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1、.,电路原理课件,.,第1章 绪论,1. 1 电路,1. 2 电流和电压,1. 3 电路模型的建立和电路分析的基本观点,1. 4 电路用于信号处理,1. 6 电路的分类,1. 5 电路用于能量处理,.,1.1 电路,一、电路 （circuits）,电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。,电源（source）：提供能量或信号。,负载（load）：将电能转化为其他形式的能量，或对信号进行处理。,导线（line）、开关（switch）等：将电源与负载接成通路。,电路是电工设备构成的整体，它为电流（current）的流通提供路径。,.,二、为什么要学习电路？,从学术的观点来看 电路是电气工程（e
2、lectrical engineering）的基础。 电路是计算机科学（computer science）的基础。 从实际情况来看 电路原理是许多高级课程的先修课程。 熟练掌握电路原理对现实生活有帮助。,三、什么是电气工程？,四、电路都有哪些作用？,处理能量 电能的产生、传输、分配 处理信号 电信号的获得、变换、放大,电路原理,*：指各类信号处理课程，包括某些专业的专门课程（如生物医学工程、核电子学等）。,五、电路原理的后续课程,.,电路分析(analysis),电路理论（电路原理）,实际电路,电路模型,分析,求解方程 （代数、常微分、偏微分）,结果,电路分析,电路综合,电路综合(synthe
3、sis),六、电路分析与电路综合,.,根据电源性质,直流电路,交流电路,根据负荷性质,电阻电路,动态电路,根据感兴趣的时段,暂态分析,稳态分析,七、如何看待电路,返回目录,.,1.2 电流和电压,一、 电流 （current）,带电质点有规律的运动形成电流。,电流的大小用电流强度表示。 电流强度：单位时间内通过导体横截面的电量。,单位名称：安培 符号：A （Ampere，安培；1775 1836，France）,.,电流的参考方向:,实际方向,实际方向,参考方向：任意选定的一个方向即为电流的参考方向。,i 参考方向,.,电流参考方向的两种表示：, 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向；, 用
4、双下标表示：如 iAB ，电流的参考方向由A指向B。,i 参考方向,i 参考方向,i 0,i 0 吸收正功率 （实际吸收）,P0 发出正功率 （实际发出）,PUT后，MOSFET的D、S间导通。,转移特性曲线,二、MOSFET的电气性质,.,UGS=5V,输出特性曲线,.,导通后UGSUT+UDS的时候，MOSFET的D、S间呈电阻特性。,1 截止区,条件：,性质：,3 三极管区,条件：,性质：,RON,2 饱和区,条件：,性质：,三、MOSFET的等效电路,.,四、MOSFET的模型,开关电阻（SR）模型:,截止状态,导通状态,.,截止状态,导通状态,开关电流源（SCR）模型:,返回目录,.
5、,2.4 基尔霍夫定律,一 、几个名词,支路 (branch)：电路中通过同一电流的每个分支。,回路（loop）：由支路组成的闭合路径。,b=3,网孔（mesh）：对平面电路，每个网眼即为网孔。 网孔是回路，但回路不一定是网孔。,1,2,3,a,b,l=3,n=2,（Kirchhoff，基尔霍夫；18241887，Germany）,.,物理基础：电荷（electric charge）守恒，电流连续性。,令电流流出为“+”,i1+i2i3+i4=0 i1+i3=i2+i4,i1+i210(12)=0 i2=1A,例,47i1= 0 i1= 3A,二、基尔霍夫电流定律（KCL） 在任何集总参数（l
6、umped parameter）电路中，在任一时刻，流出（流入）任一节点的各支路电流的代数和为零。 即,.,KCL的推广,两条支路电流大小相等， 一个流入，一个流出。,只有一条支路相连，则 i=0。,选定一个绕行方向：顺时针或逆时针。,R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0 R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4,例,取顺时针方向绕行：,-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0 -U1+U2+U3+U4= US1 -US4,三、基尔霍夫电压定律（KVL） 在任何集总参数（lumped parameter）电路中，在任一时刻，沿任一闭合路径（按固定绕向)，各支路电
7、压的代数和为零。 即,UAB (沿l1)=UAB (沿l2） 电位的单值性,推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条路径经过的各元件电压的代数和。元件电压方向与路径绕行方向一致时取正号，相反取负号。,A,B,.,KCL，KVL小结：,（1） KCL是对连到节点的支路电流的线性约束，KVL是对回路中支路电压的线性约束。,（2） KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。,（3） KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是电位单值性的具体体现（电压与路径无关）。,（4） KCL、KVL只适用于集总参数的电路。,电路如图示，求U和I。,解,3+1-2+I=0，I= -2（A）,U1=3I=
