電路理論課件：ch1 電路的基本定律和電路元件

1、電路原理電氣信息類學(xué)科基礎(chǔ)課程序言一、本課程的性質(zhì)與任務(wù) 學(xué)科基礎(chǔ)課程 先修課程:高等數(shù)學(xué),大學(xué)物理 電路理論研究的三個(gè)分支電路分析電路綜合故障診斷 輸入（激勵(lì)）電路 輸出（響應(yīng)）？ 輸入（激勵(lì)） 輸出（響應(yīng)）？電路理論和電磁場(chǎng)理論是兩個(gè)基本理論 電路理論對(duì)電氣信息學(xué)科各專業(yè)領(lǐng)域的深入研究極 有價(jià)值，是最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一電路理論涉及高等數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)和拓?fù)鋵W(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的知識(shí)2、認(rèn)真聽課，課前應(yīng)盡可能預(yù)習(xí)，適當(dāng)作聽課筆記3、學(xué)習(xí)中要注重基本概念，并在自己的實(shí)踐中加深理解4、善于總結(jié)5、遵守學(xué)習(xí)紀(jì)律6、 重視作業(yè),獨(dú)立完成作業(yè);加強(qiáng)課后練習(xí)三、關(guān)于教學(xué)內(nèi)容的安排 上冊(cè)Ch1 電路的基本

2、定律和電路元件 課內(nèi)學(xué)時(shí) 8Ch2 電路的分析方法之一等效變換法 課內(nèi)學(xué)時(shí) 6序言二、怎樣學(xué)好電路理論課程1、正確認(rèn)識(shí)學(xué)科基礎(chǔ)課程的重要性,對(duì)本課的學(xué)習(xí)予以重視 下冊(cè)Ch7 三相電路 課內(nèi)學(xué)時(shí) 6Ch8 周期性非正弦穩(wěn)態(tài)電路 課內(nèi)學(xué)時(shí) 6Ch9 二端口網(wǎng)絡(luò) 課內(nèi)學(xué)時(shí) 8Ch10 動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析 課內(nèi)學(xué)時(shí) 14Ch11 網(wǎng)絡(luò)的復(fù)頻域分析 課內(nèi)學(xué)時(shí) 6 共88學(xué)時(shí)序言Ch3 電路的分析方法之二電路方程法 課內(nèi)學(xué)時(shí) 8Ch4 電路的分析方法之三運(yùn)用電路定理法 課內(nèi)學(xué)時(shí) 6Ch5 正弦穩(wěn)態(tài)電路分析 課內(nèi)學(xué)時(shí) 12Ch6 諧振電路與互感耦合電路 課內(nèi)學(xué)時(shí) 8 電路原理（上、下冊(cè)）汪建主編 清華大學(xué)出

3、版社出版 教材和主要參考書目參考書目1.電路 邱關(guān)源主編 高等教育出版社出版2.電路原理 周守昌主編 高等教育出版社出版3.新編電路題解 汪建主編 華中科技大學(xué)出版社出版 教材第一章電路的基本定律和電路元件第一章 電路的基本定律和電路元件 描述電路特性的兩個(gè)基本物理量，電壓和電流的 參考方向 基爾霍夫電流定律和電壓定律（電路分析的基本依 據(jù)之一）1-1 電路的基本概念（明確討論對(duì)象）1-1-1 電路+ 電路元件（電阻、電容、電感、獨(dú)立電源和受控電源等）奇異函數(shù)及波形的表示法1-1 電路的基本概念1-1-1 電路Electric circuit of a radio receiverantenn

4、aL10.445HC4C22200PFC30.1U1SBL-113,42,5,678Q1OscillatorR2R1R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18+_12V dcL31mHL222.7H4710K10K220100K100K1M15K15K10K4710C191091055320.11.0 F1.0 F100 F100 F100 F0.00330.10.00220.470.1AudioOutput7MHzto U1.pin8U2BU2AU3Audio poweramp5673218423654 電路（電網(wǎng)

5、絡(luò)）是互相連接起來(lái)的電源與負(fù)載的總體，電流能在其中流通. 電路中存在三種基本電磁效應(yīng).電源負(fù)載中間環(huán)節(jié)1、電路的3個(gè)基本組成部分1-1 電路的基本概念1-1-1 電路+2、集中參數(shù)電路和分布參數(shù)電路集中參數(shù)電路u(t) i(t)常微分方程分布參數(shù)電路u(x,t) i(x,t)偏微分方程dmax0.01mindmax0.01min1-1-2 理想電路元件,電路模型理想電路元件(電路元件)單一電磁性質(zhì) 可用數(shù)學(xué)加以嚴(yán)格定義電路模型(由理想元件構(gòu)成）1-2 電壓和電流及其參考方向1-2-1 電壓和電位1、電壓概念和定義式dlEabu =dwdqu =albEdldq實(shí)際電器件備注：電壓的單位,直流和

