第1章基本概念和定律

1、WhatWhatWhatWhatWhatWhat 學(xué)什么？學(xué)什么？How How How How How How 如何學(xué)？如何學(xué)？ 要復(fù)習(xí)有關(guān)的物理知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)、電磁學(xué)要復(fù)習(xí)有關(guān)的物理知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)、電磁學(xué)方面、電磁感應(yīng)定律、磁通、電能、電位、方面、電磁感應(yīng)定律、磁通、電能、電位、微分方程、三角函數(shù)、付氏級(jí)數(shù)等。微分方程、三角函數(shù)、付氏級(jí)數(shù)等。 師生配合：提高課堂效率；認(rèn)真完成作業(yè)。師生配合：提高課堂效率；認(rèn)真完成作業(yè)。 自主學(xué)習(xí)：自習(xí)時(shí)間一點(diǎn)一滴搞懂，現(xiàn)在的自主學(xué)習(xí)：自習(xí)時(shí)間一點(diǎn)一滴搞懂，現(xiàn)在的教學(xué)觀念是提倡學(xué)生自學(xué)，充分發(fā)揮個(gè)人的教學(xué)觀念是提倡學(xué)生自學(xué)，充分發(fā)揮個(gè)人的潛能，潛能， 透徹理

2、解概念；牢固掌握定理；靈活運(yùn)用方透徹理解概念；牢固掌握定理；靈活運(yùn)用方法法電路理論是電氣工程師的電路理論是電氣工程師的面包和黃油面包和黃油后人仿制的司南后人仿制的司南公元12世紀(jì)中國(guó)的航海羅盤17851785年年-庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律( (法國(guó)物理學(xué)家法國(guó)物理學(xué)家) )18261826年年-歐姆定律歐姆定律( (德國(guó)物理學(xué)家德國(guó)物理學(xué)家) )18341834年年-第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)( (俄國(guó)俄國(guó) 雅可比雅可比) )18441844年年-發(fā)明電報(bào)發(fā)明電報(bào) ( (美國(guó)美國(guó) 莫爾斯莫爾斯) )18761876年年-發(fā)明電話發(fā)明電話 ( (美國(guó)美國(guó) 貝爾貝爾) )18951895年年-無(wú)線電通話無(wú)線

3、電通話 ( (意大利意大利 俄國(guó)俄國(guó)) )19041904年年-二極管二極管 ( (美國(guó)美國(guó) 弗萊明弗萊明) )19061906年年-三極管三極管 ( (美國(guó)美國(guó) 德福雷斯德福雷斯) )19581958年年-在在6mm6mm2 2硅片上集成計(jì)算機(jī)（）硅片上集成計(jì)算機(jī)（）. . . .航空、航天、通信、機(jī)器人、生產(chǎn)自動(dòng)化航空、航天、通信、機(jī)器人、生產(chǎn)自動(dòng)化本門課程的主要目的: 熟練掌握電路的常用分析方法熟練掌握電路的常用分析方法; 學(xué)習(xí)電路的基本定律和定理學(xué)習(xí)電路的基本定律和定理; 為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)建立必要的理論基礎(chǔ)為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)建立必要的理論基礎(chǔ).第一章第一章 電路的基本概念和基本定律電路的

4、基本概念和基本定律1-1 1-1 電路和電路模型電路和電路模型1-2 1-2 電路分析中的基本變量電路分析中的基本變量1-3 1-3 電路元件電路元件1-4 1-4 獨(dú)立電源獨(dú)立電源1-5 1-5 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1-6 1-6 電路中電位的計(jì)算電路中電位的計(jì)算1-1電路和電路模型電路和電路模型第一章第一章 電路的基本概念和基本定律電路的基本概念和基本定律例：手電筒例：手電筒燈泡燈泡Rs內(nèi)阻內(nèi)阻Us干電池干電池+-干干電電池池R燈燈幾何線（電阻為零）幾何線（電阻為零）手電筒手電筒 電路模型電路模型干電池干電池導(dǎo)線導(dǎo)線實(shí)際電路實(shí)際電路一、電路的組成及作用一、電路的組成及作用1.電路的組成

5、電路的組成電源 中間環(huán)節(jié) 負(fù)載提供電能 又稱為激勵(lì)轉(zhuǎn)換或消耗電能連接電源與負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)2.電路的作用電路的作用 傳輸、分配、轉(zhuǎn)換電能； 傳送、處理、儲(chǔ)存信號(hào)。二、電路的模型二、電路的模型 從實(shí)際電路中抽象出來(lái)的、由理想元件組成的電路。 理想元件是假想元件，具有單一的電磁性質(zhì)，具有精確的數(shù)學(xué)定義。理想電阻、理想電感、理想電容RLC 根據(jù)理想元件端子的數(shù)目，可分為二端、三端、四端元件等。實(shí)際手電筒電路RsR+Us電路模型集總參數(shù)電路：由集總參數(shù)元件組成的電路?；蚍Q集總電路。 當(dāng)實(shí)際電路的幾何尺寸遠(yuǎn)小于電路的工作波長(zhǎng)時(shí)，可忽略電磁波的輻射能量，實(shí)際電路可按集總電路對(duì)待。Cf光速波長(zhǎng) 頻率 我國(guó)工業(yè)用電

