第一章演示稿0

1、1.1.自我介绍自我介绍 李龙云电气学院电工理论与新技术研究所2.2.课程的重要性课程的重要性 ( (1) 它是电类各学科的基础课 （2）它是宽口径就业的理论基础 （3）它培养分析问题和解决问题的能力3. 3. 课程内容课程内容 本课程讨论线性电路的各种分析方法，具体来说，就是求出给定电路的电路响应,u.i.p.w.q.4 4. . 学习安排学习安排 本学期上课16周，学习教材的1、2、3、4、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16共15章的部分或者全部内容。5. 5. 学习方法学习方法 认真听课-课后复习-独立完成作业-上好习题课6. 6. 交作业

2、时间交作业时间 新的一章上课之前，每周答疑一次，时间地点另行通知7、课件网站地址：25/new/dianlu/ 参考书：1、电路理论学习指导书 华中科技大学出版社 2、电路基础典型题解析及自测实体 西北工业大学出版社1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model )2. 电路的构成电路的构成 电源、负载、开关、导线电源、负载、开关、导线 由理想电路元件或者理想电路元件的组合代替实际电路元件由理想电路元件或者理想电路元件的组合代替实际电路元件而得到的电路，称为电路模型。而得到的电路，称为电路模型。 理想电路元件理想电路元件: 具有某种确定的电磁性质的假想

3、元件，是组成具有某种确定的电磁性质的假想元件，是组成电路模型的最小单元。电路模型的最小单元。 3. 电路模型电路模型1. 电路定义：电路定义： 由电路器件和电路部件（元件）相互联接而成的整由电路器件和电路部件（元件）相互联接而成的整体。具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能体。具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能无源元件：电阻 消耗电能 电容 储存、释放电能 电感 储存、释放磁场能量有源元件：电压源 供给电路能量 电流源 供给电路能量实际元件和理想元件是有区别的，如电感线圈的高频电路模型如下：4. 集总电路集总电路当构成电路的器件以及电路本身的尺寸远小于电路工作当构成电路的器

4、件以及电路本身的尺寸远小于电路工作时电磁波的波长，则在任一时刻，流入二端元件的各器时电磁波的波长，则在任一时刻，流入二端元件的各器件的一个端子的电流等于从另一个端子流出的电流，且件的一个端子的电流等于从另一个端子流出的电流，且两个端子间的电压是单值的。种电路称为集总电路。两个端子间的电压是单值的。种电路称为集总电路。 例：以例：以 f50Hz交流电为例，其相应的电磁波波长也是交流电为例，其相应的电磁波波长也是同频率的。同频率的。波长：波长：KmsKmsfv60005030000011 济南到青岛电力传输线约济南到青岛电力传输线约400Km/15显然不满足集总参数电路的条件显然不满足集总参数电路

5、的条件1.2 电压和电流的参考方向电压和电流的参考方向 (reference direction)tqtqtitddlim)(0def 单位名称：单位名称：安安（培）（培） 符号：符号：A （Ampere）一一. 电流电流 (current)1. 电流电流实际方向：正电荷移动的方向实际方向：正电荷移动的方向2、电流参考方向、电流参考方向：任意假定的电流的方向。例例i 参考方向参考方向BA0itT/2T标定参考方向后，电流成为代数量。标定参考方向后，电流成为代数量。 参考方向可以用箭头表示，也可用下标表示，例如：参考方向可以用箭头表示，也可用下标表示，例如：IAB1. 电压电压 (voltage

6、)的实际方向：高电位指向低电位的实际方向：高电位指向低电位qWUddABdefAB 单位名称：单位名称：伏伏(特特) 符号：符号：V（Volt）二二. 电压电压 (voltage)2. 电压电压(降降)的参考方向的参考方向:任意假定的电压方向任意假定的电压方向U 0+实际方向实际方向+（参考方向）（参考方向）UAB电压参考方向可以电压参考方向可以+ - 及下标表示，例如及下标表示，例如UAB例例:U1 = 10V10V10 +U110V10 +U1U1 = 10V三三. 电位电位abcd设设c点为电位参考点，则点为电位参考点，则 c= 0 a= Uac， b=Ubc， d= UdcUab =

