第1章電路基本定律和簡單電阻電路

主講：許愛德信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院Tel-mail：aidexu@課程面向?qū)ο笸ㄐ殴こ屉娮有畔⒐こ屉娮涌茖W(xué)與技術(shù)光電工程（72學(xué)時）考核方式：考試參考資料：《電路》第五版邱關(guān)源

《電路分析基礎(chǔ)》第四版李翰蓀實驗課《電路原理實驗》自編教材大連海事大學(xué)出版社教材：理論課《電路理論》自編教材電子工業(yè)出版社作業(yè)按照要求課前收好，不交扣平時成績（作業(yè)本要求）。實驗一次不做，成績0分，并取消考試資格。無故曠課一次從平時成績扣。實驗：實驗時理論課停一次答疑：電航樓224實驗內(nèi)容第3周基爾霍夫定律驗證和電位的測定

第5周戴維南定理驗證和最大功率傳輸條件的測定

第7周受控源特性的研究第9周動態(tài)電路的仿真實驗第11周交流電路等效參數(shù)的測定第13周

R-L-C串聯(lián)諧振電路的研究第15周自行設(shè)計創(chuàng)新實驗實驗安排（單周）地點：電航樓301324指導(dǎo)教師：王維剛張惠澤

預(yù)習(xí)、操作、實驗報告要求；實驗室規(guī)章制度。前言

1、電路課程的重要性：是一門專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)的專業(yè)課打基礎(chǔ)。

2、學(xué)習(xí)方法電路理論低頻電子線路信號與系統(tǒng)數(shù)字邏輯電路單片機(jī)原理電磁場與微波技術(shù)現(xiàn)代信號處理聽課復(fù)習(xí)、答疑作業(yè)平時：期末：總復(fù)習(xí)+答疑+習(xí)題3、授課內(nèi)容第一章電路基本定律和簡單電阻電路第二章電阻電路的一般分析第三章含運算放大器電路第四章一階電路第五章正弦電路和相量法第七章互感電路第六章諧振第九章非正弦電路第十章雙口網(wǎng)絡(luò)第1章電路基本定律和簡單電阻電路

本章內(nèi)容：1.1電路和電路模型1.2電路分析基本變量1.3電路分析基本元件1.4基爾霍夫定律1.5電路的等效變換

1.1電路和電路模型

電路：電流的通路,實際電路是將電器元件或設(shè)備按一定方式連接起來。

某液晶電視的電源電路某變電站電路電路模型:理想化元件代替實際電器元件或設(shè)備。

具有某種確定電磁性質(zhì)并有精確數(shù)學(xué)定義的基本結(jié)構(gòu)；在一定的條件下，理想元件及組合足以模擬實際電路中器件發(fā)生的物理過程。實際電路電路模型電路作用：發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐...輸電線放大器揚(yáng)聲器話筒

(1)實現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實現(xiàn)信號的傳遞與處理電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負(fù)載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機(jī)電爐...輸電線直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號源:

提供信息放大器揚(yáng)聲器話筒

電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。1.2電路分析基本變量

1.2.1電流

定義：電路中自由電子或帶電質(zhì)點在電場力作用下有規(guī)律的運動形成電流。用或表示,單位：安培(A).電流電壓電功率電勢大小：單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量方向：正電荷移動的方向為實際方向。圖中表示Iab

雙下標(biāo)箭頭abRI問題思考：電流方向AB？電流方向BA？E1ABRE2IR?某收音機(jī)電路圖（能否馬上判斷出某條支路的電流）？No?。×硗?，交流電路中i0tT/2Ti當(dāng)從左到右當(dāng)從右到左無法標(biāo)注實際方向??！任意假定一個方向為電流正方向,稱為參考方向。

