第1章电路基本定律和简单电阻电路

主讲：许爱德信息科学技术学院Tel-mail：aidexu@课程面向对象通信工程电子信息工程电子科学与技术光电工程（72学时）考核方式：考试参考资料：《电路》第五版邱关源

《电路分析基础》第四版李翰荪实验课《电路原理实验》自编教材大连海事大学出版社教材：理论课《电路理论》自编教材电子工业出版社作业按照要求课前收好，不交扣平时成绩（作业本要求）。实验一次不做，成绩0分，并取消考试资格。无故旷课一次从平时成绩扣。实验：实验时理论课停一次答疑：电航楼224实验内容第3周基尔霍夫定律验证和电位的测定

第5周戴维南定理验证和最大功率传输条件的测定

第7周受控源特性的研究第9周动态电路的仿真实验第11周交流电路等效参数的测定第13周

R-L-C串联谐振电路的研究第15周自行设计创新实验实验安排（单周）地点：电航楼301324指导教师：王维刚张惠泽

预习、操作、实验报告要求；实验室规章制度。前言

1、电路课程的重要性：是一门专业基础课，为后续的专业课打基础。

2、学习方法电路理论低频电子线路信号与系统数字逻辑电路单片机原理电磁场与微波技术现代信号处理听课复习、答疑作业平时：期末：总复习+答疑+习题3、授课内容第一章电路基本定律和简单电阻电路第二章电阻电路的一般分析第三章含运算放大器电路第四章一阶电路第五章正弦电路和相量法第七章互感电路第六章谐振第九章非正弦电路第十章双口网络第1章电路基本定律和简单电阻电路

本章内容：1.1电路和电路模型1.2电路分析基本变量1.3电路分析基本元件1.4基尔霍夫定律1.5电路的等效变换

1.1电路和电路模型

电路：电流的通路,实际电路是将电器元件或设备按一定方式连接起来。

某液晶电视的电源电路某变电站电路电路模型:理想化元件代替实际电器元件或设备。

具有某种确定电磁性质并有精确数学定义的基本结构；在一定的条件下，理想元件及组合足以模拟实际电路中器件发生的物理过程。实际电路电路模型电路作用：发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线放大器扬声器话筒

(1)实现电能的传输、分配与转换(2)实现信号的传递与处理电路的组成部分电源:

提供电能的装置负载:取用电能的装置中间环节：传递、分配和控制电能的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线直流电源直流电源:

提供能源信号处理：放大、调谐、检波等负载信号源:

提供信息放大器扬声器话筒

电源或信号源的电压或电流称为激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。1.2电路分析基本变量

1.2.1电流

定义：电路中自由电子或带电质点在电场力作用下有规律的运动形成电流。用或表示,单位：安培(A).电流电压电功率电势大小：单位时间内通过导体横截面的电荷量方向：正电荷移动的方向为实际方向。图中表示Iab

双下标箭头abRI问题思考：电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR?某收音机电路图（能否马上判断出某条支路的电流）？No！！另外，交流电路中i0tT/2Ti当从左到右当从右到左无法标注实际方向！！任意假定一个方向为电流正方向,称为参考方向。

若参考方向与实际方向一致，电流参考方向：i实际方向参考方向i>0i<0i参考方向实际方向

例：如图，导线中，电子从左向右移动产生1mA的电流，请确定和。

例例若I=5A，则实际电流从a流向b；若I=–5A，则实际电流从b流向a。abRI1.2.2电压

定义：指电场力把单位正电荷从电场的一点移动到另一点所做的功，用表示，单位：伏特（V）。

大小：方向：实际方向：电位降落的方向。高电位低电位

参考方向：任意规定一方向为电压的正方向。

参考方向与实际方向一致电压为“+”，方向不一致为“-”。（a）（b）a点电位比b点高5Va点电位比b点低5Vu__+正负号abUab（高电位在前，低电位在后）

双下标箭头uab表示电压和电流参考方向的关系关联+VI－非关联+VI－电流参考方向从电压参考方向的正极流入，负极流出，电压电流参考方向称为关联的；反之称为非关联的。非关联关联关联还是非关联一定是针对某一个元件。电位：选电路中某一点作为参考点，令该点电位为零，其他点相对该点的电压称为电位。abcd令C点作为参考点，即uc=0ua=uac，ub=ubc，ud=udc例某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。无论电位怎么变，两点之间的电压是恒定的。引入电位后，电路图的简化：例1例21.2.3电功率功率：单位时间内电场力所做的功。

