《電路》第五版_課件_第1章_四川理工

1、電電 路路 原原 理理陶陶 雪雪 容容 61637四川理工學(xué)院電子教研室四川理工學(xué)院電子教研室2012年3月課程考核：課程考核：v平時成績平時成績:30% 遲到、早退、缺席一次扣3分! ! ! 上課期間隨意講話被點名一次扣3分! ! ! 直到扣完30分為止! ! ! 平時成績不及格（即小于平時成績不及格（即小于18分）取消期末分）取消期末 考試資格考試資格! ! ! 作業(yè)、實驗（作業(yè)缺三分之一、實驗缺一作業(yè)、實驗（作業(yè)缺三分之一、實驗缺一次，次，取消期末考試資格取消期末考試資格! ! !） v卷面成績卷面成績:70%電路分析基礎(chǔ)電路分析基礎(chǔ) 李翰蓀李翰蓀電路基本理論電路基本理論 美美 . 狄蘇

2、爾、葛守仁狄蘇爾、葛守仁電路原理電路原理 江澤佳江澤佳主要參考書主要參考書電路原理課程與原來學(xué)過的電路電路原理課程與原來學(xué)過的電路有什么區(qū)別？有什么區(qū)別？v研究對象更復(fù)雜研究對象更復(fù)雜v研究方法更多樣研究方法更多樣v引入很多重要概念引入很多重要概念v工程思想的有效載體工程思想的有效載體電路是你的第一門工程類課電路是你的第一門工程類課計算結(jié)果的表示計算結(jié)果的表示 與與 哪個大？哪個大？模型精度與計算方便程度的折中模型精度與計算方便程度的折中 不是結(jié)果越精確越好不是結(jié)果越精確越好303650.08什么是電路？什么是電路？電路電路就是由若干就是由若干電氣元件電氣元件相互連接構(gòu)成的相互連接構(gòu)成的電電流

3、通路流通路本課程中接觸的本課程中接觸的電氣元件電氣元件有有 電阻、電容、電感、二極管、理想運算放電阻、電容、電感、二極管、理想運算放大器、互感線圈、理想變壓器等大器、互感線圈、理想變壓器等為什么要學(xué)習(xí)電路？為什么要學(xué)習(xí)電路？v從學(xué)術(shù)的觀點來看從學(xué)術(shù)的觀點來看 -電氣工程和計算機科學(xué)的基礎(chǔ)電氣工程和計算機科學(xué)的基礎(chǔ)v從實際情況來看從實際情況來看 -電路原理是許多高級課程的先修課電路原理是許多高級課程的先修課 -熟練掌握電路原理對現(xiàn)實生活有幫助熟練掌握電路原理對現(xiàn)實生活有幫助電路原理課程與后續(xù)課程電路原理課程與后續(xù)課程電路理論（電路原理）電路理論（電路原理）電路分析電路分析電路綜合電路綜合第一章第

4、一章 電路模型與電路定理電路模型與電路定理1-1 電路和電路模型電路和電路模型1-4 電路元件電路元件1-2電流和電壓的參考方向電流和電壓的參考方向1-5 電阻元件電阻元件1-3 電功率和能量電功率和能量1-10 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1-6 電容元件電容元件1-7 電感元件電感元件1-9 受控電源受控電源 1-8 電壓源和電流源電壓源和電流源1、參考方向、參考方向2、幾種元件的基本概念、幾種元件的基本概念 3、基爾霍夫定律、基爾霍夫定律1、參考方向、參考方向2、電流源、電壓源、受控源的特性、電流源、電壓源、受控源的特性重點重點難點難點1-1 電路和電路模型電路和電路模型1、電路的組成、電路