若參考方向與實際方向一致，電流參考方向：i實際方向參考方向i>0i<0i參考方向?qū)嶋H方向

例：如圖，導(dǎo)線中，電子從左向右移動產(chǎn)生1mA的電流，請確定和。

例例若I=5A，則實際電流從a流向b；若I=–5A，則實際電流從b流向a。abRI1.2.2電壓

定義：指電場力把單位正電荷從電場的一點移動到另一點所做的功，用表示，單位：伏特（V）。

大小：方向：實際方向：電位降落的方向。高電位低電位

參考方向：任意規(guī)定一方向為電壓的正方向。

參考方向與實際方向一致電壓為“+”，方向不一致為“-”。（a）（b）a點電位比b點高5Va點電位比b點低5Vu__+正負(fù)號abUab（高電位在前，低電位在后）

雙下標(biāo)箭頭uab表示電壓和電流參考方向的關(guān)系關(guān)聯(lián)+VI－非關(guān)聯(lián)+VI－電流參考方向從電壓參考方向的正極流入，負(fù)極流出，電壓電流參考方向稱為關(guān)聯(lián)的；反之稱為非關(guān)聯(lián)的。非關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)還是非關(guān)聯(lián)一定是針對某一個元件。電位：選電路中某一點作為參考點，令該點電位為零，其他點相對該點的電壓稱為電位。abcd令C點作為參考點，即uc=0ua=uac，ub=ubc，ud=udc例某點電位為正，說明該點電位比參考點高；某點電位為負(fù)，說明該點電位比參考點低。無論電位怎么變，兩點之間的電壓是恒定的。引入電位后，電路圖的簡化：例1例21.2.3電功率功率：單位時間內(nèi)電場力所做的功。

若某段電路的電壓為

，流過的電流為，則功率為：功率的正負(fù)？

實際與定義一致；實際與定義相反。

(關(guān)聯(lián)方向)(非關(guān)聯(lián)方向)規(guī)定實際上是吸收還是發(fā)出功率？例：計算圖中每一部分的吸收功率。(a)關(guān)聯(lián)參考方向

（b）非關(guān)聯(lián)參考方向例例求圖示電路中各方框所代表的元件吸收或發(fā)出的功率。

已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－例解:對一完整的電路，滿足：發(fā)出的功率＝吸收的功率564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－注意思考：

圖中，B元件吸收或發(fā)出的功率，其電壓、電流為：（20

，

吸收，發(fā)出）1.2.4電動勢

非電場力將單位正電荷從低電位移到高電位所作的功定義為電動勢，簡稱電勢。

電壓是電位降，電勢則產(chǎn)生電位升。

+-Euab1.3電路分析基本元件

集總電路：當(dāng)實際電路的尺寸遠(yuǎn)小于使用時其最高工作頻率所對應(yīng)的波長時，對應(yīng)電路稱為實際電路的集總電路模型。集總參數(shù)元件外部不存在任何電場與磁場。在集總電路中，任何時刻，流入二端元件的一個端子的電流一定等于從另一個端子流出的電流，且兩個端子之間的電壓為單值量。

分布電路：當(dāng)電路的尺寸大于最高頻率所對應(yīng)的波長或兩者屬于同一數(shù)量級時，便不能作為集總電路處理，應(yīng)作為分布參數(shù)電路處理。（1）電阻R（單位：、k、M）1.3.1無源元件Riu線性電阻iu伏-安特性①伏安關(guān)系主要特性：②電導(dǎo)，單位:西門子（S）；③兩種特殊情況：④吸收的功率

