电路原理第2版吴建华第一章

1、低压输出专用于低压电器（如录音机、随身听、半导体收音机等）维修和电瓶、充电电池充电等。高压输出专用于彩电维修。例例1 1求图示电路的电流求图示电路的电流I6 b6I3 3 I+9V+U0a+求求U0例例2 2例例3 3已知电路如图，求各支路的复功率。已知电路如图，求各支路的复功率。+_U100o A10 j25 5 - -j15 1I2I参考书参考书（1 1）邱关源主编）邱关源主编 电路（第五版）电路（第五版） （2 2） 金圣才主编金圣才主编 电路名校考研真题详解电路名校考研真题详解（3 3） 孙玉琴孙玉琴 主编主编 电路题型解析与考研辅导电路题型解析与考研辅导（4 4） 吴婷，孙虹主编吴婷

2、，孙虹主编 电路答疑解惑与典型题解电路答疑解惑与典型题解. . . . . . . .学习目标与要求学习目标与要求：（1 1）充分理解和掌握电流的参考方向和电压）充分理解和掌握电流的参考方向和电压 的参考极性两个概念；的参考极性两个概念； （2 2）明确电阻、电感、电容等电路元件的电）明确电阻、电感、电容等电路元件的电 压与电流间的关系；压与电流间的关系； （3 3）熟练掌握基本定律，并做到灵活运用。）熟练掌握基本定律，并做到灵活运用。上页 下页目录返回上页 下页目录返回电路概念电路概念: : 把若干个电气设备和电气元件把若干个电气设备和电气元件按一定方式组合起来按一定方式组合起来, ,构成电

3、流的通路构成电流的通路, ,此此路径的总体称为电路。路径的总体称为电路。 在电子通信、自动控制、计算机、电力在电子通信、自动控制、计算机、电力等各个领域中，人们使用不同的电路来完等各个领域中，人们使用不同的电路来完成各种任务。成各种任务。上页 下页目录返回上页 下页目录返回上页 下页目录返回放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒电路组成电路组成: :(1) (1) 电源电源: : 提供电能或发出电信号的设备；提供电能或发出电信号的设备；(2) (2) 负载负载: : 用电和接收电信号的设备；用电和接收电信号的设备；(3) (3) 传输控制器件传输控制器件( (中间环节中间环节): ): 包括控制电器

4、包括控制电器( (如开如开 关关) )、保护电器（如熔断器）以及联接导线等。、保护电器（如熔断器）以及联接导线等。上页 下页目录返回放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒发电机发电机 升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线上页 下页目录返回 将实际电路的元器件用理想电路元件适将实际电路的元器件用理想电路元件适当组合成一模型来代替，该模型称为电路模当组合成一模型来代替，该模型称为电路模型或电路图。型或电路图。上页 下页目录返回理想电路元件理想电路元件：电阻元件电阻元件：表示消耗电能的元件：表示消耗电能的元件电感元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件：

5、表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电源元件电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件上页 下页目录返回sRLRsU10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡电路图电路图上页 下页目录返回同一实际电路部件在不同的应用条件下，其同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可以有不同的形式模型可以有不同的形式注注上页 下页目录返回上页 下页目录返回上页 下页目录返回l电流电流电荷有规则的定向运动电荷有规则的定向运动l电流强度电流强度单位时间内通

6、过导体横截面的电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量dtdqi l 单位单位A、kA、mA、 A1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6A上页 下页目录返回 电流分类：电流分类：直流电流：直流电流： I = Q / T 变动电流变动电流：itoiittoodtdqi 上页 下页目录返回l参考方向参考方向i 参考方向参考方向任意假定一个正电荷运动的方向即为电任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。流的参考方向。ABi 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0参考方向参考方向u+实际方向实际方向 +实际方向实际方向参考方向参考方向u+ 0 元件吸收功率元件吸收功率P0 发

7、出功率发出功率P0 吸收功率吸收功率l u, i 取非取非关联参考方向关联参考方向+-iu+-iu上页 下页目录返回例例564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1求图示电路中各方框求图示电路中各方框所代表的元件消耗或所代表的元件消耗或产生的功率。已知：产生的功率。已知： U1=1V, U2= -3V,U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3VI1=2A, I2=1A, I3= -1A 解解（发发出出）W221111 IUP（发出）（发出）W62)3(122 IUP（消耗）（消耗）W1628133 IUP（消消耗耗）W3)1()3(366 IUP（发出）（发出）W7)1(

