电路原理 第一讲

1、电子信息类学科基础课程电子信息类学科基础课程电子教案电子教案华中科技大学电气与电子工程学院华中科技大学电气与电子工程学院 电路原理课程组电路原理课程组序言序言一、本课程的性质与任务一、本课程的性质与任务 学科基础课程学科基础课程 先修课程先修课程: :高等数学高等数学, ,大学物理大学物理 电路理论研究的三个分支电路理论研究的三个分支电路分析电路分析电路综合电路综合故障诊断故障诊断 输入输入（激励）（激励）电路电路 输出输出（响应）（响应）？ 输入输入（激励）（激励） 输出输出（响应）（响应）？电路理论和电磁场理论是两个基本理论电路理论和电磁场理论是两个基本理论 电路理论对电子信息学科各专业领

2、域的深入研究极电路理论对电子信息学科各专业领域的深入研究极 有价值，是最重要的专业基础课之一有价值，是最重要的专业基础课之一电路理论涉及高等数学、应用数学、物理学和拓扑电路理论涉及高等数学、应用数学、物理学和拓扑学等基础学科的知识学等基础学科的知识序言序言二、怎样学好电路理论课程二、怎样学好电路理论课程“高度重视，认真听课，注重概念，加强练习高度重视，认真听课，注重概念，加强练习”三、关于教学内容的安排三、关于教学内容的安排四、关于教材和参考书四、关于教材和参考书教材和主要参考书目教材和主要参考书目教材教材电路原理（上、下册）（第电路原理（上、下册）（第2 2版）版） 汪建主编汪建主编 清华大

3、学出版社清华大学出版社 参考书目参考书目1 .电路原理学习指导与习题题解电路原理学习指导与习题题解 汪建主编汪建主编 清华大学出版社清华大学出版社2.电路原理电路原理 周守昌主编周守昌主编 高等教育出版社高等教育出版社3 . 电路电路 邱关源主编邱关源主编 高等教育出版社高等教育出版社第一章第一章 电路的基本定律和电路元件电路的基本定律和电路元件 描述电路特性的两个基本物理量，电压和电流的描述电路特性的两个基本物理量，电压和电流的 参考方向参考方向 基尔霍夫电流定律和电压定律（电路分析的基尔霍夫电流定律和电压定律（电路分析的基本依基本依 据据之一）之一） 电路元件（电阻、独立电源和受控电源等）

4、电路元件（电阻、独立电源和受控电源等）1-1 1-1 电路的基本概念电路的基本概念（明确讨论对象）（明确讨论对象）1-1-1 1-1-1 电路电路+1-1 1-1 电路的基本概念电路的基本概念1-1-1 1-1-1 电路电路Electric circuit of a radio receiverantennaL10.445 HC4C22200PFC30.1U1SBL-113,42,5,678Q1OscillatorR2R1R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18+_12V dcL31mHL222.7 H4710K1

5、0K220100K100K1M15K15K10K4710C191091055320.11.0 F1.0 F100 F100 F100 F0.00330.10.00220.470.1AudioOutput7MHzto U1.pin8U2BU2AU3Audio poweramp5673218423654 电路（电网络）是互相连接起来的电源与负载的总体，电路（电网络）是互相连接起来的电源与负载的总体，电流能在其中流通电流能在其中流通. 电路中存在三种基本电磁效应电路中存在三种基本电磁效应.2、集中参数电路和分布参数电路、集中参数电路和分布参数电路电源电源负载负载中间环节中间环节1、电路的、电路的3个

6、基本组成部分个基本组成部分1-1 1-1 电路电路的基本概念的基本概念1-1-1 电路电路+集中参数电路集中参数电路u(t) i(t)u(t) i(t)常微分方程常微分方程100dmaxmin分布参数电路分布参数电路u(x,t) i(x,t)u(x,t) i(x,t) 偏微分方程偏微分方程100dmaxmin1-1-2 1-1-2 理想电路元件理想电路元件, ,电路模型电路模型理想电路元件理想电路元件( (电路元件电路元件) )单一电磁性质单一电磁性质 可用可用数学数学加以加以严格定义严格定义电路模型电路模型(由理想元件构成）由理想元件构成）电路理论研究对象电路理论研究对象1-2 1-2 电压

7、和电流及其参考方向电压和电流及其参考方向1-2-1 1-2-1 电压和电位电压和电位1 1、电压、电压概念和定义式（表征电场力做功能力）概念和定义式（表征电场力做功能力）dlE Ea ab bu =dwdqu = albEdldq实际电器件实际电器件lHzfd50100kmfc6000/MHzf200mfc5 .1/备注：电压的单位备注：电压的单位,直流和交流电压直流和交流电压(符号的大小写：符号的大小写：u、U） 电压是代数量电压是代数量 u uabab=-=-u ubaba （电压具有极性或方向）（电压具有极性或方向）E dl = 0abmn两点间两点间电压与电压与所经过的所经过的路路径无