5、的組成電路電路電源（發(fā)電廠、干電池、光電池）電源（發(fā)電廠、干電池、光電池）負(fù)荷（電動機、揚聲器）負(fù)荷（電動機、揚聲器）導(dǎo)線與開關(guān)（輸電線路、電路板）導(dǎo)線與開關(guān)（輸電線路、電路板）如何看待電路如何看待電路根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)電阻電路（代數(shù)方程）電阻電路（代數(shù)方程）動態(tài)電路（微分方程）動態(tài)電路（微分方程） i1 i3 R1 R2 + US1 1 + 2 R3 - - US2 i2 S（t = 0） + uR - R + + _ Us C uc i _ 暫態(tài)分析暫態(tài)分析穩(wěn)態(tài)分析穩(wěn)態(tài)分析根據(jù)感興趣的時段根據(jù)感興趣的時段 i, uC US uC US/R i 0 t 根據(jù)電源性質(zhì)根據(jù)電源性質(zhì)直流電路

6、直流電路交流電路交流電路本學(xué)期的主要內(nèi)容本學(xué)期的主要內(nèi)容電阻電路電阻電路動態(tài)電路動態(tài)電路直流電路直流電路交流電路交流電路暫態(tài)分析暫態(tài)分析穩(wěn)態(tài)分析穩(wěn)態(tài)分析v線性電阻電路線性電阻電路v非線性電阻電路非線性電阻電路v線性動態(tài)電路的時域分析線性動態(tài)電路的時域分析v正弦激勵下線性動態(tài)電路的穩(wěn)態(tài)分析正弦激勵下線性動態(tài)電路的穩(wěn)態(tài)分析1）理想電路元件）理想電路元件2、電路模型、電路模型實際電路元件實際電路元件抽象抽象簡單的簡單的u-i關(guān)系關(guān)系基本理想電路元件基本理想電路元件電阻：電阻：u-i是代數(shù)是代數(shù) 關(guān)系關(guān)系電感：電感：u是是i的微分的微分 關(guān)系關(guān)系電容：電容：i是是u的微分的微分 關(guān)系關(guān)系電源：電源：u

7、-i相互獨立相互獨立2）電路建模）電路建模R+RoE+UI抽象抽象電壓，電流，電壓，電流，電位，電荷，磁通電位，電荷，磁通3、電路變量、電路變量1 1）電流：）電流：電荷的時間變化率電荷的時間變化率0( )limdeftqdqi ttdt AB單位時間內(nèi)從單位時間內(nèi)從A A到到B B的電荷量的電荷量單位單位: : 安培安培 A A直流電流直流電流 交流電流交流電流理想直流電流理想直流電流(I) (I) 正弦交流電流正弦交流電流( ) i2 2）電壓：）電壓：電場力移動單位電荷做的功電場力移動單位電荷做的功ABABdwudq電場力電場力將單位電荷從將單位電荷從A A移動到移動到B B所作的功所作

8、的功AB經(jīng)常稱為經(jīng)常稱為: : 電壓降電壓降BAABBAABdwdwuudqdq 3 3）電位：）電位：某點到參考點的電壓降某點到參考點的電壓降參考點的電位為零參考點的電位為零符號符號: :V V單位單位: :伏（伏（V V）C C為參考點為參考點0cV ,aacbbcddcVUVUVU已知已知（1 1）任意兩點之間的）任意兩點之間的電壓電壓（2 2）某點的）某點的電位電位是該點到參考點的電壓降是該點到參考點的電壓降兩點的電位和兩點之間的電壓有什么關(guān)系？兩點的電位和兩點之間的電壓有什么關(guān)系？0cV acaUVdcdUVacaddcUUUadacdcadUUUVV兩點間的電壓等于兩點間的電位差兩

9、點間的電壓等于兩點間的電位差KVL例：例： ， ，1.5abUV1.5bcUV求求 ， ， ，aVbVcVacU （1 1）a a為參考點，為參考點， 0aV ababUVV1.5baabVVUV bcbcUVV1.5 1.53cbbcVVUV 0( 3)3acacUVVV ababUVV1.5ababVVUVbcbcUVV1.5cbbcVVU 1.5( 1.5)3acacUVVV （2 2）b b為參考點，為參考點， 0bV 兩點間的電壓不隨參考點的選擇而變化兩點間的電壓不隨參考點的選擇而變化4 4）電動勢：）電動勢：非電場力將單位電荷從非電場力將單位電荷從B B移到移到A A所做的功所做的

