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1、1,电路理论,电子与信息工程系-胡冬全,2012-9-2,2,电路概论,电路分析,直流电路 交流电路 暂态分析,电路理论,电路分析 电路综合,应用举例 (1),- 工 业 控 制,电机控制 机床控制 生产过程自动化控制 楼宇电梯控制 . . . . . .,电工与电子技术的应用,磁悬浮列车,盲人引路车,大型车床,组合机床,- 信 号 检 测,压力、温度、水位、流量等的测量与调节 电子仪器 医疗仪器 . . . . . .,应用举例 (2),CT扫描,实验装置,- 家 用 电 器,电灯、电话 广播、电视 冰箱、洗衣机 家庭影院 . . . . . .,应用举例 (3),- 楼宇电梯的控制,应用举
2、例 (4),7,楼 宇 电 梯 的 控 制,信 号 检 测,Programmable Logic Controller,8,充电系统,电池管理系统,安全报警系统,驱动控制系统,汽车照明、电动转向、空调、音响、雨刷、电动门窗 .,汽车电子,汽车电子,课程性质:,专业技术基础课,专业对象:,电气信息类专业,课程特点：,内容丰富 技术更新快 紧密联系实际 应用广泛,本课程是电气信息类专业的后续课程的基础（如：模拟电子线路，数字电路，自动控制，计算机原理等）。,10,主要教学环节,注意解题方法和技巧，书写整洁。 独立完成作业。考勤、作业和测验占总成绩30%.,紧跟老师讲课思路，积极思考，主动学习。 抓
3、住基本概念、基本理论、基本原理和分析方法。,课堂教学,训练实验技能，培养严谨的科学作风。注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的使用方法，验证与探索相结合。,11,学 习 的 主 要 内 容,第一章 电路基本定律与二端电阻性元件 4 学 时 第二章 简单电阻电路的等效变换 4 第三章 多端电阻性元件 4 第四章 电路分析的一般方法 6 第五章 电路定理 6 第六章 二端储能元件 4 第七章 正弦稳态电路分析 14+2 第八章 耦合电感和理想变压器 6 第九章 三相电路 4 第十章 非正弦周期电流电路 2 第十-章 电路暂态过程的时域分析 8 共计64 学时,12,教材 电路基础理论（第一版） 华
4、中科技大学出版社 黄冠斌、胡冬全主编 参考书,教材及主要参考书,李翰荪编电路分析基础（第4版） 高等教育出版社 邱关源主编 电路 （第5版） 高等教育出版社 陈希有主编 电路理论基础 （第3版） 高等教育出版社 周长源主编 电路理论基础 高等教育出版社.,13,内容： 1 电路、电路模型、集总假设 2 电路变量-电流、电压、电功率 3 基尔霍夫定律,第1次课,目的要求： 了解电路模型和集总假设条件； 2. 理解电流、电压、电功率及其参考方向的意义； 理解基尔霍夫定律。,作业：P20 1-2 1-3 1-6。,重点：功率的计算和基尔霍夫定律,14,1 电路、电路模型、集总假设,一、实际电路,1.
5、作用：提供能量、传送和处理信号、测量电量、存储信息。,电源,负载,联接导线,15,作用：,(1). 实现电能的传输、分配与转换,(2).实现信号的传递与处理,16,结构：,电源: 提供 电能的装置,负载: 取用 电能的装置,中间环节：传递、分 配和控制电能的作用,17,直流电源: 提供能源,信号处理： 放大、检波等,负载,信号源: 提供信息,负载大小的概念: 负载增加指负载取用的电流和功率增加。,18,2.由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路。,电阻器,电容器,线圈,电池,运算放大器,晶体管,19,低频
6、信号发生器的内部结构,根据实际电路的几何尺寸(d)与其工作信号波长()的关系，可以将它们分为两大类： (1)集总参数电路：满足d条件的电路。 (2)分布参数电路：不满足d条件的电路。 说明： 本书只讨论集总参数电路,今后简称为电路。,20,二、电路模型：,手电筒的电路模型,灯 泡,开关,电 池,导线,为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,21,晶体管放大电路 (a)实际电路 (b)电原理图 (c)电路模型 (d)拓扑结构图,22,理想元件,电阻元件,电容元件,电感元件,理想电压
7、源,理想电流源,受控源,理想变压器,耦合电感,23,电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。现在以线圈为例加以说明。,线圈的几种电路模型 (a)线圈的图形符号 (b)线圈通过低频交流的模型 (c)线圈通过高频交流的模型,24,三、集总假设,集总意味着把器件的电场与磁场分开。,条件： 实际器件的尺寸远小于正常工作频率所对应的波长。,实际器件,（集总假设）,集总电路模型,理想化,本课程分析的对象,25,2 电路变量,一、电流 电荷的定向移动。,1大小： 电流强度单位时间内通过导体横截面的电量。,单位：安培（A
8、）,2实际方向：规定为正电荷移动的方向。,3参考方向：,实际方向,i 0,实际方向,i 0,26,实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正； 实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负。,实际方向与参考方向的关系,注意： 在参考方向选定后，电流（或电压） 值才有正负之分。 对任何电路分析时都应先指定各处的 i , u 的参考方向。,例：,若 I = 5A ，则实际方向与参考方向一致，,若 I =5A ，则实际方向与参考方向相反。,27,28,当数值过大或过小时，常用十进制的倍数表示。,SI制中，一些常用的十进制倍数的表示法：,符号 T G M k c m n p 中文 太 吉 兆 千 厘
