电路第五版ppt(邱关源

1、电子技术教研室电子技术教研室 图图709709课程性质：课程性质：必修技术基础课必修技术基础课 考试考试学时分配：学时分配： 72学时学时 = 56学时学时 + 16学时学时 总学时总学时 讲授讲授 实验实验周学时：周学时：5学分：学分：4.5一、一、“电路原理电路原理”是电类专业的基础是电类专业的基础课课二、主要内容二、主要内容l 研究的对象研究的对象电路元件电路元件按照一定的规则进行连接按照一定的规则进行连接线性线性 非线性非线性时变时变 时不变时不变分布参数分布参数 集总参数集总参数假定发生的电磁过程假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行都集中在元件内部进行d6000km电路电路求开关闭

2、合后的电流求开关闭合后的电流iLR1sUi1R2R2sUCL3R4R基本定律、定理、原理必须掌握基本定律、定理、原理必须掌握基本方法基本方法时域分析法时域分析法频域分析法频域分析法求解电压、电流、功率、能量求解电压、电流、功率、能量给定性能要求，如何设计电路给定性能要求，如何设计电路分析分析综合综合l 研究的手段研究的手段l 研究的目的研究的目的三、课堂希望与要求三、课堂希望与要求 选择自学者，必须先申请，考核通过才可以免听；否选择自学者，必须先申请，考核通过才可以免听；否则必须到课。以随机抽点方式考勤，则必须到课。以随机抽点方式考勤，3 3次次以上（含以上（含3 3次）次）不到者取消期末考试

3、资格不到者取消期末考试资格 作业必须按时、认真、独立完成。作业必须按时、认真、独立完成。（必须抄题，用尺（必须抄题，用尺画图，否则返回重写），画图，否则返回重写），缺作业缺作业4 4次次以上（含以上（含4 4次）者次）者取消期末考试资格取消期末考试资格 课堂听讲课堂听讲 实验为实验为7 7次，次，任缺任缺1 1次者次者取消期末考试资格；取消期末考试资格； 期末总成绩期末总成绩 = = 期末卷面成绩期末卷面成绩80%80% + + 平时成绩平时成绩+ +实验实验成绩；其中平时成绩成绩；其中平时成绩1010分分，根据考勤、作业、课堂表，根据考勤、作业、课堂表现等综合评定，实验成绩现等综合评定，实验

4、成绩1010分分1. 1. 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3. 3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律l 重点重点第第1 1章章 电路元件和电路定律电路元件和电路定律(circuit elements) (circuit laws) 2. 2. 电路元件特性电路元件特性1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)1. 1. 实际电路实际电路功能功能a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；共性共性建立在同一电路理论基础上建立在同一电路理论基础上由由电路部件电路部件和和电路器件电路器件按预期目的连按预期目的连接构成的电流的通路。接构成的电流的通路。导线导线电池电池10BASE

5、-T wall plate开关开关灯泡灯泡b 信息的传递与处理。信息的传递与处理。 反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。件及其组合。2. 电路模型电路模型 (circuit model)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l电路模型电路模型几种基本的电路元件：几种基本的电路元件：电阻元件：电阻元件：表示表示消耗电能消耗电能的元件的元件电感元件：电感元件：表示产生磁场，储存表示产生磁场，储存磁场能量磁场能量的元件的元件电容元件：电容元件：表示产生电场，储存表示产生电场，储存电场能

6、量电场能量的元件的元件电源元件：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注注l 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定在一定 条件下可用同一模型表示；条件下可用同一模型表示；l 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可 以有不同的形式以有不同的形式例例3. 几个概念几个概念10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡sRLRsU电源：电源：响应：响应：负载：负载：电能或电信号的产生器。电能或电信号的产生器。又称激励又称激励用电

7、设备。用电设备。由激励而在电路中产生的电压、电流。由激励而在电路中产生的电压、电流。输入输入输出输出1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 电路中的主要物理量有电路中的主要物理量有电压、电压、1. 电流的参考方向电流的参考方向 (current reference direction)l电流电流l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动单位时间内通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(reference direction)电功率电功率等。等。电流、电流、电荷、电荷、磁通、磁通、能量、能量、UIQWPddqtl 方向方向规定正电荷的运动方向为电

8、流的实际方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向l 单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、 A元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能: 实际方向实际方向实际方向实际方向 AABB复杂电路或电路中的电流随时间变化时复杂电路或电路中的电流随时间变化时,电流的实际方向往往很难事先判断电流的实际方向往往很难事先判断l参考方向参考方向i 参考方向参考方向大小大小方向方向( (正负）正负）电流电流(代数量代数量)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

