電路課件_邱關(guān)源_第五版第一章

1、電電 路路Electric Circuits 電氣信息與自動(dòng)化學(xué)院電氣信息與自動(dòng)化學(xué)院 前言 ( Foreword ) 緒論（Introduction）l課程的性質(zhì)和地位課程的性質(zhì)和地位電類專業(yè)電類專業(yè)的技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)課基礎(chǔ)課學(xué)分：學(xué)分：8為為后續(xù)課程后續(xù)課程奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)l教材及教材及參考書參考書l內(nèi)容內(nèi)容電磁學(xué)電磁學(xué)研究的對(duì)象研究的對(duì)象路路場場電路電路磁路磁路集中參數(shù)電路集中參數(shù)電路分布參數(shù)電路分布參數(shù)電路線性線性非線性非線性集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路分布參數(shù)電路分布參數(shù)電路線性電路線性電路非線性電路非線性電路時(shí)域分析電路時(shí)域分析電路頻域分析電路頻域分析電路直流電阻電路直流電阻

2、電路動(dòng)態(tài)電路動(dòng)態(tài)電路正弦穩(wěn)態(tài)電路正弦穩(wěn)態(tài)電路l時(shí)間安排時(shí)間安排兩學(xué)期兩學(xué)期下學(xué)期內(nèi)容下學(xué)期內(nèi)容上學(xué)期內(nèi)容上學(xué)期內(nèi)容l本課程要求本課程要求總評(píng)成績總評(píng)成績=平時(shí)成績（考勤平時(shí)成績（考勤+作業(yè)作業(yè)+實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)）+ 期末成績期末成績 * * 70% 70% 2、按時(shí)認(rèn)真按時(shí)認(rèn)真完成作業(yè)。完成作業(yè)。1、盡量做到課前、盡量做到課前預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)，一定做到課后，一定做到課后及時(shí)復(fù)習(xí)及時(shí)復(fù)習(xí)，要求課上，要求課上做筆記做筆記。3、認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。l 考分計(jì)算方法考分計(jì)算方法深刻理解深刻理解解題步驟解題步驟，舉一反三。，舉一反三。l學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法活躍課堂氣氛活躍課堂氣氛第1章 電

3、路模型和電路定律(circuit model)(circuit laws) 1.1 1.1 電路和電路模型電路和電路模型 1.2 1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 1.3 1.3 電功率和能量電功率和能量 1.5 1.5 電阻元件電阻元件 1.6 1.6 電容元件電容元件 1.7 1.7 電感元件電感元件 1.8 1.8 電壓源和電流源電壓源和電流源 1.9 1.9 受控電源受控電源 1.10 1.10 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 1.4 1.4 電路元件電路元件 l 重點(diǎn)（重點(diǎn)（emphases）： 電壓、電流的參考方向電壓、電流的參考方向(voltage & curr

4、ent reference direction)3.3.基爾霍夫定律基爾霍夫定律( (Kirchhoff s Laws ) )2.2.電路元件特性電路元件特性(circuit elements characters) 1.1 電路和電路模型（電路和電路模型（circuit model）1.電路電路(實(shí)際實(shí)際)由由電工設(shè)備電工設(shè)備和和電氣器件電氣器件按按預(yù)期目的預(yù)期目的連連接構(gòu)成的接構(gòu)成的電流的通路電流的通路。電路主要由電路主要由電源電源、負(fù)載負(fù)載、連接導(dǎo)線連接導(dǎo)線 及及開關(guān)開關(guān)等構(gòu)成等構(gòu)成。電源電源( (source) )：將將電源與負(fù)載電源與負(fù)載 接成接成 “通路通路” 的的裝置裝置。(1)

5、(1)電路的組成電路的組成能量能量或或信號(hào)（信號(hào)（u、i）的的發(fā)生器發(fā)生器。負(fù)載負(fù)載( (load) )： 將將電能電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為其它形式能其它形式能的的用電設(shè)備用電設(shè)備，或或?qū)?duì)信號(hào)進(jìn)行處理信號(hào)進(jìn)行處理的的設(shè)備。設(shè)備。導(dǎo)線導(dǎo)線( (line) )、開關(guān)（、開關(guān)（switch) )：“激勵(lì)激勵(lì)” (power)“ 響應(yīng)響應(yīng)”（response） (2)(2)電路的作用電路的作用 具有具有能量能量(energy)的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；信息的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；信息(information)的的傳遞與處理；測量、控制傳遞與處理；測量、控制等功能。等功能。電阻器電阻器resistor電容器電容器cap

6、acitor電感電感inductor電池電池battery放大器放大器amplifier晶體管晶體管transistor常見的實(shí)際的電路元件常見的實(shí)際的電路元件保險(xiǎn)管保險(xiǎn)管fuse燈泡燈泡bulbLED (light-emitting diode)低頻信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)低頻信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(low frequency signal generator interior structure)變壓器變壓器transformer可變電阻器可變電阻器rheostat框架框架frame10BASE-T wall plate導(dǎo)線導(dǎo)線電池電池開關(guān)開關(guān)燈泡燈泡2. 電路模型電路模型（circuit mo