7、a- - b3 3、关联参考方向和非关联参考方向关联参考方向和非关联参考方向 如果电流参考方向和电压的参考方向一致，这种参如果电流参考方向和电压的参考方向一致，这种参考方向称为关联参考方向。考方向称为关联参考方向。以后讨论均在参考方向下进行以后讨论均在参考方向下进行，不考虑实际方向。不考虑实际方向。关联关联参考方向参考方向+UI非关联非关联参考方向参考方向U+I1.3 电路元件的功率电路元件的功率 (power)和能量和能量一、一、 电功率和电能电功率和电能uitwpdd功率功率的单位名称：的单位名称：瓦瓦（特）（特） 符号（符号（W）能量能量的单位名称：的单位名称：焦焦（耳（耳)符号（符号（

8、J）ttttdiudW00)()(q) t (u)(q)(q二功率的计算二功率的计算实际吸收实际吸收5W例例 U = 5V， I = 1AP吸吸= UI = 5 1 = 5 W实际吸收实际吸收5W例例 U = 5V， I = - - 1AP发发= UI = 5 (- -1) = - -5 W1. u, i 取取关联参考方向关联参考方向i+u 发出发出吸收吸收吸吸00uip 吸吸收收发发出出发发00uip2. u, i 取非取非关联参考方向关联参考方向i+u例：例：按给定的参数方向和表达式，指出按给定的参数方向和表达式，指出u, i的实际方向，并的实际方向，并计算元件的功率，注明吸收还是发出。计

9、算元件的功率，注明吸收还是发出。0itT/2TT/4T3/4cost+AB3cos t10cos t解：解：由余弦曲线可知由余弦曲线可知0tT/4, 3T/4tTu, i 的实际方向的实际方向 ABT/4t0 吸收功率吸收功率例：例： 图示电路种方框代表电源和电阻参考方向已标出，且知：图示电路种方框代表电源和电阻参考方向已标出，且知：I1=2A, I2=1A, I3= -1AU1=1V, U2= -3V, U3=8V, U4=-4V, U5=7V, U6= -3V164235+U1+U6+U3+U2+U4+U5cbaedI1I3I2+求：求：1. 标出标出U，I 的实际方向的实际方向2. Ua

10、b1. 1，2#, 3#元件的功率并注明吸收或发出。元件的功率并注明吸收或发出。解：解：1. 在图中标出在图中标出2. UabUacUcbU1+U2= (1)+(3)= 4V(ab电位升电位升4V，与标出的实际方向一致。注意计算时，与标出的实际方向一致。注意计算时用参考方向。用参考方向。)3. 1 U1, I1非关联非关联 P1=U1I1=12=2W0 发出发出 2 U2, I1关联关联 P2=U2I1= (3) 2= 6 W0 吸收吸收1.4 电路元件电路元件几个概念：几个概念：2. 集总电路集总电路：由集总元件构成的电路称为集总电路。由集总元件构成的电路称为集总电路。1. 集总（参数）元件

11、性质集总（参数）元件性质：具有两个端子的集总元件，在：具有两个端子的集总元件，在任何时刻任何时刻t流入一个端子的电流等于流出另一个端子的电流入一个端子的电流等于流出另一个端子的电流，且两端子之间的电压是单值量。流，且两端子之间的电压是单值量。3. 电路元件的分类：按照不同的标准，电路元件的分类：按照不同的标准，元件可分为线性和元件可分为线性和非线性、时变和非时变、有源和无源、二端非线性、时变和非时变、有源和无源、二端/三端等。三端等。5. 时不变元件：时不变元件：元件的参数不随时间变化的元件。元件的参数不随时间变化的元件。6. 时变元件：时变元件：元件的参数按一定规律随时间变化的元件。元件的参

