電路原理 第一講

電路原理電子信息類學(xué)科基礎(chǔ)課程電子教案華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電路原理課程組序言一、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分支電路分析電路綜合故障診斷輸入（激勵）電路輸出（響應(yīng)）？輸入（激勵）輸出（響應(yīng)）？電路理論和電磁場理論是兩個基本理論電路理論對電子信息學(xué)科各專業(yè)領(lǐng)域的深入研究極有價值，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)和拓撲學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的知識序言二、怎樣學(xué)好《電路理論》課程“高度重視，認真聽課，注重概念，加強練習(xí)”三、關(guān)于教學(xué)內(nèi)容的安排四、關(guān)于教材和參考書教材和主要參考書目教材《電路原理》（上、下冊）（第2版）

汪建主編清華大學(xué)出版社參考書目1.《電路原理學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題題解》汪建主編清華大學(xué)出版社2.《電路原理》周守昌主編高等教育出版社3.

《電路》邱關(guān)源主編高等教育出版社第一章電路的基本定律和電路元件

描述電路特性的兩個基本物理量，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）電路元件（電阻、獨立電源和受控電源等）1-1電路的基本概念（明確討論對象）1-1-1電路–+1-1電路的基本概念1-1-1電路~~~~~ElectriccircuitofaradioreceiverantennaL10.445HC4C22200PFC30.1U1SBL-113,42,5,678Q1OscillatorR2R1R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18++++___12VdcL31mHL222.7H4710K10K220100K100K1M15K15K10K4710C191091055320.11.0F1.0F100F100F100F0.00330.10.00220.470.1AudioOutput7MHztoU1.pin8U2BU2AU3Audiopoweramp5673218423654電路（電網(wǎng)絡(luò)）是互相連接起來的電源與負載的總體，電流能在其中流通.電路中存在三種基本電磁效應(yīng).2、集中參數(shù)電路和分布參數(shù)電路電源負載中間環(huán)節(jié)1、電路的3個基本組成部分1-1電路的基本概念1-1-1電路–+集中參數(shù)電路u(t)i(t)常微分方程100dmaxmin分布參數(shù)電路u(x,t)i(x,t)偏微分方程100dmaxmin1-1-2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)加以嚴格定義電路模型(由理想元件構(gòu)成）—電路理論研究對象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（表征電場力做功能力）dlEabu=dwdqu=albEdldq實際電器件備注：電壓的單位,直流和交流電壓(符號的大小寫：u、U）

電壓是代數(shù)量

uab=-uba

（電壓具有極性或方向）Edl=0abmn兩點間電壓與所經(jīng)過的路徑無關(guān)2、電位概念(參考點—零電位點)電壓（電位差）ou=albEdl電位的相對性3、電壓的參考方向（或參考極性）電壓真實方向的習(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以端點標號為下角標表示，

uabab應(yīng)用電位概念時的隱含表示:參考點為-參考方向的任意性，真實方向的客觀性1-2-2電流1、電流的含義物理現(xiàn)象,電流的方向物理量（電流強度）,單位,直流及交流電流Si=dqdt面元Si=s?dS正電荷運動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作用下的有規(guī)則的運動

對流電流()

:帶電粒子在自由空間運動形成的電流,又稱徙動電流位移電流(D):變化的電場使電介質(zhì)中的束縛電荷位移形成的電流全電流的連續(xù)性:S(c++D)ds=0(ic+i+iD)=0S2、電流的參考方向電流實際方向的習(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算:p=dW/dtp=uip=ui（P>0為吸收功率，P<0為發(fā)出功率）p=-ui兩式都表示元件（或該段電路）吸收的功率(以吸收功率為前提）例已知U=20V,吸收的功率為-40w,求電流的大小并標出其真實方向。+-ui+-UIP=UI=20I=-40I=-2AP=-UI=–20I=-40I=2AIp=uip=-ui功率能量的計算強調(diào):分析電路時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-u3+1-3基爾霍夫定律一些術(shù)語二端電路、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（node）回路（loop）、網(wǎng)孔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)無關(guān)需注意的問題（給出參考方向、兩套符號）練習(xí):接地電流等定律對包圍部分電路的任一閉合曲面也適用(廣義節(jié)點）1-3-2基爾霍夫電壓定律（KVL）1、定律內(nèi)容uk(t)=0n1:i1+i2+i4=0n3:–i1

–i3+i6=0–i1–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)無關(guān)需注意的問題對虛擬回路也適用與引入電位概念的等價性i1i2i3i4i5i6i7151234u1+u6