若某段电路的电压为

，流过的电流为，则功率为：功率的正负？

实际与定义一致；实际与定义相反。

(关联方向)(非关联方向)规定实际上是吸收还是发出功率？例：计算图中每一部分的吸收功率。(a)关联参考方向

（b）非关联参考方向例例求图示电路中各方框所代表的元件吸收或发出的功率。

已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－例解:对一完整的电路，满足：发出的功率＝吸收的功率564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－注意思考：

图中，B元件吸收或发出的功率，其电压、电流为：（20

，

吸收，发出）1.2.4电动势

非电场力将单位正电荷从低电位移到高电位所作的功定义为电动势，简称电势。

电压是电位降，电势则产生电位升。

+-Euab1.3电路分析基本元件

集总电路：当实际电路的尺寸远小于使用时其最高工作频率所对应的波长时，对应电路称为实际电路的集总电路模型。集总参数元件外部不存在任何电场与磁场。在集总电路中，任何时刻，流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另一个端子流出的电流，且两个端子之间的电压为单值量。

分布电路：当电路的尺寸大于最高频率所对应的波长或两者属于同一数量级时，便不能作为集总电路处理，应作为分布参数电路处理。（1）电阻R（单位：、k、M）1.3.1无源元件Riu线性电阻iu伏-安特性①伏安关系主要特性：②电导，单位:西门子（S）；③两种特殊情况：④吸收的功率

耗能元件，电子电路中常用的电阻要标明额定功率。

（a）碳膜电阻（b）线绕电阻（c）铝壳电阻

一些有代表性的电阻

有一个100Ω、1W的碳膜电阻使用于直流电路，问在使用时电流、电压不得超过多大的数值？例

故在使用时电流不得超过100mA，电压不得超过10V。解：⑤可变电阻

可变电阻的符号

可变电阻器示例⑥电阻的四色环表示法色环棕红橙黄绿蓝紫灰白黑数值

123456789

0

2500

±5%（2）电容++++----+q-qui（单位：）库-伏特性电容符号有极性无极性+_

主要特性：①电容上电流、电压的关系当(直流)时,uiC在直流电路中电容相当于开路.结论

电容元件是一种有“记忆”的元件，也叫动态元件，电阻“无记忆”，电容用完后一定要进行放电。②电容的“记忆性”③电容的储能

电容是一种储能元件,储存的能量以电场形式存在。极板面积板间距离介电常数④电容和结构参数的关系uiC⑤实际电容器漏电现象：考虑损耗的模型为额定电压：使用时若电压超过额定电压，便会缩短电容的使用寿命，甚至因介质被击穿而迅速损坏。（3）电感（单位：H,mH,H）单位电流产生的磁链。i(t)+-u(t)（t)＝N(t)磁通磁链iO+-uiL

主要特性：①电感中电流、电压的关系uei当(直流)时,在直流电路中电感相当于短路.结论②电感的“记忆性”

电感元件是一种有“记忆”的元件，也叫动态元件。电感是一种储能元件,储存的磁场能量为：③电感的储能线圈面积线圈长度导磁率④电感和结构参数的关系uei⑤实际电感线圈寄生参数：匝间电容和线绕电阻额定电流：超过额定值时，会使导线发热影响绝缘而缩短使用寿命，甚至被烧毁。LCR直流电路中，电阻R直流电路中，相当于短路直流电路中，相当于开路耗能元件储能元件储能元件无源元件小结注意

实际元件的特性可以用若干理想元件来表示。注意（1）独立源

理想电压源是从实际电压源在一定条件下抽象出来的一种模型，能独立向外提供一个确定电压而与通过的电流无关的元件。

1.3.2有源元件①电压源

（a）直流电压源；（b）可变电压源；（c）交流电压源；（d）通用符号作业：P37—1-13,1-14,1-16,1-17理想电压源实际电压源有内阻，输出电流增大时，电源的端电压会降低。