耗能元件，電子電路中常用的電阻要標(biāo)明額定功率。

（a）碳膜電阻（b）線繞電阻（c）鋁殼電阻

一些有代表性的電阻

有一個100Ω、1W的碳膜電阻使用于直流電路，問在使用時電流、電壓不得超過多大的數(shù)值？例

故在使用時電流不得超過100mA，電壓不得超過10V。解：⑤可變電阻

可變電阻的符號

可變電阻器示例⑥電阻的四色環(huán)表示法色環(huán)棕紅橙黃綠藍(lán)紫灰白黑數(shù)值

123456789

0

2500

±5%（2）電容++++----+q-qui（單位：）庫-伏特性電容符號有極性無極性+_

主要特性：①電容上電流、電壓的關(guān)系當(dāng)(直流)時,uiC在直流電路中電容相當(dāng)于開路.結(jié)論

電容元件是一種有“記憶”的元件，也叫動態(tài)元件，電阻“無記憶”，電容用完后一定要進(jìn)行放電。②電容的“記憶性”③電容的儲能

電容是一種儲能元件,儲存的能量以電場形式存在。極板面積板間距離介電常數(shù)④電容和結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系uiC⑤實際電容器漏電現(xiàn)象：考慮損耗的模型為額定電壓：使用時若電壓超過額定電壓，便會縮短電容的使用壽命，甚至因介質(zhì)被擊穿而迅速損壞。（3）電感（單位：H,mH,H）單位電流產(chǎn)生的磁鏈。i(t)+-u(t)（t)＝N(t)磁通磁鏈iO+-uiL

主要特性：①電感中電流、電壓的關(guān)系uei當(dāng)(直流)時,在直流電路中電感相當(dāng)于短路.結(jié)論②電感的“記憶性”

電感元件是一種有“記憶”的元件，也叫動態(tài)元件。電感是一種儲能元件,儲存的磁場能量為：③電感的儲能線圈面積線圈長度導(dǎo)磁率④電感和結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系uei⑤實際電感線圈寄生參數(shù)：匝間電容和線繞電阻額定電流：超過額定值時，會使導(dǎo)線發(fā)熱影響絕緣而縮短使用壽命，甚至被燒毀。LCR直流電路中，電阻R直流電路中，相當(dāng)于短路直流電路中，相當(dāng)于開路耗能元件儲能元件儲能元件無源元件小結(jié)注意

實際元件的特性可以用若干理想元件來表示。注意（1）獨立源

理想電壓源是從實際電壓源在一定條件下抽象出來的一種模型，能獨立向外提供一個確定電壓而與通過的電流無關(guān)的元件。

1.3.2有源元件①電壓源

（a）直流電壓源；（b）可變電壓源；（c）交流電壓源；（d）通用符號作業(yè)：P37—1-13,1-14,1-16,1-17理想電壓源實際電壓源有內(nèi)阻，輸出電流增大時，電源的端電壓會降低。

實際電壓源②電流源

理想電流源（簡稱電流源）是實際電流源在一定條件下抽象出來的一種模型，能獨立向外提供一個確定電流而與其端電壓無關(guān)的元件。

理想電流源

實際電流源有內(nèi)阻，其輸出電流不再象理想電源那樣保持不變。

實際電流源（a）太陽能光電池（b）實驗室用電流源（2）受控源（非獨立源）

受控源元件是為了描述晶體管、場效應(yīng)管等電子器件的物理現(xiàn)象而抽象出來的一種模型，目的在于表明器件的電壓、電流關(guān)系。+–受控電壓源受控電流源電流控制電壓源(CCVS)電壓控制電流源(VCCS)電流控制電流源(CCCS)電壓控制電壓源（VCVS)四類受控源：實際電路的受控源模型舉例：例求：電壓u2。解5i1+_u2_u1=6Vi1++-3例1.4基爾霍夫定律GustavRobertKirchhoff(1824-1887)，基爾霍夫/克西霍夫Kirchhoff’sCurrentLaw—KCL

(基爾霍夫電流定律

)Kirchhoff’sVoltageLaw—KVL(基爾霍夫電壓定律)作業(yè)：P39—1-22,1-24,1-25,1-26概念:支路：每一個二端的簡單元件(包括一段無阻導(dǎo)線)稱為支路。有時兩個元件串聯(lián)在一起無分岔也看作是一條支路。

