电路第一章-电路的基本概念与基本定律

电路第一章-电路的基本概念与基本定律第1页，课件共65页，创作于2023年2月邱关源编著，电路（第4版），高等教育出版社，2000年J.E.Kemmerly,S.M.Durbin,EngineeringCircuitAnalysis(SixthEdition),2002潘双来等编著，电路学习指导与习题精解，清华大学出版社，2004年周玉坤编译，电路（第7版），电子工业出版社，2005年参考书目黄锦安主编，电路与模拟电子技术，机械工业出版社，

2008年第2页，课件共65页，创作于2023年2月本课程是数字电子技术、数字逻辑、计算机组成等课程的必要先修课，是构建硬件知识体系的重要环节现代社会的各个方面无不与电子技术有着密切的联系，学好电子技术很重要！电路与电子学是计算机类专业的一门技术基础课，主要学习电路基本理论和模拟电子电路的原理和应用课程的性质与重要性第3页，课件共65页，创作于2023年2月1785年法国科学家G.A库仑确定库仑定律

1826年

德国科学家G.S.欧姆提出欧姆定律1831年

法拉第发现电磁感应现象，并制作了第一台发

电机模型1845年

德国科学家G.R.基尔霍夫提出关于电路网络的

基尔霍夫定律1864年

英国A.G.C.麦克斯韦提出了电磁波理论1877年T.A.爱迪生发明了留声机(改进了电话)，1879年发明了白炽灯，1883年发明了热电子发射现象

（爱迪生效应）

1904年英国人J.A.弗莱明发明了电子二极管电子电工技术的发展第4页，课件共65页，创作于2023年2月1904年

美国德.福雷斯特发明了电子三极管1948年

第一只晶体管诞生1958年美国基尔比制成第一块集成电路，6个月后诺伊斯制成第一块硅集成电路

1971年美国M.E.霍夫制成第一台四位微处理器4004

1975年美国莱因哈特和洛发明集成光路

1976年美国S.克雷制成第一部微型计算机“克雷-I”

1983年我国研制成功第一台速度为1亿次的“银河”巨型

计算机1984年我国成功发射第一颗通信卫星

第5页，课件共65页，创作于2023年2月水立方

——建筑学、电子学、光学的结合

第6页，课件共65页，创作于2023年2月电路基本概念电路基本定理电路基本分析方法本学期课程的重点第7页，课件共65页，创作于2023年2月

遵循从简到繁、从易到难的原则体系上先静态（直流电路分析－－定理）后稳态（正弦和非正弦周期电路－相量）再暂态（过渡过程分析）纵览一至六章内容第8页，课件共65页，创作于2023年2月

电路的基本概念与基本定律电路的分析方法（支路电流法、网孔电流法、节点电压法等）正弦交流电路三相交流电路电路的频率特性（RC、LC、RLC电路）电路的暂态分析本学期课程的主要内容第9页，课件共65页，创作于2023年2月1.1电路与电路模型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（电压源、电流源）1.5基尔霍夫定律1.6电位的计算1.7非独立电源——受控源

第1章电路的基本概念及基本定律第10页，课件共65页，创作于2023年2月

进行信号的处理和传递

进行能量的转换和传输

进行信息的存储1.1电路与电路模型1.1.1电路的作用第11页，课件共65页，创作于2023年2月1.1

电路与电路模型1.1.2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）通过导线等（中间环节）连接而构成的提供给电荷流动的通路，电路是构成电流通路的一切设备总和。

当电场被束缚在电荷流动的路径周围很小的范围时，即形成电路，可用“路”的理论来分析处理。第12页，课件共65页，创作于2023年2月电阻器电容器电池运算放大器晶体管1.1电路与电路模型电路元器件开关第13页，课件共65页，创作于2023年2月实际电路是为完成某种预期的目的而设计的，具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能。我们课程的研究对象不是实际电路，而是从实际电路中抽象出来的理想化的电路，即实际电路的模型，研究其中的电压、电流和功率分配等。电路模型将电路的主要性能用数学方法表达出来，电路模型反映了原电路工作的主要特性，并且这些特性是已经数学化了的，便于用数学方法进行分析。1.1电路与电路模型1.1.3

