lecture-01-电路基本概念

电路分析

主讲：徐国保

(博士，副教授)

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0绪论1电路分类及电路模型2电流和电压的参考方向

lecture_01绪论及电路基本概念内容提纲重点难点电流定义及参考方向，电压定义及参考方向作业：复习课本相关内容（cha.1-1,cha.1-2,cha.1-4）Next:cha.1-3&1-50绪论《电路分析》是电子信息工程专业的专业基础课。也是研究生入学考试的必考课程，且具有广阔的工程应用背景的课程。该课程不仅理论体系严谨，内容丰富精彩，而且会从中学会一种思维方法，养成一种科学作风，使人终生受益。本课程的要求：通过本课程的学习，使学生对于电路理论的基本原理和方法有一个坚实的理解，为后续课程准备必要的电路知识。

一、课程性质和要求：二、参考资料：（1）李瀚逊．电路分析基础（第4版）．北京：高等教育出版社，2006（2）李瀚逊．简明电路分析基础．北京：高等教育出版社，2002（3）FloydTL.Electronicsfundamentalscircuits,devicesandapplications.5thed.PrenticeHallInc,2000三、课程安排：

80学时，其中64理论学时，16实验学时，1-15周完成四、考核方式：平时成绩：30%，其中考勤10%，作业10%和实验10%

期末成绩：70%，（闭卷）期末统考，试题库中随机选取试题。五、研究的课题：

已知电路

<结构、元件参数>电路分析的目的：通过求解响应，认识已知电路的功能和固有属性。（技术指标）六、研究的对象：1、集总参数电路

<分布参数电路>

满足基尔霍夫定律。满足马克斯威定律2、线性电路：非线性电路由线性元件组成的电路3、非时变电路：时变电路（元件参数不随时间变化的电路）即研究线性、非时变的集总参数电路所遵循的基本规律及分析方法。七、本课程的内容：以电路模型为基础，编写描述电路的方程式，通过响应的求解、分析，认识已知电路的功能和特性。根据所分析电路的不同可分为：2、动态电路分析3、正弦稳态电路分析1、电阻电路分析八、电路理论发展历程1729年，英国S.格雷提出导体和绝缘体。亚历山德罗·伏特本杰明.富兰克林库仑安培欧姆1749年，美国富兰克林提出正电和负电。1785-1789年，法国库仑提出库仑定理。人类电磁现象认识的一次飞跃

1800年，意大利伏特发明了伏打电池。这一成果具有划时代意义。1825年，法国安培提出安培环路定律。是发明电动机的理论基础1826年，德国欧姆提出欧姆定律。1834年，俄国楞次提出楞次定律。1831年，英国法拉第发现了电磁感应现象。这一发现成为发电机和变压器的基本原理。法拉第1838年，美国莫尔斯发明了电报。1845年，德国基尔霍夫提出了基尔霍夫定律。解决了电器设计中电路方面的难题。1864年，英国麦克斯韦预言电磁波的存在。为电路理论奠定坚实的基础。1887年，德国赫兹证明电磁波的存在。1866年，德国西门子发现了电动机。电动机、发电机、有轨电车和指南针式电报机的发明人，,西门子公司创始人。开启了电气化时代。楞次基尔霍夫麦克斯韦赫兹西门子1897剑桥大学卡文迪许实验室的约瑟夫·汤姆生在研究阴极射线时发现电子，从此揭开电子学的序幕电子。1904年，弗莱明发明了世界上第一只电子管。人类第一只电子管的诞生，标志着世界从此进入了电子时代。1947年12月，美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出一种点接触型的锗晶体管。晶体管的问世，是20世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声，为后来集成电路的降生吹响了号角。1876年美国贝尔发明了电话1879年美国爱迪生发明了电灯泡1894年，意大利马可尼和俄国波波夫分别发明了无线电。1950年：威廉·邵克雷开发出双极晶体管(BipolarJunctionTransistor)，这是现在通行的标准的晶体管。1953年：第一个采用晶体管的商业化设备投入市场，即助听器。1954年10月18日：第一台晶体管收音机RegencyTR1投入市场，仅包含4只锗晶体管。1961年4月25日：第一个集成电路专利被授予罗伯特·诺伊斯(RobertNoyce)。1965年：摩尔定律诞生。当时，戈登·摩尔(GordonMoore)预测，未来一个芯片上的晶体管数量大约每年翻一倍(10年后修正为每两年)1968年7月：罗伯特·诺伊斯和戈登·摩尔从仙童(Fairchild)半导体公司辞职，创立了一个新的企业，即英特尔公司Intel1971年：英特尔发布了其第一个微处理器4004。包含仅2000多个晶体管。