实际电压源②电流源

理想电流源（简称电流源）是实际电流源在一定条件下抽象出来的一种模型，能独立向外提供一个确定电流而与其端电压无关的元件。

理想电流源

实际电流源有内阻，其输出电流不再象理想电源那样保持不变。

实际电流源（a）太阳能光电池（b）实验室用电流源（2）受控源（非独立源）

受控源元件是为了描述晶体管、场效应管等电子器件的物理现象而抽象出来的一种模型，目的在于表明器件的电压、电流关系。+–受控电压源受控电流源电流控制电压源(CCVS)电压控制电流源(VCCS)电流控制电流源(CCCS)电压控制电压源（VCVS)四类受控源：实际电路的受控源模型举例：例求：电压u2。解5i1+_u2_u1=6Vi1++-3例1.4基尔霍夫定律GustavRobertKirchhoff(1824-1887)，基尔霍夫/克西霍夫Kirchhoff’sCurrentLaw—KCL

(基尔霍夫电流定律

)Kirchhoff’sVoltageLaw—KVL(基尔霍夫电压定律)作业：P39—1-22,1-24,1-25,1-26概念:支路：每一个二端的简单元件(包括一段无阻导线)称为支路。有时两个元件串联在一起无分岔也看作是一条支路。

+_R1US1+_US2R2R33条支路结点：三条或三条以上支路的连接点称为结点。

+_R1US1+_US2R2R3AB2个结点下面电路图中几个结点?路径：一串相连接的支路的组合。

回路：电路任一首尾相连的闭合路径称为回路。

+_R1US1+_US2R2R33条回路1231.4.1基尔霍夫电流定律（KCL）

定律内容:电路中,任何时刻,对任一结点，所有支路电流的代数和恒等于零。﹙流入:–

流出:+）

如图I1I2I3I4或：即：流入结点的电流等于由结点流出的电流。流入流出电流定律的依据：电流的连续性电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_RKCL与电路元件无关。广义结点思考题例11、求电流i1.4.2基尔霍夫电压定律（KVL）

定律内容：电路中,任何时刻,沿任一回路所有元件上电压的代数和恒等于零。说明：

⑴首先确定绕行方向和各元件电压的参考方向（注意：若电阻电流参考方向已标出，习惯上电压取关联方向）；

(2)列方程时电压方向与绕行方向一致：+，否则：––R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0假定绕行方向为顺时针-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0如图I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4根据KVL：即：电位升等于电位降。orR2I2+R4I4+US4=R1I1+US1+R3I3电位降电位升KVL适用于开口电路。

KVL适用于任何电路元件。

Uab例Us+_RabI。。思考题例12、求电压u例单回路电路计算电路中每个元件的电流、电压和功率。

分析：选电流为待求变量，并标注其参考方向，电阻上电压按关联方向标注，列写KVL即可。即单结点对电路

例

分析：选电压为待求变量，并标注其参考方向，电阻上电流由欧姆定律按关联方向标注，对上端结点列写KCL即可。即含受控源的简单电阻电路

处理方法：先把受控源与独立电源一样看待列出方程，受控源的主控量与待求变量之间的关系作为附加方程。

例计算电路中各元件吸收的功率。由KVL知：附加方程：例分析步骤同含独立电源的单结点对电路。KCL知：附加方程：解得：练习题

求6V电压源和1A电流源发出的功率。解：（a）（b）图（b）由KVL：练习题求6V电压源和1A电流源发出的功率。（a）（b）解：如图（b）对o点KCL:1.5等效变换

将电路中某一部分，用有利于电路计算的简单电路或元件来替代，而原电路中未被替代的那部分的电流和电压保持不变。MN电阻电路的等效变换电源电路的等效变换混合电路的等效变换作业：P40—1-32，1-38，1-40，1-42(a),1-43(b)1.5.1电阻的等效变换

（1）电阻的串联

（a）原电路

（b）等效替代（c）n＝2任一电阻上的电压:

应用：降压、限流、调节电压等。（2）电阻的并联

(a)原电路

(b)等效替代

电流分配:应用：分流、调节电流等。(3)电阻星角等效变换

Y等效变换aIaIbIcbcRaRcRbacbRcaRbcRabIaIbIc型网络

YY型网络(4)利用等电位点简化电阻电路等电位点找出后，电流为零的支路相当于开路，电位相同的两点相当于短路。电路c、d等对称电位短路断路bacdRRRRbacdRRRRbacdRRRR例1.5.2电源的连接与等效变换

1、理想电源的组合（1）电压源串联（a）原电路

（b）等效替代

个电压源串联可以用一个电压源等效代替,且等效电压源的电压是各串联电压源的代数和。

符号取决于等效电压源和原电源各自的参考方向

注意：只有端电压完全相同时