1、电路分析教案（20142015年学年度第二学期） 67电路分析课程章节教案章节第1章 电路的基本概念和基本定律学时4 学时班级14级电子科学与技术时间第 1 周教学目标与要求1.了解电路模型及理想电路元件的意义；2.理解电压与电流参考方向的意义； 3.理解电路的基本定律并能正确应用；4.理解电功率和额定值的意义；5.掌握分析与计算电路中各点电位的方法。教学重点与难点重点：1.参考方向Reference direction2.几种元件的基本概念3.基尔霍夫定律Kirchhoff s Law难点：1.深入理解基尔霍夫定律的重要性 2.电位的计算课堂教学方法讲授作业与思考题作业：P13习题 1.8；
2、1.9；1.11注：1根据课程教学进度计划表填写章节教案首页；2教案或讲义正文附后，手书打印均可。1.1电路和电路模型1.1.1电路的组成电路是电流的通路，是为了实现某种功能由电工设备或电路元件按一定方式组合而成。1. 电路的作用(1) 实现电能的传输、分配与转换 (2)实现信号的传递与处理2. 电路的组成部分1.12电路模型为了便于用数学方法分析电路，将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。1.2 电流、电压及其参考方向1.2.1电流及其参考方向1 定义：单位时间内通过导体横截面的电量。习惯上讲正电荷运动的方向规
3、定为电流的方向。其定义式为：2 符号：i (或 I )3 单位：安A4 分类：直流（direct current，简称dc或DC）电流的大小和方向不随时间变化，也称恒定电流。可以用符号I表示。 交流（alternating current），简称ac或AC）电流的大小和方向都随时间变化，也称交变电流。 参考方向 ：在分析与计算电路时，对电量任意假定的方向。一种分析方法。电流参考方向的表示方法1.2.2电压及其参考方向1 定义：a、b两点间的电压表征单位正电荷由a点转移到b点时所获得或失去的能量。其定义式为：如果正电荷从a转移到b，获得能量，则a点为低电位，b点为高电位，即a为负极，b为正极。2
4、 符号：u (或 U )3 单位：伏V分类：直流电压与交流电压电压参考方向的表示方法物理中对基本物理量规定的方向1.3电功率和电能量1.3.1电功率的定义1 定义：单位时间内能量的变化。其定义式为：把能量传输（流动）的方向称为功率的方向，消耗功率时功率为正，产生功率时功率为负。2 符号：p（ P ）3 单位：瓦W4功率计算中应注意的问题功率的计算公式为：l 电压和电流取关联参考方向，实际功率p(t)0时，电路部分吸收能量，此时的p(t)称为吸收功率。l 电压和电流取关联参考方向，实际功率p(t)0，d u/d t0，则i0，q ， p0, 电容吸收功率。(2) 当电容放电，u0，d u/d t
5、0，则i0，q ，p0, 电容发出功率.电容能在一段时间内吸收外部供给的能量转化为电场能量储存起来，在另一段时间内又把能量释放回电路，因此电容元件是无源元件、是储能元件，它本身不消耗能量。2.3 电感元件1定义任何一个二端元件，如果在任意时刻的电压和电流之间的关系总可以由自感磁通链-电流（y-i）平面上的一条过原点的曲线所决定，则此二端元件称为电感元件。单位：亨利H1. 元件符号与图形2. 线性电感的韦安特性曲线电感L表征元件线圈储存电磁能的能力的参数，是不随电路情况变化的量。对于密绕长线圈而言，其L的大小取决于磁导率、线圈匝数、线圈截面积及长度。(=)3. 线性电感的伏安特性由楞次定理可得，
6、而，所以电感的伏安（i - u）关系为：。由此可见，电路中电感两端的电压的大小与流过它的电流的变化率成正比，电流变化越快，电压越高，反之。可以得出结论：电感元件通直隔交，通低阻高。而（u - i）关系即为积分关系。即如果取初始时刻，则：由此可见，电感元件某一时刻流过的电流不仅与该时刻电感两端的电压有关，还与初始时刻的电流大小有关。可见电感也是一种电流“记忆”元件。功率分析对于任意线性时不变的正值电感，其功率为那么从到时间内，电容元件吸收的电能为 则从到时间内，电感元件吸收的电能为W也就是说，当时，电感吸收能量 ，为充电过程；当时，电感放出能量 ，为放电过程。说明： 电感为储能元件，并不消耗电能
