【電路】緒論-課件

電路電路：由金屬導(dǎo)線(xiàn)和電氣、電子部件組成的導(dǎo)電回路，稱(chēng)為電路。1ppt課件緒論1.電路課是電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課物理中的電磁學(xué)電路物理中的電磁學(xué)電氣工程電子技術(shù)信息工程2.電路課的主要研究?jī)?nèi)容電路的組成電路的連接求解電路的一般方法+

+

電路元件電路元件各種連接方式求解電壓電流的各種方法2ppt課件2.電路課的主要學(xué)習(xí)方法（1）劃分模塊，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容條理、系統(tǒng)化。理論性強(qiáng)，基本概念多、內(nèi)容繁雜（2）一題多解，多題歸一電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、解題方法較多。（3）順向、逆向推理結(jié)合3ppt課件a順向推理：讀取已知條件，聯(lián)想到有關(guān)公式、定律。作用:擴(kuò)大信息量，縮短已知量和未知量的距離。b逆向推理：始終把未知量作為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合已知量，聯(lián)想有關(guān)公式。（4）分散復(fù)習(xí)、集中復(fù)習(xí)結(jié)合概念多、公式多，內(nèi)容繁雜作用:解題方向明確。4ppt課件3.主要參考書(shū)目《電路分析基礎(chǔ)》李翰遜《電路原理》江澤佳《電路分析原理》吉三成《電工基礎(chǔ)》愈大光《電網(wǎng)絡(luò)理論》（美）巴拉巴尼安《電路習(xí)題解析》王仲奕4.作業(yè)及點(diǎn)名冊(cè)5ppt課件1.電壓、電流的參考方向4.基爾霍夫定律

重點(diǎn)：第1章電路模型和電路定律3.電路元件特性2.電功率和能量主要內(nèi)容：電路分析的基本概念、基本元件和基本定律6ppt課件§1.1電路和電路模型（model)1.電路

電路

由電路器件和電路部件相互聯(lián)接而成，完成某種預(yù)期的目的或具有某種功能。

實(shí)際電路由于作用的不同，在復(fù)雜程度上和尺寸上都有很大的差異：

芯片電力傳輸手電筒簡(jiǎn)單

復(fù)雜

尺寸小尺寸大7ppt課件CF741集成運(yùn)算放大器外形及頂視圖8ppt課件發(fā)電廠(chǎng)輸配電用戶(hù)非電能電能如熱能、核能電力的輸送和分配電能非電能如熱能、機(jī)械能、光能

電路的作用

（1）傳輸電能

例：電力系統(tǒng)電源負(fù)載9ppt課件（2）信號(hào)處理施加的信號(hào)其它所需的信號(hào)通過(guò)電路變換或“加工”電源輸入、激勵(lì)；電路中產(chǎn)生的電流和電壓響應(yīng)輸入、激勵(lì)響應(yīng)例：放大器；（如運(yùn)算放大器）

觸發(fā)器；（如JK觸發(fā)器）整流電路。（如橋式整流電路）（3）測(cè)量、控制、計(jì)算10ppt課件

理想化方法工程中的應(yīng)用電路由實(shí)際電氣器件用導(dǎo)線(xiàn)聯(lián)接而成，雖然千差萬(wàn)別，但研究方法是一樣的，即理想化方法（如物理學(xué)中的質(zhì)點(diǎn)、剛體、理想氣體、液體等都是理想化方法的實(shí)例）：根據(jù)實(shí)際電路器件的共性,抽象出幾種基本的理想元件，用理想元件或它們的組合作為實(shí)際電路器件的模型，理想元件之間用理想導(dǎo)線(xiàn)聯(lián)接，形成實(shí)際電路的電路模型。只要模型得當(dāng)就可以精確再現(xiàn)實(shí)際電路中發(fā)生的電磁過(guò)程。2.電路模型11ppt課件

b）實(shí)驗(yàn)室中用導(dǎo)線(xiàn)繞成的電感線(xiàn)圈-------儲(chǔ)存能量、電磁感應(yīng)、消耗一定能量。一般用理想電感元件和理想電阻元件的串聯(lián)組合作為它的電路模型：例：

a）燈泡、電阻器-------消耗能量、一定條件下器件兩端的電壓和電流近似成正比，因此可用理想的電阻元件作它的電路模型。理想電路元件：具有確定的電磁屬性，具有精確的數(shù)學(xué)定義，如電阻R、電感L和電容C。