8、关径无关2 2、电位、电位 概念概念( (参考点参考点零电位点零电位点) ) 电压（电位差）电压（电位差）o ou = albEdl 电位的相对性电位的相对性3 3、电压的参考方向（或参考极性）、电压的参考方向（或参考极性） 电压真实方向的习惯规定电压真实方向的习惯规定: :从高电位指向低电位从高电位指向低电位ER+-UR1R2R3R4R5R6E 电压参考方向的表示，意义电压参考方向的表示，意义+-u以端点标号为下角标表示，以端点标号为下角标表示， uabab应用电位概念时的隐含表示应用电位概念时的隐含表示:参考点为参考点为- 参考方向的任意性，真实方向的客观性参考方向的任意性，真实方向的客观

9、性1-2-2 1-2-2 电流电流1 1、电流的含义、电流的含义物理现象物理现象, ,电流的方向电流的方向物理量（电流强度）物理量（电流强度）, ,单位单位, ,直流及交流电流直流及交流电流Si= =dqdt面元面元 S Si= s dS正电荷运动方向正电荷运动方向三种形式的电流及全电流的连续性三种形式的电流及全电流的连续性传导电流传导电流( ( c)c) : :导电媒质中自由电子或离子在电场作用下的有规则的运动导电媒质中自由电子或离子在电场作用下的有规则的运动 对流电流对流电流( ( ) ) : :带电粒子在自由空间运动形成的电流带电粒子在自由空间运动形成的电流, ,又称徙动电流又称徙动电流

10、位移电流位移电流( ( D D ): :变化的电场使电介质中的束缚电荷位移形成的电流变化的电场使电介质中的束缚电荷位移形成的电流全电流的连续性全电流的连续性:S( c+ + D)ds = 0 (i(ic c+i+i +i+iD D)= 0)= 0S2 2、电流的参考方向、电流的参考方向电流实际方向的习惯规定电流实际方向的习惯规定ERR1R2R3R4R5R6EI I电流参考方向的表示，意义电流参考方向的表示，意义i1-2-3 1-2-3 电流和电压的关联参考方向，电功率电流和电压的关联参考方向，电功率+-ui关联参考方向的含义关联参考方向的含义+-ui电压的参考方向（或参考极性）电压的参考方向（

11、或参考极性）+-u uabab电流的参考方向电流的参考方向i+-ui电压与电流的关联参考方向电压与电流的关联参考方向:电流从电压的正极性端流入电流从电压的正极性端流入,也称关联正向也称关联正向电功率的定义及其计算电功率的定义及其计算: p=dW/dt p=ui: p=dW/dt p=uip=ui （P0为吸收功率，为吸收功率，P0为发出功率）为发出功率）p= -ui两式两式都都表示表示元件（或该段电路）元件（或该段电路）吸收吸收的功率的功率(以吸收功率为前提）以吸收功率为前提）例例 已知已知U=20V,吸收的功率为吸收的功率为-40w,求电流的大小并标出求电流的大小并标出其真实方向。其真实方向

12、。+-ui+-UIP=UI=20I = -40I= -2AP= -UI = 20I =-40I =2AI p=uip= -ui功率功率能量的计算能量的计算强调强调:分析电路时必须给出电量的参考方向分析电路时必须给出电量的参考方向1234567+-ui+-ui1-2-3 1-2-3 电流和电压的关联参考方向，电功率电流和电压的关联参考方向，电功率问题：一个电路的各部分电压之间或电流之间是如何互相联系问题：一个电路的各部分电压之间或电流之间是如何互相联系 的？的？+-u1i1i2i3i4i5i6i7- u3+1-3 1-3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律一些术语一些术语二端电路、二端元件（或称一端口元件

13、）二端电路、二端元件（或称一端口元件）支路（支路（branch）支路电流支路电流支路电压支路电压节点（节点（node）回路（回路（loop）、网孔）、网孔1234567+-u1i1i2i3i4i5i6i71512341-3-1 1-3-1 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）1 1、定律内容、定律内容 ik(t)=013支路支路1 14支路支路6 65支路支路7 7支路支路4 41-3-1 1-3-1 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）1 1、定律内容、定律内容 ik(t) =01234567+-u1i1i2i3i4i5i6i7151234例例2 2、备注、备注 定律与电路元

14、件的性质无关定律与电路元件的性质无关 需注意的问题（给出参考方向、两套符号）需注意的问题（给出参考方向、两套符号） 练习练习: :接地电流等接地电流等 定律对包围部分电路的任一闭合曲面也适用定律对包围部分电路的任一闭合曲面也适用( (广义节点）广义节点）1-3-2 1-3-2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）1 1、定律内容、定律内容 uk(t) =0n1: i1+ i2+ i4=0n3: i1 i3+ i6=0i1 i2 + i5 + i6=01-3-2 1-3-2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVLKVL）1 1、定律内容、定律内容 uk(t) =01234567+-u

