[工学]电路课第一章课件.ppt

1、X课程的性质和任务课程的性质和任务2、提高独立分析问题和解决问题的能力、提高独立分析问题和解决问题的能力；3、为后续课程奠定必要的基础、为后续课程奠定必要的基础；4、培养实验技能、培养实验技能。目的、任务目的、任务1、掌握电路的基本理论、基本分析方法掌握电路的基本理论、基本分析方法；电路电路是自动化学院等专业的一门主要是自动化学院等专业的一门主要技术基础课，也是研究电路理论的入门课技术基础课，也是研究电路理论的入门课程。程。X电路应用举例电路应用举例1、电力工业（能源、电力、电工制造）、电力工业（能源、电力、电工制造）10kV330kV10kV400V 电工理论学科是电力工业主要依靠的技术学科

2、电工理论学科是电力工业主要依靠的技术学科X电路应用举例电路应用举例 2、基础工业（运输、铁路、冶金、化工、机械、基础工业（运输、铁路、冶金、化工、机械）必不可少的支持技术必不可少的支持技术电工电工理论学科是基础工业理论学科是基础工业X电路应用举例电路应用举例 3、高新技术、高新技术（生物、光学、半导体、卫星、空间站、核弹、导弹等）（生物、光学、半导体、卫星、空间站、核弹、导弹等）电路是高新技术电路是高新技术必不可少的组成部分必不可少的组成部分X参考书目参考书目3、电路原理电路原理江泽佳主编江泽佳主编；1、电路、电路 邱关源主编，第邱关源主编，第5版版;2 2、电路分析基础电路分析基础李翰逊编李

3、翰逊编；X学习方法学习方法1、预习、预习2、听讲、记笔记、提问题、回答问题、听讲、记笔记、提问题、回答问题3、复习、做作业（每次、复习、做作业（每次23题）题）考试方法考试方法卷面卷面85%+平时成绩平时成绩15%X第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律一一.实际电路的组成实际电路的组成1-1电路和电路模型电路和电路模型 由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传由电阻器、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，电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路称为实际电路。实际实

4、际器件和设备举例器件和设备举例:X电容器电容器电电池池晶体晶体管管电阻器电阻器运算放运算放大器大器线线圈圈X 低频信号发生器的内部结构低频信号发生器的内部结构X10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡sRLRsU电源电源负载负载X：二、电路模型二、电路模型RRiu LLiCCuqX线圈的几种电路模型线圈的几种电路模型(a)(b)线圈的电路模型线圈的电路模型 ：由理想元件按一定方式联接而成。由理想元件按一定方式联接而成。X 三三.集中参数电路集中参数电路(Lumped parameter curcuit)根据实际电路的几何尺寸根据实际电路的几何尺寸(d)与其工作信号

5、波长与其工作信号波长()的关系，可以将它们分为两大类：的关系，可以将它们分为两大类：(1)集中参数电路：集中参数电路：满足满足d条件的电路。条件的电路。电力系统：f=50Hz =c/f=6000km (2)分布参数电路：分布参数电路：不满足不满足d条件的电路。条件的电路。说明说明：电路（电路（1）只主要讨论）只主要讨论集中参数电路集中参数电路,简称为电路。简称为电路。X 1-2 电流和电压及参考方向电流和电压及参考方向 2.电流的定义及单位电流的定义及单位 形成：带电粒子的定向运动形成：带电粒子的定向运动 dtdqi 单位间内穿过导体单位间内穿过导体或半导体横截面的或半导体横截面的电量的代数和

6、。电量的代数和。X：大小和方向随时间而变化：大小和方向随时间而变化 大小和方向不随时间而变大小和方向不随时间而变 化，用符号化，用符号I表示。表示。:kAAmAA、安安培培单单位位 ：AB电荷总的流向，是标量（代数量）电荷总的流向，是标量（代数量）X问题的提出问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中电流在复杂电路中难于判断元件中电流 的实际方向，的实际方向，电路如何求解？电路如何求解？10Us1ABRUs2iR+-+-X :电流的真实方向与参考方向相同电流的真实方向与参考方向相同 iR0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P0 发出负功率发

