电路和电路模型

1、电路 电 路 18周：周三第三大节：逸夫楼104 周五第四大节：IV-C104 模拟电子线路 614周：周一第一大节：待定 914周：周三第二大节：逸夫楼104 本 人 简 介Phone:础实验楼339email: cxl_蔡小玲 参 考 书 目 邱关源编著，电路（第4版），高等教育出版社，2000年. 钱建平主编电路学习指导与习题详解 机械工业出版社， 2008年.黄锦安主编，电路（第2版），机械工业出版社，2007年.黄锦安等主编，电路与模拟电子技术，机械工业出版社，2008年. 课 程 的 性 质 电路课程是电气信息类各专业的一门专业基础课程，是研究电网络的基本

2、规律及其计算的一门技术基础课。 电路的研究对象电路的研究对象是从实际电路中抽象出来的理想化电路，即实际电路的模型，研究其中的电压、电流和功率等物理量的变化规律. 课 程 的 重 要 性 本课程是模拟电子技术、数字电子技术等课程的必要先修课，是构架硬件知识体系的重要环节。 课 程 的 目 标 学习和掌握电路的基本理论和分析方法，并掌握初步的实验技能，为后续专业课程的学习打下坚实的基础.1. 直流电阻电路分析（14学时） 2. 正弦稳态电路分析（20学时）3. 动态电路分析（6学时）4. 实验（8学时） 课 程 安 排 1. 直流电阻电路分析（14学时） 电路模型和电路定律 （4学时）电路模型 （

3、2 学时）电路定律 （2 学时）电阻电路的分析 （10学时）简单电阻电路的分析 （2学时）电阻电路的一般分析 （4 学时）电路定理 （4 学时）2. 正弦稳态电路分析（20学时）正弦交流电路基础 （4 学时）正弦稳态电路的分析 （8 学时）三相电路 （4 学时）电路的频率特性 （4 学时）3. 动态电路分析（6学时）一阶电路的分析 （4学时）微分电路与积分电路 （2学时） 电 路 实 验带预习报告，带鞋套.各班班长与实验室张老师（基础实验楼140）联系.地点：基础实验楼，电话： 84315593. 作 业 要 求独立按时完成；每周五上课前交作业；小的作业本。 成 绩 评 定作业、出勤、实验等计

4、30分;卷面考试计70分。第1章 电路的基本概念与基本定律1.1 电路和电路模型1.2 电路的基本物理量及其参考方向1.3 电阻元件1.4 独立电源1.5 基尔霍夫定律1.6 电位的计算1.7 受控源1.1 电路和电路模型电路的概念 电路是由用电设备或元器件（称为负载）与供电设备（称为电源）通过导线连接而构成的提供给电荷流动的通路.电阻器电容器线圈电池运算放大器晶体管1.1 电路和电路模型1.1 电路和电路模型电路的作用 进行信号的处理和传递（弱电系统）. 进行能量的转换和传输（强电系统）. 进行信息的存储.1.1 电路和电路模型 负载：利用电能或电信号. 电源：产生电能或提供电信号. 中间环

5、节：电源至负载的中间部分. 电路的组成1.1 电路和电路模型电 源负 载中间环节激励（输入）响应（输出）1.1 电路和电路模型 只有对各种元器件的特性建立了数学模型，才可能对电路进行深入分析. 构成实际电路的元器件种类繁多，形状各异，给分析和设计带来困难. 引入电路模型的原因1.1 电路和电路模型电路电路模型 对实际电路的特性进行分析、抽象，将电路的主要性能用数学方法表达出来，再利用一些具有特定、理想化特性的元件（理想元件）重构出来的电路，称为原电路的模型. 什么是电路模型1.1 电路和电路模型电路模型1.1 电路和电路模型+_R.SUSRS 理想电路元件 电阻元件R 电感元件L 电容元件C