12、数按一定规律随时间变化的元件。如变频器的变频跨导如变频器的变频跨导g。4 4、线性元件：、线性元件：元件某两个参数之间的关系曲线是通过原点元件某两个参数之间的关系曲线是通过原点的一条直线。的一条直线。1.5 电阻元件电阻元件 (resistor)1. 线性电阻元件的定义：在线性电阻元件的定义：在电压与电流取关联参考方向时，电压与电流取关联参考方向时，其伏安关系服从欧姆定律其伏安关系服从欧姆定律u R iR 称为电阻值称为电阻值单位名称：欧单位名称：欧(姆姆)/ R+uiiuRdef 电阻的符号和电阻值电阻的符号和电阻值 电导电导: : G G 1/ 1/R R 称为电导称为电导单位名称：西单位

13、名称：西(门子门子) 符号符号: S (Siemens)R和和G都是电阻元件的参数，是正实常数。都是电阻元件的参数，是正实常数。则则 欧姆定律表示欧姆定律表示为为 i G u . ui02. 线性线性电阻的线性电阻的线性伏安特性伏安特性为通过原点的一条直线为通过原点的一条直线 公式必须和参考方向配套使用！公式必须和参考方向配套使用！ 当电阻的电压和电流的参考方向相反当电阻的电压和电流的参考方向相反则欧姆定律写为则欧姆定律写为u Ri 或或 i GuRi+u3. 功率和能量功率和能量功率：功率：p吸吸 ui (R i ) i i 2 R u(u/ R) = u2/ R0R+ui能量：可用功表示。

14、从能量：可用功表示。从t0 到到 t电阻消耗的能量电阻消耗的能量 ttttRiRpW00dd2P 恒为非负，说明电阻元件是无源元件，是耗能元件。恒为非负，说明电阻元件是无源元件，是耗能元件。Riu+4. 开路与短路开路与短路当当 R = (G = 0 )，视其为开路。，视其为开路。 无论无论u为何值时，为何值时，i = 0。ui0开路开路当当 R = 0 (G = )，视其为短路。，视其为短路。 无论无论 i为何值时，为何值时，u = 0。u短路短路i01.线性电容线性电容元件的定义：如果一个二端元件的电元件的定义：如果一个二端元件的电荷和电压满足荷和电压满足q=Cu,则这个元件为电容。则这个

15、元件为电容。1.6 电容元件电容元件 (capacitor)在电压正（负）极性与极板上储存电在电压正（负）极性与极板上储存电荷荷q（q）极性一致时，有）极性一致时，有Ciu+qq电容元件的电路符号如右图所示电容元件的电路符号如右图所示电容的单位为电容的单位为F（法），（法），常用还有常用还有 F，pFuqCdef q =Cu2.电容的线性电容的线性： 库伏（库伏（qu） 特性是一条通过原点的直线特性是一条通过原点的直线qu0 3.线性电容的电压、电流关系线性电容的电压、电流关系Ciu+ )(00d1d 1)( tttiCuiCtuttuCtqiddddttiqtqt00d)( )( 在电压电流

16、关联参考方向下：在电压电流关联参考方向下：电容元件是一种动态元件，也是一种电容元件是一种动态元件，也是一种“记忆记忆”元件元件。4. 电容的储能电容的储能tuCuuipdd 吸吸)(21)(2121ddd220)()()(2tqCtCuCuuCuWutuutC 若若若考察若考察t1t2某个时段，则有某个时段，则有)()()(21)(21dddu1212220tWtWtCutCuCuWccttc 在电压和电流的关联参考方向下：在电压和电流的关联参考方向下：当电容元件充电时，当电容元件充电时，Wc0，元件吸收能量。，元件吸收能量。当电容元件放电时，当电容元件放电时，Wc0，元件吸收能量。，元件吸收

17、能量。当电流当电流|i|减小时，减小时，WL0，元件释放其储存的能量。，元件释放其储存的能量。电容元件在一个周期内吸收和放出的能量相同也就是说电感电容元件在一个周期内吸收和放出的能量相同也就是说电感元件不会释放出多于它吸收和储存的能量，因此它又是一种元件不会释放出多于它吸收和储存的能量，因此它又是一种无源元件无源元件。(1) u的大小与的大小与 i 的的变化率变化率成正比，与成正比，与 i 的大小无关；的大小无关；(3) 电感元件是一种记忆元件；电感元件是一种记忆元件；(2)电感在直流电路中相当于短路；电感在直流电路中相当于短路；(4) 当当 u，i 为关联方向时，为关联方向时，u=L di

