第1章电路的基本概念与定律

1、Dept. of Control Engineering, ChengDu University of Information Technology指导教师：陈丹指导教师：陈丹联系方式：科教楼联系方式：科教楼103103室室E-mailE-mail：教师课件教师课件: cdan: cdan课件密码：课件密码： 1234567812345678电路分析基础电路分析基础成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院课程性质：电类学科的专业基础课程（核心必修）电类学科的专业基础课程（核心必修）课程目标：理解基本概念、基本定律、基本定理； 掌握基本分析方法。学时：共80学时，其中64学时讲

2、授，16学时实验教材：自编教材参考教材：电路分析基础李瀚荪编 高等教育出版社绪论成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院要求： 按时上课，认真听讲，记好笔记；按时上课，认真听讲，记好笔记； 课后仔细阅读教材，认真思考，独立完成作业；课后仔细阅读教材，认真思考，独立完成作业； 及时答疑，不留疑问；及时答疑，不留疑问； 重视实验；重视实验； 准备计算器（带复数）。准备计算器（带复数）。作业：准备两个作业本。成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院 考核方式考核方式v 平时占平时占40%40%，期末考试占，期末考试占60%60% 40%40%：出勤：出勤5%5%，

3、作业，作业5%5%，实验，实验10%10%，两个单元测验，两个单元测验20%20% 60% 60%：期末考试：期末考试警告：出现下列情况任一项可取消考试资格警告：出现下列情况任一项可取消考试资格（1 1）实验任一次未完成（未做或未交报告）；）实验任一次未完成（未做或未交报告）；（2 2）作业）作业1/31/3次数未交；次数未交；（3 3）缺勤）缺勤1/31/3次数；次数；（4 4）任一次平时测评卷面成绩低于一定分数。）任一次平时测评卷面成绩低于一定分数。成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院理论教学内容：第一篇：电阻电路分析 （13章）第二篇：动态电路的时域分析（45章）第

4、三篇：动态电路的相量分析（610章） 实验教学内容： 共5个实验，4个必做，1个选做。 成都信息工程学院成都信息工程学院-控制工程学院控制工程学院电路分析基础的基本结构：一个假设（集总假设）两类约束（KCL、KVL，VCR）三大基本方法（叠加、分解、变换域）叠加方法的理论基础是叠加定理分解方法的理论基础是戴维南定理、诺顿定理、置换定理变换域方法包含相量分析法电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律常用电路元件：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

5、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。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。第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律内容：内容：电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律1. 建立并深刻理解建立并深刻理解电路电路、电路模型电路模型；电；电路中路中支路支路、回路回路、节点节点等结构元素；等结构元素；电流电流、电压电压和和电功率电功率等电路变量的基等电路变量的基本概念本概念。2. 学习并掌握组成电路模型的学习并掌握组成电路模型的基本

6、电路基本电路元件元件（电阻、电容、电感、独立电源、（电阻、电容、电感、独立电源、受控源）的特性、电路符号受控源）的特性、电路符号。3. 学习并掌握集总电路的学习并掌握集总电路的基本定律基本定律（基（基尔霍夫电压定律和电流定律尔霍夫电压定律和电流定律）。）。4. 学习并掌握利用电路两类约束学习并掌握利用电路两类约束列写电列写电路方程路方程并求解电路变量或（和）电路并求解电路变量或（和）电路元件参数元件参数。第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律知识知识能力能力1. 根据简单的实际电路建立其根据简单的实际电路建立其电路模型电路模型。2. 根据电路问题合理假设电路根据电路问题合理假设电

7、路变量变量参考方向参考方向（或极性）并（或极性）并求解简单电路，根据计算结求解简单电路，根据计算结果分析解释果分析解释电路现象电路现象。3. 利用基本的利用基本的电工仪表电工仪表正确测正确测量实际电路中电压、电流值量实际电路中电压、电流值和电路元件的参数值。和电路元件的参数值。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。电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律引例引例：高压一定危险吗高压一定危险吗 ？用电安全标志用电安全标志电压、电流的问题？电压、电流的问题？电路模型的问题？电路模型的问题？