實(shí)際電路器件理想元件及其組合R

RL12ppt課件集總元件

當(dāng)構(gòu)成電路的器件以及電路本身的尺寸d遠(yuǎn)小于電路工作時(shí)電磁波的波長(zhǎng)λ，則在任一時(shí)刻，流入各器件任一端子的電流和任兩端子間的電壓將是單值的。在這樣的近似條件下，用一些理想元件或它們的組合來(lái)模擬實(shí)際器件。這樣的理想元件和電路稱(chēng)為集總元件和集總電路。滿(mǎn)足d<<λ條件的電路為集總參數(shù)電路:其特點(diǎn)是電路中任意兩個(gè)端點(diǎn)間的電壓和流入任一器件端鈕的電流完全確定，與器件的幾何尺寸和空間位置無(wú)關(guān)。不滿(mǎn)足d<<λ條件的電路稱(chēng)為分布參數(shù)電路：其特點(diǎn)是電路中的電壓和電流是時(shí)間的函數(shù)而且與器件的幾何尺寸和空間位置有關(guān)。有波導(dǎo)和高頻傳輸線(xiàn)組成的電路是分布參數(shù)電路的典型例子。13ppt課件濟(jì)南到青島電力傳輸線(xiàn)約400Km＝λ/15,不滿(mǎn)足集總電路的條件黃河:全長(zhǎng)5464千米，發(fā)源于青海巴顏喀拉山脈，東營(yíng)入海。長(zhǎng)江：全長(zhǎng)6300千米，發(fā)源于青藏高原唐古拉山，上海入海。北京→拉斯維加斯6267英里。北京→洛杉磯6237英里。

例：以f＝50Hz交流電為例，其相應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)：14ppt課件電路模型

用理想元件或它們的組合作為實(shí)際電路器件的模型，理想元件之間用理想導(dǎo)線(xiàn)聯(lián)接，形成實(shí)際電路的電路模型。RRsUs例：理想電路15ppt課件幾點(diǎn)說(shuō)明1）多端元件：二端元件，如電阻、電容；三端元件，如晶體管。2）電路元件對(duì)于實(shí)際器件是模擬，而不是等同。如當(dāng)電路工作頻率較高時(shí)，線(xiàn)圈的電路模型需要考慮電容效應(yīng)，此時(shí)的電路模型應(yīng)是：RLC3）本課程中，今后的電路均指理想電路。4）關(guān)于電路、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)：從數(shù)學(xué)方法研究電路—

系統(tǒng)；從電學(xué)的觀(guān)點(diǎn)分析電路—

電路；工程上：簡(jiǎn)單的電路—

電路；復(fù)雜的電路—

網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)。16ppt課件電路中的物理量及其符號(hào)

電流：i,I;電壓：u,U;電荷：q,Q;

磁通：,Φ;能量：W;功率：p,P

§1.2電壓和電流的參考方向1.電流和電壓的方向

電路分析中，對(duì)元件性質(zhì)的描述、電路方程的建立以及對(duì)電路的分析都是建立在一定的電流和電壓方向下。

判定u，i

方向的問(wèn)題

元件

A

B

i

+u

–

17ppt課件EiRIEi

易判斷不易判斷

?