15、 u1 1i i1 1i i2 2i i3 3i i4 4i i5 5i i6 6i i7 7151234例例2 2、备注、备注 定律与电路元件的性质无关定律与电路元件的性质无关 需注意的问题需注意的问题 对虚拟回路也适用对虚拟回路也适用 与引入电位概念的等价性与引入电位概念的等价性i i1 1i i2 2i i3 3i i4 4i i5 5i i6 6i i7 7151234u1+ u6 u7 u4= 0节点节点1 1节点节点2 2节点节点3 3节点节点5 5支路支路2 2支路支路3 3支路支路4 4u35 u4 + u2+ u3 = 0二端电路元件二端电路元件元件元件（一端口元件）（一端口

16、元件）ii关于电路元件的划分关于电路元件的划分视其物理量的构成关系视其物理量的构成关系（哪些物理量的（哪些物理量的瞬时值瞬时值之间构成了之间构成了确切确切的的代数代数关系）关系）电阻性元件：任一时间的电阻性元件：任一时间的电压电压和和电流电流之间构成确切代数关系之间构成确切代数关系1-1-4 4 电阻元件电阻元件电路符号电路符号碳膜电阻器碳膜电阻器主要电磁特性主要电磁特性i+ u1 1- -4 4 电阻元件电阻元件简单情况简单情况u=Ri R+-ui0ui1-1-4 4-1 -1 元件的定义与分类元件的定义与分类 定义定义( (定义式定义式, 定义曲线定义曲线特性曲线特性曲线) 分类分类线性线

17、性非线性非线性时不变时不变时变时变时不变时不变时变时变1 1、特性曲线与方程、特性曲线与方程u=Rii=Gu1-1-4 4-2 -2 线性时不变（线性时不变（LTILTI）电阻元件）电阻元件1-1-4 4 电阻元件电阻元件R+-ui1-1-4 4-2 -2 线性时不变（线性时不变（LTILTI）电阻元件）电阻元件2 2、功率、功率R+-uip=ui=Riip= ui= (Ri)i=Ri2=Gu2实际应用中应注意电阻的功率不可超过其标称值实际应用中应注意电阻的功率不可超过其标称值! !3 3、两个特殊情况、两个特殊情况R=，开路，开路i 0，u= 任意有限值任意有限值+-uiR=0，短路，短路u

18、 0，i= 任意有限值任意有限值+-ui1 1、特性曲线与方程、特性曲线与方程u=Rii=Gu0ui( (负电阻的概念负电阻的概念) )1-1-4 4 电阻元件电阻元件1-1-4 4-3 -3 线性时变（线性时变（LTVLTV）电阻元件）电阻元件1 1、特性曲线与方程、特性曲线与方程R(t)+-uiR(t1)R(t3)R(t2)0iuu=R(t)ii=G(t)u2 2、与、与LTILTI电阻元件的比较电阻元件的比较R+-uiR(t)+-ui设设 i=Imsin 0t产生与输入不同频率产生与输入不同频率的输出（调制作用）的输出（调制作用）输出信号的频率与输输出信号的频率与输入信号的频率相同入信号

19、的频率相同R(t)=Ra+Rbsin ttIRtIRtIRtitRtumbmbma)cos(2)cos(2sin)()()(000设设 i=Imsin 0tR(t)=Ra+Rbsin t产生与输入不同频率的输出（调制作用）产生与输入不同频率的输出（调制作用）1- 1- 电阻元件电阻元件1-1-4 4-4 -4 非线性时不变电阻元件非线性时不变电阻元件1 1、定义，一般非线性电阻元件的电路符号、定义，一般非线性电阻元件的电路符号2 2、典型的非线性时不变电阻元件的特性曲线、典型的非线性时不变电阻元件的特性曲线（1 1）普通二极管）普通二极管正极正极负极负极+-ui0ui（2 2）理想二极管）理想

20、二极管0ui1-1-4 4-4 -4 非线性时不变电阻元件非线性时不变电阻元件3 3、非线性电阻元件的静态电阻与动态电阻、非线性电阻元件的静态电阻与动态电阻静态电阻静态电阻0uiRQ=UQIQ=tg 动态电阻动态电阻rd=dudiQ=tg IQUQQ4 4、与线性电阻元件的比较、与线性电阻元件的比较静态电阻、动态电阻都随工作点变化！静态电阻、动态电阻都随工作点变化！1-1-4 4-4 -4 非线性时不变电阻元件非线性时不变电阻元件4 4、与线性电阻元件的比较、与线性电阻元件的比较iu0UmImiu00ui0ui0ui（1 1）线性（可加性与齐次性）线性（可加性与齐次性）例例 u=Riu=i2（

