电路第五版第1章

1、电电 路路 原原 理理陶陶 雪雪 容容 61637四川理工学院电子教研室四川理工学院电子教研室2012年8月课程考核：课程考核：v平时成绩平时成绩:30% 平时成绩不及格（即小于平时成绩不及格（即小于18分）取消期末分）取消期末 考试资格考试资格! ! ! 作业、实验（作业缺三分之一、实验缺一作业、实验（作业缺三分之一、实验缺一次，次，取消期末考试资格取消期末考试资格! ! !） v卷面成绩卷面成绩:70%电路分析基础电路分析基础 李翰荪李翰荪电路基本理论电路基本理论 美美 . 狄苏尔、葛守仁狄苏尔、葛守仁电路原理电路原理 江泽佳江泽佳主要参考书主要参考书绪绪 论论v电路？我中学都学过了电路？

2、我中学都学过了v“电路原理电路原理”课程和其他课程的关系？课程和其他课程的关系？几个问题几个问题电路原理课程与原来学过的电路电路原理课程与原来学过的电路有什么区别？有什么区别？v研究对象更复杂研究对象更复杂v研究方法更多样研究方法更多样v引入很多重要概念引入很多重要概念电路是你的第一门工程类课电路是你的第一门工程类课计算结果的表示计算结果的表示 与与 哪个大？哪个大？模型精度与计算方便程度的折中模型精度与计算方便程度的折中 不是结果越精确越好不是结果越精确越好303650.08什么是电路？什么是电路？电路电路就是由若干就是由若干电气元件电气元件相互连接构成的相互连接构成的电电流通路流通路本课程

3、中接触的本课程中接触的电气元件电气元件有有 电阻、电容、电感、二极管、理想运算放电阻、电容、电感、二极管、理想运算放大器、互感线圈、理想变压器等大器、互感线圈、理想变压器等为什么要学习电路？为什么要学习电路？v从学术的观点来看从学术的观点来看 -电气工程和计算机科学的基础电气工程和计算机科学的基础v从实际情况来看从实际情况来看 -电路原理是许多高级课程的先修课电路原理是许多高级课程的先修课 -熟练掌握电路原理对现实生活有帮助熟练掌握电路原理对现实生活有帮助电路有哪些作用？电路有哪些作用？v处理电能处理电能 电能的产生、传输、分配。电能的产生、传输、分配。v处理信号处理信号 电信号的获得、处理、

4、放大。电信号的获得、处理、放大。电路原理与电路原理与iPhoneiPhone电路原理电路原理信号与系统信号与系统通信原理通信原理 无线通信无线通信（通信模块）（通信模块）数字电子技术数字电子技术计算机原理计算机原理 iPhone iPhone电路原理课程与后续课程电路原理课程与后续课程电路理论（电路原理）电路理论（电路原理）电路分析电路分析电路综合电路综合第一章第一章 电路模型与电路定理电路模型与电路定理1 1、参考方向、参考方向2 2、几种元件的基本概念、几种元件的基本概念 3 3、基尔霍夫定律、基尔霍夫定律1 1、参考方向、参考方向2 2、电流源、电压源、受控源的特性、电流源、电压源、受控

5、源的特性重点重点难点难点1、电路的组成、电路的组成电路电路电源（发电厂、干电池、光电池）电源（发电厂、干电池、光电池）负荷（电动机、扬声器）负荷（电动机、扬声器）导线与开关（输电线路、电路板）导线与开关（输电线路、电路板）如何看待电路如何看待电路根据负荷性质根据负荷性质电阻电路（代数方程）电阻电路（代数方程）动态电路（微分方程）动态电路（微分方程） i1 i3 R1 R2 + US1 1 + 2 R3 - - US2 i2 S（t = 0） + uR - R + + _ Us C uc i _ 暂态分析暂态分析稳态分析稳态分析根据感兴趣的时段根据感兴趣的时段 i, uC US uC US/R

