电路ppt第一章(ch1)

1、火电厂水电厂核电厂风力发电厂太阳能发电厂潮汐发电厂地热发电厂沼气发电厂 电路理论基础是本科生接触的首门电技术基础课，是电路理论的入门课。它是研究电网络分析、设计与综合的基础工程学科, 属于电类各专业共同的理论基础。通过本课程的学习掌握电路的基本理论知识、分析计算的基本方法和初步的实验技能, 为学习后续有关课程准备必要的电路知识, 为进一步学习有关专业课程和日后从事电气工程工作打下基础。电 路 理 论 基 础课程地位:电电 路路信号与线性系统信号与线性系统自动控制原理自动控制原理数数字字电电子子技技术术模模拟拟电电子子技技术术微微机机原原理理工工程程电电磁磁场场电子系统设计或计算机应用控制系统设

2、计电子系统设计或计算机应用控制系统设计核心课程 是一种能量( energy )形式.在工农业生产、科研、军事、交通等各个领域广泛应用。一、电(electric):电能的特点:(1) 便于与其它形式的能量相互转换；煤 水 核 风 太阳能 潮汐沼气 垃圾(2) 便于传输，经济、方便、迅速；有线无线(3) 便于控制，通过具体电路实现。地热二、实际电路 通过与电相关的设备构成一个整体，实现电能的转换、传输或控制，从而完成电技术领域的任务。例如：(1) 电力系统：实现电能的生产、传输、分配与消费。(2) 通讯系统：实现电信号的传输、处理和再现。(3) 航空电源中各种变换器: AC-DC DC-AC AC

3、-DC-AC(4) 计算机主板电路：CPU、接口、总线三、电路理论：实际电路各不相同，但是复杂电路和简单电路有基本的共性，遵循着相同的运动规律，电路理论就是研究电路本质、内在的基本规律的学科。四、电路理论基础课程要求(1) 基本概念(2) 基本定理、定律(3) 基本分析方法五、电路理论基础考核方法(1) 作业 15%(2) 抽查 测验 15%(3) 期末考试 70%(4) 基本应用1.电路基础陈洪亮等, 上海交大 , 2007.52.简明电路分析基础 李瀚荪编，北京理工，2002.73.电路第五版 邱关源编著，罗先觉修订, 西交大，2006.54.Fundamentals of Electri

4、c Circuits Charles K.Alexander，Matthew N.O.Sadiku, 清华大学出版社 ,20005.电路学习指导与习题精解(第二版) 邢丽冬、潘双来编，清华大学出版社 , 2008.12 六、参考文献第一章 电路的基本概念和电路定律1、介绍七种电路元件，这是电路中的基本元件，首先要弄清楚这些理想元件的基本特性及其定义。2、电压、电流的参考方向。应弄清楚它们与其实际方 向的联系与区别。 3、电路理论的基本定理基尔霍夫定律。内容虽简单，但要求牢固地掌握、熟练并灵活的运用。值得注意的三个问题：第一节 电路(Electric Circuit)和电路模型(Electric

5、 Model)实际电路是由若干电气器件(Electric devices)按照一定的方式相互联系而成的整体。实际电路的功能： 实现电能（力）的传输与分配； 实现电信号的传输和处理。电路元件是电路中某一物理现象集中在一个元件中发生的集总参数(Lumped Paramertes)元件。1. 电路模型是由理想电路元件(Electric Element）相互连接而成，是对实际电路的抽象。第二节 电路中基本电气量及特性电流(Current)：单位时间内通过元件的电荷的多少。 电流的实际方向：正电荷定向移动的方向。 电流的参考方向：分析电路前人为指定的方向。 设定了电流参考方向，借助于电流的代数表达式，才

6、能说明电流的实际方向。电压(Voltage)： 电埸力移动单位正电荷所作的功 . 电压的实际方向：高电位指向低电位的方向。 电压的参考方向：分析电路前人为指定的方向。 设定了电压参考方向，借助于电压的代数表达式，才能说明电压的实际方向。dtdqi dqdwu i u 对某一段电路或某一个元件来说，若其电压的参考方向与电流的参考方向一致，即电流从标以电压“+”极性端流入，从标以“”极性端流出，则这种参考方向称为关联参考方向。 iu关联参考方向dtdwtp )(电功率(Electric-Power)：电场力做功的速率,也称瞬时功率。dqudw dtdqi )()()(titutp 若u , i为关