6、交流電壓 電壓是代數(shù)量庫(kù)侖電場(chǎng)的基本特點(diǎn):Ec dl= 0abmn兩點(diǎn)間電壓與所經(jīng)過的路徑無(wú)關(guān) 如果 E=EC （僅有庫(kù)侖電場(chǎng)） 如果 E=En （僅有非庫(kù)侖電場(chǎng)）電動(dòng)勢(shì)的概念非庫(kù)侖電場(chǎng)對(duì)正電荷施力的特點(diǎn)2、電位 概念(參考點(diǎn)) 電壓（電位差）ou =albEdl 電位的相對(duì)性3、電壓的參考方向（或參考極性） 電壓真實(shí)方向的習(xí)慣規(guī)定:從高電位指向低電位ER+-UR1R2R3R4R5R6E 電壓參考方向的表示，意義+-u以端點(diǎn)標(biāo)號(hào)為下角標(biāo)表示， uabab應(yīng)用電位概念時(shí)的隱含表示:參考點(diǎn)為- 參考方向的任意性，真實(shí)方向的客觀性1-2-2 電流1、電流的含義物理現(xiàn)象物理量（電流強(qiáng)度）,單位,直流及

7、交流電流Si=dqdt面元Si=sdS正電荷運(yùn)動(dòng)方向三種形式的電流及全電流的連續(xù)性傳導(dǎo)電流(c) :導(dǎo)電媒質(zhì)中自由電子或離子在電場(chǎng)作用下的有規(guī)則的運(yùn)動(dòng) 對(duì)流電流() :帶電粒子在自由空間運(yùn)動(dòng)形成的電流,又稱徙動(dòng)電流位移電流(D ):變化的電場(chǎng)使電介質(zhì)中的束縛電荷位移形成的電流S(c+ + D)ds = 0(ic+i+iD)= 0S全電流的連續(xù)性:2、電流的參考方向電流實(shí)際方向的習(xí)慣規(guī)定ERR1R2R3R4R5R6EI電流參考方向的表示，意義i1-2-3 電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向，電功率+-ui關(guān)聯(lián)參考方向的含義+-ui電壓的參考方向（或參考極性）+-u uabab電流的參考方向i+-ui電壓與

8、電流的關(guān)聯(lián)參考方向:電流從電壓的正極性端流入,也稱關(guān)聯(lián)正向電功率的定義及其計(jì)算: p=dW/dt p=uip=uip= -ui兩式都表示元件（或該段電路）吸收的功率+-ui+-UIP=UI=(-20)I=40I= -2AP= -UI= (-20)I=40I=2AI例 已知u=-20V,吸收的功率為40w,求電流的大小并標(biāo)出其真實(shí)方向。p=uip= -ui功率能量, 有源和無(wú)源電路強(qiáng)調(diào):分析電路時(shí)必須給出電量的參考方向1234567+-ui+-ui1-2-3 電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向，電功率問題：一個(gè)電路的各部分電壓之間或電流之間是如何互相聯(lián)系 的？+-u1i1i2i3i4i5i6i7+-u31

9、-3 基爾霍夫定律一些術(shù)語(yǔ)二端元件（或稱一端口元件）支路（branch）支路電流支路電壓節(jié)點(diǎn)（node）回路（loop）1234567+-u1i1i2i3i4i5i6i71512341-3-1 基爾霍夫電流定律（KCL）1、定律內(nèi)容ik(t)=013支路14支路65支路7支路41-3-1 基爾霍夫電流定律（KCL）1、定律內(nèi)容ik(t) =01234567+-u1i1i2i3i4i5i6i7151234例2、備注 定律與電路元件的性質(zhì)無(wú)關(guān) 需注意的問題 練習(xí):接地電流等 定律對(duì)包圍部分電路的任一閉合曲面也適用1-3-2 基爾霍夫電壓定律（KVL）1、定律內(nèi)容uk(t) =0i1+ i2+ i4

10、=0i1 i3+ i6=0i1 i2 + i5 + i6=01-3-2 基爾霍夫電壓定律（KVL）1、定律內(nèi)容uk(t) =01234567+-u1i1i2i3i4i5i6i7151234例2、備注 定律與電路元件的性質(zhì)無(wú)關(guān) 需注意的問題 對(duì)虛擬回路也適用 與引入電位概念的等價(jià)性i1i2i3i4i5i6i7151234u1+ u6 u7 u4= 0節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2節(jié)點(diǎn)3節(jié)點(diǎn)5支路2支路3支路4u35 u4 + u2+ u3 = 01-4 奇異函數(shù)及波形的表示法1-4-1 定義與波形1、單位斜坡函數(shù)r(t)（unit ramp）定義波形0 t 0t t 0r(t)=110tr(t)r(t)導(dǎo)函數(shù)的波