7、del）sRLRsU電路圖電路圖 反映實(shí)際電路部件的主要電磁反映實(shí)際電路部件的主要電磁 性質(zhì)性質(zhì) 的的 理想電路元件及其組合理想電路元件及其組合。l電路模型電路模型實(shí)際電路圖實(shí)際電路圖常用常用電路圖電路圖來表示電路模型來表示電路模型實(shí)際電路圖實(shí)際電路圖 (b) 電原理圖電原理圖 電路模型（電路圖）電路模型（電路圖） (d) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（電路的“圖圖”）topology晶體管放大電路晶體管放大電路(a)實(shí)際電路實(shí)際電路 (b)電原理圖電原理圖 (c)電路模型電路模型 (d)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖傳聲器傳聲器microphone幾種基本的理想電路元件：幾種基本的理想電路元件：電阻元

8、件電阻元件：表示消耗電能的元件：表示消耗電能的元件電感元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲(chǔ)存磁場能量的元件：表示產(chǎn)生磁場，儲(chǔ)存磁場能量的元件電容元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲(chǔ)存電場能量的元件：表示產(chǎn)生電場，儲(chǔ)存電場能量的元件電源元件電源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件注注意意l 具有具有相同的相同的主要電磁性能的各實(shí)際電路部件，主要電磁性能的各實(shí)際電路部件， 在一定條件下可用在一定條件下可用同一模型表示同一模型表示；l 同一實(shí)際電路部件在同一實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下不同的應(yīng)用條件下，其，其 模型可以有不同的形式模型可以有不同的形式l理想電

9、路元件理想電路元件ideal circuit elements具有具有確定的電、磁性質(zhì)確定的電、磁性質(zhì)并具有并具有精確的數(shù)學(xué)定義精確的數(shù)學(xué)定義的的假想假想元件元件。例例（example ）：）：電燈、電爐等電燈、電爐等abRparallel connectionseries connection1. 電流的參考方向電流的參考方向 (reference direction)tqtqitddlim) t (0def l電流電流l電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度帶帶 電電 粒粒 子子 有有 規(guī)規(guī) 則則 的的 定定 向運(yùn)向運(yùn) 動(dòng)。動(dòng)。1.2 電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向 (reference direct

10、ion)(Charged particle)單位時(shí)間內(nèi)通過單位時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面導(dǎo)體橫截面的電荷量的電荷量(cross section) 電路中的主要物理量有電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷（電壓、電流、電荷（electric charge）、）、磁鏈、能量、電功率磁鏈、能量、電功率等。在線性（等。在線性（linear）電路分析中人們主要關(guān)）電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是心的物理量是電流、電壓電流、電壓和和功率功率。l 方向方向l 單位單位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、 A元件元件(導(dǎo)線導(dǎo)線)中電流流動(dòng)的方向只有兩種可能中電流流動(dòng)

11、的方向只有兩種可能: 實(shí)際方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向 AABB問題？問題？question 復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，電流的復(fù)雜電路或電路中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，電流的實(shí)際方向往往很難事先判斷？實(shí)際方向往往很難事先判斷？(unit)規(guī)定規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯臑殡娏鞯膶?shí)際方向。實(shí)際方向。(positive charge / negative charage)l參考方向參考方向i 參考方向參考方向大小大小方向方向電流電流(矢量矢量)ABi 0i 0電流的電流的參考方向參考方向與與實(shí)際方向?qū)嶋H方向的關(guān)系的關(guān)系：i 參考方向參考方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向ABi 參考方向參考方

12、向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向AB任意假定任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向即即為電為電流的參考方向。流的參考方向。(vector / scalar）電流電流參考方向的兩種表示參考方向的兩種表示： 用用箭頭箭頭表示：箭頭的指向?yàn)楸硎荆杭^的指向?yàn)殡娏鞯膮⒖挤较颉ｋ娏鞯膮⒖挤较颉?用用雙下標(biāo)雙下標(biāo)表示：如表示：如 iAB , 電流的參考方向由電流的參考方向由A指向指向B。ABiABil 電壓電壓UdqdWUdef l 單位：單位：V (伏伏)、kV、mV、 V2. 電壓的參考方向電壓的參考方向 (voltage reference direction)單位正電荷單位正電荷q 從電路中一點(diǎn)移至從