9、。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 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)p0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)p0 发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收)l u, i 取非取非关联参考方向关联参考方向+-iu+-iu例例U3求图示电路中各方框所求图示电路中各方框所代表的元件吸收或发出代表的元件吸收或发出的功率。已知：的功率。已知：U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A， I3= -1A 解：解：5

10、64123I2I3I1+U6U5U4U2U1发出发出2WW221发出发出6WW62)3(吸收吸收16WW1628非关联非关联关联关联关联关联例例U3564123I2I3I1+U6U5U4U2U1W41)4(发出发出4WW717发出发出7W W31)3( 吸收吸收3W对一完整的电路，发出的功率消耗的功率对一完整的电路，发出的功率消耗的功率功率平衡功率平衡关联关联关联关联关联关联求图示电路中各方框所求图示电路中各方框所代表的元件吸收或发出代表的元件吸收或发出的功率。已知：的功率。已知：U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1

11、A， I3= -1A 1.5 电阻元件电阻元件 (resistor)1. 定义定义对电流呈现阻力的元件。其伏安关系对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用用ui平面的一条曲线来描述：平面的一条曲线来描述：0 ),(iufiu伏安伏安特性特性2. 线性定常电阻元件线性定常电阻元件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。l 电路符号电路符号R l ui 关系关系 (欧欧) (Ohm，欧姆，欧姆)满足欧姆定律满足欧姆定律 (Ohms Law)GuRui iuR uil 单位单位G 单位：单位： S(西门子西门子) (Siemens，西门子，西门子) u、i 取关联取

12、关联参考方向参考方向iu+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 R电导电导(2) 如电阻上的电压与电流参考方向非关如电阻上的电压与电流参考方向非关 联公式中应冠以联公式中应冠以负号负号注注(3) 线性电阻是无记忆、双向性的元件线性电阻是无记忆、双向性的元件欧姆欧姆定律定律(1) 只适用于线性电阻，只适用于线性电阻，( R 为常数）为常数）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+-3. 功率和能量功率和能量p u ip u i功率：功率：Rui+-Rui+-关联：吸收能量关联：吸收能量非关联：吸收能量

13、非关联：吸收能量 i2R u2 / R u(u/ R) -u2/ R (R i) i -i2 Rp0可用功表示。从可用功表示。从 t 到到t0电阻消耗的能量：电阻消耗的能量： ttttRuipW00dd能量：能量：Riu+4. 电阻的开路与短路电阻的开路与短路l 短路短路 0 i0 Rl 开路开路 0 i0 G or Rui0 u G or 0 u例：列例：列出出VCR10ui+-10kui+- 1.6 电压源和电流源电压源和电流源（Voltage Source and Current Source） 其两端电压总能保持其两端电压总能保持定值定值或或一定的时间函数一定的时间函数，l 电路符号电

14、路符号1. 理想电压源理想电压源l 定义定义iSu+_其值与流过它的其值与流过它的电流电流 i 无关无关的元件叫理想电压源。的元件叫理想电压源。(1)(1) 两端电压由电源两端电压由电源本身决定本身决定， (2) 通过电压源的电流通过电压源的电流由电源由电源 及外电路共同决定及外电路共同决定。l 理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui( )Sut伏安关系伏安关系例例Ri-+Su外外电电路路RuiS )( Ri0)( 0 Ri电压源不能短路！电压源不能短路！与外电路无关与外电路无关；与流经它的；与流经它的 电流方向、大小无关电流方向、大小无关。l电压源的功率电压源的功率Spu

15、i 例例 5R+_i+_Ru+_10V5V计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出10W吸收吸收5W吸收吸收5W满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）A155RuiR V5)510(uR iuPSV10 iuPS5V W515RiP2R W10110 W515 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，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。若短路，电流很大，可能烧毁电源。usuiOl 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输出电流总能保持输出电流总能保持定

16、值或一定的时间函数定值或一定的时间函数，l 电路符号电路符号2. 理想电流源理想电流源l 定义定义Si(1) 输出电流由电源本身决定，与外电路输出电流由电源本身决定，与外电路 无关，与它两端电压方向、大小无关；无关，与它两端电压方向、大小无关；(2) 两端的电压由电源及外电路共同决定。两端的电压由电源及外电路共同决定。l 理想电流源的电压、电流关系理想电流源的电压、电流关系ui( )Si t伏安伏安关系关系其值其值与与它的它的两端电压两端电压u无关无关的元件的元件例例外外电电路路)( 00 Ru)( Ru电流源不能开路！电流源不能开路！Ru-+Si实际电流源的产生实际电流源的产生如晶体管的集电