8、如何度量的问题？如何度量的问题？电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律1-1 电路分析概述电路分析概述电系统：按功能可以分为电系统：按功能可以分为电力系统电力系统和和信号处理系统信号处理系统。 电力系统：电力系统：实现电能传送、转换等。实现电能传送、转换等。 信号处理系统：信号处理系统：实现电信号产生、加工、传输、变换等。实现电信号产生、加工、传输、变换等。电系统设计的概念模型电系统设计的概念模型电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律1-2 电路和电路模型电路和电路模型一、实际电路：一、实际电路： 组成四要素：组成四要

9、素： (1)(1)电源电源(source)(source)，如电站的发电设备、电池等；如电站的发电设备、电池等； (2)(2)用电设备，也称负载用电设备，也称负载(load)(load)，如灯泡、电脑、电动机等；如灯泡、电脑、电动机等； (3)(3)控制装置控制装置，如自动、手动开关；，如自动、手动开关； (4)(4)导线导线(line)(line)，通常由铜或铝等电阻率小的金属制成。通常由铜或铝等电阻率小的金属制成。定义：定义：由电源、导线及各种用电元器件由电源、导线及各种用电元器件或电气设备按一定顺序组成的网络。或电气设备按一定顺序组成的网络。电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本

10、概念与定律电路的基本概念与定律二、电路模型二、电路模型实际器件实际器件 理想元件理想元件（模型元件）（模型元件） ：R只反映一种基本电磁现象，有数学方法精确定义。只反映一种基本电磁现象，有数学方法精确定义。图形图形符号符号四种四种理想电路元件：理想电路元件：（1 1）消耗电能（）消耗电能（电阻电阻）；）；（2 2）供给电能（）供给电能（理想电源理想电源）；）；（3 3）储存电场能量（）储存电场能量（理想电容理想电容）；）；（4 4）储存磁场能量（）储存磁场能量（理想电感理想电感）。）。电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律电路模型：电路模型：理想元件理想元

11、件（模型元件）组成的电路。（模型元件）组成的电路。电电 路路 图：图：电路模型画在一个平面上所形成的图形。电路模型画在一个平面上所形成的图形。实际电路实际电路电气图电气图电路图电路图P4 表表111 表表112电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律电路分类：基于集总假设电路分类：基于集总假设实际电路几何尺寸实际电路几何尺寸( (L ) )与其工作信号波长与其工作信号波长()的关系的关系 (1)集总参数电路：集总参数电路：满足满足L条件的电路。条件的电路。 (2)分布参数电路：分布参数电路：不满足不满足L0; 或若或若I 0; 或若或若U 0 支路吸收功率支

12、路吸收功率 p05.5.无记忆元件：无记忆元件：u(t)=Ri(t)R单位：单位： ( (欧姆欧姆) )电导：电导：RG1 表征电阻元件表征电阻元件的另一参数。的另一参数。i+ u -RG单位：单位：S( (西门子西门子) )电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律线性电阻的线性电阻的开路和短路开路和短路特殊情况特殊情况(b)(b)短路的电压电流关系曲线短路的电压电流关系曲线(a)(a)开路的电压电流关系曲线开路的电压电流关系曲线电流为零，电流为零，电压电压可以是可以是任意值任意值电压为零，电压为零，电流电流可以是可以是任意值任意值注意：注意：具体电路的电流

13、电压是一个明确的值。具体电路的电流电压是一个明确的值。电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律应用应用电阻色环表示方法电阻色环表示方法第一位数第二位数零的个数或乘数容差电阻色环图电阻色环图 颜色颜色数字数字颜色颜色数字数字黑黑0蓝蓝6棕棕1紫紫7红红2灰灰8 橙橙3白白9黄黄4金金01绿绿5银银001电阻颜色代码表电阻颜色代码表 容差容差：金色金色5；银色银色10；无圈无圈： 20。电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律示例示例 红 紫 棕 金 2 7 1个 0 5 红 红 黑 金 2 2 0个0 5 电阻的阻值是：电阻