7、联参考方向P吸0, P发 0表示元件吸收功率P吸0, P发 0表示元件发出功率若u , i为非关联参考方向uipuip，发发吸吸 uipuip，吸吸发发 P吸 0, P发 0表示元件发出功率P吸 0, P发 0表示元件吸收功率例: 求元件的功率？)(W102)5(实际吸收发 uip)(mW50W05. 010503实际吸收吸uip解：(a) 非关联(b) 关联4. 电能量(Electric- Energe)：电功率的积分就是电能量。在关联参考方向下，电路元件在t 0到t的时间内吸收的能量为：)()()()()(),(000 diudpttWtttt iu例：已知u=30V，i=5mA,求该元件

8、的功率。解：u，i为非关联参考方向)W(15. 05)30(实实际际吸吸收收发发 uip)W(15. 0530实实际际吸吸收收）（吸吸 uip)J(6.0)5, 1( W第三节 电路中基本电气元件一、电阻元件()1、一般定义：载流导体或半导体会因发热而消耗电能，可将其抽象为电阻元件。2、VAR：其在任一时刻 t 的电压u(t)和电流i(t)之间的关系称为伏安关系，可以由u-i平面上的一条曲线所确定，该曲线称作它的伏安特性曲线。线性电阻：VAR特性为u-i平面上过原点的一条直线。 非线性电阻： VAR特性为u-i平面上的一条曲线。时不变电阻：电阻值与时间无关，不随时间的变化而变化。 时变电阻：电

9、阻值与时间有关，随时间的变化而变化。 线性时不变电阻是我们分析的重点，简称电阻，符号为R，其即表示电阻元件，又表示元件的参数。 iuRui0 Riu 3、线性电阻的性质：1）欧姆定律：u、i 为关联参考方向时， u=R i，i=G u VAR为过原点的一条直线。R=0 (有i 无u) 短路(如开关闭合时SC) R (有u无i ) 开路(如开关断开时OC) 2）电功率：在u、i 为关联参考方向下，电阻吸收的功率02222 GiGuRuRiuipR吸吸因电阻始终吸收、发热(光)散失，R为耗能元件 3）电能量：在 (t 0, t) 内R所消耗的电能(区间变量)为： )J( )()()(),( 2 2

10、 0000 ttttttdGudRidpttW 例题1-1求图示电路中的u 、R、i解：据电压、电流的参考方向，由欧姆定律得V10110 ARiu(1) 10110AViuR(2)ttRui cos32cos6 (3)V224 sAGiu(4)i=1A10 + u ab(1)i=1AR + u=-10V ab(2)i2+ u=6cost ab(3)i=-4AG=2s+ u ab(4)解(1)(W22111吸吸收收吸吸 IUP)(W22)1(22吸吸收收吸吸 IUP(2)）流向流向（实际为（实际为，则，则产生产生发发abAVWUPIIUP414)(1111 ）流向流向（实际为（实际为，则，则产生

11、产生发发abAVWUPIIUP414)(2222 例题1-2（1）在图中的电流均为2A,且由a流向b,求两元件吸收或产生的功率。（2）若元件产生的功率为4W，求电流I=?R + U1=1V ab(a)I=?R U2= 1V +ab(b)二、电容元件(Capacitor)电容器本质上都是由两块金属极板中间隔着某种介质(空气、云母、电介质)所组成。“充电”时，两极板上留下等量异性电荷，在介质中建立起电场，去掉电源后，q虽相互吸引，但为介质所绝缘而不能中和，于是留下了电场(及电场能量)。 故电容器是一种能够储存电场能量的器件。 1、一般定义：一个二端元件，如果在任一时刻t，其电荷q(t)与其端电压u

12、c(t)之间的关系(库伏关系QVR)可以用uc - q平面上的一条曲线（称为库伏特性曲线）来确定，则此二端元件称为电容元件。us+qq uc 我们主要研究非时变线性电容元件。其QVR为通过原点的一条直线，简称 “电容”，符号为“C”既表示一电容元件，也表示该元件的参数。 qCu0 CCuq uqC2、电容元件的伏安关系 ttCtCtCcdididitu 1 1 100)()()()( a. 微分形式 ：uC 、i 关联 dtdqi cCuq dtduCic uC变化才有i ，uC不变时，i=0（开路）C有隔直作用b. 积分形式： uC 、i 关联 )()( 100 ttCcditu C为记忆元

