电路概述及基本物理量

王彬彬电话：51551892办公室地点：图书馆302电路(第2版)Circuit黄锦安等编著机械工业出版社《电路》4.5学分，共72学时理论课64学时

32次课实验课8学时

4个实验《电路》课时分配考核方法

平时： 40%期末考试： 60%(闭卷)学习要求

适当预习，尽量做笔记，及时复习；通过习题巩固知识、发现问题；灵活掌握电路理论规律、解题技巧；有事需请假，不得随意旷课或缺交作业。作业要求

（1）要认真、独立、按时完成作业。

（2）由课代表收齐按学号排好序后，在上课之前放到桌上。

电路理论电路分析网络综合电路电路输入参数输出电路分析电路

参数输入输出网络综合电路分析

(ElectricCircuitAnalysis)

1.目的：通过对电路模型的分析计算来预测实际电路的特性，从而改进实际电路的电气特性和设计出新的电路。

2.任务：掌握电路的基本理论和电路分析的方法。直流电路部分1电路模型和电路定律2简单电阻电路分析3电阻电路的一般分析电路定理运算放大器电路教学内容正弦交流电路部分7正弦交流电路基础8正弦稳态电路分析含耦合电感的电路三相电路非正弦周期电流电路动态电路部分6一阶电路和二阶电路电路教学内容图论部分12电路方程的矩阵形式多端网络部分13二端口网络和多端元件非线性电路部分14非线性电阻电路电路教学内容

本章首先介绍电路的基本概念和基本变量。其次定义几种常用的电路元件：电阻、独立电压源、独立电流源和受控源。

最后讨论集中参数电路中，电压和电流必须满足的两类约束。这些内容是全书的基础。第一章电路模型和电路定律CircuitModelandCircuitLaw1电路模型和电路定律第1章电路模型和电路定律1.0电路词义简介1.1电路与电路模型1.2电压和电流的参考方向1.3功率和能量1.4电阻元件1.5独立电源——电压源与电流源1电路模型和电路定律

电路一词的两种含义:

(1)实际电路;(2)电路模型。1电路模型和电路定律由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路。电阻器电容器线圈电池运算放大器晶体管根据实际电路的几何尺寸(d)与其工作信号波长(λ)的关系，可以将它们分为两大类：

(1)集总参数电路(Lumpedcircuit)：满足d<<λ条件的电路。

(2)分布参数电路(Distributedcircuit)：不满足d<<λ条件的电路。说明：本书只讨论集总参数电路,今后简称为电路。第一章电路的基本概念和基本定律低频信号发生器的内部结构第一章电路的基本概念和基本定律数据采集板第一章电路的基本概念和基本定律图1－1手电筒电路实际电路的几种常用电路图表示法(a)实际电路(b)电原理图(c)电路模型(d)拓扑结构图第一章电路的基本概念和基本定律图1－2晶体管放大电路(a)实际电路(b)电原理图(c)电路模型(d)拓扑结构图第一章电路的基本概念和基本定律1.1电路和电路模型（CircuitandCircuitModel)一、电路二、电路模型三、集中参数电路1.1电路和电路模型1.1电路和电路模型

（CircuitandCircuitModel)一、电路：构成电流通路的所有电器装置的集合。1、基本组成（1）电源：提供、产生电能或信号。如：发电机、电池等。（2）负载：取用电能或信号的设备，并将其转化为其它形式的能量。如：电动机、取暖器、喇叭等。（3）中间环节：联接电源和负载的部分，起传输和分配电能的作用。如：导线、放大器、开关等。2、功能（1）提供、产生和传输电能。（2）提供、产生、存储和传输信号。1.1电路和电路模型二、电路模型（Circuitmodel)1、模型化（理想化）：在一定的条件下，突出电器的主要电磁特性，忽略电器的次要电磁特性的现象。3、电路模型：对一个实际的电路，用若干个理想元件互联来近似描述它的电磁特性，则后者为前者的电路模型。2、理想元件(IdealElement)：能集中描述一个电磁特性，并可用精确的数学关系来表示元件，它是对实际器件的近似模拟。1.1电路和电路模型同一器件，在不同的条件下，可得到不同的电路模型。1.1电路和电路模型..RL

例:电感线圈

..R直流低频高频..RLC三、集总参数电路1、集总电路(LumpedCircuit)：由有限个理想元件互联为其电路模型的电路。3、构成集总电路的条件：电路尺寸远远小于电路的工作波波长。2、物理特征：对任一电路，在任一瞬时，导线上的电流处处相等，电路中各点的电压与路径无关。1.1电路和电路模型1.2电流和电压的参考方向

电路的特性是由电流、电压和电功率等物理量来描述的。电路分析的基本任务是计算电路中的电流、电压和电功率。一、电流(Current)

带电粒子(电子、离子)定向移动形成电流。电子和负离子带负电荷，正离子带正电荷。电荷用符号q或Q表示，它的SI单位为库[仑](C)。1.2电流和电压的参考方向

电流的SI单位是安[培](A)。1、定义：单位时间内通过导体横截面的电荷。用符号i

或I表示，其数学表达式为1.2电流和电压的参考方向恒定电流:

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(dc或DC—Directcurrent)，一般用符号I表示。与电流有关的几个名词时变电流:

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AC—Alternatingcurrent)。1.2电流和电压的参考方向2、实际方向：正电荷运动的方向3、参考方向(Referencedirections)：任意规定的方向4、实际方向和参考方向的关系：当电流计算值为正时，实际方向和参考方向一致；当电流计算值为负时，实际方向和参考方向相反。5、电流是个代数量。1.2电流和电压的参考方向