1978年：英特尔把8088微处理器买给IBM，用于IBMPC的CPU。16位8088处理器含有2.9万个晶体管，运行频率为5MHz、8MHz和10MHz。1982年：286微处理器(又称80286)推出，成为英特尔的第一个16位处理器，含有13400个晶体管1985年：英特尔386™微处理器问世，含有27.5万个晶体管，是最初4004晶体管数量的100多倍。。1993年：英特尔奔腾处理器问世，含有3百万个晶体管，采用英特尔0.8微米制程技术生产。1999年2月：英特尔发布了奔腾III处理器。含有950万个晶体管，采用英特尔0.25微米制程技术生产。2002年1月：英特尔奔腾4处理器推出，含有5500万个晶体管，它采用英特尔0.13微米制程技术生产。2005年5月26日：英特尔第一个主流双核处理器“英特尔奔腾D处理器”诞生，含有2.3亿个晶体管，采用英特尔领先的90纳米制程技术生产。

1电路及电路模型（model)一、电路（circuit）由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。电源＋－US

作用之一：实现电能的传输、分配与转换1.电路的作用发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线请欣赏例子强电电路的作用变电站大型工厂商店学校小型电能用户输电线水力发电厂变电站小型配电站配电站住宅乡村电能的产生和输送电能的输送和分配发电厂主传输线500kV升压降压电压分配10kV降压变电站三相单相主设备(380V)插座(220V)仪表控制盘仪表单相架空输电线游泳池交流输出燃料备料室燃烧室电力网城市热气水源热水加热器淋浴喷泉灯正常状态电视广播紧急状况饮用水环境保护系统灾难区应急广播照明设备游泳池电能的应用作用之二：实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒1.电路的作用请欣赏例子弱电电路的作用早期的通讯现代通信上一页返回各种检测仪器上一页返回2.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2.电路的组成部分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。

电源、负载和中间环节电路的组成是什么？最简单电路的组成返回下一页上一页下一节EE电源：将非电形态的能量转化为电能的供电设备。负载：将电能转化为非电形态的能量的用电设备。连结导线：沟通电路、输送电能。

简单照明电路二.电路模型(circuitmodel)反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。如何建模？由理想元件的串、并联组成，近似地描述实际电路的电气特性。有哪些理想元件？电阻元件：描述消耗电能的特性，把电能转变为热能、光能、声能、机械能等符号：电感元件：描述存贮磁场能的特性符号：LR电容元件：描述存贮电场能量的特性符号：理想电压源：描述提供一定的电压的特性符号：+-Us理想电流源：描述提供一定的电流的特性符号：IS还有许多其它的理想元件，以后慢慢学吧！请欣赏一些元器件实物！电阻器电容器线圈电池运算放大器晶体管

低频信号发生器的内部结构建模思想是科研中一种很重要的思维方法请欣赏实际电路建模例！手电筒电路模型

(a)实物电路(b)电路模型(b)干电池提供电压干电池把电能转变为热能灯泡把电能转化为光能、热能日光灯电路~镇流器光管启辉器实物电路LRRA镇流器光管~电路模型晶体管放大电路(a)实物电路(b)电路模型(b)信号源晶体管电池（忽略内阻）变压器扬声器电阻器温馨提示：本课程介绍

电路模型（简称电路）的分析计算具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一模型表示；同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可以有不同的形式需要注意图1－3线圈的几种电路模型

(a)理想线圈模型(b)线圈通过低频交流的模型

(c)线圈通过高频交流的模型2电流和电压的参考方向

(referencedirection)

电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。1.电流的参考方向(currentreferencedirection)电流CURRENT带电粒子有规则的定向运动单位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、AAndre-MarieAmpere(1775-1836)安培电流强度单位时间内通过导体横截面的电荷量方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:

实际方向实际方向AABB———金属导体定向运动实际电流方向+++溶解液定向运动实际电流方向简单电路中的实际方向E若为实际方向（极性）I+-U任一电路元件上有电压，但只有发电机、蓄电池等能提供电能的元件才具有电动势复杂电路中的实际方向6V3+–+–12V2A6112I能判别出各元件中电流、电压的实际方向吗？如何解决实际方向的判别问题？参考方向i

参考方向任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。AB

(2)参考方向的表示方法电流：Iab

双下标箭标abRIi

参考方向i

参考方向i>0i<0实际方向实际方向AABB实际方向与参考方向一致，电流值为正值；实际方向与参考方向相反，电流值为负值。实际方向与参考方向的关系务必集中2分钟的精力若I=5A，则电流从a流向b；例：若I=–5A，则电流从b流向a。abRI例如：-3A表示正电荷以每秒3库仑的速度逆着参考方向箭头移动大小方向电流(代数量)需要注意的是：电流的参考方向可以是任意的直流（directcurrentDC）：电流的大小和方向不随时间变化，用I表示交流（alternatiingcurrentAC）：电流的大小和方向随时间变化，用i(t)表示电压U2.电压的参考方向(voltagereferencedirection)单位正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小