13、電路中一點(diǎn)移至另一點(diǎn)另一點(diǎn)時(shí)時(shí)電場力做功（電場力做功（W）的大小。）的大小。l 電位電位 l 實(shí)際電壓方向?qū)嶋H電壓方向 電位真正降低減少的方向。電位真正降低減少的方向。單位正電荷單位正電荷q 從電路中一點(diǎn)移至從電路中一點(diǎn)移至參考點(diǎn)（參考點(diǎn)（ 0）時(shí)電場力做功的大小。時(shí)電場力做功的大小。（reference point）例例已知：已知：4C正電荷由正電荷由a點(diǎn)均勻移動(dòng)至點(diǎn)均勻移動(dòng)至b點(diǎn)點(diǎn)電場力做功電場力做功8J，由，由b點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)移動(dòng)到c點(diǎn)電場點(diǎn)電場力做功為力做功為12J，(1) 若以若以b點(diǎn)為參考點(diǎn)點(diǎn)為參考點(diǎn)，求，求a、b、c點(diǎn)點(diǎn)的電位和電壓的電位和電壓Uac解解(solution) bVqW

14、aba 248 0 b VqWqWbccbc 3412VUbaab 202 VUcbbc )(330 (1)以以b點(diǎn)為電位參考點(diǎn)點(diǎn)為電位參考點(diǎn)abc解解VqWaca 54128 0 c VqWbcb 3412 VUbaab 235 VUcbbc 303 (2)結(jié)論結(jié)論（conclusions）：）：以以c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)點(diǎn)為電位參考點(diǎn)（1 1）電路中）電路中電位參考點(diǎn)可任意選擇電位參考點(diǎn)可任意選擇；（2 2）參考點(diǎn)一經(jīng)選定，電路中各點(diǎn)的電位值就是唯一的；）參考點(diǎn)一經(jīng)選定，電路中各點(diǎn)的電位值就是唯一的；（3 3）當(dāng)選擇不同的電位參考點(diǎn)時(shí)，電路中各點(diǎn)電位值將）當(dāng)選擇不同的電位參考點(diǎn)時(shí)，電路中各點(diǎn)電位

15、值將 改變，改變，但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。但任意兩點(diǎn)間電壓保持不變。問題問題?question 復(fù)雜電路或交變電路中，兩點(diǎn)間電壓的復(fù)雜電路或交變電路中，兩點(diǎn)間電壓的實(shí)際方向往實(shí)際方向往往不易判別往不易判別，給實(shí)際電路問題的分析計(jì)算帶來困難。，給實(shí)際電路問題的分析計(jì)算帶來困難。l 電壓電壓(降降)的參考方向的參考方向U 0U參考方向參考方向U+實(shí)際方向?qū)嶋H方向+實(shí)際方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向U+假設(shè)的假設(shè)的電壓降低方向。電壓降低方向。電壓參考方向的三種表示方式電壓參考方向的三種表示方式：(1) 用用箭頭箭頭表示表示(2) 用用正負(fù)極性正負(fù)極性表示表示(3) 用用雙下標(biāo)雙下標(biāo)表示表示UU+AB

16、UABsubscript元件或支路的元件或支路的u，i 采用采用相同相同的參考方向的參考方向稱之為稱之為關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向。反之，稱為反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向3. 關(guān)聯(lián)參考方向（關(guān)聯(lián)參考方向（ interaction in reference direction）i+-+-iUU注意：注意：例例ABABiU電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問：電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問：A、B兩部分電路電壓電流參考方向關(guān)聯(lián)否？兩部分電路電壓電流參考方向關(guān)聯(lián)否？答：答： A 電壓、電流參考方向電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)； B 電壓、電流

17、參考方向電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)。(1) 分析電路前分析電路前必須選定必須選定電壓和電流的電壓和電流的參考方向。參考方向。(2) 參考方向一經(jīng)選定，參考方向一經(jīng)選定，必須必須在圖中相應(yīng)位置在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注標(biāo)注 (包包括方向和符號(hào)），括方向和符號(hào)），在計(jì)算過程中不得任意改變。在計(jì)算過程中不得任意改變。（3）參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式相差一負(fù)號(hào)，但）參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式相差一負(fù)號(hào)，但實(shí)際實(shí)際 方向不變。方向不變。1.3 電路元件的功率電路元件的功率 (power) 電功率電功率（electric power）twpdd iutqqwtwpdddddd功率的單位：功率的單位：W (瓦瓦) (W

18、att，瓦特，瓦特)能量的單位：能量的單位： J (焦焦) (Joule，焦耳，焦耳)單位時(shí)間內(nèi)電場力所做的功單位時(shí)間內(nèi)電場力所做的功qwudd tqidd 2. 電路吸收或發(fā)出功率的判斷電路吸收或發(fā)出功率的判斷 l u, i 取取關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向P = ui 表示元件表示元件吸收吸收(absorb) 的功率的功率P0 表示吸收正功率表示吸收正功率 (實(shí)際吸收實(shí)際吸收)P0 表示發(fā)出正功率表示發(fā)出正功率 (實(shí)際發(fā)出實(shí)際發(fā)出)P0 表示發(fā)出表示發(fā)出負(fù)功率負(fù)功率 (實(shí)際吸收實(shí)際吸收)l u, i 取取非非關(guān)聯(lián)參考方向關(guān)聯(lián)參考方向+-iu+-iu例例564123I2I3I1+-U6U5U4U3U2U