7、 电感为电流记忆元件，其电流与初始值有关 电感为动态元件，其电流电压为积分关系 电感为电流惯性元件，即电压为有限值时，电流不能跃变 电感元件通直隔交，通低阻高2.4电压源和电流源所谓独立源（independent source），意味着电压源的电压（电流源的电流）一定，与流过的电流（两端的电压）无关，也与其他支路的电流电压无关。2.4.1电压源1 定义端电压为定值或者是一定的时间函数，与流过的电流无关；其两端的电压由其本身确定，流过它的电流则是任意的。2 元件符号与图形3伏安特性曲线独立电压源的伏安特性曲线见下图。4说明1) 电压源为一种理想模型。2) 与电压源并联的元件，其端电压为电压源的值
8、。3) 电压源的功率从理论上来说可以为无穷大。2.4.2 电流源1 定义流过的电流为定值或者是一定的时间函数，与其两端的电压无关；即其电流由其本身确定，其两端的电压则是任意的。2元件符号与图形3伏安特性曲线独立电流源的伏安特性曲线见下图。4说明1) 电流源为一种理想模型。2) 与电流源串联的元件，流过其的电流为电流源的值。4) 电路中所含的电源均为直流电源时，电路称为直流电路。直流电路中的电量用大写字母表示。2.5 受控电源1 定义受控电压源（电流源）的电压（电流）受同一电路的其他支路的电压或电流控制。受控源是从晶体管、电子管电路中总结出来的一种双口元件模型。每一种线性受控源可由两个线性方程式
9、来表示： VCVS：i1=0 u2=mu1为转移电压比 CCVS：u1=0 u2=ri1为转移电阻 VCCS：i1=0 i2=gu1 为转移电导 CCCS：u1=0 i2=i1 为转移电流比2元件符号与图形：受控源示意图(1) 独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。(2) 独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为“激励”。电路分析课程章节教案章节第 3章 电阻电路的分析方法学时8学时班级14级电子科学与技术专业时间第 5、6 周教学目标与要求1. 了解二端电路网
10、络、端口及等效电阻的概念，实际电源的两种电源模型的概念；2. 理解等效电路的概念、二端电路的端口特性及电路等效的条件；3. 掌握电阻串并联等效、电源等效变换，熟练掌握支路电流法、节点电位法等电阻电路分析的一般方法。教学重点与难点重点：学会电路等效变换法、支路电路法、节点电位法等电阻电路分析方法，更加灵活的使用KVL、KCL和VCR定理。难点：电阻星形连接和三角形连接课堂教学方法讲授作业与思考题作业：注：1根据课程教学进度计划表填写章节教案首页；2教案或讲义正文附后，手书打印均可。3.1简单电阻电路的等效变换3.1.1等效电路和等效变换的概念任何一个复杂的电路, 向外引出两个端钮，且从一个端子流
11、入的电流等于从另一端子流出的电流，则称这一电路为二端网络 (或一端口网络)。两端电路等效的概念：两个两端电路，端口具有相同的电压、电流关系,则称它们是等效的电路。电路等效变换的目的: 化简电路，方便计算。电路等效变换的条件：两电路具有相同的VCR。3.1.2电阻的串并联等效变换1.电阻的串联特点：各电阻顺序连接，流过同一电流 (KCL)；总电压等于各串联电阻的电压之和 (KVL)。等效电路串联电路的总电阻等于各分电阻之和。2电阻的并联特点：各电阻两端为同一电压（KVL)；总电流等于流过各并联电阻的电流之和(KCL)。等效电路3.2电阻的Y形连接和D形连接的等效变换1. 电阻的D 、Y形连接 三