电位单位正电荷q从电路中一点移至参考点（＝0）时电场力做功的大小电位与电压关系两点之间电压等于两点的电位之差a、b之间的电压a点电位b点电位以后你们经常在此犯错误！

单位：V(伏)、kV、mV、V实际电压方向电位真正降低的方向AlessandroAntonioVolta(1745-1827)伏特（意大利物理学家）直流电压U：电压大小和极性都不随时间变化交流电压u(t)：电压大小和极性都随时间变化问题复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。电压(降)的参考方向假设的电压降低方向电压参考方向的三种表示方式(1)用正负极性表示(2)用箭头表示(3)用双下标表示UU+ABUABU<0>0参考方向U+–+实际方向+实际方向参考方向U+–U实际方向与参考方向一致，电压值为正值；实际方向与参考方向相反，电压值为负值。实际方向与参考方向的关系例1：求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：设a为参考点，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V

设b为参考点，即Vb=0VVa

=Uab=10×6=60VVc

=Ucb=E1=140VVd

=Udb=E2=90V

bac204A610AE290VE1140V56AdUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

Uab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

从上述计算，你能归纳出什么结论？(1)电位值是相对的，和参考点有关，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；(2)电路中两点间的电压值是固定的，和参考点无关，不会因参考点的不同而变；结论：你也归纳出了上述的结论吗？(3)电路中两点间的电压值是固定的，和计算路径无关。电位计算举例Va

=5+(-2)×2+10=11VVb=5+(-2)×2-6+3×1=-2VVc

=-12+3×6=6VVd

=-10-10×1+10-（-3）×3=-1V

--+-5V2Ω3Ω6Ω3Ω+6V+10V10Ω+12V-+-10V10Ω-2A1A3A1A-3A-4Aabcde+-10V爬山法求电位练习e点电位的求取bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd电路的简化画法省略电源，交代电位例2:图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA解:(1)当开关S断开时，如图（a)(2)当开关闭合时,电路如图（b）电流I2=0，电位VA=0V

。电流I1=I2=0，电位VA=6V

。电流在闭合路径中流通2KA+I12kI2–6V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)开路了开路了元件或支路的u，i采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向非关联参考方向3.关联参考方向i+-+-iUU注意(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2)参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。（3）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际方向不变。例ABABi＋－U电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？答：A电压、电流参考方向非关联；

B电压、电流参考方向关联。小结电荷和能量是描述电现象的基本变量；为便于描述电路，引进电流，电压和功率易测变量；电路图中所标示的电流方向和电压极性均为参考方向和参考极性，它们不一定是电流的真实方向。电路图中凡未同时标电流和电压的参考方向时，均默认采用关联参考（特别说明除外）思考与练习图1－2－21.为什么在分析电路时，必须规定电流的参考方向和

电压的参考极性？参考方向与实际方向有什么关系？2.你能确定图1－2－2电路中电压Uab的实际极性吗？

为什么？基本情况：1976年生，江西德兴市人，博士，系副主任。1996.9-2000.7北京服装学院，工业自动化，学士2000.9-2003.3北京科技大学，控制理论与控制工程，硕士2005.9-2009.6北京科技大学，控制理论与控制工程，博士2003.4-2005.8湛江海洋大学，信息学院电子工程系助教2005.9-2012.12广东海洋大学，信息学院电子工程系讲师2013.1-至今广东海洋大学，信息学院电子工程系副教授教学方面：

先后主讲《电路与电子学》、《模拟电子技术》、《信号检测与估计》、《电路分析》、《数字图像处理》、《计算机仿真及其应用》、《Matlab语言及其应用》等本科课程。先后指导75人本科毕业设计，其中1人获得校级优秀毕业论文，18人获得院级优秀毕业论文。

徐国保简介科研方面：主持和参与了国家科技支撑计划专题、广东省自然基金、广东省科技计划项目及市级项目等8项科研课题，在国内外核心学术期刊上发表学术论文16余篇，其中被SCI收录1篇，EI收录7篇；副主编出版《电路分析》专业教材1部。GuobaoXu,DelingZHENG,GengZHAO.AnalysisandConfirmationofImmovablePointsinLogisticMappingDigital-flowChaos,JournalofUniversityofSci.andTech.Beijing,2003,10(6):62-65（SCI,EI）Guo-bao

Xu,Mei-j