14、的阻值是：270容差为容差为 5，表示这个电阻实际最小的阻值是，表示这个电阻实际最小的阻值是270*（10.05）265.5； 最大不会超过最大不会超过270*（10.05）283.5电阻的阻值是：电阻的阻值是：22电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律二、理想电源二、理想电源电源：电源：电路中提供能量的器件或装置。电路中提供能量的器件或装置。理想电压源理想电压源和和理想电流源理想电流源： 各种实际电源的理想化模型（理想元件）。各种实际电源的理想化模型（理想元件）。电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律1、理想电压源、

15、理想电压源实际模型：实际模型：电池电池 稳压电源稳压电源理想电压源定义理想电压源定义：能能独立独立向外电路提供向外电路提供恒定恒定电压的二端元件。电压的二端元件。电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律符号表示符号表示: : 伏安关系伏安关系：+ us -特点特点：平行于平行于i轴轴的一条直线。的一条直线。恒压不恒流恒压不恒流2.2.电流电流i i由由u u和外电路共同确定；和外电路共同确定；1.1.端电压端电压u u恒定，与恒定，与i i无关；无关；usi ( A)u(V)0R R( ) 251020 i(A) 5210.5 u(v)10101010us=

16、10V此处电压源的功率此处电压源的功率：p=-usi既可提供功率，也可吸收功率。既可提供功率，也可吸收功率。i+ u -电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律实际电压源特性实际电压源特性实际电压源可用一个实际电压源可用一个理想电压源理想电压源U Us s和和电阻电阻R Rs s的的串联串联表示。表示。RsRs称为实际电压源的内阻称为实际电压源的内阻。 （ RsRs越小的电压源，其电压越稳定越小的电压源，其电压越稳定） (a)(a)电路电路RsUs(b)(b)伏安特性伏安特性Us端口端口VCR：u = Us - iRs电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路

17、的基本概念与定律电路的基本概念与定律2、理想电流源：、理想电流源：光电池光电池能能独立独立向外电路提供向外电路提供恒定恒定电流的二端元件。电流的二端元件。符号表示：符号表示：伏安关系伏安关系：Is特点：特点：i+u -R1. 电流电流i与与u无关；无关；恒流不恒压恒流不恒压2. 端电压端电压u由外电路确定；由外电路确定；此处电此处电流流源的功率源的功率：p=-uIs既可提供功率，也可吸收功率。既可提供功率，也可吸收功率。Isu(v)i(A)0电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律实际电流源特性实际电流源特性实际电流源可用一个实际电流源可用一个理想电流源理想

18、电流源I Is s和和电阻电阻R Rs s的的并联并联表示。表示。RsRs称为实际电流源的内阻称为实际电流源的内阻。 （ RsRs越大的电流源，其电流越稳定越大的电流源，其电流越稳定） (b)(b)伏安特性伏安特性(a)(a)电路电路IsRs Is i = Is - u/Rs端口端口VCR：电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律例例 ：计算图示电路中计算图示电路中3 电阻的电压以及电流源的端电压电阻的电压以及电流源的端电压及功率。及功率。解：解： 由电流源的性质有由电流源的性质有 ：A1S iiV33R iu21 RuuW515S1 iup电流源的端电压极

19、性标注如图：电流源的端电压极性标注如图：电流源的功率为：电流源的功率为：由电阻元件的由电阻元件的VCR得：得： + + +3 1A+ +2Vu1uRi电阻两端电压参考极性如图所示电阻两端电压参考极性如图所示 V523 （非关联参考方向）（非关联参考方向） 0WiupR313电阻的功率为：电阻的功率为： 0吸收功率吸收功率（关联）（关联）电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律三、受控源三、受控源 又称为又称为非独立电源非独立电源，即电压或电流大小及方向受电，即电压或电流大小及方向受电路中其它支路的电压或电流控制的电源。路中其它支路的电压或电流控制的电源。受控

20、电源实际模型受控电源实际模型三极管三极管运算放大器运算放大器电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律受控源电路结构特征：受控源电路结构特征： 具有两条支路（四端元件）；具有两条支路（四端元件）；四种常见模型：四种常见模型：受控电流源或电压源所在支路受控电流源或电压源所在支路 受控支路受控支路控制电流或电压所在支路控制电流或电压所在支路 控制支路控制支路(a) 电流控制电流源电流控制电流源 i1i1 + u1 - i2 (CCCS)u1=0i2= i1：电流控制系数（电：电流控制系数（电流放大倍数）流放大倍数） 例例: :晶体三极管晶体三极管电路分析基础电路分