13、件，当|i|为有限值时，此时uc不能跃变；反之，若uc跃变，则导致无穷大的电流 i 。 CuiC3、电容的功率与能量关系 在 uC 、i 取关联方向 电容在 (-, t) 内所吸收的电能(区间变量)为： tcctcCddduCudptw )()()(),(吸吸吸吸 )()(221221 ccCutCu)()( )()(),(1 2 1221222121 twtwtCutCuttwCCccC 吸吸同理，(t1 , t2 )内电容吸收的电能为： dtduCuiupCCCCC 吸吸例1-3某电容的电压、电流波形如图，(1) 求C值；(2) 求它在0到1 ms 期间得到的电荷；(3) 求电容吸收功率p

14、(t)及p (2ms) ；(4) 求w(t)与 w(2ms) .F 22000/104 ; )/(2000 , 3 CsVdtdudtduCi0t(ms)i(mA)140tu(V)12(ms)解(1)mAtittumst4)( , 2)( : 10 时时当当0)( , 2)( : 1 titumst时时当当 CuiCq0mA0V2)ms2( p 1 1m ms s ) )4 4( ( 1 1m ms s0 0 ) )( () )( (2 21 1) )( (2 21 1( (4 4) )tJtJtCutCutwCC 2224 )( C 4C22)1 ( msCu (2) q (1ms) mst

15、mstttitutp1 0 10 )W(108)()()( )3(3JW 4)ms2( 三、电感元件(Inductor)1、一般定义：一个二端元件，如果在任一时刻t，其电流iL同它磁链L之间的关系（韦安关系WAR）可以用iL -L平面上的一条曲线（韦安特性曲线）来确定，则此二端元件称为电感元件。线圈通电iL 磁通 形成磁场及磁场能量 电感器通常规定L (L)与iL的参考方向之间满足右手螺旋关系。NuLilleLL Li0 LLLi 我们主要研究非时变线性电感元件。其WAR为通过原点的一条直线，简称 “电感”，符号为“L”既表示一电感元件，也表示该元件的参数。 LiLL a. 微分形式: uL

16、、iL 关联dtdiLdtLiddtdeLLLL )(dtdiLuLL L为动态元件 ；iL 不变(DC)时uL =0 对直流短路 b . 积分形式:uL 、iL关联 ttduLtitiLLL 0)(1)()(0 电感为记忆元件。|uL|时iL(t)为连续变量，iL 不能跃变；若iL 跃变，则会导致无穷大的电压uL 2. 电感的伏安关系（VAR）3. 电感的功率与能量关系uL 、i L关联方向dtdiLiiupLLLLL 吸吸 电感在 (-, t) 时间内所吸收的电能(区间变量)为： 同理，(t1 , t2 )内电感吸收的电能为： 0 )()(2 21 tLitwLL储储)()()()(),(

17、1212 2122 2121 twtwtLitLittwLLLLL 吸吸| iL |增加，wL(t2)wL(t1)，L实际吸收电能，全部转变为磁场能；| iL |减少，wL(t2)wL(t1)， L释放磁场能转变为电能。L为储能元件，不耗能；属于无源元件。 元件符号 电阻 R电容 C电感 L电路符号元件特性VAR物理含义储能0+ u i RRiu Cuq Li Riu dtduCi dtdiLu 221)(CutW 221)(LitW 消耗电能储存电场能储存磁场能+ u Ci+ u Li四、电压源和电流源 有源(active)元件 电源1、提供电能，如DC电源、AC电源2、输入电信号, 亦称为

18、信号源。激励(excitation) 响应(response) 电压源电流源1、理想独立电压源(ideal independent voltage source) 其端电压u(t)是与通过它的电流i(t)无关的给定函数uS(t)。即它的VAR(称为电源的外特性)为一系列与 i 轴平行的直线。 u0t0tuu0tUS稳压源交流电压源方波信号源i0uus(t1)Usus(t2)Sui)(ifuS !理想电压源性质其端电压uS(t)与它所接外电路无关;其电流i(t)则由uS与外电路共同决定; 电压源外电路不得短路！电压源的uS =0时,其自身相当于短路 ;实际电源如蓄电池、干电池、发电机等可用uS与

