lecture-01-電路基本概念

電路分析

主講：徐國保

(博士，副教授)

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0緒論1電路分類及電路模型2電流和電壓的參考方向

lecture_01緒論及電路基本概念內容提綱重點難點電流定義及參考方向，電壓定義及參考方向作業(yè)：復習課本相關內容（cha.1-1,cha.1-2,cha.1-4）Next:cha.1-3&1-50緒論《電路分析》是電子信息工程專業(yè)的專業(yè)基礎課。也是研究生入學考試的必考課程，且具有廣闊的工程應用背景的課程。該課程不僅理論體系嚴謹，內容豐富精彩，而且會從中學會一種思維方法，養(yǎng)成一種科學作風，使人終生受益。本課程的要求：通過本課程的學習，使學生對于電路理論的基本原理和方法有一個堅實的理解，為后續(xù)課程準備必要的電路知識。

一、課程性質和要求：二、參考資料：（1）李瀚遜．電路分析基礎（第4版）．北京：高等教育出版社，2006（2）李瀚遜．簡明電路分析基礎．北京：高等教育出版社，2002（3）FloydTL.Electronicsfundamentalscircuits,devicesandapplications.5thed.PrenticeHallInc,2000三、課程安排：

80學時，其中64理論學時，16實驗學時，1-15周完成四、考核方式：平時成績：30%，其中考勤10%，作業(yè)10%和實驗10%

期末成績：70%，（閉卷）期末統(tǒng)考，試題庫中隨機選取試題。五、研究的課題：

已知電路

<結構、元件參數>電路分析的目的：通過求解響應，認識已知電路的功能和固有屬性。（技術指標）六、研究的對象：1、集總參數電路

<分布參數電路>

滿足基爾霍夫定律。滿足馬克斯威定律2、線性電路：非線性電路由線性元件組成的電路3、非時變電路：時變電路（元件參數不隨時間變化的電路）即研究線性、非時變的集總參數電路所遵循的基本規(guī)律及分析方法。七、本課程的內容：以電路模型為基礎，編寫描述電路的方程式，通過響應的求解、分析，認識已知電路的功能和特性。根據所分析電路的不同可分為：2、動態(tài)電路分析3、正弦穩(wěn)態(tài)電路分析1、電阻電路分析八、電路理論發(fā)展歷程1729年，英國S.格雷提出導體和絕緣體。亞歷山德羅·伏特本杰明.富蘭克林庫侖安培歐姆1749年，美國富蘭克林提出正電和負電。1785-1789年，法國庫侖提出庫侖定理。人類電磁現象認識的一次飛躍

1800年，意大利伏特發(fā)明了伏打電池。這一成果具有劃時代意義。1825年，法國安培提出安培環(huán)路定律。是發(fā)明電動機的理論基礎1826年，德國歐姆提出歐姆定律。1834年，俄國楞次提出楞次定律。1831年，英國法拉第發(fā)現了電磁感應現象。這一發(fā)現成為發(fā)電機和變壓器的基本原理。法拉第1838年，美國莫爾斯發(fā)明了電報。1845年，德國基爾霍夫提出了基爾霍夫定律。解決了電器設計中電路方面的難題。1864年，英國麥克斯韋預言電磁波的存在。為電路理論奠定堅實的基礎。1887年，德國赫茲證明電磁波的存在。1866年，德國西門子發(fā)現了電動機。電動機、發(fā)電機、有軌電車和指南針式電報機的發(fā)明人，,西門子公司創(chuàng)始人。開啟了電氣化時代。楞次基爾霍夫麥克斯韋赫茲西門子1897劍橋大學卡文迪許實驗室的約瑟夫·湯姆生在研究陰極射線時發(fā)現電子，從此揭開電子學的序幕電子。1904年，弗萊明發(fā)明了世界上第一只電子管。人類第一只電子管的誕生，標志著世界從此進入了電子時代。1947年12月，美國貝爾實驗室的肖克萊、巴丁和布拉頓組成的研究小組，研制出一種點接觸型的鍺晶體管。晶體管的問世，是20世紀的一項重大發(fā)明，是微電子革命的先聲，為后來集成電路的降生吹響了號角。1876年美國貝爾發(fā)明了電話1879年美國愛迪生發(fā)明了電燈泡1894年，意大利馬可尼和俄國波波夫分別發(fā)明了無線電。1950年：威廉·邵克雷開發(fā)出雙極晶體管(BipolarJunctionTransistor)，這是現在通行的標準的晶體管。1953年：第一個采用晶體管的商業(yè)化設備投入市場，即助聽器。1954年10月18日：第一臺晶體管收音機RegencyTR1投入市場，僅包含4只鍺晶體管。1961年4月25日：第一個集成電路專利被授予羅伯特·諾伊斯(RobertNoyce)。1965年：摩爾定律誕生。當時，戈登·摩爾(GordonMoore)預測，未來一個芯片上的晶體管數量大約每年翻一倍(10年后修正為每兩年)1968年7月：羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾從仙童(Fairchild)半導體公司辭職，創(chuàng)立了一個新的企業(yè)，即英特爾公司Intel1971年：英特爾發(fā)布了其第一個微處理器4004。包含僅2000多個晶體管。

