电路原理 第一讲

电路原理电子信息类学科基础课程电子教案华中科技大学电气与电子工程学院电路原理课程组序言一、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子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序言二、怎样学好《电路理论》课程“高度重视，认真听课，注重概念，加强练习”三、关于教学内容的安排四、关于教材和参考书教材和主要参考书目教材《电路原理》（上、下册）（第2版）

汪建主编清华大学出版社参考书目1.《电路原理学习指导与习题题解》汪建主编清华大学出版社2.《电路原理》周守昌主编高等教育出版社3.

《电路》邱关源主编高等教育出版社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）电路元件（电阻、独立电源和受控电源等）1-1电路的基本概念（明确讨论对象）1-1-1电路–+1-1电路的基本概念1-1-1电路~~~~~ElectriccircuitofaradioreceiverantennaL10.445HC4C22200PFC30.1U1SBL-113,42,5,678Q1OscillatorR2R1R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18++++___12VdcL31mHL222.7H4710K10K220100K100K1M15K15K10K4710C191091055320.11.0F1.0F100F100F100F0.00330.10.00220.470.1AudioOutput7MHztoU1.pin8U2BU2AU3Audiopoweramp5673218423654电路（电网络）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.2、集中参数电路和分布参数电路电源负载中间环节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–+集中参数电路u(t)i(t)常微分方程100dmaxmin分布参数电路u(x,t)i(x,t)偏微分方程100dmaxmin1-1-2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）—电路理论研究对象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（表征电场力做功能力）dlEabu=dwdqu=albEdldq实际电器件备注：电压的单位,直流和交流电压(符号的大小写：u、U）

电压是代数量

uab=-uba

（电压具有极性或方向）Edl=0abmn两点间电压与所经过的路径无关2、电位概念(参考点—零电位点)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,电流的方向物理量（电流强度）,单位,直流及交流电流Si=dqdt面元Si=s•dS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全电流的连续性:S(c++D)ds=0(ic+i+iD)=0S2、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/dtp=uip=ui（P>0为吸收功率，P<0为发出功率）p=-ui两式都表示元件（或该段电路）吸收的功率(以吸收功率为前提）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。+-ui+-UIP=UI=20I=-40I=-2AP=-UI=–20I=-40I=2AIp=uip=-ui功率能量的计算强调: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-u3+1-3基尔霍夫定律一些术语二端电路、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）、网孔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（给出参考方向、两套符号）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(广义节点）1-3-2基尔霍夫电压定律（KVL）1、定律内容uk(t)=0n1:i1+i2+i4=0n3:–i1

–i3+i6=0–i1–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=0二端电路元件元件（一端口元件）ii关于电路元件的划分视其物理量的构成关系（哪些物理量的瞬时值之间构成了确切的代数关系）电阻性元件：任一时间的电压和电流之间构成确切代数关系1-4电阻元件电路符号碳膜电阻器主要电磁特性i+u1-4电阻元件简单情况u=RiR+-ui0ui1-4-1元件的定义与分类定义(定义式,定义曲线—特性曲线)分类线性非线性时不变时变时不变时变1、特性曲线与方程u=Rii=Gu1-4-2线性时不变（LTI）电阻元件1-4电阻元件R+-ui1-4-2线性时不变（LTI）电阻元件2、功率R+-uip=ui=Riip=–ui=–(–Ri)i=Ri2=Gu2实际应用中应注意电阻的功率不可超过其标称值!3、两个特殊情况R=∞，开路i0，u=任意有限值+-uiR=0，短路u0，i=任意有限值+-ui1、特性曲线与方程u=Rii=Gu0ui(负电阻的概念)1-4电阻元件1-4-3线性时变（LTV）电阻元件1、特性曲线与方程R(t)+-uiR(t1)R(t3)R(t2)0iuu=R(t)ii=G(t)u2、与LTI电阻元件的比较R+-uiR(t)+-ui设i=Imsin0t产生与输入不同频率的输出（调制作用）输出信号的频率与输入信号的频率相同R(t)=Ra+Rbsint设i=Imsin0tR(t)=Ra+Rbsint产生与输入不同频率的输出（调制作用）1-电阻元件1-4-4非线性时不变电阻元件1、定义，一般非线性电阻元件的电路符号2、典型的非线性时不变电阻元件的特性曲线（1）普通二极管正极负极+-ui0ui（2）理想二极管0ui1-4-4非线性时不变电阻元件3、非线性电阻元件的静态电阻与动态电阻静态电阻0uiRQ=UQIQ=tg动态电阻rd=dudiQ=tgIQUQQ4、与线性电阻元件的比较静态电阻、动态电阻都随工作点变化！1-4-4非线性时不变电阻元件4、与线性电阻元件的比较iu0UmImiu00ui0ui0ui（1）线性（可加性与齐次性）例u=Riu=i2（2）双向性与非双向性（3）压控、流控与单调型（4）负阻特性abab压控：i=g(u)流控：u=f(i)（动态电阻可能为负值）1-4-4非线性时不变电阻元件1-4-5无源性与有源性1、概念+u二端元件或二端电路-iw(,t)=òtu(τ)i(τ)dτ无源，（对所有u与i可能的组合及所有时间t）有源，（只要出现）（表示二端元件或二端电路中能量为零的时刻）001-4-6无源性与有源性2、二端电阻性元件无源或有源的直观判别无源特性曲线在所有时间都处于u-i平面的第一、三象限有源特性曲线只要有处于u-i平面的第二或第四象限的情况iu0t=0.523t=01t=例1两电阻元件在电压与电流取关联参考方向时，特性方程

分别为i=2+cost和i=u+(cos2t)u/u

，试判断其有关性质。t=02t=0.52t=iu0-111-5独立电源实际电源及运行特点1-5-1电压源1、定义和特性曲线+-us(t)任意电路-i+uiu0t=t2t=t1t=t3t=t4US直流电压源2、备注电压源的两个特性(其电压、电流特点）2V1I12V4V1I2

如果us(t)0实际电源的一种模型—戴维南（Thevenin）电路+-us(t)ii+--+USRSIUU=US–RSI0IUUSUSRS1-5独立电源1-5-1电压源1-5独立电源1-5-2电流源1、定义和特性曲线ui0t=t2t=t1t=t3t=t4-+uis(t)i任意电路2、备注电流源的两个特性（求U及各电源的功率）-+-+32U1A2V-+-+32U1A4ViI1电流源电压的确定1-5独立电源1-5-2电流源2、备注1+-+-256V4V8Aabcd例求图示电路中各电源的功率。I1I2I3I4

如果is(t)0is(t)实际电源的另一种模型—诺顿（norton）电路+-ISRPIUU=RPISRPIUI0RPISIS1-5独立电源1-5-2电流源+--+USRSIUU=US–RSI0IUUSUSRS+-ISRPIUU=RPISRPIUI0RPISIS1-5独立电源问题：实际电源的两种模型能相互转换吗？1-6受控电源（从属电源）1-6-1四种形式的受控电源控制支路受控支路控制量电流电压受控量电流电压1、电流控制型电流源（CCCS）-i2+-+u1u2i1i1i2=i1u1=02、电流控制型电压源（CCVS）+-+-u1u2i1ri1i2+-u1=0u2=ri11-6-1四种形式的受控电源4、电压控制型电压源（VCVS）i1=0u2=u13、电压控制型电流源（VCCS）i2=gu1i1=0-i2+-+u1u2i1gu1+-+-u1u2i1u1i2+-备注：1)四种形式的受控电源属于线性时不