19、RS的串联组合作为其模型.SuSR2.理想独立电流源(ideal independent current source) 一般定义:电流源也是一种理想二端元件，在任一时刻t，其电流i(t)是与其端电压u(t)无关的给定函数iS(t)。即它的VAR (称为电源的外特性)为一系列与 u 轴平行的直线。i0t0tii0tIS恒流源交流电流源方波信号源u0iis(t1)Isis(t2)(ufiS !Siu理想电流源性质其通过的电流iS(t) 与它所接外电路无关;其电压u(t)则由iS与外电路共同决定; 电流源外电路不得开路！电流源的iS =0时,其自身相当于开路; 实际电流源用iS与RS的并联组合为其

20、模型。 电压源的uS不受i 的影响、电流源的iS不受u 的影响,称为独立源，在电路中起激励的作用；为有源元件 (active element)Siu 电压源、电流源的特性电压源、电流源的特性电压源电压源电流源电流源定义定义理想二端元件理想二端元件)(tuus 理想二端元件理想二端元件)(tiis 特性特性a.端电压是特定的时间函端电压是特定的时间函数，与自身电流无关。数，与自身电流无关。b.电压源中电流取决于外电压源中电流取决于外电路。电路。a.通过电流是特定的时间通过电流是特定的时间函数，与端电压无关。函数，与端电压无关。b.电流源的端电压取决于电流源的端电压取决于外电路。外电路。电路电路符

21、号符号+ us特例特例ssUtu )( 稳压源稳压源ssIti )( 恒流源恒流源is五、五、受控源受控源(controlled-source) 受控源是非独立（受控源是非独立（dependent）电源，其电压电源，其电压或电流的或电流的量值与方向量值与方向受电路中其它电压或电流受电路中其它电压或电流的控制，是二端口元件。理想的受控源有：的控制，是二端口元件。理想的受控源有： +控制量控制量受控量受控量电压电压电流电流受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源 1210uui VCVSu1 u1+_u2+_+_i2i1u1ri1+_u2+_+_i2i1 1210riuuCCVS 1210guii

22、 1210iiu u1gu1+_u2i2+_i1VCCSCCCSgu1+_u2i2+_i1u1受控电源的分类比较受控电源的分类比较代号代号VCVSVCCSCCVSCCCS名称名称电压控制电压控制电压源电压源电压控制电压控制电流源电流源电流控制电流控制电压源电压源电流控制电流控制电流源电流源+u1+u2 u1 +u2 ri1 i1i2 i1 i1+u1i2gu1 符号符号控制量控制量u1i1i1u1被控量被控量i2u2i2u2被控支被控支路关系路关系12uu12gui 12riu 12ii例：求受控电流源的功率？例：求受控电流源的功率？2A5+ u1 -+3V-0.05u1解：解：V10521u

23、“负载”作用吸W5 . 105. 031uP 是一种电压放大倍数是一种电压放大倍数(即增益即增益)很高很高的放大器，这种器件是通过集成工的放大器，这种器件是通过集成工艺制成的艺制成的 集成电路模块集成电路模块。实际运放的实际运放的Ri 较大较大(1M), Ro 较小较小(100左右左右), A 较高较高(104107 )a 反相输入端反相输入端b 同相输入端同相输入端O 输出端输出端 公共接地端公共接地端A 运放的开环增益运放的开环增益 uo =Auba =A(ub- ua )若计运放的输入电阻若计运放的输入电阻R i 和输出电阻和输出电阻R o ，则可得其电路模型为，则可得其电路模型为 理想

24、运算放大器理想运算放大器:即：即：R i , Ro 0, A的电压放大器的电压放大器 Aua+-UoRo+- -RibbaAabo六、运算放大器六、运算放大器 “虚断虚断(路路)”性质性质：因：因Ri ，输入端输入端 a、b 的输入电流趋于的输入电流趋于零，零，相当于相当于开（断）路，但内开（断）路，但内部电路却是接通的。部电路却是接通的。 “虚短虚短(路路)”性质：性质：因因A，而，而uo为有限值，为有限值， uba=ub ua = uoA0，即，即 a、b 两点电位无穷接近，两点电位无穷接近，近似短路称为近似短路称为“虚短路虚短路”。 Ro0,使使uo不受所接负载的不受所接负载的影响。影响