6、i 0 t 根据电源性质根据电源性质直流电路直流电路交流电路交流电路本学期的主要内容本学期的主要内容电阻电路电阻电路动态电路动态电路直流电路直流电路交流电路交流电路暂态分析暂态分析稳态分析稳态分析v线性电阻电路线性电阻电路v非线性电阻电路非线性电阻电路v线性线性动态动态电路的时域分析电路的时域分析v正弦激励下线性正弦激励下线性动态动态电路的电路的稳态稳态分析分析1）理想电路元件）理想电路元件2、电路模型、电路模型实际电路元件实际电路元件抽象抽象简单的简单的u-i关系关系基本理想电路元件基本理想电路元件电阻：电阻：u-i是代数是代数 关系关系电感：电感：u是是i的微分的微分 关系关系电容：电容：

7、i是是u的微分的微分 关系关系电源：电源：u-i相互独立相互独立2）电路建模）电路建模R+RoE+UI抽象抽象电压，电流，电压，电流，电位，电荷，磁通电位，电荷，磁通3、电路变量、电路变量1 1）电流：）电流：电荷的时间变化率电荷的时间变化率0( )limdeftqdqi ttdt AB单位时间内从单位时间内从A A到到B B的电荷量的电荷量单位单位: : 安培安培 A A直流电流直流电流 交流电流交流电流理想直流电流理想直流电流(I) (I) 正弦交流电流正弦交流电流( ) i2 2）电压：）电压：电场力移动单位电荷做的功电场力移动单位电荷做的功ABABdwudq电场力电场力将单位电荷从将单

8、位电荷从A A移动到移动到B B所作的功所作的功AB经常称为经常称为: : 电压降电压降BAABBAABdwdwuudqdq 3 3）电位：）电位：某点到参考点的电压降某点到参考点的电压降参考点的电位为零参考点的电位为零符号符号: :V V单位单位: :伏（伏（V V）C C为参考点为参考点0cV ,aacbbcddcVUVUVU已知已知（1 1）任意两点之间的）任意两点之间的电压电压（2 2）某点的）某点的电位电位是该点到参考点的电压降是该点到参考点的电压降两点的电位和两点之间的电压有什么关系？两点的电位和两点之间的电压有什么关系？0cV acaUVdcdUVacaddcUUUadacdca

9、dUUUVV两点间的电压等于两点间的电位差两点间的电压等于两点间的电位差KVL例：例： ， ，1.5abUV1.5bcUV求求 ， ， ，aVbVcVacU （1 1）a a为参考点，为参考点， 0aV ababUVV1.5baabVVUV bcbcUVV1.5 1.53cbbcVVUV 0( 3)3acacUVVV ababUVV1.5ababVVUVbcbcUVV1.5cbbcVVU 1.5( 1.5)3acacUVVV （2 2）b b为参考点，为参考点， 0bV 两点间的电压不随参考点的选择而变化两点间的电压不随参考点的选择而变化4 4）电动势：）电动势：非电场力将单位电荷从非电场力将

10、单位电荷从B B移到移到A A所做的功所做的功BABAdwedq单位单位: :伏（伏（V V）BAeABU电位的电位的升高升高电位的电位的降低降低BAABeVVABABUVVBAABeU电压电流的参考方向电压电流的参考方向（1 1）为什么要引入参考方向？）为什么要引入参考方向？（a a）电压或电流的方向不确定）电压或电流的方向不确定？（b b）电压或电流的方向）电压或电流的方向随时间变化随时间变化abimIsinittO/2TT如何求电流？如何求电流？0,02Tti 实际方向与参考方向相同实际方向与参考方向相同,02TtT i 实际方向与参考方向相反实际方向与参考方向相反（2 2）电流的参考方

11、向电流的参考方向电流的实际方向电流的实际方向AB实际方向实际方向实际方向实际方向参考方向参考方向ii实际方向实际方向实际方向实际方向参考方向参考方向参考方向参考方向0i 0i AABB表示电流参考方向的两种方法：表示电流参考方向的两种方法：v箭头箭头v双下标（双下标（iAB）：参考方向从）：参考方向从A指向指向B1IA例：例：实际方向从实际方向从A到到B如果参考方向为如果参考方向为I1， I1=1A如果参考方向为如果参考方向为I2， I2=-1AI1I2实际方向实际方向参考方向参考方向参考方向参考方向0U 0U ABAB实际方向实际方向+-+-（3 3）电压的参考方向）电压的参考方向UU10A

