《电路》课件1

电路 (Circuit)孙长平临沂大学理学院一.本课程的基本任务：1.性质：入门性技术基础课。

2.为什么要学习电路？ 从学术的观点来看电路是电子信息与科学技术、 电子信息工程、电气工程等专业的基础。

从实际情况来看电路原理是许多高级课程的先修 课程。

二.本课程的学习要求掌握基本概念、基本定理、基本分析方法。

培养独立分析、解决问题的能力。

培养严谨、科学的作风和治学态度。

三.学习方法和要求ƒ 抓住好两个主要环节。

（a）课堂听课。

（b）课前预习和课后练习。

ƒ 处理好几个关系。

（a）听课与笔记。

（b）作业与复习。

（c）理论与实践。

第1章电路模型和电路定律1.1 1.1 电路和电路模型 电路和电路模型 1.2 1.2 电流和电压的参考方向 电流和电压的参考方向 1.3 1.3 电功率和能量 电功率和能量 1.4 1.4 电路元件 电路元件 1.5 1.5 电阻元件 电阻元件 1.6 1.6 电压源和电流源 电压源和电流源 1.7 1.7 受控电源 受控电源 1.8 1.8 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律第1章 电路模型和电路定律 z 重点： 重点： z 1. 电压、电流的参考方向 2. 电阻元件和电源元件的特性 3. 基尔霍夫定律1.1 电路和电路模型（model)电路———为了某种需要由某些电工设备和元件按一定方式组合起来的电流通路。

1. 实际电路实际电路举例 控制开关开关 灯泡10BASE-T wall plate负载电池 导线电源导线2. 实际电路的两个主要作用（1）电能的传输、分配和转换电力系统示意图发电机升压 变压器降压 变压器用电 设备（2）传递和处理信号扩音机电路示意图输入输出放大器 杨声器 话筒 直流电源3. 电路中的几个概念 激励——电源或信号源的电压或电流，也称为 输入。

响应——由激励在电路各部分产生的电压和电流， 也称为输出。

电路分析——在已知电路结构和元件参数的条件 下，讨论电路的激励和响应间的关系。

电路理论——研究电路中发生的电磁现象，并用电流、 电荷、电压、磁通等物理量描述其过程。

电路理论主要用于计算电路中各器件的端子电流和端子间 的电压，并不涉及内部发生的物理过程。

本书讨论的电路不是实际电路，而是其电路模型。

4. 电路模型 实际电路的电路模型是由理想电路元件相互连接 而成的电路。

理想电路元件——有某种确定电磁性能的理想元 件，具有精确的数学定义。

理想电路元件主要有： （1）电阻元件R电路符号只消耗电能，即不储存电能，也不储存磁能。

（2）电感元件L电路符号只储存磁能，即不消耗电能，也不储存电能。

（3）电容元件C电路符号只储存电能，即不消耗电能，也不储存磁能。

（4）电源元件(a)电压源 (b)电流源（5）理想导线 理想导线的电阻为零。

5. 实际电路与电路模型实际电路 开关 灯泡Ri US10BASE-T wall plate电路模型Rf电池 导线6. 建模建模——用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件。

建模的时候应该注意下面几个问题：(a)必须考虑工作条件，并按不同的精度要求把给定工作条 件下的主要物理功能反映出来。

(b)不同的实际电路部件，只要具有相同的主要电磁性能， 在一定条件下可用同一个模型表示。

(C)同一个实际电路部件在不同的应用条件下，它的模型也 可以有不同的形式。

[例] 实际电感在不同应用条件下的模型(a)(b)(c)(a) 直流模型 (b) 较低频率下的模型 (c) 较高频率下的模型可见，在不同条件下，同一实际器件可能采用不同 的模型。

模型对电路的分析结果有很大的影响。

如果模型取得太复杂，会造成分析的困难；如果取 得太简单，就不足以反映所需求解的真实情况。

建模问题需要专门研究，本书不做介绍。

5. 本课程在学习中要注意的几个问题（1）电路一般是指由理想电路元件构成的抽象电路或电路模 型，而非实际电路。

（2）理想电路电路元件简称电路元件。

（3）本书中的“网络”(Network)和“电路”(Circuit)将不 加区别地引用。

（4）本书中，随时间变化的量一般用小写字母表示，如u(u(t)), i(i(t), q(q(t))等。

不随时间变化的量一般用大写字母表示，如U, I,Q等。

（5）本书所涉及的主要内容电路分析，探讨电路的基本定律和定理，讨论各 种计算方法，为学习电子信息科学与技术、电子信息 工程、电器工程 等专业建立必要的理论基础。

1.2 电流和电压的参考方向在进行电路分析时，必须在电路图上指出电压和 电流的方向，才能正确列出方程。

1.电流的参考方向 电流的几个基本概念： 电流——带电粒子有规则的定向移动。

电流强度——单位时间内通过某一导体横截面的电 荷量。

t 时刻导体中的电流强度Δq dq i (t ) = lim = Δt →0 Δt dtdef如果电流不随时间变化 即dq = dt常数这种电流称为直流电流。

电流的单位： A（安培）、kA、mA、μA1kA=103A 1mA=10-3A 1 μ A=10-6A电流的方向： 规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。

元件（导线）中电流的实际方向只能有两种可能： A实际方向由A到BBA实际方向由B到AB在判断电路中某支路中电流实际方向时存在的问题：（1）对分析复杂的直流电路时，电流的实际方向往往很难事 先判断。