10、功BABAdwedq單位單位: :伏（伏（V V）BAeABU電位的電位的升高升高電位的電位的降低降低BAABeVVABABUVVBAABeU電壓電流的參考方向電壓電流的參考方向（1 1）為什么要引入?yún)⒖挤较?？）為什么要引入?yún)⒖挤较?？（a a）電壓或電流的方向不確定）電壓或電流的方向不確定？（b b）電壓或電流的方向）電壓或電流的方向隨時間變化隨時間變化abimIsinittO/2TT如何求電流？如何求電流？0,02Tti 實際方向與參考方向相同實際方向與參考方向相同,02TtT i 實際方向與參考方向相反實際方向與參考方向相反（2 2）電流的參考方向電流的參考方向電流的實際方向電流的實際方向

11、AB實際方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向ii實際方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向參考方向參考方向0i 0i AABB表示電流參考方向的兩種方法：表示電流參考方向的兩種方法：v箭頭箭頭v雙下標(biāo)（雙下標(biāo)（iAB）：參考方向從）：參考方向從A指向指向B1IA例：例：實際方向從實際方向從A到到B如果參考方向為如果參考方向為I1， I1=1A如果參考方向為如果參考方向為I2， I2=-1AI1I2實際方向?qū)嶋H方向參考方向參考方向參考方向參考方向0U 0U ABAB實際方向?qū)嶋H方向+-+-（3 3）電壓的參考方向）電壓的參考方向UU10ABUV例：例：實際極性實際極性如果參考方向為

12、如果參考方向為U1， U1=10V如果參考方向為如果參考方向為U2， U2=-10V+U1+U2表示電壓參考方向的三種方法：表示電壓參考方向的三種方法：(1)箭頭箭頭(2)正負(fù)極性正負(fù)極性(3)雙下標(biāo)雙下標(biāo)表示電動勢參考方向的三種方法表示電動勢參考方向的三種方法e+-eeBA（4 4）元件上電壓的參考方向和電流參考方向的）元件上電壓的參考方向和電流參考方向的關(guān)系關(guān)系關(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uRiuRi 3、計算計算值的正負(fù)值的正負(fù)與與參考方向參考方向結(jié)合起來結(jié)合起來考察才有意義考察才有意義 說明說明1、參考方向是電路理論學(xué)習(xí)的參考方向是電路理論學(xué)習(xí)的難點難點2、參考

13、方向一旦選定參考方向一旦選定不可隨意變更不可隨意變更4 4、電路的功率、電路的功率(1)、功率：功率：dqidt單位時間內(nèi)從單位時間內(nèi)從A A到到B B的電荷量的電荷量ABdwudq將單位電荷從將單位電荷從A A移動到移動到B B所作的功所作的功關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)dwdw dqpuidtdq dt單位時間內(nèi)從單位時間內(nèi)從A A移動到移動到B B所作的功所作的功(2)、功率的計算：功率的計算：關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)，元件吸收的功率元件吸收的功率0p 吸吸0p 吸吸（元件真正吸收的功率）（元件真正吸收的功率）（元件真正發(fā)出的功率）（元件真正發(fā)出的功率）pui吸吸，元件發(fā)出的功率元件發(fā)出的功率0p 發(fā)發(fā)0p 發(fā)

14、發(fā)（元件真正發(fā)出的功率）（元件真正發(fā)出的功率）（元件真正吸收的功率）（元件真正吸收的功率）pui發(fā)發(fā)記憶方法記憶方法1 1pui吸吸 關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)發(fā)發(fā) 非關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)記憶方法記憶方法2 2關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)非關(guān)聯(lián)pui發(fā)發(fā) 元件發(fā)出的功率元件發(fā)出的功率，元件吸收的功率元件吸收的功率()puiui 吸吸，元件吸收的功率元件吸收的功率pui吸吸永遠(yuǎn)用關(guān)聯(lián)計算永遠(yuǎn)用關(guān)聯(lián)計算p ui吸吸-iI例例110 ,1UV IA,U I為真實方向為真實方向解：解：=10 110RPUIW 吸電阻吸收功率：電阻吸收功率：10W=10 110UPUIW 發(fā)電源發(fā)出功率：電源發(fā)出功率：10W方法方法1 1=10 110RPUI