12、BUV例：例：实际极性实际极性如果参考方向为如果参考方向为U1， U1=10V如果参考方向为如果参考方向为U2， U2=-10V+U1+U2表示电压参考方向的三种方法：表示电压参考方向的三种方法：(1)箭头箭头(2)正负极性正负极性(3)双下标双下标表示电动势参考方向的三种方法表示电动势参考方向的三种方法e+-eeBA（4 4）元件上电压的参考方向和电流参考方向的）元件上电压的参考方向和电流参考方向的关系关系关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向uRiuRi 3、计算计算值的正负值的正负与与参考方向参考方向结合起来结合起来考察才有意义考察才有意义 说明说明1、参考方向是电路理论学

13、习的参考方向是电路理论学习的难点难点2、参考方向一旦选定参考方向一旦选定不可随意变更不可随意变更4 4、电路的功率、电路的功率(1)、功率：功率：dqidt单位时间内从单位时间内从A A到到B B的电荷量的电荷量ABdwudq将单位电荷从将单位电荷从A A移动到移动到B B所作的功所作的功关联关联dwdw dqpuidtdq dt单位时间内从单位时间内从A A移动到移动到B B所作的功所作的功(2)、功率的计算：功率的计算：关联关联非关联非关联，元件吸收的功率元件吸收的功率0p 吸吸0p 吸吸（元件真正吸收的功率）（元件真正吸收的功率）（元件真正发出的功率）（元件真正发出的功率）pui吸吸，元

14、件发出的功率元件发出的功率0p 发发0p 发发（元件真正发出的功率）（元件真正发出的功率）（元件真正吸收的功率）（元件真正吸收的功率）pui发发记忆方法记忆方法1 1pui吸吸 关联关联发发 非关联非关联记忆方法记忆方法2 2关联关联非关联非关联pui发发 元件发出的功率元件发出的功率，元件吸收的功率元件吸收的功率()puiui 吸吸，元件吸收的功率元件吸收的功率pui吸吸永远用关联计算永远用关联计算p ui吸吸-iI例例110 ,1UV IA,U I为真实方向为真实方向解：解：=10 110RPUIW 吸电阻吸收功率：电阻吸收功率：10W=10 110UPUIW 发电源发出功率：电源发出功率

15、：10W方法方法1 1=10 110RPUIW 吸电阻吸收功率：电阻吸收功率：10W=()10 110UPUIW 吸电源发出功率：电源发出功率：10W方法方法2 2例例2，求电阻和电源的功率，求电阻和电源的功率1210 ,5UV UVI+ +- -RU12=()5 15RRPU IUUIW 吸1110 110UPU IW 发1210515UUIAR225 15UPU IW 吸=10=5+5=10PWPW吸发，=PP吸发功率守恒功率守恒电阻总是吸收功率，电源可能吸收也可能发出功率电阻总是吸收功率，电源可能吸收也可能发出功率解：解：电路中被吸收的功率之和一定等于发出的功率之和电路中被吸收的功率之和

16、一定等于发出的功率之和问题问题所有支路电压与电流均采用所有支路电压与电流均采用关联关联参考方向。求电流参考方向。求电流I1I I7 7KCL+KVL+元件约束元件约束规范地列写方程规范地列写方程等效变换等效变换节点电压法、回路电流法节点电压法、回路电流法 电路元件是电路最电路元件是电路最基本的组成单元基本的组成单元。 电路元件按与外部连接的端子数目可分为电路元件按与外部连接的端子数目可分为二端、二端、三端、四端三端、四端元件等。元件等。 电路元件还可分为电路元件还可分为无源无源元件和元件和有源有源元件，元件，线性线性元件和元件和非线性非线性元件，元件，时不变时不变元件和元件和时变时变元件元件电

17、路元件电路元件书上书上1313页第二行页第二行集总参数元件集总参数元件 如果电路的尺寸远小于工作电磁波的波长，则如果电路的尺寸远小于工作电磁波的波长，则可将该电路建模为可将该电路建模为集总参数电路集总参数电路。否则，只能建模为。否则，只能建模为分布参数电路分布参数电路一、电阻元件一、电阻元件(1)电路符号：电路符号：(2)欧姆定律：欧姆定律：+-uia)电压电流取关联参考方向电压电流取关联参考方向uRi单位单位: :欧（欧（）R:R:电阻电阻令令1GRG:G:电导电导单位单位: :西门子（西门子（S S）欧姆定律（关联参考方向下）欧姆定律（关联参考方向下）iGu关联参考方向下线性电阻的关联参考

