电路和电路模型以及电路基本物理量

1、电路和电路模型以及电路基本物理量讲述人：伍瑾斐讲述人：伍瑾斐联系方式：科教楼联系方式：科教楼101101室室E-mailE-mail：教师课件：伍瑾斐教师课件：伍瑾斐密码：密码：5555555555电路分析基础电路分析基础电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量前 言5 5、考核：教、考分离，考试成绩、考核：教、考分离，考试成绩80%80%，平时成绩，平时成绩20%20%。1、课程性质、课程性质: 电类学科的专业基础课程电类学科的专业基础课程2、课程目标、课程目标: 理解基本概念、基本定律、基本定理；理解基本概念、基本定律、基本定理； 掌握基本分析方法。掌握基本分析方法

2、。 3、课程的教授方式：讲授、讨论、课程的教授方式：讲授、讨论4、学习方法与要求：、学习方法与要求：1）深刻理解：基本概念、基本定律、基本定理。）深刻理解：基本概念、基本定律、基本定理。2）熟练掌握各种电路的基本分析方法并灵活运用。）熟练掌握各种电路的基本分析方法并灵活运用。3）认真听课，做好笔记。）认真听课，做好笔记。4）学和练有机结合。）学和练有机结合。5）每周上交一次作业。）每周上交一次作业。电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量三、电路课程的基本结构三、电路课程的基本结构 o一个假设（集总假设）一个假设（集总假设） o两类约束（元件约束和拓扑约束）两类约束（元

3、件约束和拓扑约束） 基本方法（叠加、分解、变换域和系统分析）基本方法（叠加、分解、变换域和系统分析） 叠加方法的理论基础是叠加定理（第叠加方法的理论基础是叠加定理（第4 4章）章）分解方法的理论基础是置换定理、戴维南定理、分解方法的理论基础是置换定理、戴维南定理、诺顿定理和互易定理（第诺顿定理和互易定理（第4 4章）章）变换域方法包含相量分析法（第变换域方法包含相量分析法（第1010章）和域分章）和域分析法（第析法（第1414章）章）一般分析（第一般分析（第3 3章）章）电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量 上上 篇篇 电阻电路分析电阻电路分析第一章第一章 电路的基

4、本概念和分析方法电路的基本概念和分析方法常用电路元件：常用电路元件：基本概念：基本概念：基本变量：基本变量：基本定律：基本定律：集总参数电路、集总参数元件、两类约束等。集总参数电路、集总参数元件、两类约束等。电压、电流、功率。电压、电流、功率。常用电路元件的常用电路元件的VCR定律；定律；基尔霍夫定律。基尔霍夫定律。重点：电流、电压的参考方向与关联参考方向，基尔霍夫定律。重点：电流、电压的参考方向与关联参考方向，基尔霍夫定律。电阻元件、独立电压源和独立电流源、受控源。电阻元件、独立电压源和独立电流源、受控源。电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量11 11 电路和电路

5、模型电路和电路模型o在实践中，为了达到某种在实践中，为了达到某种目的，人们需要设计、安目的，人们需要设计、安装一些实际电路，并让它装一些实际电路，并让它运行。运行。一、实际电路一、实际电路o由电器元件按一定方式连由电器元件按一定方式连接而成。作用是：接而成。作用是：电能量的传输、分电能量的传输、分配与转换；配与转换；信号传信号传递与处理。递与处理。低频信号发生器的内部结构低频信号发生器的内部结构电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量 构成实际电路的电器件构成实际电路的电器件 电源电源 电阻器电阻器蓄电池交流稳压电源电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路

6、基本物理量 电容器电容器 电感线圈电感线圈铁心电抗器电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量 变压器变压器 晶体管和集成电路晶体管和集成电路电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量 电源：对电路提供电能或电信号的设备。电源：对电路提供电能或电信号的设备。o负载：负载：用电的设备。用电的设备。 在电源作用下，电路中产生了电压和电流。所在电源作用下，电路中产生了电压和电流。所以电源又称为激励源，而在电路中产生的电压和以电源又称为激励源，而在电路中产生的电压和电流则称为响应。电流则称为响应。o根据这种因果关系，根据这种因果关系，激励激励与与响应响应o有

7、时也称为有时也称为 输入输入与与输出输出。 尽管尽管实际电路实际电路种类繁多，千变万化，但都种类繁多，千变万化，但都受基本规律的支配受基本规律的支配电路理论电路理论。电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量二、关于电路理论二、关于电路理论o是一门研究网络分析与综合或设计的基础工程学是一门研究网络分析与综合或设计的基础工程学科，与近代系统理论关系密切。科，与近代系统理论关系密切。o研究的方法研究的方法：通过建立一种电路模型来分析电路：通过建立一种电路模型来分析电路中发生的电磁现象，并用电流、电压、电荷和磁中发生的电磁现象，并用电流、电压、电荷和磁通等物理量描述其中的过程。

8、通等物理量描述其中的过程。o研究的内容研究的内容：本教材主要研究电路的基本定律、：本教材主要研究电路的基本定律、定理和各种计算方法，以便求解电路中的某些物定理和各种计算方法，以便求解电路中的某些物理量。理量。 一般不涉及器件内部发生的物理过程。一般不涉及器件内部发生的物理过程。o研究的对象研究的对象：是电路模型是电路模型而不是实际电路。而不是实际电路。电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量电路理论涉及的物理量主要有：电路理论涉及的物理量主要有：o电流、电压、电荷、磁通、磁链、电功率、电流、电压、电荷、磁通、磁链、电功率、电能量等；电能量等；o时变时变量用量用小写小写字