7、出负功率 (实际吸收实际吸收)l u,i 取非关联参考方向取非关联参考方向+-iu+-iuX关联方向关联方向iup 吸吸收收电电源源负负载载 0 0 iup 发发出出负负载载电电源源 0 0 非关联方向非关联方向结论：结论：吸发pp3、功率守恒原理、功率守恒原理X.,box,box ,U,I,I,I :21321负负载载及及电电源源情情况况吸吸收收功功率率、各各元元件件发发出出功功率率、判判断断均均为为正正值值如如果果已已知知图图中中例例1 I3 I2 I2 R1 R3 R+U-1 SU2 SU+-+-1 box2 boxX 0 1电电源源发发出出非非关关联联 pbox 0 2负负载载吸吸收收

8、关关联联 pbox 3负载负载吸收吸收R 1负载负载吸收吸收R负载负载吸收吸收 2R 0 2负载负载吸收吸收关联关联 puS电源电源发出发出非关联非关联 0 1 puS作业：作业：1-1；1-3X例例 求图示电路中各求图示电路中各方框所代表的元件吸方框所代表的元件吸收或产生的功率。收或产生的功率。已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A 564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1X解解）（发发出出W221111IUP）（发发出出6 6W WW62)3(122IUP（吸收）W1628133IUP（吸收）W3

9、)1()3(366IUP）（发出7W发出7WW7)1(7355IUP）（发发出出4 4W WW41)4(244IUP对一完整的电路，满足：对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率发出的功率吸收的功率注意564123I2I3I1+U6U5U4U3U2U1X电路定律电路定律 欧姆定律欧姆定律 1-4 电路元件电路元件 元件约束元件约束：每一个元件上电压、电流的关系：每一个元件上电压、电流的关系 拓扑约束拓扑约束：反映电路的连接：反映电路的连接 电电流流取取关关联联参参考考方方向向电电压压含含义义 .:线线性性电电阻阻元元件件常常数数 R :欧欧姆姆单单位位Riu :内内容容+-u R i X 常

10、用的各种二端电阻器件 电阻器晶体二极管XR1G 其其中中S :西门子单位说明说明：电电阻阻率率电电阻阻定定理理 :1.SlR 电电导导率率或或 :lSG Riu 2.BA +-u R i BA Gui :电电导导+-u G i Riu ,3.非非关关联联方方向向时时+-u R i BA XiuconstiuRuiconstiuR线性电阻线性电阻非线性电阻非线性电阻平面上的曲线平面上的曲线伏安特性伏安特性iu :4.其其它它种种类类电电阻阻 5.)()(ufRIfR 或或非线性电阻非线性电阻)(tfR 时时变变电电阻阻X1-5 1-5 电压源和电流源电压源和电流源 1 定义定义：若一二端元件，无

11、论若一二端元件，无论 其中电流值如其中电流值如何变化，其两端电压始何变化，其两端电压始 终保持为一确定的时间终保持为一确定的时间函数函数us(t),则称则称 此二端元件为电压源。此二端元件为电压源。一电压源一电压源(t)usu的的参参考考方方向向号号为为、)(tus SSUtu)(i直流直流)t(uStSU方波函数方波函数)t(uStSU正弦交流正弦交流XssUtu)(:直直流流电电压压源源)(:tuus 特特性性方方程程伏安特性：伏安特性：)(0tusuisUX电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。与流经它的电流方向

12、、大小无关。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。例例Ri-+Su外电路外电路RuiS)(0Ri)0(Ri电压源不能短路！电压源不能短路！2 2特性特性 X并联于理想电压源各支路电流、功率，可分别计算，并联于理想电压源各支路电流、功率，可分别计算，互不影响互不影响sU+-R1box2boxI+-+-+-.,.21的的存存在在与与否否有有关关、与与时时计计算算RboxboxIb电流电流的电压、的电压、计算计算 R.asU+-R（等效电路等效电路）为为无无穷穷大大功功率率源源时时 iup,iX例例计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率解解V5)5

13、10(RuA155RuiRW5152 RiPRW1011010iuPSVW5155iuPSV发出发出吸收吸收吸收吸收满足满足：P（发发）P（吸吸）5Ri+_Ru+_10V5V-+X二电流源二电流源1定义：定义：若一二端元件，无论端电压值如何，其电若一二端元件，无论端电压值如何，其电流始终保持为一确定的时间函数流始终保持为一确定的时间函数is(t),则称此二端元件则称此二端元件为电流源为电流源。实际电流源的例子实际电流源的例子-光电池光电池 +-)(tisui电路符号电路符号sI直流电流源直流电流源X )(tiis 特特性性方方程程+-)(tisui电路符号电路符号sI直流电流源直流电流源常常数