15、W 吸電阻吸收功率：電阻吸收功率：10W=()10 110UPUIW 吸電源發(fā)出功率：電源發(fā)出功率：10W方法方法2 2例例2，求電阻和電源的功率，求電阻和電源的功率1210 ,5UV UVI+ +- -RU12=()5 15RRPU IUUIW 吸1110 110UPU IW 發(fā)1210515UUIAR225 15UPU IW 吸=10=5+5=10PWPW吸發(fā)，=PP吸發(fā)功率守恒功率守恒電阻總是吸收功率，電源可能吸收也可能發(fā)出功率電阻總是吸收功率，電源可能吸收也可能發(fā)出功率解：解：電路中被吸收的功率之和一定等于發(fā)出的功率之和電路中被吸收的功率之和一定等于發(fā)出的功率之和問題問題所有支路電壓與

16、電流均采用所有支路電壓與電流均采用關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)參考方向。求電流參考方向。求電流I1I I7 7KCL+KVL+元件約束元件約束規(guī)范地列寫方程規(guī)范地列寫方程等效變換等效變換節(jié)點電壓法、回路電流法節(jié)點電壓法、回路電流法 電路元件是電路最電路元件是電路最基本的組成單元基本的組成單元。 電路元件按與外部連接的端子數(shù)目可分為電路元件按與外部連接的端子數(shù)目可分為二端、二端、三端、四端三端、四端元件等。元件等。 電路元件還可分為電路元件還可分為無源無源元件和元件和有源有源元件，元件，線性線性元件和元件和非線性非線性元件，元件，時不變時不變元件和元件和時變時變元件元件電路元件電路元件書上書上1313頁第二行頁第二

17、行集總參數(shù)元件集總參數(shù)元件 如果電路的尺寸遠(yuǎn)小于工作電磁波的波長，則如果電路的尺寸遠(yuǎn)小于工作電磁波的波長，則可將該電路建模為可將該電路建模為集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路。否則，只能建模為。否則，只能建模為分布參數(shù)電路分布參數(shù)電路一、電阻元件一、電阻元件(1)電路符號：電路符號：(2)歐姆定律：歐姆定律：+-uia)電壓電流取關(guān)聯(lián)參考方向電壓電流取關(guān)聯(lián)參考方向uRi單位單位: :歐（歐（）R:R:電阻電阻令令1GRG:G:電導(dǎo)電導(dǎo)單位單位: :西門子（西門子（S S）歐姆定律（關(guān)聯(lián)參考方向下）歐姆定律（關(guān)聯(lián)參考方向下）iGu關(guān)聯(lián)參考方向下線性電阻的關(guān)聯(lián)參考方向下線性電阻的 關(guān)系關(guān)系uiuRi u 0

18、 i Rtg代表什么物理意義？代表什么物理意義？0=90和b)電壓電流取非關(guān)聯(lián)參考方向電壓電流取非關(guān)聯(lián)參考方向+-ui歐姆定律：歐姆定律：-uRi-iGu或或公式的列寫必須根據(jù)參考方向！公式的列寫必須根據(jù)參考方向！(3)電阻的功率電阻的功率+-ui+-ui22=uPuii RR吸22=-uPuii RR吸uiR 無論參考方向如何選取，電阻始終消耗功率無論參考方向如何選取，電阻始終消耗功率(4)非線性電阻非線性電阻 u 0 i 線性網(wǎng)絡(luò)線性網(wǎng)絡(luò)激勵激勵網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)響應(yīng)滿足齊次性和可加性，即滿足齊次性和可加性，即成立成立線性電阻線性電阻uRi非線性電阻非線性電阻/(1)TMu UsiIeAe1(t