21、析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律 + _(b) 电流控制电压源电流控制电压源(c)电压控制电流源电压控制电流源i1 i1(CCVS)i + _ + u1 -+u2 _u1=0u2= i1:电压控制系数电压控制系数（转移电阻）（转移电阻）例例: :直流发电机直流发电机(VCCS)u1gu1i2= gu1g g：电流控制系数：电流控制系数（转移电导）（转移电导） 例例: :场效应管场效应管i2i1电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律(d) 电压控制电压源电压控制电压源受控源简化图受控源简化图:(VCVS)u1 u1i2 + _ +

22、_u2= u1 ：电压控制系：电压控制系数（电压放大倍数（电压放大倍数）数）例例: :电子三极管电子三极管i1+ + u1 i1gu1 i1+ +(VCVS)(VCCS)(CCVS)(CCCS)+u2 _电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律例：例：图示电路，求电压图示电路，求电压U U 和电流和电流 I I。解解：-2-2I -2I -6U +10=0由由KVL，有，有-4I -6U = - 8又有又有: :U = 2I+2联立解得联立解得: : U = 1.5VI = - 0.25A受控源受控源: :( (提供功率提供功率) )P = 6UI= - 2

23、.25W若受控源若受控源: : 6U6UU U U求得：求得：U U = 4V I=1A= 4V I=1A电阻性电阻性-2-2I -2I -U +10=0U = 2I+2电源性电源性( (吸收功率吸收功率) )P = UI= 4W电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律练习练习： 图示电路，图示电路，i i1 1 =3A, u=3A, u2 2 =4V=4V。求电流。求电流i i、电压、电压u u、u us s 和电阻和电阻R R, ,并求电源、受控源提供的功率。并求电源、受控源提供的功率。+ u1 -+ u2 -4u1ii i1 1L1L2usus=30V

24、u=20Vi=2AR=10 Pus=-90wP4u1=24wu1=6V作业作业: P29 P1-15、P 1-18电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律两类约束和电路方程两类约束和电路方程拓扑约束拓扑约束（KCL，KVL）：支路约束（支路支路约束（支路VCR)：与电路支路性质无关，只取决于电路的连接结构；与电路支路性质无关，只取决于电路的连接结构；（结构约束）（结构约束）取决于支路元件的性质；取决于支路元件的性质；（元件约束）（元件约束）电路分析基本依据电路分析基本依据： 利用两类约束，列写电路方程，求解电路的利用两类约束，列写电路方程，求解电路的支路电压

25、支路电压和支路电流。和支路电流。电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律16 技术实践技术实践用电安全分析用电安全分析不同电流下人体的生理反应不同电流下人体的生理反应电流大小电流大小生理反应以及伤害程度生理反应以及伤害程度交流交流0.5mA0.5mA，直流，直流2mA2mA人体能够感觉但不遭受伤害人体能够感觉但不遭受伤害工频工频30mA30mA以下，直流以下，直流50mA50mA以下以下人体电击后能够自主摆脱人体电击后能够自主摆脱工频工频30mA30mA以上，直流以上，直流50mA50mA以上以上人电击后危及生命人电击后危及生命电路分析基础电路分析基础第第1

26、章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律人体电路模型人体电路模型电路分析基础电路分析基础第第1章章 电路的基本概念与定律电路的基本概念与定律P25P25例题例题1 16 61 1：电费计算电费计算? ? 某电力设备可能使人遭到某电力设备可能使人遭到250V250V电击，试分析由此产生的电电击，试分析由此产生的电流是否构成危险，以便张贴警告标志或采取其它预防措施。假流是否构成危险，以便张贴警告标志或采取其它预防措施。假定电源电压定电源电压250V250V，臂电阻，臂电阻RA为为400400，躯干电阻，躯干电阻RT为为5050，腿，腿电阻电阻R RL L为为200200。解：电路模型如下：解：电路模型如下：i200