电路理论课件：ch1 电路的基本定律和电路元件

1、电路原理电气信息类学科基础课程序言一、本课程的性质与任务 学科基础课程 先修课程:高等数学,大学物理 电路理论研究的三个分支电路分析电路综合故障诊断 输入（激励）电路 输出（响应）？ 输入（激励） 输出（响应）？电路理论和电磁场理论是两个基本理论 电路理论对电气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2、认真听课，课前应尽可能预习，适当作听课笔记3、学习中要注重基本概念，并在自己的实践中加深理解4、善于总结5、遵守学习纪律6、 重视作业,独立完成作业;加强课后练习三、关于教学内容的安排 上册Ch1 电路的基本

2、定律和电路元件 课内学时 8Ch2 电路的分析方法之一等效变换法 课内学时 6序言二、怎样学好电路理论课程1、正确认识学科基础课程的重要性,对本课的学习予以重视 下册Ch7 三相电路 课内学时 6Ch8 周期性非正弦稳态电路 课内学时 6Ch9 二端口网络 课内学时 8Ch10 动态电路的时域分析 课内学时 14Ch11 网络的复频域分析 课内学时 6 共88学时序言Ch3 电路的分析方法之二电路方程法 课内学时 8Ch4 电路的分析方法之三运用电路定理法 课内学时 6Ch5 正弦稳态电路分析 课内学时 12Ch6 谐振电路与互感耦合电路 课内学时 8 电路原理（上、下册）汪建主编 清华大学出

3、版社出版 教材和主要参考书目参考书目1.电路 邱关源主编 高等教育出版社出版2.电路原理 周守昌主编 高等教育出版社出版3.新编电路题解 汪建主编 华中科技大学出版社出版 教材第一章电路的基本定律和电路元件第一章 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 参考方向 基尔霍夫电流定律和电压定律（电路分析的基本依 据之一）1-1 电路的基本概念（明确讨论对象）1-1-1 电路+ 电路元件（电阻、电容、电感、独立电源和受控电源等）奇异函数及波形的表示法1-1 电路的基本概念1-1-1 电路Electric circuit of a radio receiverantenn

4、aL10.445HC4C22200PFC30.1U1SBL-113,42,5,678Q1OscillatorR2R1R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18+_12V dcL31mHL222.7H4710K10K220100K100K1M15K15K10K4710C191091055320.11.0 F1.0 F100 F100 F100 F0.00330.10.00220.470.1AudioOutput7MHzto U1.pin8U2BU2AU3Audio poweramp5673218423654 电路（电网

5、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. 电路中存在三种基本电磁效应.电源负载中间环节1、电路的3个基本组成部分1-1 电路的基本概念1-1-1 电路+2、集中参数电路和分布参数电路集中参数电路u(t) i(t)常微分方程分布参数电路u(x,t) i(x,t)偏微分方程dmax0.01mindmax0.01min1-1-2 理想电路元件,电路模型理想电路元件(电路元件)单一电磁性质 可用数学加以严格定义电路模型(由理想元件构成）1-2 电压和电流及其参考方向1-2-1 电压和电位1、电压概念和定义式dlEabu =dwdqu =albEdldq实际电器件备注：电压的单位,直流和

6、交流电压 电压是代数量库仑电场的基本特点:Ec dl= 0abmn两点间电压与所经过的路径无关 如果 E=EC （仅有库仑电场） 如果 E=En （仅有非库仑电场）电动势的概念非库仑电场对正电荷施力的特点2、电位 概念(参考点) 电压（电位差）ou =albEdl 电位的相对性3、电压的参考方向（或参考极性） 电压真实方向的习惯规定:从高电位指向低电位ER+-UR1R2R3R4R5R6E 电压参考方向的表示，意义+-u以端点标号为下角标表示， uabab应用电位概念时的隐含表示:参考点为- 参考方向的任意性，真实方向的客观性1-2-2 电流1、电流的含义物理现象物理量（电流强度）,单位,直流及

7、交流电流Si=dqdt面元Si=sdS正电荷运动方向三种形式的电流及全电流的连续性传导电流(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 对流电流() :带电粒子在自由空间运动形成的电流,又称徙动电流位移电流(D ):变化的电场使电介质中的束缚电荷位移形成的电流S(c+ + D)ds = 0(ic+i+iD)= 0S全电流的连续性:2、电流的参考方向电流实际方向的习惯规定ERR1R2R3R4R5R6EI电流参考方向的表示，意义i1-2-3 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+-ui电压的参考方向（或参考极性）+-u uabab电流的参考方向i+-ui电压与

8、电流的关联参考方向:电流从电压的正极性端流入,也称关联正向电功率的定义及其计算: p=dW/dt p=uip=uip= -ui两式都表示元件（或该段电路）吸收的功率+-ui+-UIP=UI=(-20)I=40I= -2AP= -UI= (-20)I=40I=2AI例 已知u=-20V,吸收的功率为40w,求电流的大小并标出其真实方向。p=uip= -ui功率能量, 有源和无源电路强调:分析电路时必须给出电量的参考方向1234567+-ui+-ui1-2-3 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 的？+-u1i1i2i3i4i5i6i7+-u31