14、数时时伏伏安安特特性性 )()(,00titittss)(0tisuiX 2 特性特性电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。关；与它两端电压方向、大小无关。电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。例例Ru-+Si外电路外电路SRiu)0(0Ru)(Ru电流源不能开路！电流源不能开路！X 与电流源串联的各元件，可分别计算，互不影响与电流源串联的各元件，可分别计算，互不影响+-uSiSU+-1R2Rbox无穷大功率源 iupuX例：例：10uAIS1u1020)(Wp吸吸收收 10

15、 30 WpSI V20u+-10A1 10 Vu:R 10 Vu 10 Vu 10 Wp 10 Wp )(10 发发出出WpSI 10 :WpISIs X例例计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率解解A2SiiV5uW10522 uiPSAW10)2(55iuPSV发出发出发出发出满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）u2Ai+_5V-+X解解:由广义节点知由广义节点知:I=0 VUAB2111 VUBC623 VUCD12333 VUUUUCDBCABAD20?U?U ,AD,.BCAB ADCDUU 则电压 间开路图示电路中例例+-3A3V33A2A11 V1BCADI作业：作

16、业：1-4，1-5(b,c)X二定义：二定义：如某电源向外提供的电压或电流受如某电源向外提供的电压或电流受电路中其它电压或电流控制，该电源称为受控电路中其它电压或电流控制，该电源称为受控电源（简称受控源）电源（简称受控源）控制支路控制支路+-+-1u2u2i受控支路受控支路 一引言一引言1-6受控源（非独立源）受控源（非独立源）bicibcii ibicibX说明：说明：11 1i,u:.反映控制量反映控制量控制支路控制支路22 2i,u:.反反映映被被控控量量受受控控支支路路)(i短路短路电流电流1)(u开路开路电压电压1)(i 2电电流流源源2i)(电电压压源源+-2u控制支路控制支路+-

17、+-1u2u2i受控支路受控支路X三三.理想受控源分类理想受控源分类)(.1CCCS电电流流控控制制电电流流源源11i2 i1 i12212 ii 控控制制关关系系转转移移电电流流比比控控制制系系数数 12ii 12 irum 控控制制关关系系转转移移电电阻阻控控制制系系数数 12iurm+-1irm1 i+-2 u)(.2CCVS电电流流控控制制电电压压源源X)(.3VCCS电电压压控控制制电电流流源源12 ugim 控控制制关关系系转转移移电电导导控控制制系系数数 12uigm)(.4VCVS电电压压控控制制电电压压源源1u+-1 u+-+-2 u+-1ugm1 u2i12 uu 控控制制

18、关关系系转转移移电电压压比比控控制制系系数数 12uu X 2.耦合元件耦合元件 四四.特点特点 3.静态元件静态元件 iR+-无意义无意义五五.分析方法分析方法列方程时列方程时,受控源同独立源一样处理受控源同独立源一样处理X解：解：2 1211ssuRRRuu ssuuRRRuu2024022220040 44310 202400 suusu+-1u1R3R4R+-+0u例：例：KRR1 21已已知知 2003R40 24 Rsuu0 求求+-1u2R讨论：讨论：负号（与负号（与u0参考方向的选参考方向的选择有关）择有关）耦合元件耦合元件X求：电压求：电压u2解解Ai2361Viu4610

19、65125i1+_u2_i1+-3u1=6VX3.3.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较独立源电压独立源电压(或电流或电流)由电源本身决定，与电由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或或电流电流)由控制量决定。由控制量决定。独立源在电路中起独立源在电路中起“激励激励”作用，在电路中产作用，在电路中产生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电压或电流对另一处的电压或电流对另一处的电压或电流电压或电流的控制关系的控制关系，在电路中不能作为，在电路中不能作为“激励激励”。1iSU+-1iR作业：1-

