《電路分析基礎》知識歸納 一、 基本概念 1. 電路:若幹電氣設備或器件按照一定方式組合起來,構成電流的通路。 2. 電路功能:一是實現電能的傳輸、分配和轉換;二是實現信号的傳遞與處理。 3. 集總參數電路近似實際電路需滿足的條件:實際電路的幾何尺寸l(長度)遠小于電路正常工作頻率所對應的電磁波的波長λ,即
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。 4. 電流的方向:正電荷運動的方向。 5. 關聯參考方向:電流的參考方向與電壓降的參考方向一緻。 6. 支路:由一個電路元件或多個電路元件串聯構成電路的一個分支。 7. 節點:電路中三條或三條以上支路連接點。 8. 回路:電路中由若幹支路構成的任一閉合路徑。 9. 網孔:對于平面電路而言,其内部不包含支路的回路。 10. 拓撲約束:電路中所有連接在同一節點的各支路電流之間要受到基爾霍夫電流定律的約束,任一回路的各支路(元件)電壓之間要受到基爾霍夫電壓定律約束,這種約束關系與電路元件的特性無關,隻取決于元件的互聯方式。
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13. 激勵:以電壓或電流形式向電路輸入的能量或信号稱為激勵信号,簡稱為激勵。 14. 響應:經過電路傳輸處理後的輸出信号叫做響應信号,簡稱響應。 15. 受控源:在電子電路中,電源的電壓或電流不由其自身決定,而是受到同一電路中其它支路的電壓或電流的控制。 16. 受控源的四種類型:電壓控制電壓源、電壓控制電流源、電流控制電壓源、電流控制電流源。 17. 電位:單位正電荷處在一定位置上所具有的電場能量之值。在電力工程中,通常選大地為參考點,認為大地的電位為零。電路中某點的電位就是該點對參考點的電壓。 18. 單口電路:對外隻有兩個端鈕的電路,進出這兩個端鈕的電流為同一電流。 19. 單口電路等效:如果一個單口電路N1和另一個單口電路N2端口的伏安關系完全相同,則這兩個單口電路對端口以外的電路而言是等效的,可進行互換。 20. 無源單口電路:如果一個單口電路隻含有電阻,或隻含受控源或電阻,則為不含獨立源單口電路。就其單口特性而言,無源單口電路可等效為一個電阻。 21. 支路電流法:以電路中各支路電流為未知量,根據元件的VAR和KCL、KVL約束關系,列寫獨立的KCL方程和獨立的KVL方程,解出各支路電流,如果有必要,則進一步計算其他待求量。 22. 節點分析法:以節點電壓(各獨立節點對參考節點的電壓降)為變量,對每個獨立節點列寫KCL方程,然後根據歐姆定律,将各支路電流用節點電壓表示,聯立求解方程,求得各節點電壓。解出節點電壓後,就可以進一步求得其他待求電壓、電流、功率。 23. 回路分析法:以回路電流(各網孔電流)為變量,對每個網孔列寫KVL方程,然後根據
24. 歐姆定律,将各回路電壓用回路電流表示,聯立求解方程,求得各回路電流。解出回路電流後,就可以進一步求得其他待求電壓、電流、功率。
25. 電容電壓具有記憶性:在電容電流為有限值的條件下,電容電壓不能躍變,即電容電壓具有連續性。
26. 電感電流具有記憶性:在電感電壓為有限值的條件下,電感電流不能躍變,即電感電流具有連續性。
27. 一階電路:一階常微分方程描述的電路。
二、 基本定理、定律
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3. 疊加定理
在任何由線性電阻、線性受控源及獨立源組成的線性電路中,每一元件的電流或電壓響應都可以看成是電路中各個獨立源單獨作用時,在該元件上所産生的電流或電壓響應的代數和。
當某一獨立源單獨作用時,其他獨立源為零值,即獨立電壓源用短路代替,獨立電流源用開路代替。
4. 置換定理
在具有唯一解的線性或非線性電路中,若已知某一支路的電壓uk或電流ik,則可用一個電壓為uk的理想電壓源或電流為ik的理想電流源來置換這條支路,對電路中其餘各支路的電壓和電流不産生影響。
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三、 求解電路的方法步驟
1. 理想電壓源串聯等效
a圖所示是n個理想電壓源串聯組成的單口電路。根據KVL,很容易證明在任何外接電路下,這一電壓源串聯組合可等效為一個電壓源如b圖所示,等效電壓源的電壓
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4. 任意二端電路與理想電流源串聯等效
圖(a)所示是任意二端電路N1與理想電流源串聯組成的單口電路。N1可由電阻、獨立源和受控源構成。圖(a)所示的單口電路的VAR是i=is (對任意端電壓u) 。顯然,上式與理想電流源的VAR相同。根據等效的定義,圖(a)所示的單口電路可等效為圖(b)所示的電路,即圖(a)的等效電路就是理想電流源本身。
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5.電阻Y形連接與Δ形連接的等效變換
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(1)由△形電路等效變換為Y形電路各電阻間的關系為
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(2)Y形電路等效變換為△形電路各電阻間的關系為
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6. 兩種實際電源模型的等效互換:1)實際電壓源等效為實際電流源時,将實際電壓源的電壓值除以串聯電阻值,得到實際電流源的電流值,然後将串聯電阻改為與電流源并聯,電流源方向與電壓源的正極相同。2)實際電流源等效為實際電壓源時,将實際電流源電流值乘以電阻值得到實際電壓源的電壓值,然後将并聯電阻改為與電壓源串聯的電阻,電壓源的正極與電流源方向一緻。
7. 用支路電流法分析電路的一般步驟:
(1) 選定各支路電流的參考方向和獨立回路的繞行方向。
(2) 根據KCL對n-1個獨立節點列節點電流方程。
(3) 根據KVL對獨立回路列回路電壓方程,其中獨立回路數等于網孔數。
(4) 聯立求解b個電路方程,解出b個支路電流,進而可以求出其他待求的電壓、功率等參數。
8. 用節點分析法求解電路的步驟:
(1) 選定參考節點,标注各節點電壓。
(2) 對各獨立節點按節點方程的一般形式列寫節點方程。
(3) 解方程求出各節點電壓。
(4) 根據節點電壓進一步求得其他待求的電壓、電流、功率等。
9. 用回路分析法求解電路的步驟:
(1) 選定獨立回路數(等于網孔數),選定回路電流方向,标于圖中。
(2) 對各獨立回路按回路方程的一般形式列寫回路方程。
(3) 解方程求出各回路電流。
(4) 由求得的回路電流,求解其他的電壓、電流、功率等。
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四、 動态電路的時域分析
1.電容元件和電感元件
若電壓與電流為關聯參考方向,電容和電感有如下特性:
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aaaa元件的記憶性和連續性aaaaa元件在某一時刻的儲能aaaaa一階電路的零輸入響應aaaaa一階電路的零狀态響應aaaaa一階電路的全響應aaaaa三要素法求解電路aaaaa
五、 注意事項
1. 應用兩種實際電源模型等效關系分析電路時,應注意以下幾點:
(1) 實際電壓源模型與實際電流源模型的等效關系隻對外電路而言,對電源内部是不等效的。
(2) 兩種實際電源模型中内阻
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是一樣的,注意互換時電壓源電壓的極性與電流源電流的方向之間的關系。
(3) 理想電壓源與理想電流源不能等效互換。
(4) 兩種實際電源模型等效互換的方法可推廣應用。凡是與理想電壓源串聯的電阻或與理想電流源并聯的電阻,都可以把它作為内阻,一起等效互換為實際電源模型。
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