1978年：英特爾把8088微處理器買給IBM，用于IBMPC的CPU。16位8088處理器含有2.9萬個晶體管，運行頻率為5MHz、8MHz和10MHz。1982年：286微處理器(又稱80286)推出，成為英特爾的第一個16位處理器，含有13400個晶體管1985年：英特爾386?微處理器問世，含有27.5萬個晶體管，是最初4004晶體管數量的100多倍。。1993年：英特爾奔騰處理器問世，含有3百萬個晶體管，采用英特爾0.8微米制程技術生產。1999年2月：英特爾發(fā)布了奔騰III處理器。含有950萬個晶體管，采用英特爾0.25微米制程技術生產。2002年1月：英特爾奔騰4處理器推出，含有5500萬個晶體管，它采用英特爾0.13微米制程技術生產。2005年5月26日：英特爾第一個主流雙核處理器“英特爾奔騰D處理器”誕生，含有2.3億個晶體管，采用英特爾領先的90納米制程技術生產。

1電路及電路模型（model)一、電路（circuit）由電工設備和電氣器件按預期目的連接構成的電流的通路。電源＋－US

作用之一：實現電能的傳輸、分配與轉換1.電路的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線請欣賞例子強電電路的作用變電站大型工廠商店學校小型電能用戶輸電線水力發(fā)電廠變電站小型配電站配電站住宅鄉(xiāng)村電能的產生和輸送電能的輸送和分配發(fā)電廠主傳輸線500kV升壓降壓電壓分配10kV降壓變電站三相單相主設備(380V)插座(220V)儀表控制盤儀表單相架空輸電線游泳池交流輸出燃料備料室燃燒室電力網城市熱氣水源熱水加熱器淋浴噴泉燈正常狀態(tài)電視廣播緊急狀況飲用水環(huán)境保護系統(tǒng)災難區(qū)應急廣播照明設備游泳池電能的應用作用之二：實現信號的傳遞與處理放大器揚聲器話筒1.電路的作用請欣賞例子弱電電路的作用早期的通訊現代通信上一頁返回各種檢測儀器上一頁返回2.電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負載: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)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、調諧、檢波等負載信號源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚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；由激勵所產生的電壓和電流稱為響應。

電源、負載和中間環(huán)節(jié)電路的組成是什么？最簡單電路的組成返回下一頁上一頁下一節(jié)EE電源：將非電形態(tài)的能量轉化為電能的供電設備。負載：將電能轉化為非電形態(tài)的能量的用電設備。連結導線：溝通電路、輸送電能。

簡單照明電路二.電路模型(circuitmodel)反映實際電路部件的主要電磁性質的理想電路元件及其組合。如何建模？由理想元件的串、并聯組成，近似地描述實際電路的電氣特性。有哪些理想元件？電阻元件：描述消耗電能的特性，把電能轉變?yōu)闊崮?、光能、聲能、機械能等符號：電感元件：描述存貯磁場能的特性符號：LR電容元件：描述存貯電場能量的特性符號：理想電壓源：描述提供一定的電壓的特性符號：+-Us理想電流源：描述提供一定的電流的特性符號：IS還有許多其它的理想元件，以后慢慢學吧！請欣賞一些元器件實物！電阻器電容器線圈電池運算放大器晶體管