20、10X1-7 1-7 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 支路支路(branch)分支分支：流过同一电流的网络分支（：流过同一电流的网络分支（3）元件元件：一个两端元件为一条支路（：一个两端元件为一条支路（5）节点节点(node)：两个或两个以上支路的连接点两个或两个以上支路的连接点（A,B,C,D）回路回路(loop)：电路中任一闭合的路径电路中任一闭合的路径（ABCD,ABD,BCD）网孔网孔(mesh)：内部没有支路的回路（：内部没有支路的回路（ABD）1定义名词定义名词B4321ADC512X b1kk0i054321 iiiii53142iiiii 或2 i5 i4 i3 i1i 2 2基尔霍

21、夫电流定律基尔霍夫电流定律(Kirchhoffs Current Law)：对于对于集中参数电路集中参数电路中的任一节点，中的任一节点，在任一时刻，流入（或流出）该节点的所有支路在任一时刻，流入（或流出）该节点的所有支路的电流的代数和为零。的电流的代数和为零。X 图中各电流方向为参考方向，而各电流值可为图中各电流方向为参考方向，而各电流值可为正或负。正或负。说明说明 物理性质：电荷守恒定律的体现物理性质：电荷守恒定律的体现 特点：特点：a.KCL由电路的连接方式定，而与元件性质无关。由电路的连接方式定，而与元件性质无关。b.与电流的变化规律无关（与电流的变化规律无关（直流直流,变动电流均适用变

22、动电流均适用）c.只适用集中参数电路只适用集中参数电路 d.可列出的独立方程数为可列出的独立方程数为n-1，n是电路中的节点数是电路中的节点数Xe.推广：推广：KCL适用于封闭面（适用于封闭面（广义节点广义节点）0iii :B321 0321 iii :D例例：54321DB1i3i2i0641 iii例例0542 iii0653 iii三式相加得：三式相加得：0321 iii1 3 25i6i4i1i3i2iX 3.基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs Voltage Law)：对于对于集中参数电路集中参数电路中的任一回路，中的任一回路，在任一时刻，沿着该回路的任一绕行方向

23、，回路在任一时刻，沿着该回路的任一绕行方向，回路中所有支路电压的代数和为零。中所有支路电压的代数和为零。bkku10方方向向同同回回路路绕绕行行方方向向ku 0 I:广广义义节节点点方方向向反反回回路路绕绕行行方方向向ku?I.2例例I+-+X标定各元件电压参考方向标定各元件电压参考方向;选定回路绕行方向，顺时针或逆时针选定回路绕行方向，顺时针或逆时针.例：从例：从a点出发，沿点出发，沿abcda回路绕行一周，写出回路绕行一周，写出KVL方程方程05412 UUUU5142 UUUU 或或 和和升升和和降降uu54321acbd1U+-+-+-+-+2U3U4U5UX说明：说明：(1)图中为各

24、电压的参考方向，各电压值本身图中为各电压的参考方向，各电压值本身 可正、可负。可正、可负。b.只限集中参数电路只限集中参数电路 a.与元件本身无关，只与电路结构有关与元件本身无关，只与电路结构有关(2)特点：特点：例例SbaUUUU21aUsb_-+U2U1c.KVL也适用于电路中任一假想的回路。也适用于电路中任一假想的回路。X d.如果电路中有如果电路中有b条支路，条支路，n个节点，则可列个节点，则可列b-n1个个 独立方程独立方程 0 321 UUU:bca 0 354 UUU:cda 0 5142 UUUU:abca54321acbd1U+-+-+-+-+2U3U4U5U例例1:XA3

25、543iiV12435u+-4V5Vi=?3+-4V5V1A+-u=?3例例1求电流求电流 i例例2求电压求电压 u解解解解要求能熟练求解含源支路能熟练求解含源支路的电压和电流。的电压和电流。X0)10(10101I解解A21IA31211 III1-10V10V+-1AI=?10例例3求电流求电流 I解解A7310I024IUV1041442 IU4V+-10AU=?2+-3AI例例4求电压求电压 UXYI 2YI 1 6 20 10 20 16 22AYIA1XIcba?:5abyxUII求图示电路中例由广义节点知：由广义节点知：AIIxx1 012 由回路由回路KVL方程：方程：020120210 yyyI)I()I(80.Iy xyabI)I(U1621012 X?,.62受控源吸收功率少图示电路中例U21150 II.I:KCL:解解644 21 II:KVL12150 1 I.IAI:解解之之V.IU215044 22 )(1215.00521负负载载吸吸收收WUIP U2+-I115.0I4I2+-V641-13,1-14,1-10