8、7355 IUP（发出）（发出）W41)4(244 IUP注注对一完整的电路，发出的功率对一完整的电路，发出的功率消耗的功率消耗的功率上页 下页目录返回上页 下页目录返回水泥电阻水泥电阻金属膜电阻金属膜电阻绕线式电阻绕线式电阻实际电阻器实际电阻器上页 下页目录返回 2. 线性定常电阻元件线性定常电阻元件l 电路符号电路符号R电阻元件电阻元件对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用ui平面的一条曲线来描述：平面的一条曲线来描述：iu任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。1. 定义定义伏安伏安特性特性上页 下页目录返回R 称为电

9、阻，单位：称为电阻，单位： (欧欧)GuRui uil 单位单位G 称为电导，单位：称为电导，单位： S(西门子西门子)u、i 取关联取关联参考方向参考方向Rui+伏安特性为一条伏安特性为一条过原点的直线过原点的直线Riu 上页 下页目录返回电阻元件的伏安方程电阻元件的伏安方程则欧姆定律写为则欧姆定律写为u R i i G u公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！Rui+-上页 下页目录返回u、i 取非关取非关联参考方向联参考方向3. 功率和能量功率和能量上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p u i (R i) i i

10、2 R u(u/ R) u2/ Rp u i i2R u2 / R功率功率Rui+-Rui+-上页 下页目录返回 ttttRuipW00ddRiu+4. 电阻的开路与短路电阻的开路与短路能量能量l 短路短路 00 iu G or R0l 开路开路0 0 ui0 G or Rui上页 下页目录返回实际电容器实际电容器片式空气可调电容器片式空气可调电容器电解电容器电解电容器瓷质电容器瓷质电容器聚丙烯膜电容器聚丙烯膜电容器管式空气可调电容器管式空气可调电容器上页 下页目录返回上页 下页目录返回 or qqCuCu1.定义定义电容元件电容元件储存电能的元件。其储存电能的元件。其特性可用特性可用uq 平

11、面平面上的一条曲线来描述上的一条曲线来描述uq库伏库伏特性特性上页 下页目录返回任何时刻，电容元件极板上的电荷任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压与电压 u 成正比。成正比。q u 特性是过原点的直线。特性是过原点的直线。l 电路符号电路符号2. 线性定常电容元件线性定常电容元件Cu+q-q tanor uqCCuqquO 上页 下页目录返回（1）u、i为关联参考方向为关联参考方向dtdqi dtduCi Cuq 电容元件的电容元件的伏安方程伏安方程若若u为常数，则为常数，则i=0, ,即电容元件对直流稳态相当于断路。即电容元件对直流稳态相当于断路。上页 下页目录返回（a）电容电流）电容电流

12、i(t)（b）电容电压）电容电压u(t)dtdqi idtdq tttqtqdidq00)()()(ttditqtq0)()()(0dittCtutuditttqtq)(1)()()()()(0000:0t电容充电或放电的起始时刻电容充电或放电的起始时刻 )(0tq：电容器起始电荷或电容器原来所带电荷电容器起始电荷或电容器原来所带电荷:)(0tu电容器的初始电压电容器的初始电压 设设u、i为关联参考方向：为关联参考方向：上页 下页目录返回（2）u、i为非关联参考方向为非关联参考方向dtduCi 上页 下页目录返回001()()()tu tu tidtC 功率功率：在电压和电流的关联方向下，线性

13、电容元件吸收的功率：在电压和电流的关联方向下，线性电容元件吸收的功率为：为： dtduCuuip 结论结论能量能量：任意时刻电容储存的能量为：任意时刻电容储存的能量为： 3.3.功率和能量功率和能量 dcuuidwttdduttc 00)()()()()()(0221221)()(0tcutcuduucwtutuc （1 1）电容元件具有隔断直流、通过交流的作用；）电容元件具有隔断直流、通过交流的作用；（2 2）电容元件具有记忆作用，能储存电场能；）电容元件具有记忆作用，能储存电场能；（3 3）当电容元件的电流为有限值时，电容上的电压不能突跳。）当电容元件的电流为有限值时，电容上的电压不能突跳