i

*有時(shí)電流和電壓的方向是隨時(shí)間不斷變化18ppt課件2.電流和電壓的參考方向i）電流電流的參考方向：任意選定的電流方向

元件

A

B

i

標(biāo)定參考方向后，電流成為代數(shù)量（有正負(fù)）由參考方向判定實(shí)際方向i

>0，參實(shí)一致i

<0，參實(shí)相反

電流的參考方向也可用下標(biāo)表示，如：iAB19ppt課件例：計(jì)算下列電路中的電流I1I1=1AI1

=-1A10V10I1（a）10V10I1（b）20ppt課件ii）電壓電壓(降)的參考方向:任意選定的電壓方向U

<0+實(shí)際方向U

>0+實(shí)際方向+（參考方向）UAB電壓參考方向同樣可用下標(biāo)表示，如：UAB+（參考方向）UBA21ppt課件例:U1=10V10V10+U110V10+U1U1=10V電位：相對(duì)于參考點(diǎn)的電壓abcd設(shè)c點(diǎn)為電位參考點(diǎn)，a=Uac，b=Ubc，d=UdcUab=

a-b則c=022ppt課件小結(jié):(1)分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向,并據(jù)此列寫(xiě)電路方程。(2)參考方向一經(jīng)選定，在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。iii)

關(guān)聯(lián)參考方向(3)參考方向也稱(chēng)為假定正方向，以后討論均在參考方向下進(jìn)行，不考慮實(shí)際方向。關(guān)聯(lián)參考方向：電壓電流的參考方向一致+UI非關(guān)聯(lián)參考方向：電壓電流的參考方向相反U+I在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注(包括方向和符號(hào)）23ppt課件§1.3電功率和能量元件

A

B

q

+u

–

電場(chǎng)力對(duì)電荷作功，元件吸收能量

元件

A

B

q

+u

–

電荷克服電場(chǎng)力作功，元件釋放能量

1.元件吸收或釋放能量①電路工作時(shí)，伴隨電能和其它形式能量的交換。②電氣設(shè)備等有功率限制24ppt課件2.電功率的計(jì)算元件

A

B

q

+u

–

電場(chǎng)力將dq從AB,電場(chǎng)力作功，即元件吸收的能量:dw=udqt0

t,從AB,移動(dòng)的電荷從q(t0)q(t),元件吸收的能量:i)t0

t

元件吸收的能量選u,i為關(guān)聯(lián)參考方向,即i與q方向一致,有i=dq/dt,則電壓u的含義：把單位正電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功25ppt課件功率的單位名稱(chēng)：瓦（特）符號(hào)（W）能量的單位名稱(chēng)：焦（耳)符號(hào)（J）ii)功率p(在一定參考方向下為代數(shù)值）元件吸收的功率:如果u,i為非關(guān)聯(lián)參考方向,即則元件

A

B

+u

–

i

p為元件發(fā)出的功率26ppt課件小結(jié)u,i為關(guān)聯(lián)參考方向,p=ui

為元件吸收的功率P>0,吸收u,i為非關(guān)聯(lián)參考方向,p=ui

為元件發(fā)出的功率P>0,發(fā)出P<0,發(fā)出引入?yún)⒖挤较蚝?，u、i、P均有正有負(fù)為代數(shù)值P<0,吸收27ppt課件

3.例子實(shí)際吸收5W

如果u=5V，i=

1AP吸=ui=51=5W實(shí)際吸收12W

如果u=6V，i=

-2AP發(fā)=ui=6(-2)=-12W2)u,i

取非關(guān)聯(lián)參考方向i+–u1)u,i

取關(guān)聯(lián)參考方向i+–u28ppt課件3)按給定的參考方向和表達(dá)式，指出u,i的實(shí)際方向，并計(jì)算元件的功率，注明吸收還是發(fā)出。0u，itT/2TT/4T3/4cosωt+–AB3cosωt10cosωt解：由余弦曲線(xiàn)可知0<t<T/4,3T/4<t<T;u,i均大于零，其實(shí)際方向A→BT/4<t<3T/4u,i均小于零，其實(shí)際方向B→A

p=ui=30cos2ωt>0為吸收功率作業(yè)：1-3;1-429ppt課件§1.4電路元件幾個(gè)概念：2.集總電路：由集總元件構(gòu)成的電路稱(chēng)為集總電路。1.