9、-3 基尔霍夫定律一些术语二端元件（或称一端口元件）支路（branch）支路电流支路电压节点（node）回路（loop）1234567+-u1i1i2i3i4i5i6i71512341-3-1 基尔霍夫电流定律（KCL）1、定律内容ik(t)=013支路14支路65支路7支路41-3-1 基尔霍夫电流定律（KCL）1、定律内容ik(t) =01234567+-u1i1i2i3i4i5i6i7151234例2、备注 定律与电路元件的性质无关 需注意的问题 练习:接地电流等 定律对包围部分电路的任一闭合曲面也适用1-3-2 基尔霍夫电压定律（KVL）1、定律内容uk(t) =0i1+ i2+ i4

10、=0i1 i3+ i6=0i1 i2 + i5 + i6=01-3-2 基尔霍夫电压定律（KVL）1、定律内容uk(t) =01234567+-u1i1i2i3i4i5i6i7151234例2、备注 定律与电路元件的性质无关 需注意的问题 对虚拟回路也适用 与引入电位概念的等价性i1i2i3i4i5i6i7151234u1+ u6 u7 u4= 0节点1节点2节点3节点5支路2支路3支路4u35 u4 + u2+ u3 = 01-4 奇异函数及波形的表示法1-4-1 定义与波形1、单位斜坡函数r(t)（unit ramp）定义波形0 t 0t t 0r(t)=110tr(t)r(t)导函数的波

11、形，奇异函数的概念2、单位阶跃函数1(t) （unit step）1）波形，定义式0t1dr(t)dt1-4 奇异函数及波形的表示法例1 延迟单位阶跃函数1(t)=0 t 001f(t)t0tf(t)=0 t t0tt0 0f(t)=1(tt0)单位阶跃函数的特点1(宗量)=0 宗量 01）波形，定义式例2 画出1(t)的波形1(t)=0 t 0011(t)tt 02、单位阶跃函数1(t) （unit step）1-4 一些典型的波形（或函数）1-4-1 定义与波形2）单位阶跃函数在电路分析中的应用用来表示电源从某时刻起接入电路+-Rt=0US+-R1(t)US用来表示波形或函数的起止时间2、

12、单位阶跃函数1(t) （unit step）1-4 一些典型的波形（或函数）1-4-1 定义与波形2）单位阶跃函数在电路分析中的应用例r(t)=1(t)t例 画出1(t)(t1)和1(t1)(t1)的波形11210t1120t普通函数f(t)与单位阶跃函数1(tt0)的乘积2、单位阶跃函数1(t) （unit step）1-1 一些典型的波形（或函数）1-4-1 定义与波形1(tt0) f(t)= 0f(t)t t0例3 试比较积分 cosd 与 1(2)cosd55tt 1(2)cosd5t cosd=sin =sint0.9655tt2t=1(t2) cosd= 1(t2)(sint0.9

13、1)3、单位脉冲函数p(t) unit pulse定义波形0 t p(t)=0 t 010 t p(t)=0 t 010 t 2105 （105108）输入电阻 Rin2106 （1061013 ）输出电阻 Rou=10100（Ud=U2 U1）1-10-1 器件简介及运算放大器的电路符号+-+Au1u2u0 实际应用时引入负反馈反馈电路 表示输入-输出特性的电路模型2314+-+RinRouAudud1-10-2 理想运算放大器及其特性理想条件特性A=ud=0（虚短路）u0=Aud=A(u2u1)Rin=i1=0，i2=0（虚断路）Rou=034-+-+i1i2ud-+u01-10-2 理想

14、运算放大器及其特性ud=0（虚短路）i1=0，i2=0（虚断路）34-+运放属于有源元件RLi1i2+-+u0(3)(1)(2)i0吸收的功率：p=u1i1+u2i2+u0i0p=u0i0p= RLi0i0= RLi021-10-3 运算放大器的一些基本电路及输入-输出关系1、反相放大器+-+u2u1R1R2i1i2i1= u1/R1i2= i1 u2= u1 R2R12、同相放大器+-+u2u1R1R2i1i2i2= i1= u1/R1u2= R2i2+ u1 u2= (1+R2/R1)u13、电压跟随器 (Voltage Follower)+-+u2u1u2=u14、加法器+-+u2u1R

15、1Rfu2unR2Rni1i2inifu2=Rfifu2= Rf (i1+i2+ +in )u1R1u2R2unRnu2= Rf ( + + + )1-10-4 含运算放大器的简单电路分析5、差分放大器+-+u0u1R1R2R1R2u2unun= u2 R2R1+R2i1i1= u1un R1u0= R2 + unu1un R1u0= (u2u1)R2R1i1i2i3R1i1=R2i3u1=0i2= i1+ i3i2= (1+ )i1R1R2例1 求i2和i1的关系式。i1+-+u2i2u1+-+R1R21-10-4 含运算放大器的简单电路分析例2 求u2。u2u1-+R1R2+-+R3R4+u1i3u2=R3i3+u1u2=(1+ )u1R3R4i3=u1R4i1i1=0A=ud=0（虚短路）Rin=i1=0，i2=0（虚断路）Rou=034-+理想条件特性+-+i1i2ud-+u0例3 求U0。+-+U0-+-+39V3V55