14、。 例例)(tusC0.5Fi求电流求电流i、功率、功率P (t)和储能和储能W (t)21t /s20uS/V电源波形电源波形解解uS (t)的函数表示式为的函数表示式为: ststtsttttus20214210200 )(0 01 01( )1 120 2sttsdui tCtsdtts 解得电流解得电流21t /s1i/A-1上页 下页目录返回 ststtsttttitutp20214210200 )()()(21t /s20p/W-2 ststtsttttCutWC20212100021222 )( )()(21t /s10WC/J吸收功率吸收功率释放功率释放功率上页 下页目录返回实

15、际电感器实际电感器实际电感线圈实际电感线圈上页 下页目录返回i (t)+-u (t)电感器电感器把金属导线绕在一骨架上构把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感器，当电流通成一实际电感器，当电流通过线圈时，将产生磁通，是过线圈时，将产生磁通，是一种储存磁能的部件一种储存磁能的部件 （t)N (t)1.定义定义电感元件电感元件储存磁能的元件。其储存磁能的元件。其特性可用特性可用 i 平面平面上的一条曲线来描述上的一条曲线来描述i 韦安韦安特性特性 or ( )( )tLi tLi任何时刻，通过电感元件的电流任何时刻，通过电感元件的电流i与其磁链与其磁链 成正比。成正比。 i 特性是过原点的直线特性是

16、过原点的直线2. 线性定常电感元件线性定常电感元件 tanor )()( iLtLit iO +-u (t)iL上页 下页目录返回l 电路符号电路符号L 称为电感器的自感系数称为电感器的自感系数, L的单位：的单位：H (亨亨) (Henry，亨利，亨利)，常用，常用 H，m H表示。表示。（1）u、i为关联参考方向为关联参考方向dtdu dtdiLu Li 电感元件的电感元件的伏安方程伏安方程若若i为常数，则为常数，则u=0, ,即电即电感感元件元件对对直流稳态直流稳态相当于短路相当于短路。上页 下页目录返回（a）电感电流）电感电流u(t)（b）电感电流）电感电流i(t)dtdu udtd

17、ttttdud00)()()( ttdutt0)()()(0 duttLtitidutttt)(1)()()()()(0000 :0t起始时刻起始时刻 )(0t ：起始磁通链起始磁通链:)(0ti起起始电流始电流 设设u、i为关联参考方向：为关联参考方向：上页 下页目录返回（2）u、i为非关联参考方向为非关联参考方向dtdiLu 上页 下页目录返回001( )()( )ti ti tudtL 功率功率：在电压和电流的关联方向下，线性电感元件吸收的功率：在电压和电流的关联方向下，线性电感元件吸收的功率为：为： dtdiLiuip 结论结论能量能量：任意时刻电感储存的能量为：任意时刻电感储存的能量

18、为： 3.3.功率和能量功率和能量 dLiuidWttddittL 00)()()()()()(0221221)()(0tLitLidiiLWtitiL （1 1）电）电感感元件元件对对直流直流相当于短路相当于短路；（2 2）电）电感感元件具有记忆作用，能储存元件具有记忆作用，能储存磁磁场能；场能；（3 3）当电）当电感感元件的电元件的电压压为有限值时，电为有限值时，电感感上的电上的电流流不能突跳。不能突跳。 电容元件与电感元件的比较电容元件与电感元件的比较电容电容 C电感电感 L变量变量电流电流 i磁链磁链 关系式关系式电压电压 u电荷电荷 q (1) 元件方程的形式是相似的；元件方程的形式

19、是相似的；(2) 若把若把 u-i，q- ，C-L， i-u互换互换,可由电容元件可由电容元件的方程得到电感元件的方程；的方程得到电感元件的方程；(3) C 和和 L称为对偶元件称为对偶元件, 、q等称为对偶元素。等称为对偶元素。* 显然，显然，R、G也是一对对偶元素也是一对对偶元素221ddLiWtiLuLiL 结结论论221ddCuWtuCiCuqC 上页 下页目录返回上页 下页目录返回电电 池池稳压电源稳压电源上页 下页目录返回l 电路符号电路符号（1）理想电压源）理想电压源l 定义定义+_us上页 下页目录返回电压源给外电路提供一个与电流无关的恒定电压电压源给外电路提供一个与电流无关的