18、/ dt； u，i 为为非非关联方向时，关联方向时，u= L di / dt 。小结：小结：所以电感元件是一种所以电感元件是一种储能元件。储能元件。 1.8 电压源和电流源电压源和电流源 1.1.理想电压源定义：理想电压源定义：如果一个二端元件的端电压总保持为给如果一个二端元件的端电压总保持为给定的时间函数定的时间函数u=uu=us s（t t），而于流过它的电流无关。），而于流过它的电流无关。2. 特点：特点：(a) 电压源电压源端电压由电源本身决定，与外电路无关；与端电压由电源本身决定，与外电路无关；与电源中通过的电流无关电源中通过的电流无关(b) 电压源中的电流由外电路决定。电压源中的电

19、流由外电路决定。电路符号电路符号uS(c) 电压源的功率是任意的电压源的功率是任意的3. 伏安特性伏安特性US+_iu+_USui0以直流电压源为例以直流电压源为例:注意：注意：一般用大写字母表示直流量，常量。用小写字母表一般用大写字母表示直流量，常量。用小写字母表示交流量、时变量。示交流量、时变量。4. 理想电压源的开路与短路理想电压源的开路与短路uS+_iu+_(1) 开路开路 i=0， uus(2) 理想电压源不允许理想电压源不允许短路短路。(3) 零值零值电压源相当于短路。电压源相当于短路。5. 功率功率i , us非关联非关联uS+_iu+_i , uS 关联关联 uS+_iu+_电

20、源（电压源、电流源）是电路中的能电源（电压源、电流源）是电路中的能源，对电路起源，对电路起“激励激励”作用，从而在电作用，从而在电路中产生路中产生“响应响应”电压和电流。电压和电流。多电源电路中，有些电源也可多电源电路中，有些电源也可吸收吸收能量，相能量，相当于电路的当于电路的“负载负载”。p发发= uS ip吸吸=uS i1.理想电流源的定义理想电流源的定义：如果一个二端发出的电流总为给定的时如果一个二端发出的电流总为给定的时间函数，而与它两端的电压无关。间函数，而与它两端的电压无关。2. 特点：特点：(a) 电流源电流由电源本身决定，与外电路无关；与电电流源电流由电源本身决定，与外电路无关

21、；与电流源两端电压无关。流源两端电压无关。(b) 电流源两端电压电流源两端电压是由是由外电路外电路决定。决定。(c) 电压源的功率是任意的电压源的功率是任意的3. 伏安特性伏安特性iISu+_ISui0以直流电压源为例以直流电压源为例:4. 理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路(2) 理想电流源不允许开路。理想电流源不允许开路。(1) 短路：短路：i= iS ，u=0 iiSu+_5. 实际电流源的产生：实际电流源的产生：(3) 零值电流源相当于开路零值电流源相当于开路 稳流电子设备，如光电池，晶体三极管稳流电子设备，如光电池，晶体三极管6. 功率功率p发发= u isp吸吸= u i

22、s u , iS 关联关联 u , iS 非非关联关联 解：解：1）没有）没有1电阻时电阻时 PV =11=1W 吸收吸收PI =11=1W 发出发出功率平衡功率平衡 PV =11=1W 吸收吸收PI =21=2W 发出发出功率平衡功率平衡 PV =12=2W 发出发出PI =11=1W 吸收吸收功率平衡功率平衡 UI =11+1=2VPR =11=1W 吸收吸收I =1/1=1AIV =1+1=2APR=12/1=1W 吸收吸收2）有）有1电阻时电阻时 1.9 受控电源受控电源 (非独立源非独立源)(controlled source /dependent source)一一. . 定义定义

23、：电压源电压或电流源电流不是给定函数，电压源电压或电流源电流不是给定函数，而是受电路中某个支路的电压而是受电路中某个支路的电压(或电流或电流)的控的控制。制。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(1) 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source ) ：电流放大倍数电流放大倍数, 纯数纯数 u1=0 i2= i1r : 转移电阻转移电阻 u1=0u2=r i1二二. 四种类型四种类型(2) 电流控制的电压源电流控制的电压源 ( Current Controlled Voltage Source )g: 转移电导转

