第一讲电路基本概念和电路定律

1、电路分析电路分析主讲：杜和军电话号：637559 电路分析电路分析教学大纲总学时：72 学时，其中，理论学时：72 学时；学分：4分实验学时：单独设课18 学时适应专业：电子、电气、信息类本科各专业先修课程：高等数学、大学物理、线性代数、复变函数一、课程的性质、目的与任务一、课程的性质、目的与任务电路原理电路原理课程是电气信息学科的学科基础课，是课程是电气信息学科的学科基础课，是电类各专业的一门重要的技术基础课程。它既是电气电类各专业的一门重要的技术基础课程。它既是电气信息类专业课程体系中高等数学、大学物理等基础课信息类专业课程体系中高等数学、大学物理等基础课的后续课

2、程，又是电气信息类所有专业的后续技术基的后续课程，又是电气信息类所有专业的后续技术基础课和专业基础课的基础。在整个电气信息类专业的础课和专业基础课的基础。在整个电气信息类专业的人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用人才培养方案和课程体系中起着承前启后的重要作用。 电路原理电路原理课程的任务是：通过本课程的学习，使学生课程的任务是：通过本课程的学习，使学生掌握电路的基本理论、分析计算电路的基本方法和进行掌握电路的基本理论、分析计算电路的基本方法和进行实验的初步技能，并为后续课程准备必要的电路知识。实验的初步技能，并为后续课程准备必要的电路知识。z电路原理电路原理课程理论严密，逻辑性强，有

3、广阔的工程课程理论严密，逻辑性强，有广阔的工程背景，对培养学生的辨证思维能力，树立理论联系实际背景，对培养学生的辨证思维能力，树立理论联系实际的科学观点和提高学生分析问题和解决问题的能力，都的科学观点和提高学生分析问题和解决问题的能力，都有重要的作用。通过本课程的学习，应使学生掌握电路有重要的作用。通过本课程的学习，应使学生掌握电路理论的基础知识，电路分析的基本方法。理论的基础知识，电路分析的基本方法。z教学目标：教学目标：通过本课程的学习，要求学生掌握电路的基础理论知识，学会分析计算电路的基本方法以及初步的实验技能。基本要求：基本要求：z 掌握参考方向，等效二端网络等基本概念；z 掌握直流线

4、性电路的分析方法；z 掌握线性电路瞬态过程的分析方法；z 掌握交流线性稳态电路的分析方法；z 掌握二端口网络以及含多端元件电路的分析方法；z 掌握网络图论的基本知识；z 掌握非线性电阻电路的一般分析方法；z 正确地使用常用电工测量仪表和仪器，具有初步的实验技能。z 学习方法：学习方法：z 上课认真听讲，尽量做到不缺课，不请假。z 课后复习，把当天讲的知识弄懂巩固。z 认真、独立完成作业，多做习题。电路基本概念和电路定律电路基本概念和电路定律1.1 、 电路和电路模型电路和电路模型 1.2、电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1.3、电功率和能量电功率和能量基本要求：基本要求：建立实际电路与

5、电路模型的概念；熟练掌握：电路变量（电压和电流）及其参考方向；二端电路元件及其约束关系；电功率的计算方法主要内容：主要内容： 1.1 电路和电路模型 1.1.1 电路的作用及组成部分z电路在日常生活、 生产和科学研究工作中得到了广泛应用。在收录机、 电视机、 录像机、 音响设备、 计算机、 通信系统和电力系统中都可以看到各种各样的电路。这些电路的特性和作用各不相同。z电路的一种作用是实现电能的传输和转换。电路的一种作用是实现电能的传输和转换。z 例如，电力网络将电能从发电厂输送到各个工厂、 广大农村和城市的千家万户，供各种电器与设备使用。z 另一类电路主要是实现信号的传输和处理，这类电路有时候