8、 -6（V）,U+U1+3-2=0，U=5（V）,例2,求下图电路开关S打开和闭合时的 i1 和 i2 。,S打开：i1=0,i2=1.5(A),S闭合：i2=0,i1=6(A),返回目录,.,一、电阻等效变换,2.5 电路的等效变换,(1) 电路特点,1.电阻串联 (series connection),(a) 各电阻顺序连接，流过同一电流 （KCL）；,(b) 总电压等于各串联电阻上的电压之和 （KVL）：,(2) 等效电阻（equivalent resistance）Req,等效：对外部电路端钮（terminal）以外效果相同,Req=( R1+ R2 +Rn) = Rk,(3) 串联电
9、阻上电压的分配,等效电阻等于串联的各电阻之和,.,例 两个电阻分压（voltage division）， 如下图所示。,（注意方向 !）,（4） 功率关系,p1 = R1i 2 ， p2 = R2i 2 ， ， pn = Rni 2,p1 : p2 : : pn= R1 : R2 : : Rn,总功率 p = Reqi 2 = (R1+ R2+ +Rn ) i 2 = R1i 2 + R2i 2 + + Rni 2 = p1 + p2 + + pn,.,2. 电阻并联 （parallel connection）,（1） 电路特点,(a) 各电阻两端分别接在一起，端电压为同一电压 （KVL）；,
10、(b) 总电流等于流过各并联电阻的电流之和 （KCL）：,i = i1+ i2+ + ik+ + in,.,由KCL,i = i1+ i2+ + ik+ +in= u Geq,故有,uGeq= i = uG1 +uG2 + +uGn=u（G1+G2+ +Gn）,即,设 Gk =1 / Rk （k = 1， 2， ， n）,Geq=G1+G2+ +Gk+ +Gn= Gk = 1/Rk,（2） 等效电导（equivalent conductance）Geq,等效电导等于并联的各电导之和。,.,（3） 并联电阻的分流（current division）,由,电流分配与电导成正比,得,对于两电阻并联，
11、,有,.,（4） 功率关系,p1=G1u2， p2=G2u2， ， pn=Gnu2,p1: p2 : : pn= G1 : G2 : :Gn,总功率 p = Gequ2 = (G1+ G2+ +Gn ) u2 = G1u2 + G2u2 + + Gnu2 = p1 + p2 + + pn,.,解 R = 4(2+(36) )= 2 ,.,解 R = (4040) + (303030) = 30,.,UAB=0,IAB=0,(2) 已知电流为零的支路可以断开。,(1) 已知电压为零的节点可以短接。,等电位点,等电位点之间开路或短路不影响电路的电压电流分布。,3. 平衡电桥,.,（1）电阻的三角形
12、（）联接和星形（Y）联接,4. 电阻的Y 变换,.,等效条件 i1 = i1Y ， i2 = i2Y ， i3 = i3Y ， 且 u12 = u12Y ， u23 = u23Y， u31 = u31Y,（2）Y 电阻等效变换（equivalent transformation)的条件,.,Y接: 用电流表示电压,u12Y=R1i1YR2i2Y,接: 用电压表示电流,i1Y+i2Y+i3Y = 0,u23Y=R2i2Y R3i3Y,i3 =u31 /R31 u23 /R23,i2 =u23 /R23 u12 /R12,i1 =u12 /R12 u31 /R31,（1）,（2）,（3）电阻的三角
13、形（）联接和星形（Y）联接的等效变换,由式（2）解得,根据等效条件，比较式（3）与式（1），得由Y接接的变换结果。,或,.,类似可得到由接 Y接的变换结果,或,由Y,由 Y,特例 若三个电阻相等(对称)，则有,R = 3RY,（外大内小 ）,注意,(1) 等效是指对外部（端钮以外）电路而言，对内不成立；,(2) 等效电路与外部电路无关。,.,例 桥T电路（bridge-T circuit）,解,通常有两种求入端电阻的方法, 端口加电压求电流法, 端口加电流求电压法,下面用加流求压法求Rab,Rab=U/I=(1-b )R,当b 0，正电阻,U=(I -b I)R=(1 - b )IR,当b 1
14、, Rab 0，负电阻,5. 含电阻和受控源二端网络的等效电阻,.,R等效= U / I,一个无独立源的二端（two-terminal）电阻网络可以用一个电阻等效。,一般情况下,小结,.,二、电源等效变换,1. 理想电压源的串、并联,串联,一般有 uS= uSk （注意参考方向）,电压相同的电压源才能并联，且每个电源的电流不确定。,并联,.,2. 理想电流源的串、并联,可等效成一个理想电流源 i S（ 注意参考方向）。,电流相同的理想电流源才能串联，并且每个电流源的端电压不能确定。,串联:,并联：,.,例3,例2,例1,iS = iS2 iS1,.,（1）实际电压源,U=US Ri I,其外特
15、性曲线如下：,Ri: 电源内阻,一般很小。,3. 实际电压源和实际电流源的模型及其等效变换,.,（2） 实际电流源,I = iS Gi U,Gi: 电源内电导,一般很小。,其外特性曲线如下:,.,u = uS Ri i,i = iS Giu,i = uS/Ri u/Ri,通过比较，得等效的条件：,iS=uS/Ri , Gi=1/Ri,（3）实际电压源和实际电流源模型间的等效变换,等效是指对外部电路的作用等效，即端口的电压、电流伏安关系保持不变。,.,由电压源模型变换为电流源模型：,由电流源模型变换为电压源模型,（2） 所谓的等效是对外部电路等效，对内部电路是不等效的。,注意：,开路的电流源可以有电流流过并联电导Gi 。,电流源短路时, 并联电导Gi中无电流。,电压源短路时，电阻Ri中有电流；,开路的电压源中无电流流过 Ri；,（3） 理想电压源与理想电流源不能相互转换。,例,.,应用 利用电源转换可以简化电路计算。,例1,I=0.5A,U=20V,例2,.,注:,受控源和