6、頻率為50Hz，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)6000km，所以對(duì)幾何尺寸遠(yuǎn)小于6000km的供電網(wǎng)絡(luò)，可按集總參數(shù)電路對(duì)待。 在高頻電路中，有時(shí)盡管電路尺寸很小，但也不能按集總參數(shù)電路對(duì)待。我們只討論集總電路。集總參數(shù)元件：電磁作用都發(fā)生在元件的內(nèi)部。三、集總電路三、集總電路 【例1-1】 計(jì)算圖中各元件的功率，判別哪些元件是電源,哪些元件是負(fù)載？+3AI 6VU (a)+5VU 2AI (b)10VU 6AI (c)解 (a)( 6) 318W 0 PUIP 是電源(b)( 5) ( 2)10W 0 PUIP 是負(fù)載1-3 電路元件討論理想電路元件1. 電阻元件電阻元件iuR 伏安關(guān)系(VCR) = uRi（1

7、-6a）非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí) = uRi（1-6b） 無(wú)記憶性 在任一時(shí)刻，電阻上的電壓只取決于這一時(shí)刻流過(guò)的電流，與以前的電流大小無(wú)關(guān)。 線性與非線性u(píng)io線性電阻a ( )oui(b)非線性電阻 時(shí)變與非時(shí)變 電阻（或元件）的伏安特性不隨時(shí)間而變化，稱為時(shí)不變?cè)?，否則為時(shí)變?cè)Ｋ鼈兙芯€性與非線性之分。若無(wú)說(shuō)明，討論的均為線性時(shí)不變?cè)?功率 電阻吸收的功率為222upuiRiGuR （1-7）222UPUIRIGUR （1-8）式中1GR稱為電導(dǎo)，單位為S (西門子,簡(jiǎn)稱西) 電阻是一個(gè)純耗能元件。實(shí)際電阻元件是有額定功率的。消耗的功率不允許超過(guò)額定值，否則元件有損壞的危險(xiǎn)。 【例1-

8、3】 有一額定功率為1W、阻值為1k的金屬膜電阻，工作在額定條件下的電流和電壓是多少？解 應(yīng)用公式310.0316A10PIR22UPRIR31 1031.623VURP電阻的基本單位為歐姆（），輔助單位為：61M10 31k10 電阻的額定功率與電阻值無(wú)關(guān)電阻的額定功率與電阻值無(wú)關(guān)，主要取決于其組成材料、尺，主要取決于其組成材料、尺寸及形狀。寸及形狀。電阻的用途電阻的用途 ?1 1、限制電流；、限制電流；2 2、分壓；、分壓；3 3、電位器、電位器收音機(jī)中調(diào)節(jié)音量；收音機(jī)中調(diào)節(jié)音量；4 4、與其它元件構(gòu)成濾波電路、移相電路、與其它元件構(gòu)成濾波電路、移相電路2、電感元件、電感元件1-4 獨(dú)立電

9、源1. 電壓源電壓源oSUuioS1( )u tuiS2( )u t電壓源的伏安特性 兩端的電壓僅由自身決定 與流過(guò)的電流及外電路無(wú)關(guān)。 流過(guò)的電流由外電路決定 電壓源置零，等效于兩端短路。電壓源不允 許外電路短路。電壓源SuS()U外電路2. 電流源電流源oSIuioS1( )i tuiS2( )i t 電流源的電流僅由自身決定 與兩端的電壓及外電路無(wú)關(guān)。 兩端的電壓由外電路決定 電流源置零，等效于兩端開(kāi)路。電流源不允許外電路開(kāi)路。外電路SiS()I電流源電流源的伏安特性 【例1-6】 求圖示電路中,RL 分別為2、5 、10情況下，I、U及電流源、電壓源、負(fù)載的功率 。解 電流 I 恒等于

10、2A。2 24VLUR IL(1) =2R10V2ALRUISUSIUSS( 104)6VIUUU L22L2 28WRPR I吸收SS S10 220W UPU I 發(fā)出SSS2 ( 6)12W IIPI U 吸收10V2ALRUISUSIU5 210VLUR I L(2) =5RSS( 10 10)0VIUUU L22L5 220WRPR I 吸收SS S10 220W UPU I 發(fā)出SSS2 00W IIPI U 10V2ALRUISUSIU10 220VLUR IL(3) =10RSS( 1020)10VIUUU L22L10 240WRPR I吸收SS S10 220W UPU I