6、无源元件消耗电能.R存储电场能量.C存储磁场能量.L1.1 电路和电路模型 理想电路元件 电压源 电流源 有源元件 独立电源.Us.us(t)+_.is(t).Is1.1 电路和电路模型 电路的特性是由电流、电压和功率等物理量描述的. 电路分析的基本任务是计算电路中的电流、 电压和功率.1.2 电路的基本物理量及其参考方向 电 流 量纲：安培（A） 电流是由电荷（带电粒子）有规则的定向运动形成的. 1kA=103A ；1mA=10-3A；1A=10-6A 1安培 = 1库仑/秒 电流在数值上等于单位时间内通过某一导体横截面的 电荷量：1.2 电路的基本物理量及其参考方向 一些常用的十进制倍数的

7、表示方法：符号 T G M k c m n p中文 太 吉 兆 千 厘 毫 微 纳 皮数量 1012 109 106 103 10-2 10-3 10-6 10-9 10-121.2 电路的基本物理量及其参考方向 恒定电流 量值和方向均不随时间变化的电流，称为恒定电流，简称为直流电流(dc或DCDirect current)，一般用符号I表示. 时变电流 量值和方向随时间变化的电流，称为时变电流，一般用符号i表示。时变电流在某一时刻t的值i (t) ，称为瞬时值. 交流电流 量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电流，称为交流电流，简称为交流(ac或ACAlternating current

8、).1.2 电路的基本物理量及其参考方向 为什么引入参考方向？ 有些复杂电路的某些支路事先无法确定实际方向。 为分析方便，只能事先任意标定一方向（参考方向）， 根据计算结果，才能确定电流的实际方向. 实际电路中有些电流是交变的，无法标出实际方向。 标出参考方向，再加上与之配合的表达式，才能表示 出电流的大小和实际方向.1.2 电路的基本物理量及其参考方向 电流的参考方向 标定方式：在连接导线上用箭头表示； 约定： 是一种任意选定的方向 当i0时参考方向与实际方向一致. 当i0时参考方向与实际方向一致； 当u0时，吸收功率 量纲：瓦特（W） 当p0时，发出功率 1.2 电路的基本物理量及其参考方

9、向 功 率 的 计 算.iABu+_.iABu+_1.2 电路的基本物理量及其参考方向 功 率 的 计 算 解： （吸收功率）1.2 电路的基本物理量及其参考方向 例：.2AAB5V+_ 能 量 电路从0到t时刻所吸收的电能为： 单位：焦耳 (J)1.2 电路的基本物理量及其参考方向 电路中所有元件的功率之和为0 ！这一规则称为功率 平衡原理，常用作对分析结果的检验准则. 功率平衡实际上是能量守恒的体现，任意时刻，电源 发出的电能恰为负载所消耗.1.2 电路的基本物理量及其参考方向 (二端) 电 阻 元 件 若一个二端元件的电压与电流之间的关系可以 用u-i平面上的一条曲线表征时称之为电阻.

10、过原点的直线对应的电阻称为 线性电阻. 0iu 隧道二极管为非线性电阻. 1.3 电阻元件 常用的各种二端电阻器件 电阻器晶体二极管1.3 电阻元件0iu 线 性 电 阻.iu+_R（关联） 量纲：欧姆（） 1k =103 1.3 电阻元件实验表明： 在低频工作条件下，电阻器的电压电流关系是u-i平面上通过坐标原点的一条直线.用晶体管特性图示器测量二端电阻器的电压电流关系：实验表明： 在低频工作条件下，晶体二极管的电压电流关系是u-i平面上通过坐标原点的一条曲线.用晶体管特性图示器测量晶体二极管的电压电流关系： 在电子设备中使用的碳膜电位器、实心电位器和线绕电位器是一种三端电阻器件，它有一个滑

11、动接触端和两个固定端图(a)。在直流和低频工作时，电位器可用两个可变电阻串联来模拟图(b)。电位器的滑动端和任一固定端间的电阻值，可以从零到标称值间连续变化，可作为可变电阻器使用. 1.3 电阻元件 欧 姆 定 律.iu+_R.iu+_R 只有线性电阻才遵守欧姆定律. 1.3 电阻元件 欧 姆 定 律的另一种形式.iu+_R (G)量纲：西门子 (S)G 电导1.3 电阻元件 电阻功率的计算.iu+_R.iu+_R , 电阻元件始终不产生功率. 电源在电路中可能吸收功率，也可能发出功率. 1.3 电阻元件1.4 独立电源电路中的耗能器件或装置有电流流动时，会不断消耗能量，电路中必须有提供能量的