18、方向下线性电阻的 关系关系uiuRi u 0 i Rtg代表什么物理意义？代表什么物理意义？0=90和b)电压电流取非关联参考方向电压电流取非关联参考方向+-ui欧姆定律：欧姆定律：-uRi-iGu或或公式的列写必须根据参考方向！公式的列写必须根据参考方向！(3)电阻的功率电阻的功率+-ui+-ui22=uPuii RR吸22=-uPuii RR吸uiR 无论参考方向如何选取，电阻始终消耗功率无论参考方向如何选取，电阻始终消耗功率(4)非线性电阻非线性电阻 u 0 i 线性网络线性网络激励激励网络网络响应响应满足齐次性和可加性，即满足齐次性和可加性，即成立成立线性电阻线性电阻uRi非线性电阻非

19、线性电阻/(1)TMu UsiIeAe1(t) +Be2(t)Ar1(t) +Br2(t)e1(t)r1(t)线性网络线性网络e2(t)r2(t)(5)时变电阻时变电阻即输出响应与输入信号外加时刻无关即输出响应与输入信号外加时刻无关线性时不变电阻线性时不变电阻( )( )u tR i t线性时变电阻线性时变电阻电阻电阻 是时间是时间t t的函数的函数( )R t+-( )u t( )i t( )( )( )u tR ti t时不变元件时不变元件e1(t)r1(t)时不变元件时不变元件r1(t-)e1(t-)二、独立电源二、独立电源1.理想独立电压源理想独立电压源电路符号：电路符号：1）特性）特

20、性a)a)独立电压源两端的电压与电路其余部分无关独立电压源两端的电压与电路其余部分无关直流：直流： 为常数（为常数（ ）susU交流：交流： 随时间变化，可以表示为随时间变化，可以表示为susmuU sin tb)b)独立电压源的电流由外电路决定独立电压源的电流由外电路决定U+-I2）u-i 特性特性 u 0 i sU意味着什么？意味着什么？0sU 伏安特性（外特性）伏安特性（外特性）与与R=0的伏安特性有的伏安特性有什么不同吗？什么不同吗？2.理想独立电流源理想独立电流源电路符号：电路符号：1）特性）特性a)a)流经独立电流源的电流与电路其余部分无关流经独立电流源的电流与电路其余部分无关直流

21、：直流： 为常数（为常数（ ）sisI交流：交流： 随时间变化，可以表示为随时间变化，可以表示为sismiI sin t11RIA ，1UV101RIA，10UVb)b)独立电流源上的电压由外电路决定独立电流源上的电压由外电路决定2）u-i 特性特性 u 0 i sI意味着什么？意味着什么？0sI 3.独立电源的开路与短路独立电源的开路与短路短路：短路：0R 0siiu，开路会怎么样？开路会怎么样？开路：开路：R 0siuu，短路会怎么样？短路会怎么样？4.独立电源的功率独立电源的功率=sPu i发=-sPu i吸=sPui发=-sPui吸5.实际电源实际电源实际电压源实际电压源实际电流源实际

22、电流源 特性？特性？ui三、受控电源三、受控电源1 定义定义受控电压源：受控电压源：该该电压源电压源的电压的电压由电路中其他电压或电流控制由电路中其他电压或电流控制受控电流源：受控电流源：该该电流源电流源的电流的电流由电路中其他电压或电流控制由电路中其他电压或电流控制电路符号：电路符号：受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源2 分类分类a)a)流控电流源流控电流源b)b)流控电压源流控电压源10u 21ii：常数，转移电流比：常数，转移电流比10u 21ui：常数，转移电阻：常数，转移电阻c)c)压控电流源压控电流源d)d)压控电压源压控电压源10i 21igu10u 21uu：常数，转移电