–u7–u4=0節(jié)點1節(jié)點2節(jié)點3節(jié)點5支路2支路3支路4u35–u4+u2+u3=0二端電路元件元件（一端口元件）ii關(guān)于電路元件的劃分視其物理量的構(gòu)成關(guān)系（哪些物理量的瞬時值之間構(gòu)成了確切的代數(shù)關(guān)系）電阻性元件：任一時間的電壓和電流之間構(gòu)成確切代數(shù)關(guān)系1-4電阻元件電路符號碳膜電阻器主要電磁特性i+u1-4電阻元件簡單情況u=RiR+-ui0ui1-4-1元件的定義與分類定義(定義式,定義曲線—特性曲線)分類線性非線性時不變時變時不變時變1、特性曲線與方程u=Rii=Gu1-4-2線性時不變（LTI）電阻元件1-4電阻元件R+-ui1-4-2線性時不變（LTI）電阻元件2、功率R+-uip=ui=Riip=–ui=–(–Ri)i=Ri2=Gu2實際應(yīng)用中應(yīng)注意電阻的功率不可超過其標稱值!3、兩個特殊情況R=∞，開路i0，u=任意有限值+-uiR=0，短路u0，i=任意有限值+-ui1、特性曲線與方程u=Rii=Gu0ui(負電阻的概念)1-4電阻元件1-4-3線性時變（LTV）電阻元件1、特性曲線與方程R(t)+-uiR(t1)R(t3)R(t2)0iuu=R(t)ii=G(t)u2、與LTI電阻元件的比較R+-uiR(t)+-ui設(shè)i=Imsin0t產(chǎn)生與輸入不同頻率的輸出（調(diào)制作用）輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相同R(t)=Ra+Rbsint設(shè)i=Imsin0tR(t)=Ra+Rbsint產(chǎn)生與輸入不同頻率的輸出（調(diào)制作用）1-電阻元件1-4-4非線性時不變電阻元件1、定義，一般非線性電阻元件的電路符號2、典型的非線性時不變電阻元件的特性曲線（1）普通二極管正極負極+-ui0ui（2）理想二極管0ui1-4-4非線性時不變電阻元件3、非線性電阻元件的靜態(tài)電阻與動態(tài)電阻靜態(tài)電阻0uiRQ=UQIQ=tg動態(tài)電阻rd=dudiQ=tgIQUQQ4、與線性電阻元件的比較靜態(tài)電阻、動態(tài)電阻都隨工作點變化！1-4-4非線性時不變電阻元件4、與線性電阻元件的比較iu0UmImiu00ui0ui0ui（1）線性（可加性與齊次性）例u=Riu=i2（2）雙向性與非雙向性（3）壓控、流控與單調(diào)型（4）負阻特性abab壓控：i=g(u)流控：u=f(i)（動態(tài)電阻可能為負值）1-4-4非線性時不變電阻元件1-4-5無源性與有源性1、概念+u二端元件或二端電路-iw(,t)=òtu(τ)i(τ)dτ無源，（對所有u與i可能的組合及所有時間t）有源，（只要出現(xiàn)）（表示二端元件或二端電路中能量為零的時刻）001-4-6無源性與有源性2、二端電阻性元件無源或有源的直觀判別無源特性曲線在所有時間都處于u-i平面的第一、三象限有源特性曲線只要有處于u-i平面的第二或第四象限的情況iu0t=0.523t=01t=例1兩電阻元件在電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向時，特性方程

分別為i=2+cost和i=u+(cos2t)u/u

，試判斷其有關(guān)性質(zhì)。t=02t=0.52t=iu0-111-5獨立電源實際電源及運行特點1-5-1電壓源1、定義和特性曲線+-us(t)任意電路-i+uiu0t=t2t=t1t=t3t=t4US直流電壓源2、備注電壓源的兩個特性(其電壓、電流特點）2V1I12V4V1I2

如果us(t)0實際電源的一種模型—戴維南（Thevenin）電路+-us(t)ii+--+USRSIUU=US–RSI0IUUSUSRS1-5獨立電源1-5-1電壓源1-5獨立電源1-5-2電流源1、定義和特性曲線ui0t=t2t=t1t=t3t=t4-+uis(t)i任意電路2、備注電流源的兩個特性（求U及各電源的功率）-+-+32U1A2V-+-+32U1A4ViI1電流源電壓的確定1-5獨立電源1-5-2電流源2、備注1+-+-256V4V8Aabcd例求圖示電路中各電源的功率。I1I2I3I4

如果is(t)0is(t)實際電源的另一種模型—諾頓（norton）電路+-ISRPIUU=RPISRPIUI0RPISIS1-5獨立電源1-5-2電流源+--+USRSIUU=US–RSI0IUUSUSRS+-ISRPIUU=RPISRPIUI0RPISIS1-5獨立電源問題：實際電源的兩種模型能相互轉(zhuǎn)換嗎？1-6受控電源（從屬電源）1-6-1四種形式的受控電源控制支路受控支路控制量電流電壓受控量電流電壓1、電流控制型電流源（CCCS）-i2+-+u1u2i1i1i2=i1u1=02、電流控制型電壓源（CCVS）+-+-u1u2i1ri1i2+-u1=0u2=ri11-6-1四種形式的受控電源4、電壓控制型電壓源（VCVS）i1=0u2=u13、電壓控制型電流源（VCCS）i2=gu1i1=0-i2+-+u1u2i1gu1+-+-u1u2i1u1i2+-備注：1)四種形式的受控電源屬于線性時不