19、) +Be2(t)Ar1(t) +Br2(t)e1(t)r1(t)線性網(wǎng)絡(luò)線性網(wǎng)絡(luò)e2(t)r2(t)(5)時變電阻時變電阻即輸出響應(yīng)與輸入信號外加時刻無關(guān)即輸出響應(yīng)與輸入信號外加時刻無關(guān)線性時不變電阻線性時不變電阻( )( )u tR i t線性時變電阻線性時變電阻電阻電阻 是時間是時間t t的函數(shù)的函數(shù)( )R t+-( )u t( )i t( )( )( )u tR ti t時不變元件時不變元件e1(t)r1(t)時不變元件時不變元件r1(t-)e1(t-)二、獨立電源二、獨立電源1.理想獨立電壓源理想獨立電壓源電路符號：電路符號：1）特性）特性a)a)獨立電壓源兩端的電壓與電路其余部分

20、無關(guān)獨立電壓源兩端的電壓與電路其余部分無關(guān)直流：直流： 為常數(shù)（為常數(shù)（ ）susU交流：交流： 隨時間變化，可以表示為隨時間變化，可以表示為sucossmuUtb)b)獨立電壓源的電流由外電路決定獨立電壓源的電流由外電路決定U+-I2）u-i 特性特性 u 0 i sU意味著什么？意味著什么？0sU 伏安特性（外特性）伏安特性（外特性）與與R=0的伏安特性有的伏安特性有什么不同嗎？什么不同嗎？2.理想獨立電流源理想獨立電流源電路符號：電路符號：1）特性）特性a)a)流經(jīng)獨立電流源的電流與電路其余部分無關(guān)流經(jīng)獨立電流源的電流與電路其余部分無關(guān)直流：直流： 為常數(shù)（為常數(shù)（ ）sisI交流：交流

21、： 隨時間變化，可以表示為隨時間變化，可以表示為sismiI sin t11RIA ，1UV101RIA，10UVb)b)獨立電流源上的電壓由外電路決定獨立電流源上的電壓由外電路決定2）u-i 特性特性 u 0 i sI意味著什么？意味著什么？0sI 3.獨立電源的開路與短路獨立電源的開路與短路短路：短路：0R 0siiu，開路會怎么樣？開路會怎么樣？開路：開路：R 0siuu，短路會怎么樣？短路會怎么樣？4.獨立電源的功率獨立電源的功率=sPu i發(fā)=-sPu i吸=sPui發(fā)=-sPui吸5.實際電源實際電源實際電壓源實際電壓源實際電流源實際電流源 特性？特性？ui三、受控電源三、受控電源

22、1 定義定義受控電壓源：受控電壓源：該該電壓源電壓源的電壓的電壓由電路中其他電壓或電流控制由電路中其他電壓或電流控制受控電流源：受控電流源：該該電流源電流源的電流的電流由電路中其他電壓或電流控制由電路中其他電壓或電流控制電路符號：電路符號：受控電壓源受控電壓源受控電流源受控電流源i1i2u1u2bce+ +_u2i1u1=0 i1i2bcee三極管簡化模型三極管簡化模型2 分類分類a)a)流控電流源流控電流源b)b)流控電壓源流控電壓源10u 21ii：常數(shù)，轉(zhuǎn)移電流比：常數(shù)，轉(zhuǎn)移電流比10u 21ui：常數(shù)，轉(zhuǎn)移電阻：常數(shù)，轉(zhuǎn)移電阻c)c)壓控電流源壓控電流源d)d)壓控電壓源壓控電壓源10