电路模型第14页，课件共65页，创作于2023年2月电路模型中，构成电路的不再是千差万别的各种实际元器件，而是数量有限的理想元件，具有很好的规范性。有利于设计、交流。1.1电路与电路模型建立电路模型的意义第15页，课件共65页，创作于2023年2月2）用理想元件实现每个元器件的特性，构成元器件的模型1）对电路中的每个元器件特性建立数学模型3）把所有元器件的电路模型按照原电路结构连接起来，形成电路的模型

怎样建立电路模型1.1电路与电路模型第16页，课件共65页，创作于2023年2月电路的组成

电源：产生电能或提供电信号

负载：消耗电能或取用电信号

中间环节：对电能或电信号进行控制、分配、处理等1.1电路与电路模型第17页，课件共65页，创作于2023年2月电路模型1.1电路与电路模型第18页，课件共65页，创作于2023年2月实际电路220V开关S镇流器L启辉器Q日光灯管R电容器CR

LsCus

+-电路模型1.1电路与电路模型第19页，课件共65页，创作于2023年2月

理想电路元件与模型

电阻元件R

电感元件L

电容元件C

无源元件与模型消耗电能..R存储电场能量..C存储磁场能量..L1.1电路与电路模型第20页，课件共65页，创作于2023年2月1.1电路与电路模型

理想电路元件及模型

电压源

电流源

有源元件与模型..Us..us(t)+_..is(t)..Is第21页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向

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、电压和功率第22页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向(一)电流

量纲：安培（A）

电流（电流强度）是由电荷（带电粒子）有规则的定向运动形成的。1kA=103A；1mA=10-3A；1μA=10-6A1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：第23页，课件共65页，创作于2023年2月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表示方法：第24页，课件共65页，创作于2023年2月1.2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DC—Directcurrent)，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AC—Alternatingcurrent)第25页，课件共65页，创作于2023年2月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i>0时参考方向与实际方向一致

当i<0时参考方向与实际方向相反

..iABi代表数量

本质：第26页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向（二）电位

电荷在电路中移动，就会有能量的交换

单位：伏特（V）

a点电位：

某点的电位（电势）是单位正电荷在该点具有的电位能，在数值上等于电场力将单位正电荷沿任意路径从该点移动到参考点所作的功第27页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向（三）电压

单位：伏特（V）

电路中a、b两点之间的电位差（电压）uab：将单位正电荷从a点移到b点所需的能量或功1kV=103V；1mV=10-3V；1μV=10-6V..abq+WaWb失去电位能Wa-Wb第28页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向

恒定电压量值和方向均不随时间变化的电压，称为恒定电压，简称为直流电压，一般用符号U表示

时变电压量值和方向随时间变化的电压，称为时变电压，一般用符号u表示。时变电压在某一时刻t的值u(t)，称为瞬时值

交流电压量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电压第29页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向

电压的参考方向★

标定方式

约定：

是一种任意选定的方向当u>0时参考方向与实际方向一致

当u<0时参考方向与实际方向相反

u代表数量

本质：..uABu+_“+”为高电位端“－”为低电位端第30页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向

电压与电流的关联参考方向★★

若选定的电流参考方向从标有与电压“＋”极性的一端流入，从电压“－”极性的一端流出，则称电流和电压的参考方向一致则称为关联参考方向，反之则为非关联参考方向..iABu+_

强调：关联参考方向一定是针对某一段电路而言第31页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向

电压与电流的关联参考方向第32页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向（四）电动势

电动势表征电源中外力（非电场力）作功的能力，其值等于外力克服电场力把单位正电荷从负极移动到正极所作的功，其方向从负极指向正极，即电位升高的方向。E（e）表示。R

LsCus

+-第33页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向（五）功率★功率：单位时间内吸收或释放的能量。在关联参考方向下瞬时功率：

若u(t)与i(t)在非关联参考方向下：必须加上负号！第34页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向