23、导：常数，转移电导g：常数，转移电压比：常数，转移电压比如果如果 为常数，则这些受控源就成为为常数，则这些受控源就成为线性受控源线性受控源g， ， ，书上书上1919页最后一段页最后一段受控源与独立电源的比较受控源与独立电源的比较(1)(1)独立电源的电压（或电流）由电源本身决定，而独立电源的电压（或电流）由电源本身决定，而受控源电压（或电流）直接由控制量决定。受控源电压（或电流）直接由控制量决定。(2)(2)独立电源独立电源作为电路中的作为电路中的激励激励，在电路中产生电压、，在电路中产生电压、电流。而电流。而受控源受控源在电路中在电路中不能作为激励。不能作为激励。四、电路的分类四、电路的分

24、类1 线性与非线性线性与非线性线性电路线性电路：负荷：负荷由线性电阻、线由线性电阻、线性受控源等线性性受控源等线性元件构成的电路。元件构成的电路。用用线性方程线性方程描述。描述。非线性电路非线性电路：负：负荷中包含非线性荷中包含非线性元件的电路。用元件的电路。用非非线性方程线性方程描述。描述。2 时变与时不变时变与时不变时变电路时变电路：负荷：负荷中包含时变元件中包含时变元件的电路。的电路。时不变（定常）时不变（定常）电路电路：负荷由时：负荷由时不变元件构成的不变元件构成的电路。电路。 这是这是电路分析的基石电路分析的基石。支路约束关系我们已在。支路约束关系我们已在前面进行过讨论，如前面进行过

25、讨论，如R等的伏安关系，现将讨论电路等的伏安关系，现将讨论电路整体的拓朴约束关系，推出电路的基本定律：整体的拓朴约束关系，推出电路的基本定律：引子：引子：在集中参数电路中，电路支路的在集中参数电路中，电路支路的 u、i 要要 受到两类约束：受到两类约束：支路约束支路约束：由元件特性造成由元件特性造成拓朴约束拓朴约束：由元件联结方式造成由元件联结方式造成基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律( (KCL) ) 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律( (KVL) )基尔霍夫定律（基尔霍夫定律（Kirchhoffs Laws）基尔霍夫定律（基尔霍夫定律（Kirchhoffs Laws）.术语术语1.支路：支路

26、： 若干元件无分叉地首尾相连构成一条支路（若干元件无分叉地首尾相连构成一条支路（b）2.节点：节点： 三个或更多支路的连接点（三个或更多支路的连接点（n）3.回路：回路： 由支路组成的闭合路径（由支路组成的闭合路径（l）4.网孔：网孔： 平面电路中不与其余支路相交的回路平面电路中不与其余支路相交的回路流过同一个电流流过同一个电流123ab.基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）:流入流入节点的节点的电流电流的代数和为零的代数和为零流出流出节点的节点的电流电流的代数和为零的代数和为零书上书上2121页第页第5 5行行( )0i t 1i2i3i4i12340iiii1324iiii( )(

27、 )iti t入出例例方程列写前提：方程列写前提：1 1）标定各支路电流的参考方向）标定各支路电流的参考方向2 2）确定正负（流出为）确定正负（流出为“+”+”或流入为或流入为“+”+”）广义广义KCLKCL的推广定理的推广定理1230iiiKCL不但适用于节点也适用不但适用于节点也适用于电路中任意假设的包含多个于电路中任意假设的包含多个节点的封闭面，即广义节点。节点的封闭面，即广义节点。例：例：求下面电路中求下面电路中I=？+-9V2A7AI278253+-6V44AI1=5A5+4+I=0I= -9(A)AB+_1111113+_21.UA =UB?i12.AB+_1111113+_2i1

28、=i2?i2i1.基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）:( )0u t I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_环绕方向：环绕方向：顺时针顺时针逆时针逆时针顺时针顺时针回路中所有回路中所有电压（降）电压（降）的代数和为零的代数和为零U3U2U4U1-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0US4+U2+U3+U4= U1+US1( )( )utut降升基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)是用来确定回路中是用来确定回路中各各段电压段电压间关系的。它应用于间关系的。它应用于回路。回路。广义广义KVL：电路中任意两点间的电压等于两点间任意电路中任意两点间的电压等于两点间任意一条路径经过的各元件电压的代数和一条路径经过的各元件电压的代数和l