其中dq为由a点移动到b点的电荷量，单位为库[仑](C)，dW为电荷移动过程中所获得或失去的能量，其单位为[焦耳](J)，电压的单位：伏[特](V)。二、电压(Voltage)电荷在电路中移动，就会有能量的交换发生。1、定义：单位正电荷由电路中a点移动到b点所获得或失去的能量，称为ab两点的电压，即1.2电流和电压的参考方向2、实际方向：高电位点指向低电位点3、参考方向：任意规定的方向4、实际方向和参考方向的关系：当电压计算值为正时，实际方向和参考方向一致；当电压计算值为负时，实际方向和参考方向相反。5、电压是个代数量。1.2电流和电压的参考方向

对于二端元件而言，电压的参考极性和电流参考方向的选择有四种可能的方式，如图所示。6、关联参考方向：(associatedreferencedirections)1.2电流和电压的参考方向例：试判别下列电路中各元件电压电流是否为关联。

2V+_2V2Ω+_ui(c)2A+_

(a)-2A+_-2V

(b)1.2电流和电压的参考方向1、参考方向和实际方向的区别和联系；2、物理定律的表达式和电路方程中的符号与参考方向有关；3、分析计算电路时，必须标定电压、电流的参考方向；4、电压、电流是代数量。注意1.2电流和电压的参考方向一、功率(Power)+-ui(a)关联+-ui(b)非关联结论：

P>0吸收或消耗电能

P<0提供或产生电能关联时取正，非关联时取负。1.3功率和能量(PowerandEnergy)1.3功率和能量例：试求下面电路的功率，并指出是吸收还是发出。A3V(a)(b)(c)+-1AB+-2mA-8mvC-+-1A-10v吸收吸收发出

由于能量必须守恒，对于一个完整的电路来说，在任一时刻，所有元件吸收功率的总和必须为零。

电能的SI单位：焦耳(J)。二端元件或二端网络从t0到t时间内吸收的电能为

二、电能(Energy)1.3功率和能量集总参数电路(模型)由电路元件连接而成。电路元件是为建立实际电气器件的模型而提出的一种理想元件，它们都有精确的定义。按电路元件与外电路连接端点的数目，电路元件可分为二端元件、三端元件、四端元件等。(a)二端元件(b)三端元件(c)四端元件1.4电阻元件

Resistance1.4电阻元件常用的各种二端电阻器件电阻器晶体二极管1.4电阻元件金属膜电阻器

METALFILMFIXEDRESISTOR（MFTYPE）金属氧化物电阻器

METALOXIDEFILMRESISTOR(MOFTYPE)碳膜电阻器

CARBONFILMFIXEDRESISTOR

熔断涂覆电阻器

FUSIBLEFILMRESISTOR线绕涂覆电阻器

WIREWOUNDRESISTOR(KNPTYPE)线绕涂覆电阻器

WIREWOUNDRESISTOR(KNHTYPE)

1.4电阻元件一、二端电阻二、线性电阻三、线性电阻元件和电阻器主要内容1.4电阻元件电阻元件的一般定义：一、二端电阻

如果一个二端元件在任一时刻的电压u与其电流i的关系，由u-i平面上一条曲线确定，则此二端元件称为二端电阻元件，其数学表达式为1.4电阻元件

这条曲线称为电阻的特性曲线。它表明了电阻电压与电流间的约束关系(VoltageCurrentRelationship，简称为VCR)。1.4电阻元件电阻的分类：1.

线性电阻与非线性电阻

其特性曲线为通过坐标原点直线的电阻，称为线性电阻；否则称为非线性电阻。2.时变电阻与时不变电阻

其特性曲线随时间变化的电阻，称为时变电阻；否则称为时不变电阻或定常电阻。1.4电阻元件a)线性时不变电阻b)线性时变电阻c)非线性时不变电阻d)非线性时变电阻1.4电阻元件实验表明：在低频工作条件下，晶体二极管的电压电流关系是ui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。1.4电阻元件二、线性电阻

LinearResistance

线性时不变电阻的特性曲线是通过u-i平面(或i-u平面)原点的一条不随时间变化的直线。如图所示。

1.4电阻元件

式中R称为电阻，其SI单位为欧[姆](Ω)

G称为电导，其SI单位为西[门子](S)

欧姆定律+-ui(a)关联+-ui(b)非关联RR1.4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ui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。1.4电阻元件

线性时不变电阻吸收的功率为

当

R>0(或G>0)时，p0，这表明正电阻总是吸收功率，不可能发出功率。当R<0(或G<0)时，p0，这表明负电阻可以发出功率。1.4电阻元件1.5电压源和电流源

VoltageSourceandCurrentSource

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。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——独立电压源和独立电流源。

1.5电压源和电流源

常用的干电池和可充电电池1.5电压源和电流源

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1.5电压源和电流源独立电源1.5电压源和电流源独立电源--电压源和电流源

VoltageSourceandCurrentSource一、理想电压源二、理想电流源三、实际电压源四、实际电流源五、例题1.5电压源和电流源一、理想电压源1、定义：如果一个二端元件的电流无论为何值，其电压保持常量US或按给定的时间函数uS(t)变化，则此二端元件称为理想电压源，简称为电压源。2、电路符号及伏安特性：

“+”

，“-”号表示电压源电压的参考极性。1.5电压源和电流源（2）其端电压由其本身特性确定，与电压源在电路中的位置无关。（3）其输出电流则与其连接的外电路有关。由其电压和外电路共同确定。（1）随着电压源工作状态的不同，它既可发出功率，也可吸收功率。3、特点：

（4）输出电压为零时，可用短路线替代。1.5电压源和电流源二、理想电流源独立电流源是从实际电源抽象出来的另一种电路元件。1、定义：如果一个二端元件的电压无论为何值，其电