一端口集總參數(shù)元件：具有兩個(gè)端紐，且在任何時(shí)刻t流入一個(gè)端紐的電流等于流出另一個(gè)端紐的電流，其兩端紐之間的電壓是確定的集總參數(shù)元件，稱(chēng)為兩端紐集總參數(shù)元件，或稱(chēng)為一端口集總參數(shù)元件。3.線(xiàn)性元件：元件的值與加于元件兩端的電壓或流過(guò)元件的電流大小無(wú)關(guān)。例如線(xiàn)性R,L,C4.非線(xiàn)性元件：元件的值與加于元件兩端的電壓或流過(guò)元件的電流大小有關(guān)。5.時(shí)不變?cè)涸膮?shù)不隨時(shí)間變化的元件。6.時(shí)變?cè)涸膮?shù)按一定規(guī)律隨時(shí)間變化的元件。電路中最基本的單元30ppt課件§1.5電阻元件(resistor)u

RiR+ui1.歐姆定律(Ohm’sLaw)，R為元件的電阻，單位名稱(chēng)：歐(姆)、ui0

伏安關(guān)系線(xiàn)性電阻元件的伏安特性為一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)

線(xiàn)性電阻元件：電壓與電流取關(guān)聯(lián)參考方向，任何時(shí)刻它的電壓和電流關(guān)系服從歐姆定律，即31ppt課件公式必須和參考方向配套使用！若電阻的電壓電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，即則歐姆定律寫(xiě)為u

–Ri

或i

–GuRi+uR和G都是電阻元件的參數(shù)，是正實(shí)常數(shù)。

令G

1/R，

G：為元件的電導(dǎo)，單位名稱(chēng)：西(門(mén)子)，符號(hào):S。則歐姆定律表示為iGu

32ppt課件p吸

ui(Ri)ii2R

u(u/R)=u2/R≥02.

性質(zhì)當(dāng)R=(G=0)，無(wú)論u為何值，i=0。視其為開(kāi)路P

恒為非負(fù)，說(shuō)明電阻元件是無(wú)源元件，是耗能元件。u(t)

Ri(t)，無(wú)“記憶”

開(kāi)路與短路Riu+–當(dāng)R=0(G=

)，無(wú)論

i為何值，u=0，視其為短路33ppt課件ui0ui0R=0iu=0+–R=∞i=0u+–

短路

開(kāi)路34ppt課件

時(shí)變電阻；非線(xiàn)性電阻；負(fù)電阻

時(shí)變電阻：R(t)隨時(shí)間變化;

非線(xiàn)性電阻：ui之間為非線(xiàn)性關(guān)系;負(fù)電阻：R<0，發(fā)出電能.uio例35ppt課件

§1.8電壓源和電流源1.電壓源特點(diǎn)(a)電壓源端電壓由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān);(b)電壓源中的電流由外電路決定。電路符號(hào)uS電壓源：元件的電壓u與通過(guò)它的電流無(wú)關(guān)，總保持為給定的時(shí)間函數(shù)。

伏安特性US+_iu+_USui0以直流電壓源為例:獨(dú)立電源36ppt課件電壓源的開(kāi)路與短路uS+_iu+_(1)開(kāi)路

i=0，u＝us(2)理想電壓源不允許短路。(3)零值電壓源相當(dāng)于短路。元件的兩端不容許短路元件本身相當(dāng)于短路理想電壓源電壓恒定，短路會(huì)使電流成無(wú)窮大。37ppt課件功率i,us非關(guān)聯(lián):uS+_iu+_i,uS關(guān)聯(lián)

:uS+_iu+_多電源電路中，有些電源也可能吸收能量，相當(dāng)于電路的“負(fù)載”。p發(fā)=uSip吸=uSi38ppt課件2.