9、 毫 微 纳 皮 数量 1012 109 106 103 102 103 106 109 1012,29,1. 指出下图中电流的实际方向。,2.同一支路，选择不同的参考方向如图， 与 关系如何？,a,b,注意：同一支路只能选一个参考方向。,30,二、电压 又称电位差。,1大小： 电场力移动单位正电荷从a点到b点所作的功。,单位：伏特（V）,2实际极性：规定为若正电荷从a点到b点失去能量，则a点为高电位，b点为低电位。,3参考极性：,参考极性（方向）的三种表示方式：,31,用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向；,用正负极性表示： 由正极指向负极的方向为电压 (降低)的参考方向；,用双下标表
10、示： 如 UAB , 由A指向B的方向为电压 (降)的参考方向。,参考极性（方向）的三种表示方式：,32,u 0,+ 实际极性 -,33,例1-2 在图1-11（a）中若,试说明t=0和t=1S/60两个时刻电压的真实方向。 解,因为u(0)0，此时电压的真实方向与参考方向相同。,因为u(1/60)0，此时电压的真实方向与参考方向相反。,34,关联参考方向,非关联参考方向,35,小结：,(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。,(2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。,u = Ri,u = Ri,(3) 参考方向不同时，其表达式符
11、号也不同，但实际方向不变。,36,三、电路中电位的概念及计算,电位：电路中某点至参考点的电压，记为“UX” 。 通常设参考点的电位为零。,1. 电位的概念,电位的计算步骤: (1) 任选电路中某一点为参考点，设其电位为零； (2) 标出各电流参考方向并计算； (3) 计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。,某点电位为正，说明该点电位比参考点高； 某点电位为负，说明该点电位比参考点低。,37,2. 举例,求图示电路中各点的电位:Ua、Ub、Uc、Ud 。,设 a为参考点， 即Ua=0V,Ub=Uba= 106= 60V Uc=Uca = 420 = 80 V Ud =Uda= 65 = 30
12、V,设 b为参考点，即Ub=0V,Ua = Uab=106 = 60 V Uc = Ucb = E1 = 140 V Ud = Udb =E2 = 90 V,b,a,Uab = 106 = 60 V Ucb = 140 V Udb = 90 V,Uab = 106 = 60 V Ucb = 140 V Udb = 90 V,38,结论：,(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中 各点的电位也将随之改变；,(2) 电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而变， 即与零电位参考点的选取无关。,借助电位的概念可以简化电路作图,39,例1: 图示电路，计算开关S 断开和闭合时A点 的电
13、位VA,解: (1)当开关S断开时,(2) 当开关闭合时,电路 如图（b）,电流 I2 = 0， 电位 VA = 0V 。,电流 I1 = I2 = 0， 电位 VA = 6V 。,电流在闭合 路径中流通,40,例1-4 图1-13所示电路中，当选择(4)为参考点时，(1)、(2)、(3)各点电位分别为5V、3V、6V。求电压U12、U23、U31；若将参考点改为(2)，求其它各点的电位。,解,因为两点间的电压与参考点 的选择无关，,令,41,几点重要结论： 1.电路中的电位与参考点有关，参考点改变电路 中各点电位随之而变； 2.电路中任意两点的电压与参考点的选择无关； 3.电位有正电位和有负
14、电位； 4.电位（电压）的计算与绕行路径无关，“降正 升负不能错，不同路径都符合，有阻无流电位同”,42,三、功率和能量,吸收功率,产生功率,单位：瓦特（W）,43,试计算下图所示各元件吸收或产生的功率。,产生2W,吸收6W,吸收6W,产生,44,例1-5 图1-19所示为某电路的一部分，已知图中U1=5V，U2= 4V，U3=3V，I1=3A，I2=4A，I3= 1A。求各元件的功率，并说明元件是吸收功率还是发出功率。,解 ：元件1（关联方向,元件1吸收功率 元件2 （非关联方向）,元件2发出功率16W，实际吸收16W功率 元件3,元件3吸收功率3W，实际发出3W功率。,45,例1-6 电路
15、中，已知U1=7V，U2=2V，U3=U4=5V，I1=I2=8A，I3=5A，I4=3A。求各元件的功率并说明是吸收功率还是发出功率。,解 ： 元件1,（发出） 元件2,元件3,元件4,（吸收）,（吸收）,（吸收）,46,19世纪40年代，经过安培、欧姆、奥斯特、焦耳和楞次等人的创造性工作，电磁学的理论也基本完善了，随之而来的是电器技术的蓬勃发展，使得电路变得越来越复杂。如何正确迅速地求解电路，成了电器技术进一步发展的关键。 德国科学家基尔霍夫 (18241887)。 1845年，21岁的基尔霍夫成功地解决了这个难题。当时他刚从大学毕业，第一篇论文就提出后来被称为基尔霍夫第一和第二定律的两个定律，运用这两个定律能正确而迅速地求解任何复杂的电路，立即被各国科学家接受和采用，直到现在，它仍是解决复杂电路问题的重要工具。,1-3 基尔霍夫定律,47,3 基尔霍夫定律,一、名词介绍,支路(branch) 每个二