21、2 2）双向性与非双向性）双向性与非双向性（3 3）压控、流控与单调型）压控、流控与单调型（4 4）负阻特性）负阻特性abab压控压控：i=g(u)流控流控：u=f(i)（动态电阻可能为负值）（动态电阻可能为负值）1-1-4 4-4 -4 非线性时不变电阻元件非线性时不变电阻元件1-1-4 4-5 -5 无源性与有源性无源性与有源性1 1、概念、概念+u二端元二端元件或二件或二端电路端电路-iw(,t)=tu()i()d无源，（对所有无源，（对所有u与与i可能的可能的 组合及所有时间组合及所有时间t ）有源，（只要出现）有源，（只要出现）（表示二端元件或二端电路中能量为零的时刻）表示二端元件或

22、二端电路中能量为零的时刻） 0 01-1-4 4-6 -6 无源性与有源性无源性与有源性2 2、二端电阻性元件无源或有源的直观判别、二端电阻性元件无源或有源的直观判别无源无源特性曲线在特性曲线在所有时间都所有时间都处于处于u-i平面的第平面的第一一、三三象限象限有源有源特性曲线特性曲线只要有只要有处于处于u-i平面的第平面的第二二或第或第四四象限象限的情况的情况iu0 t=0.5 23 t=01 t= 例例1 1 两电阻元件在电压与电流取关联参考方向时，特性方程两电阻元件在电压与电流取关联参考方向时，特性方程 分别为分别为i=2+cos t和和i=u+(cos2t)u/ u ，试判断其有关性质

23、。试判断其有关性质。t=02t=0.5 2t= iu0-111-1-5 5 独立电源独立电源实际电源及运行特点实际电源及运行特点1-1-5 5-1 -1 电压源电压源1 1、定义和特性曲线、定义和特性曲线+-us(t)任意任意电路电路-i +uiu0t=t2t=t1t=t3t=t4US 直流直流电压源电压源2 2、备注、备注 电压源的两个特性电压源的两个特性( (其电压、电流特点）其电压、电流特点）2V1 I12V4V1 I2 如果如果 us(t) 0 实际电源的一种模型实际电源的一种模型 戴维南戴维南（Thevenin）电路电路 +-us(t)ii+-+USRSIUU=USRSI0IUUSU

24、SRS1-1-5 5 独立电源独立电源1-1-5 5-1-1电压源电压源1-1-5 5 独立电源独立电源1-1-5 5-2 -2 电流源电流源1 1、定义和特性曲线、定义和特性曲线ui0t=t2t=t1t=t3t=t4-+uis(t)i任意任意电路电路2 2、备注、备注 电流源的两个特性（求电流源的两个特性（求U U及各电源的功率）及各电源的功率）-+-+3 2 U1A2V-+-+3 2 U1A4ViI1 电流源电压的确定电流源电压的确定1-1-5 5 独立电源独立电源1-1-5 5-2 -2 电流源电流源2 2、备注、备注1 +-+-2 5 6V4V8Aabcd例例 求图示电路中各求图示电路

25、中各 电源的功率。电源的功率。I1I2I3I4I 如果如果 is(t) 0is(t) 实际电源的另一种模型实际电源的另一种模型 诺顿诺顿（norton）电路电路+-ISRPIUU=RPIS RPIUI0RPISIS1-1-5 5 独立电源独立电源1-1-5 5-2 -2 电流源电流源+-+USRSIUU=USRSI0IUUSUSRS+-ISRPIUU=RPIS RPIUI0RPISIS1-1-5 5 独立电源独立电源问题：实际电源的两种模型能相互转换吗？问题：实际电源的两种模型能相互转换吗？1-1-6 6 受控电源（从属电源）受控电源（从属电源）1-1-6 6-1 -1 四种形式的受控电源四种

26、形式的受控电源控制支路控制支路受控支路受控支路控制量控制量 电流电流 电压电压受控量受控量 电流电流 电压电压1、电流控制型电流源电流控制型电流源（CCCS）-i2+-+u1u2i1 i1i2= i1u1=02、电流控制型电压源电流控制型电压源（CCVS）+-+-u1u2i1ri1i2+-u1=0u2=ri11-1-6 6-1 -1 四种形式的受控电源四种形式的受控电源4、电压控制型电压源电压控制型电压源（VCVS）i1=0u2= u13、电压控制型电流源电压控制型电流源（VCCS）i2=gu1i1=0-i2+-+u1u2i1gu1+-+-u1u2i1 u1i2+-备注：备注：1) 1) 四种形式的受控电源属于线性时不变电阻性元件四种形式的受控电源属于线性时不变电阻性元件2) 2) 关于