20、恒定电压或时变电压，此电压源的电压不会因外电路的结或时变电压，此电压源的电压不会因外电路的结构和参数的变化而变化。构和参数的变化而变化。 l 理想电压源的电压、电流伏安关系理想电压源的电压、电流伏安关系ui)(tuS例例Ri-+SuRuiS )( Ri0)( 0 Ri非零电压源不能短路！非零电压源不能短路！上页 下页目录返回 电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；+_iu+_Su+_iu+_Su0 iuPS发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用 电压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；0 iuPS吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载上页 下页目录返回 实际电压源

21、也不允许短路。因其内阻小，若实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。短路，电流很大，可能烧毁电源。usuiO（2 2） 实际电压源实际电压源i+_u+_SuSR考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性iRuuSS 一个好的电压源要求一个好的电压源要求0SR上页 下页目录返回实际电流源的产生实际电流源的产生可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流可由稳流电子设备产生，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下被激发产与负载无关；光电池在一定光线照射下被激发产生一定值的电流等。生一定值的电流等。上页 下页目录返回电流源给外电路提供一个与电压无关电流源给外电路提供一

22、个与电压无关的恒定电流或时变电流，此电流源的的恒定电流或时变电流，此电流源的电流不会因外电路的结构和参数的变电流不会因外电路的结构和参数的变化而变化。化而变化。l 电路符号电路符号（1） 理想电流源理想电流源l 定义定义Sil 理想电流源的电压、电流伏安关系理想电流源的电压、电流伏安关系 ui)(tiS伏安伏安关系关系上页 下页目录返回例例外外电电路路)( 00 Ru)( Ru非零电流源不能开路！非零电流源不能开路！Ru-+SiSRiu 上页 下页目录返回l电流源的功率电流源的功率（1） 电压、电流的参考方向非关联；电压、电流的参考方向非关联；发出功率，起电源作用发出功率，起电源作用（2） 电

23、压、电流的参考方向关联；电压、电流的参考方向关联；吸收功率，充当负载吸收功率，充当负载u+_Si0SuiP0SuiPu+_Si上页 下页目录返回 实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。开路，电压很高，可能烧毁电源。isuiO(2) 实际电实际电流源流源考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性SSRuii 一个好的电流源要求一个好的电流源要求 SRu+_SiSRi上页 下页目录返回 上页 下页目录返回三极管三极管 受控电压源的受控电压源的电压或受控电流源的电流的大小和方向不电压或受控电流源的电流的大小和方向不是是给定的时间函数，而是受电

24、路中某个地方的电压给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压( (或电流或电流) )控控制的电源，称受控源。制的电源，称受控源。 定义定义上页 下页目录返回l 电路符号电路符号+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源上页 下页目录返回受控源的物理本质受控源的物理本质 和电阻、电容、电感、独立源等一样，受和电阻、电容、电感、独立源等一样，受控源也是一种理想元件，是对某种物理现象控源也是一种理想元件，是对某种物理现象的模拟与抽象。的模拟与抽象。 在现实中可以找到电阻、电容、电感、电在现实中可以找到电阻、电容、电感、电源等元件的原型，而现实中并不存在一种特源等元件的原型，而现实中并不存在一种特定的

25、电器件称作定的电器件称作“受控电源受控电源”，它是某些电它是某些电器件、电子元件在特定情况下工作状态的一器件、电子元件在特定情况下工作状态的一种等效。种等效。实例：实例： 1. 他励直流发电机：他励直流发电机：如图如图 ：励磁电流：励磁电流I产生磁场，磁场强度决定感应产生磁场，磁场强度决定感应 电压电压U, ,故故U可以看作受可以看作受I 控制。因此，在理想情控制。因此，在理想情况下，可以等效成如下理想模型况下，可以等效成如下理想模型: :U =rII 该受控源模型为电流控制电压源该受控源模型为电流控制电压源CCVS，参数，参数 r反映了受控量反映了受控量U和控制量和控制量I之间的比例关系之间