電流源

特點(diǎn)(a)電流源電流由電源本身決定，與外電路無(wú)關(guān)；(b)電流源兩端電壓是由外電路決定。電路符號(hào)iS電流源：元件的電流i與它兩端的電壓無(wú)關(guān)，總保持為給定的時(shí)間函數(shù)。伏安特性ISui0以直流電流源為例:iISu+_39ppt課件

電流源的短路與開(kāi)路(2)理想電流源不允許開(kāi)路(1)短路：i=iS

，u=0

iiSu+_實(shí)際電流源的產(chǎn)生(3)零值電流源相當(dāng)于開(kāi)路

穩(wěn)流電子設(shè)備，如光電池，晶體三極管元件的兩端不容許斷開(kāi)元件本身相當(dāng)于斷開(kāi)理想電流源在開(kāi)路時(shí)由于電流恒定，會(huì)使輸出端電壓升高至無(wú)窮大；現(xiàn)實(shí)中，恒流源與恒壓源是相對(duì)的，如果將其開(kāi)路或短路都會(huì)極大地消耗能量，使其燒毀40ppt課件功率p發(fā)=uisp吸=uis

u,iS關(guān)聯(lián):

u,iS非關(guān)聯(lián):iSu+_–iSu＋41ppt課件解：1）沒(méi)有1Ω電阻時(shí)

PV=1×1=1WPI=1×1=1W例：求電源吸收或發(fā)出的功率。1）沒(méi)有1Ω電阻;2）有1Ω電阻(a)1V+_1A1Ω+_UI(b)1V+_1A功率平衡PV=1×1=1W吸收PI=2×1=2W發(fā)出UI=1×1+1=2V,PR=1×1=1W吸收2）有1Ω電阻時(shí)

功率平衡吸收發(fā)出42ppt課件§1.9受控電源(controlledsource)1.定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定函數(shù)，而是受電路中某個(gè)支路的電壓(或電流)的控制。(1)電流控制的電流源(CurrentControlledCurrentSource)：電流放大倍數(shù),純數(shù)i2=bi12.四種類(lèi)型+CCCSb

i1+_u2i2_u1i1+r:轉(zhuǎn)移電阻Ω

u2=ri1(2)電流控制的電壓源(CurrentControlledVoltageSource)i2i1CCVSr

i1+_u2+_u1+_非獨(dú)立電源43ppt課件g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo)i2=gu1:電壓放大倍數(shù),純數(shù)u2=u1(3)電壓控制的電流源(VoltageControlledCurrentSource)(4)電壓控制的電壓源(VoltageControlledVoltageSource)VCCSgu1+_u2i2+_u1i1VCVSu1+_u2+_u1+_i2i1例如：跨導(dǎo)放大器（OTA)44ppt課件幾點(diǎn)注意：1)控制系數(shù)（μ,β,r,g)為常數(shù)時(shí)，受控源為線(xiàn)性受控源。2)特有的菱形符號(hào)和控制系數(shù)的量綱。3)控制量u或i為零，則受控源為零—開(kāi)路或短路。4)電路中無(wú)獨(dú)立源時(shí)，受控源不能單獨(dú)對(duì)電路起激勵(lì)作用，這是稱(chēng)其為非獨(dú)立源的原因。5)受控源具有負(fù)載性，影響電路的輸入電阻。45ppt課件§1.10基爾霍夫定律(Kirchhoff’sLaws)基爾霍夫電流定律