（2）交流电流的方向随时间而变，在电路图上无法用一个箭 标表示它的方向。

解决问题的方法：任意假定一个方向为电流的方向，成为电流的参考方向。

电流的参考方向不一定与实际方向一致。

电流的参考方向与实际方向的关系： 当电流的参考方向与实际方向一致时，电流为正值。

当电流的参考方向与实际方向不一致时，电流为负值。

电流是一个代数量，既有大小又有方向。

电流参考方向两种表示： a .用箭头表示箭头的指向为电流的方向b .用双下标表示 如iAB表示电流的参考方向是由A到B的。

2.电压的参考方向 电压——是两点之间的电位之差。

电路中规定电压降低的方向为电压的实际方向。

电压的参考方向：假定电压降低的方向。

电压的参考方向与实际方向的关系： 当电压的参考方向与实际方向一致时，电压为正值。

当电压的参考方向与实际方向不一致时，电压为负值。

电压也是一个代数量，既有大小又有方向。

电压参考方向三种表示： a .用箭头表示b .用正负极性表示C .用双下标表示 如uAB表示电压的参考方向是由A到B的。

3.关联参考方向 元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称之为关联 参考方向。

反之，称为非关联参考方向。

i+ u关联参考方向iu非关联参考方向+注意： （1）分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。

（2）参考方向已经选定，必须在图中相应的位置标 注（包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。

（3）参考方向不同时，其表达式相差一符号，实 际方向不变。

1.3 电功率和能量1、 电场力所做功的极性i+元件u-正电荷从元件上电压的“+”极经元件运动到电压的 “-”极时，电场力对电荷作正功，元件吸收能量。

即 u, i同方向，元件吸收能量。

i元件-u+正电荷从元件上电压的“-”极经元件运动到电压的 “+”极时，电场力对电荷作负功，元件释放能量。

即 u, i反方向，元件释放能量。

2、 电功率与电压和电流的关系i+元件u-t 时刻元件吸收的功率p = ui功率的单位：W (瓦) (Watt，瓦特)元件吸收或发出功率的判断(a). u, i 关联参考方向 p = ui 表示元件吸收的功率 P>0 吸收正功率 (实际吸收)； P<0 吸收负功率 (实际发出)。

+ u –元 件i(b). u, i 非关联参考方向p = ui 表示元件发出的功率 u P>0 发出正功率 (实际发出)； P<0 发出负功率 (实际吸收)。

+ 元 件i3、 电功率与能量的关系dw p= dtw = ∫ pdtt0t即 功率是能量对时间的导数，能量是功率对 时间的积分。

能量的单位： J (焦) (Joule，焦耳)[例1] 某元件两端电压为5V, A点电位高于B点电位，实 际电流方向由A点到B点，值为2A。

求元件消耗或产生 的功率。

解：取关联参考方向iA元件u=5V i=2A P=ui=10W+Bu-元件吸收的功率为10W。

i取非关联参考方向A元件Bu=-5V i=2A P=ui=-10W元件吸收的功率为10W。

-u+[例2]求图示电路中各方 框所代表的元件消耗或 产生的功率。

已知： U1=1V, U3=8V, U5=7V, I1=2A, I3= -1A U2= -3V, U4= -4V, U6= -3V I2=1A,+ I1 + 2 U2 －U1 1- +－ U4 4 + I2U6 6 +－U5 5 － I3+3 U3－解： P1 = U 1 I 1 = 1 × 2 = 2W元件发出功率 I1+ + 2 U2 －U1 1- +－ U4 4 + I2U6 6 +－P2 = U 2 I1 = (−3) × 2 = −6WP3 = U 3 I1 = 8 × 2 = 16WP4 = U 4 I 2 = (−4) × 1 = −4W元件发出功率 P5 = U 5 I 3 = 7 × (−1) = −7W 元件发出功率 + 元件吸收功率 元件发出功率U5 5 － I33 U3－对一个完整的电路，发出的 功率等于吸收的功率P6 = U 6 I 3 = (−3) × (−1) = 3W元件吸收功率P吸 = P3 + P6 = 19W = P发 = P 1+P 2 +P 4 +P 5 = 19W1.4 电路元件1.电路元件电路元件是电路中最基本的组成单元。

电路元件通过其端子与外部相连接；元件的特性则通过 与端子有关的物理量描述。

每一种元件反映某种确定的电磁性质。

2. 集总参数元件与集总参数电路集总参数元件：假定元件伴随的电磁过程都分别集中在 各元件内部进行，这种元件称为集总参数元 件，简称为集总元件。

集总参数电路：由集总参数元件构成的电路。

集总电路作为实际电路的电路模型的条件？ 当实际电路的尺寸d远小于电路工作时电磁波的波长 时，即可用集总电路模型来近似地描述实际电路。

λ集总参数元件假定：在任何时刻，流入两端元件的一个端子的电流等于 另一个端子流出的电流，两个端子间的电压为单值量。

+ u –时变元件 有源元件 二端元件 多端元件 …….元 件i元件的分类：线性元件 非线性元件 时不变元件 无源元件1.5 电阻元件1. 线性电阻元件任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。

u、i 取关联 即服从欧姆定律 参考方向R=u i或u = RiiR+u－伏安特性曲线 u=Ri 由u=Ri得u 0 i伏安特性为 一条过原点 的直线i = u R = Gu式中G=1/R 称为电阻的电导 z 单位 R 称为电阻，单位：Ω (Ohm) G 称为电导，单位：S (Siemens)。