9、母表示：字母表示：oi(t) 、u(t) 、q(t) 、f (t) 、y (t) 、p(t) 、w(t) o恒定恒定量用量用大写大写字母表示：字母表示：oI 、U 、Q 、F 、Y 、P 、W(t) 可以不写可以不写电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量三、电路模型三、电路模型实际器件不只表现出一种电路性质实际器件不只表现出一种电路性质 例如：一个线圈例如：一个线圈而当频率较高时，还要考虑电而当频率较高时，还要考虑电容效应，其模型中还应包含电容效应，其模型中还应包含电容元件。容元件。在直流情况下的模型是一个电阻元件；在直流情况下的模型是一个电阻元件；在较低频率情况下的

10、模型是一个电阻元在较低频率情况下的模型是一个电阻元件和一个电感元件的串联组合；件和一个电感元件的串联组合；电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量理想电路元件是具有某种确定电磁性质的假想元件，是理想电路元件是具有某种确定电磁性质的假想元件，是一种理想化模型并具有精确的数学定义，即电压一种理想化模型并具有精确的数学定义，即电压电流方程。电流方程。o在电路模型中，各理想电路元件均由在电路模型中，各理想电路元件均由“理想导线理想导线”连接起来。连接起来。o根据端子的数目，理想电路元件分为：根据端子的数目，理想电路元件分为：o两端、三端和四端元件等。两端、三端和四端元件等。电路

11、模型是实际电路的电路模型是实际电路的理想化的模型理想化的模型。为了分析方便为了分析方便 必须在一定的条件下，对实际器件加以理想必须在一定的条件下，对实际器件加以理想化处理，即：忽略它的次要性质，用理想电路化处理，即：忽略它的次要性质，用理想电路元件或它们的组合来表示实际器件元件或它们的组合来表示实际器件( (建模建模) )。电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量四、实际电路与电路模型的关系四、实际电路与电路模型的关系实际电路电路模型计算分析电气特性 电路分析 电路综合 目的：通过对电路模型的分析计算来目的：通过对电路模型的分析计算来预测实际电路的预测实际电路的特性特性

12、，从而改进实际电路的电气特性和设计出新的电路。从而改进实际电路的电气特性和设计出新的电路。 任务：任务：掌握电路的基本理论和电路的基本分析方法。掌握电路的基本理论和电路的基本分析方法。说明：说明：本书只对集总电路模型中的线性、时不变、静态、本书只对集总电路模型中的线性、时不变、静态、动态电路进行分析。牢固建立动态电路进行分析。牢固建立“电路模型电路模型”概念。概念。电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量图图11 手电筒电路手电筒电路(a) 实际电路实际电路 (b) 电原理图（电气图）电原理图（电气图）(c) 电路模型（电路图）电路模型（电路图）(d) 拓扑结构图拓扑结

13、构图最简单的实际电路和它的理想化模型最简单的实际电路和它的理想化模型电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量图图12 晶体管放大电路晶体管放大电路(a)实际电路实际电路 (b)电原理图电原理图 (c)电路模型电路模型 (d)拓扑结构图拓扑结构图电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量一、电流和电流的参考方向一、电流和电流的参考方向1 1、定义、定义单位时间内通过导体横截面的电荷，即：单位时间内通过导体横截面的电荷，即：2

14、 2、分类、分类1）恒定电流）恒定电流2）时变电流）时变电流3）交流电流）交流电流12 12 电路的基本物理量电路的基本物理量电流：电流：SI单位单位 安培（安培（A） 用符号用符号i 或或I表示表示电荷：电荷：SI单位单位 库仑（库仑（C） 用符号用符号q或或Q表示表示dtdqti )(tQI 电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量3 3、实际方向、实际方向4 4、参考方向、参考方向在电路分析中，当电流的在电路分析中，当电流的流向不定流向不定或者或者难以判别难以判别时，时，先先任意任意选定一个方向作为电流的方向，这个方向叫做电流的选定一个方向作为电流的方向，这个方向

15、叫做电流的参考方向参考方向。参考方向也可以用双下标表示：如参考方向也可以用双下标表示：如iba，其参考方，其参考方向是由向是由b b指向指向a a。bai习惯上规定为正电荷运动的方向。习惯上规定为正电荷运动的方向。5、参考方向与实际方向的关系、参考方向与实际方向的关系若电流若电流i的实际方向与参考方向一致，则的实际方向与参考方向一致，则i0; 或若或若i 0，实际极性与参考极性相同实际极性与参考极性相同2）若若u 0 ，吸收功率吸收功率； P0，提供功率提供功率p和和i、 u一样，也是代数量，可正、可负。一样，也是代数量，可正、可负。 电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本

16、物理量功率计算公式功率计算公式p = ui 不仅适合于一个元件，不仅适合于一个元件，也适用于任何一段电路。也适用于任何一段电路。o在在关联关联参考方向下：参考方向下：p = ui o在在非关联非关联参考方向下：参考方向下：p =-uio p p0 0，说明，说明吸收功率吸收功率。o p p0 0，说明，说明吸收负功率吸收负功率，实际上，实际上是是发出发出功率。功率。+- -ui元元件件AB功功率率传传递递方方向向+- -ui元元件件AB功功率率传传递递方方向向电路和电路模型以及电路基本物理量电路和电路模型以及电路基本物理量W1)A1()V1(111 IUPW18)A3()V6(222 IUPW16)A4()V4(333 IUP30W-30W)(W30)A3()V10(555或吸收或吸收提供提供 IUP5W-5W)(W5)A1()V5(444或吸收或吸收提供提供 IUP 例例 在下图电路中，已知在下图电路中，已知U1=1V, U2