12、端网络D 形网络 Y形网络这两个电路当它们的电阻满足一定的关系时，能够相互等效 。 DY 变换的等效条件等效条件： i1D =i1Y , i2 D =i2Y , i3 D =i3Y , u12D =u12Y , u23D =u23Y , u31D =u31Y 根据等效条件，得YD的变换条件：简记方法：D变Y Y变D 3.3电源模型及其等效变换3.3.1实际电源的电路模型1.电压源模型电压源是由电动势 E和内阻 R0 串联的电源的电路模型。由左图电路可得: U = E IR0 若 R0 = 0, 理想电压源 : U E ; 若 R0RL ，I IS ，可近似认为是理想电流源。3.3.2电源的等效
13、互换1.电压源的串并联2.电流源的串并联3.电压源与电流源的串并联当电压源与电流源串联时，对外可等效为一电流源；当电压源与电流源并联是，对外可能效成一电压源。4.实际电源两种电路模型的等效变换3.4 支路电流法1.方法概述以支路电流作为变量，对独立节点列写电流（KCL）方程，对独立回路列写电压（KVL）方程，再由各个支路的支路方程将支路电压用支路电流表示出来。从而得到含b个变量的b个独立方程。又称为“1b法”。2方程结构个电流（KCL）方程，个电压（KVL）方程。共b个独立方程，变量是b个支路电流。3.解题步骤（1） 选定各个支路电流的参考方向；（2） 按KCL对个独立节点列写电流方程；（3）
14、 选取个独立回路，指定回路的绕行方向，应用KVL，列写电压方程；（4） 联立上述方程式，求解。4.说明1 当电路存在纯电流源支路时，可以设电流源的端电压为变量，同时补充相应的方程。2 实际解题时，适用于支路数少的电路出计算分析中。例题参照教材3.5节点电位法1.方法概述任意选择电路中某一节点为参考节点，其他节点与此参考节点间的电压称为“节点电压”。节点法是以节点电压作为独立变量，对各个独立节点列写电流（KCL）方程，得到含个变量的个独立电流方程，从而求解电路中的待求量。2.方程结构个电流（KCL）方程，变量是个节点电压。3.解题步骤（1） 选定参考节点；（2） 直接写出节点电压方程（实质上是电
15、流方程），注意自导总为正值，互导总为负值；（3） 联立上述方程式，求解。4.说明（1） 当电路存在纯电压源支路时，可以设电压源的电流为变量，同时补充相应的方程。也可以使用“改进的节点法”，将纯电压源设为一个“广义节点”，然后按前面的方法列写节点方程。（2） 当电路中存在受控源时，可以将受控源按独立源一样处理，其后将受控源的控制量用节点电压表示出来，然后移项。（3） 适用于支路多、节点数少的电路分析计算。实际生活中在三相电路的计算中常用。（4） 可以运用于非平面电路。例题参考教材电路分析课程章节教案章节第4章 电路定理学时6学时班级14级电子科学与技术专业时间第6周教学目标与要求1. 理解叠加定
16、理的意义以及叠加定理仅适合计算线性电路中的电压和电流，不合适计算电路中的功率；戴维南定理和诺顿定理的意义；2. 熟练掌握叠加定理、替代定理、戴维南定理、诺顿定理和最大功率传输定理的内容和应用；3. 根据问题合理选择电路分析方法，综合运用电路定理分析问题。教学重点与难点重点：熟练地运用叠加定理、戴维南定理和最大功率传输定理分析计算电路。难点：根据问题合理选择电路分析方法，综合运用电路定理分析问题。课堂教学方法讲授作业与思考题作业：注：1根据课程教学进度计划表填写章节教案首页；2教案或讲义正文附后，手书打印均可。4.1叠加定理4.1.1线性电路1 线性电路Linear circuit由线性元件和独
17、立源组成的电路称为线性电路。2激励与响应excitation and response在电路中，独立源为电路的输入，对电路起着“激励”的作用，而其他元件的电压与电流只是激励引起的“响应”。3齐次性和可加性homogeneity property and additivity property“齐次性”又称“比例性”，即激励增大K倍，响应也增大K倍；“可加性”意为激励的和产生的响应等于激励分别产生的响应的和。“线性”的含义即包含了齐次性和可加性。齐次性：可加性： 4.1.2 叠加定理1定理内容在线性电阻电路中，任一支路电流（电压）都是电路中各个独立电源单独作用时在该支路产生的电流（电压）之叠加。