(Kirchhoff’sCurrentLaw—KCL

)基爾霍夫電壓定律(Kirchhoff’sVoltageLaw—KVL

)定律發(fā)表于1845年，基爾霍夫還是個(gè)年僅21歲的大學(xué)生。基爾霍夫（GustavRobertKirchhoff，1824～1887），德國(guó)物理學(xué)家?；鶢柣舴蛟诳履崴贡ご髮W(xué)讀物理，1847年畢業(yè)后去柏林大學(xué)任教，3年后去布雷斯勞作臨時(shí)教授。1854年由化學(xué)家本生推薦任海德堡大學(xué)教授。1875年到柏林大學(xué)作理論物理教授，直到逝世?；鶢柣舴螂娐范扇耘f是解決復(fù)雜電路問(wèn)題的重要工具。基爾霍夫被稱(chēng)為“電路求解大師”。46ppt課件基爾霍夫定律與元件特性是電路分析的基礎(chǔ)?；鶢柣舴蚨墒羌傠娐返幕径桑ǔ７Q(chēng)為“拓?fù)洹?支路間的聯(lián)接關(guān)系)約束KCL、KVL；另一類(lèi)約束與支路上元件的類(lèi)型、連接有關(guān)，稱(chēng)為元件特性約束，簡(jiǎn)記VCR(VoltageCurrentRelation)，兩類(lèi)約束共同構(gòu)成了電路分析的出發(fā)點(diǎn)。47ppt課件1.幾個(gè)名詞_2R2ab+R1uS1+_uS2R312313結(jié)點(diǎn)(node):

支路的連接點(diǎn)稱(chēng)為結(jié)點(diǎn);(n)

回路(loop)：由支路組成的閉合路徑,但除起點(diǎn)與終點(diǎn)外，其余結(jié)點(diǎn)只能經(jīng)過(guò)一次;(l)路徑(path)：兩節(jié)點(diǎn)間的一條通路。路徑由支路構(gòu)成。有時(shí)也將每個(gè)二端元件定義為一條支路。支路(branch)：電路中流過(guò)同一電流的每個(gè)分支;(b)48ppt課件2.基爾霍夫電流定律(KCL)：物理基礎(chǔ):

電荷守恒，電流連續(xù)性。i1i4i2i3?例–i1+i2–i3+i4=0代數(shù)和：一般地規(guī)定,電流參考方向流出結(jié)點(diǎn),則和式中該電流前取“+”號(hào),反之取“”號(hào)。KCL：在集總電路中，任何時(shí)刻，對(duì)任一結(jié)點(diǎn)，所有支路電流的代數(shù)和恒等于零。上式表明，在任何時(shí)刻流出某一結(jié)點(diǎn)的支路電流等于流入該結(jié)點(diǎn)的支路電流。流入流出i1+i3=i2+i449ppt課件??7A4Ai110A-12Ai2i1+i2–10–(–12)=0i2=1A

4–7–i1=0i1=–3A

例1.求電路中的電流i2.KCL定律也適用于閉合面例2.

i2

i3

i12

i23

i31

i1

②

③結(jié)點(diǎn)1:i1+i12i31=0結(jié)點(diǎn)2:i2i12+i23=0結(jié)點(diǎn)3:i23+i31+i3=0三個(gè)方程相加,得:i1

i2+i3=0①50ppt課件ABi1ABi兩條支路電流大小相等，一個(gè)流入，一個(gè)流出。只有一條支路相連，則i=0。通過(guò)一個(gè)閉合面的支路電流的代數(shù)和總是等于零；或者說(shuō)，流出閉合面的電流等于流入同一閉合面的電流。這稱(chēng)為電流的連續(xù)性。KCL是電荷守恒的體現(xiàn)。i2?51ppt課件3.基爾霍夫電壓定律(KVL)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。代數(shù)和:取和時(shí)，需要任意指定一個(gè)回路的繞行方向，凡支路電壓的參考方向與回路的繞行方向一致者，該電壓前面取“＋”號(hào)，支路電壓參考方向與回路繞行方向相反者，取“–”號(hào)。例US1+U3+I4_R3I2I1R1US4R4I3R2_U1U2U4順時(shí)針?lè)较蚶@行:-U1-US1+U2+U3+U4+U