26、的比例关系, , 这一模型合理地表现了实际的物理现象这一模型合理地表现了实际的物理现象-发电机中两条支路间的控制关系。发电机中两条支路间的控制关系。 U =rII2.2.晶体三极管晶体三极管 如图，晶体三极管工作于交流小信号放大状如图，晶体三极管工作于交流小信号放大状态时，近似地有：态时，近似地有： ube=rbeib ic= ibbceibicubeuce 因此可以等效成以下模型：因此可以等效成以下模型： 该受控源模型为电流控制电流源该受控源模型为电流控制电流源CCCS,CCCS,其中其中所有的电压、电流、参数均为交流量。所有的电压、电流、参数均为交流量。ibicibrbe四种理想受控电源的

27、模型四种理想受控电源的模型上页 下页目录返回 受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较(1) (1) 独立源电压独立源电压( (或电流或电流) )由电源本身决定，与电路中其它电压、由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压电流无关，而受控源电压( (或电流或电流) )由控制量决定。由控制量决定。(2) (2) 独立源在电路中起独立源在电路中起“激励激励”作用，在电路中产生电压、电作用，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，在电路中不能作为中不能作为“激励激励”。例例求：电压求：电压u2。解解5i1+_

28、u2_u1=6Vi1+-3 A2361 iV46106512 iu上页 下页目录返回 上页 下页目录返回节点：节点：三条或三条以上支路的联接点。三条或三条以上支路的联接点。ba E2R2 R3R1E1I1I2I31 12 23 3支路：支路：电路中的每一个分支。电路中的每一个分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。一条支路流过一个电流，称为支路电流。网孔：网孔：回路内部不含有其它支路。回路内部不含有其它支路。 回路回路：由支路构成的由支路构成的闭合路径闭合路径。上页 下页目录返回例例：支路支路：ab、bc、ca、 （共共6条条）节点节点：a、 b、c、d (共共4个个）网孔网孔：abd、

29、abc、bcd （共共3 个个）adbcE+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I回路回路：abda、abca、 adbca （共共7 个个）上页 下页目录返回 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (Kirchhoff s current lawKCL)在集总参数电路中，任何时刻，对任一节点在集总参数电路中，任何时刻，对任一节点所有支路电流的代数和恒等于零。所有支路电流的代数和恒等于零。 i = 0i1i4i2i3令流出为令流出为“+”(支路电流背离节点支路电流背离节点)i1+i2i3+i4=0i1+i3=i2+i4 出出入入即即ii 上页 下页目录返回KCL的独立方程数的独立方程数= = n

30、-1注意：注意：n为电路的节点数为电路的节点数1.1.集总假设与集总电路集总假设与集总电路 实际电路的最大尺寸为实际电路的最大尺寸为 d d，与作用于电，与作用于电路工作信号的波长路工作信号的波长 相比小得多，即相比小得多，即 d 或表述为：或表述为： 作用在电路上的信号从一端传到另一端所需作用在电路上的信号从一端传到另一端所需要的时间要的时间 远小于该信号的周期远小于该信号的周期 T T， 即即 0 ，实际吸收；，实际吸收；P0 ，实际发出；，实际发出； P0 实际吸收实际吸收上页 下页目录返回5. 电阻元件电阻元件电压和电流取关联参考方向时电压和电流取关联参考方向时u R i或或 i G

31、u电压和电流取非关联参考方向时电压和电流取非关联参考方向时u Ri 或或 i Gup吸吸 ui ( Ri)i i2 R u( u/ R) u2/ Rp吸吸 ui i2R u2 / R上页 下页目录返回6. 电容元件电容元件电压和电流取关联参考方向时电压和电流取关联参考方向时电容是一个具有记忆的元件。电容是一个具有记忆的元件。电容是一个动态元件，对于直流相当于开路。电容是一个动态元件，对于直流相当于开路。 q =Cu tuCtqidddd t tt tt ti iC Ct tu ui iC Ct tu u0d1)(d1)(0tuCuuipdd 吸吸)(212t tCuCuW WC C 上页 下页目录返回7. 电感元件电感元件电压和电流取关联参考方向时电压和电流取关联参考方向时电感是一个具有记忆的元件。电感是一个具有记忆的元件。电感是一个动态元件，对于直流相当于短路。电感是一个动态元件，对于直流相当于短路。 =Li t tt tt tu uL Li iu uL Lt ti it t00d1d1)( )()(212t tLiLiW WL L tiLiuipdd 吸