25、。0 baii理想理想运算放大器的特点：运算放大器的特点：aboAua+-UoRo+- -Ribbabauu 电路图（电路图（circuit diagram）：理想电路元件依照一）：理想电路元件依照一定方式联接成一通路定方式联接成一通路,其图形表示为电路图其图形表示为电路图 支路支路(branch)：电路中通过同一电流的分支，可以为一电路中通过同一电流的分支，可以为一个二端元件或多个元件的组合。个二端元件或多个元件的组合。 节点节点(note):支路与支路的汇合点，用加重的黑点表示，支路与支路的汇合点，用加重的黑点表示，标以字母或数字。标以字母或数字。 回路回路(loop)：由支路构成的闭合路

26、径，回路中的节点只经由支路构成的闭合路径，回路中的节点只经过一次。过一次。 平面电路平面电路(planar circuit):可画在一个平面上而没有任何可画在一个平面上而没有任何支路的交叠现象。支路的交叠现象。 网孔网孔(mesh)：平面电路中回路内部不含支路的回路平面电路中回路内部不含支路的回路 第四节第四节 电路的基本定律电路的基本定律基尔霍夫定律基尔霍夫定律(kirchhoffs law)1i2i3i4i5i6i7i8iabcde1l2l3l4l5l一、一、基尔霍夫基尔霍夫电流定律（电流定律（KCL）：集总参数电路中）：集总参数电路中的的任意节点任意节点，在，在任意时刻任意时刻联接于该节

27、点联接于该节点所有支路所有支路电流电流的的代数和代数和为零。为零。 nkkti10)(代数和是相对电流的参考方向而言，若取代数和是相对电流的参考方向而言，若取流入节点电流为正，则流出节点为负。流入节点电流为正，则流出节点为负。按参考方向按参考方向“流出流出”该节点的电流该节点的电流之和恒等于之和恒等于“流入流入”该节点的电流之该节点的电流之和。和。 )()(titi入入出出 KCL的物理意义：体现了电荷守恒或电流的连续性的物理意义：体现了电荷守恒或电流的连续性 KCL的推广应用：由电流的连续性可知，的推广应用：由电流的连续性可知，KCL可应用于可应用于包围几个节点的闭合面包围几个节点的闭合面(

28、称为广义节点称为广义节点)，即闭合面所即闭合面所“切割切割”支路的电流代数和恒为零支路的电流代数和恒为零。2i3i4i5i6i7i8iabcde1l2l3l4l5l1i:a0541 iii541iii :e08765 iiii8675iiii 二、基尔霍夫电压定律（二、基尔霍夫电压定律（KVL）：集总参数电路中，）：集总参数电路中，任意时刻，沿任一回路绕行一周，该回路所有支路电任意时刻，沿任一回路绕行一周，该回路所有支路电压代数和为零。压代数和为零。代数和代数和是是对电压的参考方向对电压的参考方向而言，若电压而言，若电压参考方向与绕行方向一致取正，反之为负。参考方向与绕行方向一致取正，反之为负

29、。 nkktu10)( )()(tutu升升降降当回路中仅含当回路中仅含R和和uS时，列写时，列写KVL方程，左边列出沿绕行方向电阻方程，左边列出沿绕行方向电阻电压电压降降的代数和，方程右边列出沿绕行方的代数和，方程右边列出沿绕行方向上电压源向上电压源电位升电位升的代数和。的代数和。 KVL的物理意义：电压与路径无关或电压的单值性。的物理意义：电压与路径无关或电压的单值性。KVL应用于应用于“开口回路开口回路”： 某两点某两点a、b间的电压，等于间的电压，等于由由a点点沿电路中的沿电路中的任一个路径走到任一个路径走到b点点的各段的各段电压降的代数和电压降的代数和。2i3i4i5i6i7i8iabcde1i 1Su 4Su 5u1R2R3R4R6R7R8R9R5l3l:3l0668822 iRiRiR1l:1l0775444 iRuuiRS477544SuiRuiR 例题例题. . 图示电路为复杂电路的一部分图示电路为复杂电路的一部分。已知已知: :u1 = = u5 = = 2V , ,u2 = = 6V , ,u3 3 = -= -7V ,求求: :u4 4 ? ? uab ab ? ?abu1u2u3u5u4uab解解: u4= - -5V uab= 4V讨论讨论: : (1) 任两点间的电压值与计算所选择的任两点间的电压值与