18、此处的“线性电阻电路”，可以包含线性电阻、独立源和线性受控源等元件。2定理的应用方法将电路中的各个独立源分别单独列出，此时其他的电源置零独立电压源用短路线代替，独立电流源用开路代替分别求取出各独立源单独作用时产生的电流或电压。计算时，电路中的电阻、受控源元件及其联接结构不变。4.1.3 关于定理的说明1 只适用于线性电路2 进行叠加时，除去独立源外的所有元件，包含独立源的内阻都不能改变。3 叠加时应该注意参考方向与叠加时的符号4 功率的计算不能使用叠加定理例题参看教材4.2替代定理4.2.1 定理内容给定任意一个线性电阻电路，其中第k条支路的电压和电流已知，那么这条支路就可以用一个具有电压等于
19、的独立电压源，或者一个具有电流等于的独立电流源来代替，替代后的电路中的全部电压和电流均将保持原值（即电路在改变前后，各支路电压和电流均是唯一的）。4.2.2 关于定理的说明1 定理中的支路可以含源，也可以不含源，但不含受控源的控制量或受控量；2 定理可以应用于非线性电路；3 定理的证明略去，但可以根据“等效”的概念去理解。例题参看教材4.3 戴维南定理和诺顿定理4.3.1 戴维南定理1.定理内容一个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电压源和电阻串联的组合来等效置换，此电压源的电压等于一端口的开路电压，而电阻等于一端口的全部独立源置零后的输入电阻。2.定理的证明 3.
20、定理的使用(1).将所求支路划出，余下部分成为一个一端口网络；(2).求出一端口网络的端口开路电压；(3).将一端口网络中的独立源置零，求取其入端等效电阻；(4).用实际电压源模型代替原一端口网络，对该简单电路进行计算，求出待求量。4.3.2 诺顿定理一、定理内容一个含独立电源、线性电阻和受控源的一端口，对外电路来说，可以用一个电流源和电阻并联的组合来等效置换，此电流源的电流等于一端口的短路电流，而电阻等于一端口的全部独立源置零后的输入电阻。二、定理的证明略。三、定理的使用与戴维南定理的用法相同。只是在第2点时变为求取一端口网络的短路电流。4.3.3 最大功率传递定理1.定理内容由线性单口网络
21、传递给可变负载的功率为最大的条件是：负载应该与戴维南（诺顿）等效电阻相等。设为变量，在任意瞬间，其获得的功率为：这样，原电路问题变为：以为函数，为变量，求取在变量为何值时，其功率为最值。因为时，而 因此，即为使功率为最大值时的条件。2.说明(1).该定理应用于电源（或信号）的内阻一定，而负载变化的情况。如果负载电阻一定，而内阻可变的话，应该是内阻越小，负载获得的功率越大，当内阻为零时，负载获得的功率最大。(2).线性一端口网络获得最大功率时，功率的传递效率未必为50%。（即由等效电阻算得的功率并不等于网络内部消耗的功率）电路分析课程章节教案章节第5章 一阶动态电路学时6学时班级14级电子科学与
22、技术专业时间第8、9周教学目标与要求1. 了解电路的稳定状态、暂态过程、零状态响应、零输入响应、及全响应的概念；2. 理解RC电路和RL电路的暂态响应的求解过程；3. 能够利用换路定律确定电路的初始值；4. 熟练应用三要素法分析一阶动态电路。教学重点与难点重点：理解RC电路和RL电路的暂态响应的求解过程。难点：用一阶微分方程描述RC电路和RL电路。课堂教学方法讲授作业与思考题作业：注：1根据课程教学进度计划表填写章节教案首页；2教案或讲义正文附后，手书打印均可。5.1动态电路的基本概念5.1.1换路定则1 换路（Switching）在电路分析中，我们把电路与电源的接通、切断，电路参数的突然改变，电路联接方式的突然改变等等，统称为换路。2 过渡过程电路在换路时将可能改变原来的工作状态，而这种转变需要一个过程，工程上称为过渡过程（暂态过程）。如果电路在时换路，则将