17、极电流与负载无关；如晶体管的集电极电流与负载无关；SRiu 光电池在一定光线照射下被激发产生一定值的电流等。光电池在一定光线照射下被激发产生一定值的电流等。l电流源的功率电流源的功率Spui 例例计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出10W吸收吸收10W满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）+_u+_2A5ViA2iiS V5u W1052uiPSA2 W1025iuPS5V Si 实际电流源也不允许开路。因其内阻大，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。若开路，电压很高，可能烧毁电源。isuiOl 实际电实际电流流源源考虑内阻考虑内阻

18、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+_SiSRiP26 1-5P26 1-5（c c）1.8 受控电源受控电源 (非独立源非独立源)(controlled source) 电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受受电路中某个地方的电路中某个地方的电压电压( (或电流或电流) )控制控制的电源的电源l 电路符号电路符号+受控电压源受控电压源1. 定义定义受控电流源受控电流源ui(1) (1) 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( ( CCCS ) ) : : 电流放大倍数电流放大倍数 根据根据控制量和被

19、控制量控制量和被控制量是电压是电压u 或电流或电流i ，受控源可分，受控源可分四种类型四种类型: :2. 分类分类四端元件四端元件 i1+_u2i2_u1i1+12ii 输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分g: 转移电导转移电导 (2) (2) 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( ( VCCS )u1gu u1 1+_u2i2_i1+12gui (3) (3) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( ( VCVS ) ) u1+_u2i2_u1i1+-12uu : 电压放大倍数电压放大倍数 ri1+_u2i2_u1i1+-(4) (4) 电流控制的电压源电流控制的电压源 (

20、 ( CCVS ) )12riu r : 转移电阻转移电阻 3. 3. 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、电流流而受控源只是而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系反映输出端与输入端的受控关系，在电路中，在电路中不能作为不能作为“激励激励”。例例求：电压求：电

21、压u2解解5i1+_u2_u1=6Vi1+-3 16i = 2A32156ui 1064V 4. 4. 总结总结(1) (1) 独立源具有激励作用；而独立源具有激励作用；而受控源不具备受控源不具备。 当控制量当控制量为为0 0时，受控电压源的电压或受控电流源时，受控电压源的电压或受控电流源的电流的电流也为也为0 0。(2) (2) 当受控源控制系数和控制量确定之后，受控源具有当受控源控制系数和控制量确定之后，受控源具有 电压源和电流源的特点电压源和电流源的特点1.9 1.9 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 ( Kirchhoffs Laws )( Kirchhoffs Laws )基尔霍夫电流定律基

22、尔霍夫电流定律( ( KCL ) )基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律( ( KVL ) )它反映了电路中所有它反映了电路中所有支路电压和电流支路电压和电流所所遵循的基本规律遵循的基本规律，是分析集总参数电路，是分析集总参数电路的基本定律。的基本定律。1. 1. 几个名词几个名词电路中通过电路中通过同一电流同一电流的分支。的分支。(b)三条或三条以上三条或三条以上支路的连接支路的连接点称为结点。点称为结点。( n )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路）支路 (branch)电路中电路中每一个二端元件每一个二端元件就叫一条支路就叫一条支路i3i2i1(2) (2) 结点结点

23、 (node)(node)b=5由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。( ( l ) )对对平面电路平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。，其内部不含任何支路的回路称网孔。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3) (3) 回路回路(loop)(loop)(4) (4) 网孔网孔(mesh)(mesh)网孔是回路，但回路不一定是网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔2. 2. 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 ( (KCL) )令流出为令流出为“+”+”，有：，有：例例 在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点，所在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点，所有流出结点的支路电流的有流

24、出结点的支路电流的代数和代数和恒等于零。恒等于零。 mkti10)( orii 入入出出流进的电流进的电流等于流流等于流出的电流出的电流1i5i4i3i2i054321 iiiii54321iiiii 1 3 25i6i4i1i3i2i0641 iii例例0542 iii0653 iii三式相加得：三式相加得：0321 iii 表明表明KCL可推广应用于电路中可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面包围多个结点的任一闭合面明确明确（1） KCL是是电荷守恒和电流连续性原理电荷守恒和电流连续性原理在电路中任在电路中任 意结点处的反映；意结点处的反映；（2） KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是是对支路电流加的约束，与支路上接的是 什么元件什么元件无关无关，与电路是线性还是非线性，与电路是线性还是非