11、形，奇異函數(shù)的概念2、單位階躍函數(shù)1(t) （unit step）1）波形，定義式0t1dr(t)dt1-4 奇異函數(shù)及波形的表示法例1 延遲單位階躍函數(shù)1(t)=0 t 001f(t)t0tf(t)=0 t t0tt0 0f(t)=1(tt0)單位階躍函數(shù)的特點(diǎn)1(宗量)=0 宗量 01）波形，定義式例2 畫出1(t)的波形1(t)=0 t 0011(t)tt 02、單位階躍函數(shù)1(t) （unit step）1-4 一些典型的波形（或函數(shù)）1-4-1 定義與波形2）單位階躍函數(shù)在電路分析中的應(yīng)用用來(lái)表示電源從某時(shí)刻起接入電路+-Rt=0US+-R1(t)US用來(lái)表示波形或函數(shù)的起止時(shí)間2、

12、單位階躍函數(shù)1(t) （unit step）1-4 一些典型的波形（或函數(shù)）1-4-1 定義與波形2）單位階躍函數(shù)在電路分析中的應(yīng)用例r(t)=1(t)t例 畫出1(t)(t1)和1(t1)(t1)的波形11210t1120t普通函數(shù)f(t)與單位階躍函數(shù)1(tt0)的乘積2、單位階躍函數(shù)1(t) （unit step）1-1 一些典型的波形（或函數(shù)）1-4-1 定義與波形1(tt0) f(t)= 0f(t)t t0例3 試比較積分 cosd 與 1(2)cosd55tt 1(2)cosd5t cosd=sin =sint0.9655tt2t=1(t2) cosd= 1(t2)(sint0.9

13、1)3、單位脈沖函數(shù)p(t) unit pulse定義波形0 t p(t)=0 t 010 t p(t)=0 t 010 t 2105 （105108）輸入電阻 Rin2106 （1061013 ）輸出電阻 Rou=10100（Ud=U2 U1）1-10-1 器件簡(jiǎn)介及運(yùn)算放大器的電路符號(hào)+-+Au1u2u0 實(shí)際應(yīng)用時(shí)引入負(fù)反饋反饋電路 表示輸入-輸出特性的電路模型2314+-+RinRouAudud1-10-2 理想運(yùn)算放大器及其特性理想條件特性A=ud=0（虛短路）u0=Aud=A(u2u1)Rin=i1=0，i2=0（虛斷路）Rou=034-+-+i1i2ud-+u01-10-2 理想

14、運(yùn)算放大器及其特性u(píng)d=0（虛短路）i1=0，i2=0（虛斷路）34-+運(yùn)放屬于有源元件RLi1i2+-+u0(3)(1)(2)i0吸收的功率：p=u1i1+u2i2+u0i0p=u0i0p= RLi0i0= RLi021-10-3 運(yùn)算放大器的一些基本電路及輸入-輸出關(guān)系1、反相放大器+-+u2u1R1R2i1i2i1= u1/R1i2= i1 u2= u1 R2R12、同相放大器+-+u2u1R1R2i1i2i2= i1= u1/R1u2= R2i2+ u1 u2= (1+R2/R1)u13、電壓跟隨器 (Voltage Follower)+-+u2u1u2=u14、加法器+-+u2u1R

15、1Rfu2unR2Rni1i2inifu2=Rfifu2= Rf (i1+i2+ +in )u1R1u2R2unRnu2= Rf ( + + + )1-10-4 含運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單電路分析5、差分放大器+-+u0u1R1R2R1R2u2unun= u2 R2R1+R2i1i1= u1un R1u0= R2 + unu1un R1u0= (u2u1)R2R1i1i2i3R1i1=R2i3u1=0i2= i1+ i3i2= (1+ )i1R1R2例1 求i2和i1的關(guān)系式。i1+-+u2i2u1+-+R1R21-10-4 含運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單電路分析例2 求u2。u2u1-+R1R2+-+R3R4+u1i3u2=R3i3+u1u2=(1+ )u1R3R4i3=u1R4i1i1=0A=ud=0（虛短路）Rin=i1=0，i2=0（虛斷路）Rou=034-+理想條件特性+-+i1i2ud-+u0例3 求U0。+-+U0-+-+39V3V55