12、器件或装置电源.常用的直流电源有干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳压电源和直流稳流电源等.常用的交流电源有电力系统提供的正弦交流电源、交流稳压电源和产生多种波形的各种信号发生器等.1.4 独立电源 常用的干电池和可充电电池1.4 独立电源 实验室使用的直流稳压电源 用示波器观测直流稳压电源的电压随时间变化的波形示波器稳压电源1.4 独立电源 电 压 源 若一个二端元件输出电压恒定则称为理想电压源. 理 想 电 压 源 电路符号: .us(t)+_.Us为了得到各种实际电源的电路模型，定义两种理想的电路元件理想电压源和理想电流源.1.4 独立电源 基本性质: 理 想 电 压 源Us+_IU+_

13、输出电压恒定，和外电路无关. 其流过的电流由外电路决定. 伏安特性曲线: 0UIUs思考：什么情况下U的曲线会出现在第二象限？1.4 独立电源 若一个二端元件所输出的电压随流过它的电流 变化而变化就称为实际电压源. 一般地讲，实际电压源输出电压都会随其电流的 增大而降低，故可用一个电压源Us和一个电阻Rs的 串联组合作为其电路模型. 实 际 电 压 源 电路模型: Us+_RsI.U+_重点1.4 独立电源 伏安特性曲线: 实 际 电 压 源0UIUsUs+_RsI.U+_1.4 独立电源 三种工作状态 实 际 电 压 源 加载: Us+_RsI.U+_R1.4 独立电源 三种工作状态 实 际

14、 电 压 源 开路: open circuit (Uoc: 开路电压) Us+_Rs.+_I = 0Uoc1.4 独立电源 三种工作状态 实 际 电 压 源 短路: short circuit (Isc: 短路电流) Us+_RsIscU = 0+_ 实际电压源器件不允许短路! 1.4 独立电源 加载: 开路: 短路: Us+_RsI.U+_RUs+_Rs.+_I = 0UocUs+_RsIscU = 0+_1.4 独立电源 电 流 源 若一个二端元件输出电流恒定则称为理想电流源. 电路符号: 理 想 电 流 源.is(t).Is1.4 独立电源 基本性质: 理 想 电 流 源 输出电流恒定，

15、和外电路无关. 其两端电压由外电路决定. IsIU+_ 伏安特性曲线: 0UIIs1.4 独立电源 若一个二端元件所输出的电流随其端电压变化 而变化称为实际电流源. 一般地讲，实际电流源输出电流都会随着其电压的 升高而降低，故可用一个电流源Is和一个电导Gs的 并联组合作为其电路模型. 实 际 电 流 源 电路模型: IsGsI.U+_1.4 独立电源 伏安特性曲线 实 际 电 流 源0UIIsIsGsI.U+_1.4 独立电源 三种工作状态 实 际 电 流 源 加载: IsGsI.R+_U1.4 独立电源 三种工作状态 实 际 电 流 源 开路: open circuit (Uoc: 开路电

16、压) IsGs.Uoc+_.I = 0 实际电流源器件不允许开路! 1.4 独立电源 三种工作状态 实 际 电 流 源 短路: short circuit (Isc: 短路电流) IsGs.+_.IscU = 01.4 独立电源 加载: 开路: 短路: IsGsI.R+_UIsGs.Uoc+_.I = 0IsGs.+_.IscU = 01.4 独立电源 电压源和电流源 实际电流源的产生：可由稳流电子设备产生。有些 电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电 流与负载无关；光电池在一定光线照射下被激发产生 一定值的电流等. 例：求uab和uad及各段电路的功率， 并指明吸收还是发出功率。例题12+_cb11V+_4+_6-3V+_5+_dfae.3+_-3V-4V8V7V2A1A-1A 解：uab= uac + ucb = -(1) + (-3) = -4Vuad= -3V; p1= -2W0 (发出)p2= -6W0 (吸收)p4= -4W0 (发出); p5