11、 發(fā)出SSS2 1020W IIPI U 發(fā)出1-5 基爾霍夫定律 基爾霍夫定律是集總電路的基本定律。它反映了元件的相互連接使支路電流之間和回路電壓之間存在的約束關(guān)系。此類約束關(guān)系與元件的VCR一起稱為電路的兩類約束關(guān)系。3RS2UaS1U1R2Rb幾個(gè)名詞概念：支路：一段不分叉的電路。 結(jié)點(diǎn)：三條及三條以上支路的 連接點(diǎn)。 回路：由支路構(gòu)成的閉合路徑。 圖示電路共有3條支路、2個(gè)結(jié)點(diǎn)和3個(gè)回路。1. 基爾霍夫電流定律（基爾霍夫電流定律（KCL） 在集總電路中，任何時(shí)刻，任一結(jié)點(diǎn)，連接到該結(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和恒等于零。0i (1 24)123450iiiii 24135iiiii即ii 出

12、入(1 24)1i2i3i4i5i 定律內(nèi)容KCL是電荷守恒的體現(xiàn)。 應(yīng)用與推廣12331i12i23i3i2i1i廣義結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)1112310iii 結(jié)點(diǎn)2212230iii結(jié)點(diǎn)3331230iii 三式相加1230iii 1R2R3R4R5RS1US2U5i應(yīng)用廣義結(jié)點(diǎn)的概念50i KCL適用于廣義結(jié)點(diǎn)。2. 基爾霍夫電壓定律（基爾霍夫電壓定律（KVL） 在集總電路中，任何時(shí)刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。 定律內(nèi)容1R2R3R4RS4uS3uS2u1i2i3i4i4u1u2u3u 支路電壓參考方向與繞行方向一致，電壓取正號(hào)，否則取負(fù)號(hào)。12340uuuu1423uuuu1R2

13、R3R4RS4uS3uS2u1i2i3i4i4u1u2u3u0u (1 26)uu 升降(1 27)各支路的伏安關(guān)系為11 1uRi，2S22 2uuR i，3S33 3uuR i，4S44 4uuR i12340uuuu1423uuuu1 1S22 2S33 3S44 4()()()0RiuR iuR iuR i1 12 23 34 4S2S3S4RiR iR iR iuuuSRiu (1 28) KVL的應(yīng)用推廣外電路RSuuiRSuuiS0uuRiSuuRi性質(zhì)：兩點(diǎn)之間的電壓，與經(jīng)過(guò)的路徑無(wú)關(guān)。注意：應(yīng)用KCL、KVL有兩套正負(fù)號(hào)問(wèn)題。1-6 電路中電位的計(jì)算 在電路中任選一點(diǎn)作為參考

14、點(diǎn)，該點(diǎn)電位為零。電路中任意一點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓，并設(shè)參考點(diǎn)為電壓的參考負(fù)極。 引入電位的概念后，電路圖的畫法將會(huì)發(fā)生變化。2R1R3Rabcda6VV c2VV acac8VUVV6-( -2) 兩點(diǎn)之間的電壓就是兩點(diǎn)之間的電位差。參考點(diǎn)可以任意選擇，但只能有一個(gè)。參考點(diǎn)不同，各點(diǎn)的電位也將不同。 【例1-8】 各元件參數(shù)及支路電流標(biāo)在圖中，分別以b、a點(diǎn)為參考點(diǎn)，求各點(diǎn)電位及Ucd。解 以b點(diǎn)為參考點(diǎn)5206abcd140V90V14AI 310AI 26AI a366 1060VVI c140VV d90VV cdcd1409050VUVV 以a點(diǎn)為參考點(diǎn)b366 1060VVI c12020 480VVI d255 630VVI cdcd803050VUVV 用用“電路的故事電路的故事”做引導(dǎo)，介紹電路的發(fā)展歷史，使同學(xué)們做引導(dǎo)，介紹電路的發(fā)展歷史，使同學(xué)們知道其發(fā)展是人類文明史上一條波瀾壯闊的長(zhǎng)河，與之相關(guān)知道其發(fā)展是人類文明史上一條波瀾壯闊的長(zhǎng)河，與之相關(guān)的偉人輩出，大事連連。的偉人輩出，大事連連。 推薦課下閱讀材料：推薦課下閱讀材料：電路與電子線路基礎(chǔ)王志功、沈永朝編，高等教育出版社。電路與電子線路基礎(chǔ)王志功、沈永朝編，高等教育出版社。第一章，緒