞬时有任何变化的电流和电压。【例1-3】 如图1-11所示电路，已知U=23V，U=6V，R=10Ω，S1S21R=8Ω，R=5Ω，R=1Ω，R=4Ω，R=20Ω，试求电流I及电压U。23457abcd图1-11 例1-3图【解】 可将图1-11中的虚线框部分看成广义节点，由于c，d两点之间断开，流出此闭合面的电流为零，故流入此闭合面的电流I也ab为零，即I=0ab

整个电路相当于两个独立的回路，其电流分别为

在回路abcd中，应用基尔霍夫电压定律有IR+IR+U-IR=0ab725cd12

则U=IR-IR-IR=（1×8-0-1×4）V=4Vcd12ab725

1.4 电阻元件

电路元件一般可分为无源元件和有源元件。其中，无源元件是指无需外接能量源就能够实现其本身功能的元件，如电阻元件、电感元件及电容元件等；有源元件是指需要外接能量源才能够实现其本身功能的元件，如三极管、集成电路等。电阻元件作为电路中常用的无源元件之一，是从实际电阻器抽象出来的模型。电阻元件是一种消耗电能的元件，用R表示，单位为欧［姆］（Ω）。1.4.1 电阻元件的伏安特性

在电路分析中，用于描述元件特性的电压u（t）与电流i（t）之间的函数关系称为伏安特性或伏安关系（VAR）。1.线性电阻的伏安特性

对于电阻元件，如果其阻值大小与所加的电压大小和流过的电流大小无关，则其伏安关系必然符合欧姆定律，在u-i坐标平面中为一条直线，这种电阻称为线性电阻。

线性电阻在电路中的符号如图1-12a所示，其两端的电压与流过的电流成正比，即

线性电阻的阻值是一个与电压和电流无关的常数，其电压和电流的关系曲线（即伏安特性曲线）是一条通过原点的直线，如图1-12b所示。图1-12 线性电阻及其伏安特性

式（1-16）还可写为

式中，G——电导，单位为西［门子］（S）。

电阻R和电导G是反映电阻元件性能的互为倒数的两个参数，它们都可以用于表示电压和电流之间的关系。其中，电阻反映了电阻元件对电流的阻碍作用，而电导反映了电阻元件的导电能力大小。2.非线性电阻的伏安特性

在实际电路中，有一些电阻元件的伏安关系不是线性的，它不遵循欧姆定律，其两端的电压与流过的电流不成正比关系，这类电阻元件称为非线性电阻。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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