低頻信號發(fā)生器的內部結構建模思想是科研中一種很重要的思維方法請欣賞實際電路建模例！手電筒電路模型

(a)實物電路(b)電路模型(b)干電池提供電壓干電池把電能轉變?yōu)闊崮軣襞莅央娔苻D化為光能、熱能日光燈電路~鎮(zhèn)流器光管啟輝器實物電路LRRA鎮(zhèn)流器光管~電路模型晶體管放大電路(a)實物電路(b)電路模型(b)信號源晶體管電池（忽略內阻）變壓器揚聲器電阻器溫馨提示：本課程介紹

電路模型（簡稱電路）的分析計算具有相同的主要電磁性能的實際電路部件，在一定條件下可用同一模型表示；同一實際電路部件在不同的應用條件下，其模型可以有不同的形式需要注意圖1－3線圈的幾種電路模型

(a)理想線圈模型(b)線圈通過低頻交流的模型

(c)線圈通過高頻交流的模型2電流和電壓的參考方向

(referencedirection)

電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流的參考方向(currentreferencedirection)電流CURRENT帶電粒子有規(guī)則的定向運動單位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、AAndre-MarieAmpere(1775-1836)安培電流強度單位時間內通過導體橫截面的電荷量方向規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向元件(導線)中電流流動的實際方向只有兩種可能:

實際方向實際方向AABB———金屬導體定向運動實際電流方向+++溶解液定向運動實際電流方向簡單電路中的實際方向E若為實際方向（極性）I+-U任一電路元件上有電壓，但只有發(fā)電機、蓄電池等能提供電能的元件才具有電動勢復雜電路中的實際方向6V3+–+–12V2A6112I能判別出各元件中電流、電壓的實際方向嗎？如何解決實際方向的判別問題？參考方向i

參考方向任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。AB

(2)參考方向的表示方法電流：Iab

雙下標箭標abRIi

參考方向i

參考方向i>0i<0實際方向實際方向AABB實際方向與參考方向一致，電流值為正值；實際方向與參考方向相反，電流值為負值。實際方向與參考方向的關系務必集中2分鐘的精力若I=5A，則電流從a流向b；例：若I=–5A，則電流從b流向a。abRI例如：-3A表示正電荷以每秒3庫侖的速度逆著參考方向箭頭移動大小方向電流(代數量)需要注意的是：電流的參考方向可以是任意的直流（directcurrentDC）：電流的大小和方向不隨時間變化，用I表示交流（alternatiingcurrentAC）：電流的大小和方向隨時間變化，用i(t)表示電壓U2.電壓的參考方向(voltagereferencedirection)單位正電荷q從電路中一點移至另一點時電場力做功（W）的大小

電位單位正電荷q從電路中一點移至參考點（＝0）時電場力做功的大小電位與電壓關系兩點之間電壓等于兩點的電位之差a、b之間的電壓a點電位b點電位以后你們經常在此犯錯誤！

單位：V(伏)、kV、mV、V實際電壓方向電位真正降低的方向AlessandroAntonioVolta(1745-1827)伏特（意大利物理學家）直流電壓U：電壓大小和極性都不隨時間變化交流電壓u(t)：電壓大小和極性都隨時間變化問題復雜電路或交變電路中，兩點間電壓的實際方向往往不易判別，給實際電路問題的分析計算帶來困難。電壓(降)的參考方向假設的電壓降低方向電壓參考方向的三種表示方式(1)用正負極性表示(2)用箭頭表示(3)用雙下標表示UU+ABUABU<0>0參考方向U+–+實際方向+實際方向參考方向U+–U實際方向與參考方向一致，電壓值為正值；實際方向與參考方向相反，電壓值為負值。實際方向與參考方向的關系例1：求圖示電路中各點的電位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：設a為參考點，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V