6、称为电子电路或弱电电路。 z 最简单的例子就是收音机电路，其中天线用以接收无线电波，向电路提供电信号，是收音机电路的信号源，属于另一类电源；耳机是将电信号转换成声音的器件，属于另一类负载。z电源、负载和中间环节，是电路的3个基本组成部分。1.1.2 电路元件和电路模型z 用于构成实际电路的电器设备和器件，统称为实际电路元件，简称为实际元件。 z 实际元件不但种类繁多，而且对一个实际元件来说，其电磁性能也不是单一的。z 例如，实验室用的滑线变阻器由导线绕制而成，当有电流通过时，不仅会消耗电能（具有电阻性质），而且还会产生磁场（具有电感性质）；不仅如此，导线的匝与匝之间还存在分布电容（具有电容性质

7、）。z 为了便于对实际电路进行分析和数学描述，在电路理论中为了便于对实际电路进行分析和数学描述，在电路理论中采用了模型的概念，这就是在一定条件下，对实际元件加采用了模型的概念，这就是在一定条件下，对实际元件加以近似化、理想化，用只具有单一电磁性能的理想电路元以近似化、理想化，用只具有单一电磁性能的理想电路元件来代表它。件来代表它。z 以后常将理想电路元件简称为电路元件，它们都有各自的将理想电路元件简称为电路元件，它们都有各自的精确定义和数学模型，在电路中用规定的符号表示。精确定义和数学模型，在电路中用规定的符号表示。z 有理想电路元件的电路，称为电路模型。 z 今后我们研究的电路都是电路模型，

8、并非实际电路。z所有的实际电路，不论简单的还是复杂的，都可以用几种电路元件所构成的电路模型来表征。 z例如，手电筒的连接电路如图1-1-1所示。 图图1-1-1 手电筒连接电路手电筒连接电路 z 图1-1-2（a）所示为手电筒的简单电路，图中用两根导线将灯泡和干电池连接起来形成闭合通路，使灯泡发光，用来照明。 z 其电路模型如图1-1-2（）所示。 图图1-1-手电筒电路手电筒电路z 用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件就用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件就是建立其模型，简称建模。是建立其模型，简称建模。z 有的电路建模比较简单，如上述手电筒的例子。z 有的器件或系统在建模时需要考虑其工

9、作条件，工作条件不同，同一实际器件可能会采用不同的模型；有的器件或系统在建模时则需要深入分析其中的物理现象。理想电路元件理想电路元件 由实际元件抽象出来具有某种单一电磁性质的假想元件由实际元件抽象出来具有某种单一电磁性质的假想元件。 几种基本的理想电路元件几种基本的理想电路元件 电阻电阻（resistor）元件：元件：表示消耗电能的元件。表示消耗电能的元件。 电感电感（ inductor ）元件：元件：表示各种电感线圈产生磁场、储存表示各种电感线圈产生磁场、储存能量的作用。能量的作用。 电容电容（ capacitor ）元件：元件：表示各种电容器产生电场、储存表示各种电容器产生电场、储存能量的

10、作用。能量的作用。 电源电源（ source ）元件：元件：表示各种将其它形式的能量转变成表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件。电能的元件。 RCL susi1.1.3 电路的工作方式z 电路在工作时，对电源来说，通常处于3种方式之一：负载、空载和短路。z 负载工作时，负载与电源接通，负载中有电流通过，该电流称为负载电流，负载电流的大小与负载电阻有关。一般所说的负载的大小，指的是负载电流或功率的大小，而不是指负载电阻的大小。z空载时，负载与电源未接通，电路不通，电路中的电流为零。 这时电源的端电压叫做空载电压或开路电压。z短路是指由于某种原因使电源两端直接接通，这时电源两端的外电阻等于零，

11、电源输出的电流仅由电源内阻限制，此电流称为短路电流。 一般电源内阻很小，所以此电流将很大，以致烧毁电源、导线等。1.2 电流和电压的参考方向z 描述电路工作情况的物理量主要有电流、电压、电荷、磁通、磁通链、电功率和电能量，称为电路的基本变量，通常分别用i、u、q、P和W表示。z在电路分析中，当涉及某个元件或部分电路的电流或电压时，有必要指定电流或电压的参考方向有必要指定电流或电压的参考方向，因为电流或电压的实际方向一般是未知的，有的可能是随时间变动的，而确定变量的参考方向可以使实际问题的求解简单化。1.2.1 电流的参考方向z 电荷的有规则运动形成了电流。z 习惯上把正电荷运动的方向规定为电流