23、i 21igu10u 21uu：常數(shù)，轉(zhuǎn)移電導(dǎo)：常數(shù)，轉(zhuǎn)移電導(dǎo)g：常數(shù)，轉(zhuǎn)移電壓比：常數(shù)，轉(zhuǎn)移電壓比如果如果 為常數(shù)，則這些受控源就成為為常數(shù)，則這些受控源就成為線性受控源線性受控源g， ， ，書上書上1919頁最后一段頁最后一段受控源與獨立電源的比較受控源與獨立電源的比較(1)(1)獨立電源的電壓（或電流）由電源本身決定，而獨立電源的電壓（或電流）由電源本身決定，而受控源電壓（或電流）直接由控制量決定。受控源電壓（或電流）直接由控制量決定。(2)(2)獨立電源獨立電源作為電路中的作為電路中的激勵激勵，在電路中產(chǎn)生電壓、，在電路中產(chǎn)生電壓、電流。而電流。而受控源受控源在電路中在電路中不能作為激

24、勵。不能作為激勵。3 3討論討論1、與獨立源的區(qū)別、與獨立源的區(qū)別 3、 控制量支路要明確標(biāo)出控制量支路要明確標(biāo)出均均不能隨意變移，不能隨意變移，且受控量的且受控量的大小大小和和方向方向均均受其制約受其制約受控源能扮演獨立源的角色受控源能扮演獨立源的角色 受控源不直接起激勵的作用受控源不直接起激勵的作用2、與無源元件的區(qū)別、與無源元件的區(qū)別當(dāng)：當(dāng)： I2 = 2A有：有： U2 = 6VU28V23416U2I1I2+_UVUU4)614(2(1)(1)獨立電源的電壓（或電流）獨立電源的電壓（或電流）由電源本身決定，而受控源電壓由電源本身決定，而受控源電壓（或電流）直接由控制量決定。（或電流）

25、直接由控制量決定。1-10 1-10 基爾霍夫定律基爾霍夫定律基爾霍夫定律（基爾霍夫定律（Kirchhoffs Laws）.術(shù)語術(shù)語1.支路：支路： 若干元件無分叉地首尾相連構(gòu)成一條支路（若干元件無分叉地首尾相連構(gòu)成一條支路（b）2.節(jié)點：節(jié)點： 三個或更多支路的連接點（三個或更多支路的連接點（n）3.回路：回路： 由支路組成的閉合路徑（由支路組成的閉合路徑（l）4.網(wǎng)孔：網(wǎng)孔： 平面電路中不與其余支路相交的回路平面電路中不與其余支路相交的回路流過同一個電流流過同一個電流123ab.基爾霍夫電流定律（基爾霍夫電流定律（KCL）:流入流入節(jié)點的節(jié)點的電流電流的代數(shù)和為零的代數(shù)和為零流出流出節(jié)點的

26、節(jié)點的電流電流的代數(shù)和為零的代數(shù)和為零書上書上2121頁第頁第5 5行行( )0i t 1i2i3i4i12340iiii1324iiii( )( )iti t入出例例方程列寫前提：方程列寫前提：1 1）標(biāo)定各支路電流的參考方向）標(biāo)定各支路電流的參考方向2 2）確定正負(fù)（流出為）確定正負(fù)（流出為“+ +”或流入為或流入為“+ +”）廣義廣義KCLKCL的推廣定理的推廣定理1230iiiKCL不但適用于節(jié)點也適用不但適用于節(jié)點也適用于電路中任意假設(shè)的包含多個于電路中任意假設(shè)的包含多個節(jié)點的封閉面，即廣義節(jié)點。節(jié)點的封閉面，即廣義節(jié)點。例：例：求下面電路中求下面電路中I=？+-9V2A7AI278253+-6V44AI1=5A5+4+I=0I= -9(A)AB+_1111113+_21.UA =UB?i12.AB+_1111113+_2i1=i2?i2i1.基爾霍夫電壓定律（基爾霍夫電壓定律（KVL）:( )0u t I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_環(huán)繞方向：環(huán)繞方向：順時針順時針逆時針逆時針順時針順時針回路中所有回路中所有電壓（降）電壓（降）的代數(shù)和為零的代數(shù)和為零U3U2U4U1-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0US4+U2+U3+U4= U1+US1( )(