+_R1US1+_US2R2R33條支路結(jié)點：三條或三條以上支路的連接點稱為結(jié)點。

+_R1US1+_US2R2R3AB2個結(jié)點下面電路圖中幾個結(jié)點?路徑：一串相連接的支路的組合。

回路：電路任一首尾相連的閉合路徑稱為回路。

+_R1US1+_US2R2R33條回路1231.4.1基爾霍夫電流定律（KCL）

定律內(nèi)容:電路中,任何時刻,對任一結(jié)點，所有支路電流的代數(shù)和恒等于零。﹙流入:–

流出:+）

如圖I1I2I3I4或：即：流入結(jié)點的電流等于由結(jié)點流出的電流。流入流出電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性電流定律還可以擴(kuò)展到電路的任意封閉面。例I1+I2=I3例I=0I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_RKCL與電路元件無關(guān)。廣義結(jié)點思考題例11、求電流i1.4.2基爾霍夫電壓定律（KVL）

定律內(nèi)容：電路中,任何時刻,沿任一回路所有元件上電壓的代數(shù)和恒等于零。說明：

⑴首先確定繞行方向和各元件電壓的參考方向（注意：若電阻電流參考方向已標(biāo)出，習(xí)慣上電壓取關(guān)聯(lián)方向）；

(2)列方程時電壓方向與繞行方向一致：+，否則：––R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0假定繞行方向為順時針-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0如圖I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4根據(jù)KVL：即：電位升等于電位降。orR2I2+R4I4+US4=R1I1+US1+R3I3電位降電位升KVL適用于開口電路。

KVL適用于任何電路元件。

Uab例Us+_RabI。。思考題例12、求電壓u例單回路電路計算電路中每個元件的電流、電壓和功率。

分析：選電流為待求變量，并標(biāo)注其參考方向，電阻上電壓按關(guān)聯(lián)方向標(biāo)注，列寫KVL即可。即單結(jié)點對電路

例

分析：選電壓為待求變量，并標(biāo)注其參考方向，電阻上電流由歐姆定律按關(guān)聯(lián)方向標(biāo)注，對上端結(jié)點列寫KCL即可。即含受控源的簡單電阻電路

處理方法：先把受控源與獨立電源一樣看待列出方程，受控源的主控量與待求變量之間的關(guān)系作為附加方程。

例計算電路中各元件吸收的功率。由KVL知：附加方程：例分析步驟同含獨立電源的單結(jié)點對電路。KCL知：附加方程：解得：練習(xí)題

求6V電壓源和1A電流源發(fā)出的功率。解：（a）（b）圖（b）由KVL：練習(xí)題求6V電壓源和1A電流源發(fā)出的功率。（a）（b）解：如圖（b）對o點KCL:1.5等效變換

將電路中某一部分，用有利于電路計算的簡單電路或元件來替代，而原電路中未被替代的那部分的電流和電壓保持不變。MN電阻電路的等效變換電源電路的等效變換混合電路的等效變換作業(yè)：P40—1-32，1-38，1-40，1-42(a),1-43(b)1.5.1電阻的等效變換

（1）電阻的串聯(lián)

（a）原電路

（b）等效替代（c）n＝2任一電阻上的電壓:

應(yīng)用：降壓、限流、調(diào)節(jié)電壓等。（2）電阻的并聯(lián)

(a)原電路

(b)等效替代

電流分配:應(yīng)用：分流、調(diào)節(jié)電流等。(3)電阻星角等效變換

Y等效變換aIaIbIcbcRaRcRbacbRcaRbcRabIaIbIc型網(wǎng)絡(luò)

YY型網(wǎng)絡(luò)(4)利用等電位點簡化電阻電路等電位點找出后，電流為零的支路相當(dāng)于開路，電位相同的兩點相當(dāng)于短路。電路c、d等對稱電位短路斷路bacdRRRRbacdRRRRbacdRRRR例1.5.2電源的連接與等效變換

1、理想電源的組合（1）電壓源串聯(lián)（a）原電路

（b）等效替代

個電壓源串聯(lián)可以用一個電壓源等效代替,且等效電壓源的電壓是各串聯(lián)電壓源的代數(shù)和。

符號取決于等效電壓源和原電源各自的參考方向

注意：只有端電壓完全相同時