設b為參考點，即Vb=0VVa

=Uab=10×6=60VVc

=Ucb=E1=140VVd

=Udb=E2=90V

bac204A610AE290VE1140V56AdUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

Uab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

從上述計算，你能歸納出什么結論？(1)電位值是相對的，和參考點有關，參考點選取的不同，電路中各點的電位也將隨之改變；(2)電路中兩點間的電壓值是固定的，和參考點無關，不會因參考點的不同而變；結論：你也歸納出了上述的結論嗎？(3)電路中兩點間的電壓值是固定的，和計算路徑無關。電位計算舉例Va

=5+(-2)×2+10=11VVb=5+(-2)×2-6+3×1=-2VVc

=-12+3×6=6VVd

=-10-10×1+10-（-3）×3=-1V

--+-5V2Ω3Ω6Ω3Ω+6V+10V10Ω+12V-+-10V10Ω-2A1A3A1A-3A-4Aabcde+-10V爬山法求電位練習e點電位的求取bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd電路的簡化畫法省略電源，交代電位例2:圖示電路，計算開關S斷開和閉合時A點的電位VA解:(1)當開關S斷開時，如圖（a)(2)當開關閉合時,電路如圖（b）電流I2=0，電位VA=0V

。電流I1=I2=0，電位VA=6V

。電流在閉合路徑中流通2KA+I12kI2–6V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)開路了開路了元件或支路的u，i采用相同的參考方向稱之為關聯參考方向。反之，稱為非關聯參考方向。關聯參考方向非關聯參考方向3.關聯參考方向i+-+-iUU注意(1)分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。(2)參考方向一經選定，必須在圖中相應位置標注(包括方向和符號），在計算過程中不得任意改變。（3）參考方向不同時，其表達式相差一負號，但實際方向不變。例ABABi＋－U電壓電流參考方向如圖中所標，問：對A、B兩部分電路電壓電流參考方向關聯否？答：A電壓、電流參考方向非關聯；

B電壓、電流參考方向關聯。小結電荷和能量是描述電現象的基本變量；為便于描述電路，引進電流，電壓和功率易測變量；電路圖中所標示的電流方向和電壓極性均為參考方向和參考極性，它們不一定是電流的真實方向。電路圖中凡未同時標電流和電壓的參考方向時，均默認采用關聯參考（特別說明除外）思考與練習圖1－2－21.為什么在分析電路時，必須規(guī)定電流的參考方向和

電壓的參考極性？參考方向與實際方向有什么關系？2.你能確定圖1－2－2電路中電壓Uab的實際極性嗎？

為什么？基本情況：1976年生，江西德興市人，博士，系副主任。1996.9-2000.7北京服裝學院，工業(yè)自動化，學士2000.9-2003.3北京科技大學，控制理論與控制工程，碩士2005.9-2009.6北京科技大學，控制理論與控制工程，博士2003.4-2005.8湛江海洋大學，信息學院電子工程系助教2005.9-2012.12廣東海洋大學，信息學院電子工程系講師2013.1-至今廣東海洋大學，信息學院電子工程系副教授教學方面：

先后主講《電路與電子學》、《模擬電子技術》、《信號檢測與估計》、《電路分析》、《數字圖像處理》、《計算機仿真及其應用》、《Matlab語言及其應用》等本科課程。先后指導75人本科畢業(yè)設計，其中1人獲得校級優(yōu)秀畢業(yè)論文，18人獲得院級優(yōu)秀畢業(yè)論文。

徐國保簡介科研方面：主持和參與了國家科技支撐計劃專題、廣東省自然基金、廣東省科技計劃項目及市級項目等8項科研課題，在國內外核心學術期刊上發(fā)表學術論文16余篇，其中被SCI收錄1篇，EI收錄7篇；副主編出版《電路分析》專業(yè)教材1部。GuobaoXu,DelingZHENG,GengZHAO.AnalysisandConfirmationofImmovablePointsinLogisticMappingDigital-flowChaos,JournalofUniversityofSci.andTech.Beijing,2003,10(6):62-65（SCI,EI）Guo-bao

Xu,Mei-j