功率

当p>0时，吸收功率

量纲：瓦特（W）

当p<0时，发出功率

第35页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向

功率的计算例1.2.1求图中元件的功率，并判断该元件是吸收还是产生功率？第36页，课件共65页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量及其参考方向

功率的计算例1.2.2图中方框泛指元件，已知四个元件电压均为5V，IA＝1A，IB＝－2A，PC吸＝－20W，PD吸＝10W，试求元件A和B的功率及C和D的电流？第37页，课件共65页，创作于2023年2月1.3电阻元件

常用的各种二端电阻器件

电阻器晶体二极管第38页，课件共65页，创作于2023年2月1.3

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)绕涂覆电阻器

WIREWOUNDRESISTOR(KNHTYPE)

第39页，课件共65页，创作于2023年2月1.3电阻元件

(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i-u平面上的一条曲线表征时称之为电阻

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

第40页，课件共65页，创作于2023年2月1.3电阻元件0iu

线性电阻..iu+_R（关联）第41页，课件共65页，创作于2023年2月1.3

电阻元件

欧姆定律..iu+_R..iu+_R第42页，课件共65页，创作于2023年2月1.3电阻元件

欧姆定律的另一种形式..iu+_R(G)—电导（S）第43页，课件共65页，创作于2023年2月1.3电阻元件

电阻功率的计算..iu+_R..iu+_R,电阻元件始终吸收功率，消耗电能

电源在电路中可能吸收功率，也可能发出功率

第44页，课件共65页，创作于2023年2月1.3电阻元件

例1.3.1

已知u1=1V,u2=-3V,u4=-4V,u5=－1V,u6=-3V,

i1=2A,i2=1A,i3=-1A,求uab和uad及各段电路的功率并指明吸收还是发出功率。2i1u2+_cb1u1+_4u4+_i26u6+_5u5+_i3dfae..第45页，课件共65页，创作于2023年2月1.3电阻元件

解：uab=uac+ucb=-u1+u2=-(1)+(-3)=-4V2i1u2+_cb1u1+_4u4+_i26u6+_5u5+_i3dfae..uad=u6=-3V;p1=-u1i1=-2W<0(发出)p2=u2i1=-6W<0(发出);p4=－u4i2=4W<0(吸收);p5=u5i3=1W<0(吸收)p6=u6i3=3W>0(吸收)第46页，课件共65页，创作于2023年2月1.3电阻元件

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第47页，课件共65页，创作于2023年2月1.4

电压源和电流源

独立电源

指电源输出的电压（电流）仅由独立电源本身性质决定,与电路中其余部分的电压（电流）无关

电压源

电流源第48页，课件共65页，创作于2023年2月1.4

电压源和电流源

独立电源第49页，课件共65页，创作于2023年2月1.4

电压源和电流源1.4.1电压源

若一个二端元件输出电压恒定则称为理想电压源

电路符号1、理想电压源..us(t)+_..Us第50页，课件共65页，创作于2023年2月1.4

电压源和电流源

直流稳压电源第51页，课件共65页，创作于2023年2月1.4

电压源和电流源

基本性质

理想电压源Us+_IU+_R

输出电压恒定，和外电路无关

其流过的电流由外电路决定

第52页，课件共65页，创作于2023年2月1.4

电压源和电流源

伏安曲线

理想电压源Us+_IU+_R0UIUs第53页，课件共65页，创作于2023年2月1.4

电压源和电流源

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。

电路模型1.4.2实际电压源us+_Rsi..u+_第54页，课件共65页，创作于2023年2月1.4

电压源和电流源

伏安曲线

实际电压源us+_Rsi..u+_0uius第55页，课件共65页，创作于2023年2月1.4

电压源和电流源

三种工作状态

实际电压源us+_Rsi..u+_

加载:

开路:(uoc开路电压)

短路:(isc短路电流)

Rs越小越好

实际应用中，电压源不允许短路

第56页，课件共65页，创作于2023年2月1.4

电压源和电流源1.4.2电流源

若一个二端元件输出电流恒定则称为理想电流源