12、的实际方向，设dt时间内通过电路横截面的电荷量为dq，则有ddqit单位名称：安（培）单位名称：安（培） 符号：符号：A (Ampere，)国际单位制(SI)中，电荷的单位是库仑(C)，时间的单位是秒(s)，电流的单位是安培， 简称安(A)。基本电荷基本电荷e1.602189210-19库仑。是一个电子或一个质子库仑。是一个电子或一个质子所带的电量。所带的电量。 1 kA= 103 A 1 mA=103A 1 A=106 A符号符号 T G M k c m n p 中文中文 太太 吉吉 兆兆 千千 厘厘 毫毫 微微 纳纳 皮皮 数量数量 1012 109 106 103 102 103 106

13、 109 1012 SI制中，一些常用的十进制倍数的表示法制中，一些常用的十进制倍数的表示法 z 电流的大小和方向对电路的工作状态都有影响，所以在描述电路中的电流时要同时给出电流的大小和方向。 z 图1-2-1所示为电路的一部分，其中方框代表某一个二端元件。 图图-2- 电流的参考方向电流的参考方向 电流i流过该元件时，其实际方向只有两种可能性，或是从A到B，或是从B到A，这时可选定其中任意一个方向作为电流的参考方向，它不一定是电流的实际方向。一旦指定了电流的参考方向，电流便成为了代数量。一般电路图中用实线箭头代表电流的参考方向。 在图1-2-1（a）中，电流的参考方向与实际方向相同，此时电流

14、i为正值，即i0；在图1-2-1（b）中，电流的参考方向与实际方向相反，此时电流为负值，即i0 。 电流的参考方向除了用实线箭头表示之外，也可以用双下标表示，如iAB代表电流的参考方向是由到，如图1-2-2所示。图图-2- 电流参考方向的双下标表示法电流参考方向的双下标表示法这样，在设定了电流的参考方向后，就可以根据电流i的正负值来判断实际方向。 1.2.2 电压的参考方向在电磁学中已经知道，电荷在电场中受到电场力的作用，当把电荷由电场中的一点移动到另一点时，电场一定会对电荷做功。处在电场中的电荷具有电位（势）能，恒定电场中的每一点有一定电位，由此引入重要的物理量电压与电位。电场中某两点、间的

15、电压（或称电压降）UAB等于将正电荷q由A点移至B点电场力所做的功WAB与该电荷q的比值，即ABABWUq电压是对电路中两点而言的，它表示两点之间的电位差。电压的实际方向规定为高电位点指向低电位点，即电位下降的方向。与电流相似，电路中某两点间的电压的参考方向是任意假定的电位下降的方向。电压参考方向的三种表示方式电压参考方向的三种表示方式 (3) 用箭头表示：用箭头表示： 箭头指向为电压（降）的参考方向。箭头指向为电压（降）的参考方向。 (1) 用正负极性表示：用正负极性表示： 由正极指向负极的方向为电压（降）的参考方向。由正极指向负极的方向为电压（降）的参考方向。 (2) 用双下标表示：用双下标表示： 如如 UAB，由由A指向指向B的方向为电的方向为电压压（降）的参考方向。（降）的参考方向。 UU+ABUABBAABUU 与电流一样，当选定了电压的参考方向后，电压u就成了代数量。 若电压的参考方向与实际方向相同，电压值为正值，即u0；反之，若电压的参考方向与实际方向相反，电压值为负值，即u0。U 0参考方向参考方向U+参考方向参考方向U+ 0 吸收正功率吸收正功率 （实际吸收）（实际吸收）P0 吸收正功率吸收正功率 （实际吸收）（实际吸收）P0 吸收负功率吸收负功率 （实际发出）（实际发出） +iu 2. u