24、移电导 i1=0i2=gu1 :电压放大倍数电压放大倍数, 纯数纯数 i1=0u2= u1(3) 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( Voltage Controlled Current Source )(4) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source )注意：注意：2) 控制系数（控制系数（, , r, g)为常数时，受控源为线性受控源。为常数时，受控源为线性受控源。(1) 受控源是为反映电路中某处的电压、电流控制另一处的电受控源是为反映电路中某处的电压、电流控制另一处的电压、电流而引入的理想元件。压、电流而引入的理想元件。3

25、) 特有的菱形符号和控制系数的量纲。特有的菱形符号和控制系数的量纲。4) 控制量控制量u或或i为零，则受控源为零为零，则受控源为零开路或短路。开路或短路。5) 电路中无独立源时，受控源不能单独对电路起激励作电路中无独立源时，受控源不能单独对电路起激励作 用，这是称其为非独立源的原因。用，这是称其为非独立源的原因。6) 受控源具有负载性，影响电路的输入电阻。受控源具有负载性，影响电路的输入电阻。 1.10 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 ( Kirchhoffs Laws )基尔霍夫基尔霍夫电流定律电流定律 (Kirchhoffs Current LawKCL )基尔霍夫基尔霍夫电压定律电压定律(Ki

26、rchhoffs Voltage LawKVL )基尔霍夫定律基尔霍夫定律与与元件特性元件特性是电路分析的基础。是电路分析的基础。定律发表于定律发表于1845年，基尔霍夫还是个年仅年，基尔霍夫还是个年仅23岁的大学生。岁的大学生。基尔霍夫定律是基尔霍夫定律是集总电路集总电路的基本定律，通常称为的基本定律，通常称为“拓扑拓扑”(支路间的联接关系支路间的联接关系) 约束；另一类约束与支路上元件的类型约束；另一类约束与支路上元件的类型、连接有关，称为、连接有关，称为元件特性元件特性约束，简记约束，简记VCR(Voltage Current Relation)，两类约束共同构成了电路分析的出发点，两类

27、约束共同构成了电路分析的出发点。一一 . 几个名词几个名词1. 支路支路 (branch)：电路中流过同一电流的每个分支。电路中流过同一电流的每个分支。 (b)2. 结点结点 (node): 支路的连接点称为节点。支路的连接点称为节点。( n )4. 回路回路(loop)：由支路组成的闭合路径由支路组成的闭合路径, 但除起点与终点外，但除起点与终点外，其余结点只能经过一次。其余结点只能经过一次。( l )3. 路径路径(path)：两节点间的一条通路。路径由支路构成。两节点间的一条通路。路径由支路构成。有时也定义为：每个二端元件称为一条支路。有时也定义为：每个二端元件称为一条支路。二二. 基尔

28、霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 (KCL)：物理基础物理基础: 电荷守恒，电流连续性。电荷守恒，电流连续性。i1i4i2i3例例i1+ i2 i3+ i4= 0i1+ i3= i2+ i4出出入入即即ii 0)(ti代数和：规定电流参考方向流入代数和：规定电流参考方向流入(出出)为正。为正。内容：内容：在集总电路中，任何时刻，对任一结点，所有流出在集总电路中，任何时刻，对任一结点，所有流出结点的支路电流的代数和恒等于零。结点的支路电流的代数和恒等于零。上式表明，在任何时刻流出某一结点的支路电流等于流入上式表明，在任何时刻流出某一结点的支路电流等于流入该结点的支路电流。该结点的支路电流。7A4Ai110A- -12Ai2i1+i210(12)=0 i2=1A 47i1= 0 i1= 3A 例例KCL通常用于结点，但对包围接个结点的闭合面也是适用的通常用于结点，但对包围接个结点的闭合面也是适用的KCL的推广：定律也适用于广义结点或闭合面。的推广：定律也适用于广义结