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1、2020/8/3,1,谭，,电 路,博学；,教授。,厚德、,博学路,位于1号实验楼东侧,校训：,博学、,笃行、,至善,2020/8/3,2,绪论,1.课程的地位,电气信息类、电子信息科学类等专业的重要基础课。必修课，考研课。,如：模拟电子技术、数字电子技术、高频电子线路、电机学（或电机与拖动）、电力系统分析、自控原理、信号与系统、控制元件（或控制电机）、电力电子技术、集成电路设计等课程都用到电路理论。,电气工程等一级学科下的考研科目一般都有电路课程(因学校不同，也可以选考其它课程，如“信号与系统”或“自动控制原理”或“电子技术基础”等) 。 我院的三个硕士专业都考电路。,2020/8/3,3,
2、电子信息科学类,电子信息科学与技术 微电子学 光信息科学与技术 科技防卫 信息安全 信息科学技术 光电子技术科学,2004年颁布的本科专业目录,开设电路课程的本科专业：,2020/8/3,4,电气信息类,数字媒体艺术 微电子制造工程 假肢矫形工程 电气工程及其自动化 自动化 电子信息工程 通信工程 计算机科学与技术 电子科学与技术 电气工程与自动化 信息工程 光源与照明 软件工程 影视艺术技术,网络工程 信息显示与光电技术 集成电路设计与集成系统 电气信息工程 计算机软件 电力工程与管理 广播电视工程 生物医学工程 光电信息工程 医学信息工程 信息物理工程 医疗器械工程 数字媒体技术 智能科学
3、与技术,2020/8/3,5,2. 电路理论及相关技术的发展简史（自学）,3. 电路课程的基本结构 一个假设（集总假设） 两类约束（元件约束和拓扑约束）, 基本方法（叠加、分解、变换域和系统分析） 叠加方法的理论基础是叠加定理（第4章）；,正确理解，灵活运用。,分解方法的理论基础是置换定理、戴维南定理、诺顿定理和互易定理（第4章）；,系统分析（第15章）、一般分析（第3章）。,变换域方法包含相量分析法（第8章）和域分析法（第14章）；,2020/8/3,6,第一章 电路模型和电路定律,内容提要 电路模型的概念； 电压、电流参考方向的概念； 吸收、发出功率的表达式和计算方法； 各类电路元件：电阻
4、元件、电压源、电流源、电容元件和电感元件等； 受控电源； 基尔霍夫定律。,第 6章专门介绍,2020/8/3,7, 本章的重点, 电流和电压的参考方向； 电路元件特性； 基尔霍夫定律。, 本章的难点, 电压电流的实际方向与参考方向的联系和差别； 电路吸收或发出功率的判断； 独立电源与受控电源的联系和差别。,本章内容是所有章节的基础，学习时要深刻理解，熟练掌握。, 与后续章节的联系,2020/8/3,8,11 电路和电路模型,在实践中，为了达到某种目的，人们需要设计、安装一些实际电路，并让它运行。,电能量的传输、分配与转换；,信息的传递、控制与处理。,功能：,共性：建立在同一电路理论基础上。,1
5、. 实际电路,电路：由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。,2020/8/3,9,2. 电路模型, 电路模型：反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。,理想电路元件：有某种确定的电磁性能的理想元件。,电路图(模型),实际电路,电气原理图,拓扑结构图,2020/8/3,10, 5种基本的理想电路元件,电阻元件：表示消耗电能的元件；,电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件；,电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件；,电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成,5种基本理想电路元件有三个特征：, 注意,电能的元件。,只有两个端子； 端口电压或电流可以用数学方式描述
6、； 不能被分解为其他元件。,2020/8/3,11,例如：一个线圈,高频下的模型,直流下的模型,低频下的模型,具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，,同一实际电路部件在不同的应用条件下，,在一定条件下可用同一电路模型表示；,其电路模型可以有不同的形式。,理想模型, 还要注意,2020/8/3,12,12 电流和电压的参考方向,电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。,电流：带电粒子有规则的定向运动。,1.电流的参考方向,i(t),=,del,lim,t0,q(t),t,dq(t),dt,电流强度：单位时间内通过导体横截
7、面的电荷量。,单位：A (安)、kA、mA、 A,1kA=103A， 1mA=10-3A ， 1A=10-6A,2020/8/3,13,元件(导线)中电流的实际流向只有两种可能：,方向：正电荷的运动方向规定为电流的实际方向,问题：对复杂电路，,实际方向,实际方向,或者电路中电流随时间交变。,电流的实际方向无法事先判断。,？,指定电流参考方向的必要性,2020/8/3,14,任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。一般用箭头表示。,参考方向,电流的参考方向与实际方向的关系,参考方向,参考方向,实际方向,参考方向,实际方向,i0,i0, 表明：电流有大小和方向。,i,参考方向也可以用双下标
8、表示：如 iAB。,iAB,方向由A指向B,电流是代数量，有正负。,2020/8/3,15,电位：单位正电荷q 从电路中一点移至参考点(=0)时电场力做功的大小。 电压U：单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时电场力做功(W)的大小。,2. 电压的参考方向,U,del,dW,dq,实际电压方向：电位真正降低的方向。,单位： V (伏)、kV、mV、V,2020/8/3,16,例 已知：4C正电荷由a点均匀移动至 b点电场力做功8J，由b点移动到c 点电场力做功为12J。 若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压Uab、U bc； 若以c点为参考点，再求以上各值。,解：(1), b= 0,a
9、=,q,Wab,=,4,8,= 2V,c=,q,Wcb,= -,q,Wbc,= -,4,12,= -3V,= 2 - 0 = 2V,Uab = a- b,Ubc = b- c,= 0 - (-3) = 3V,2020/8/3,17,解：(2),例 已知：4C正电荷由a点均匀移动至 b点电场力做功8J，由b点移动到c 点电场力做功为12J。 (1) 若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压Uab、U bc； (2) 若以c点为参考点，再求以上各值。,c= 0,a=,q,Wac,=,4,(8+12),= 5V, b=,q,Wbc,=,4,12,= 3V,= 5 - 3 = 2V,Uab = a
10、- b,Ubc = b- c,= 3 - 0 = 3V,2020/8/3,18, 结论,电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中各点的电位值就唯一确定；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。, b= 0，a= 2V，c= -3V,Uab = 2V ，Ubc = 3V, c= 0，a= 5V， b= 3V,Uab = 2V ，Ubc = 3V,计算结果分析,2020/8/3,19,任意假设从高电位指向低电位的方向。,问题：在复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向也不容易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。所以在分析电路之前，电压也必须指定参
11、考方向（或参考极性）。,电压(降)的参考方向,u0,u0,2020/8/3,20, 电压参考方向的三种表示方式：,(1)用箭头表示,(2)用正负极性表示,(3)用双下标表示,2020/8/3,21,元件或支路的 u，i 采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。,3.关联参考方向,关联参考方向,非关联参考方向,B 关联参考方向,A 非关联参考方向,问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？,2020/8/3,22, 注意,分析电路前必须选定电压和电流的参考方向； 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； 参考方向不同时，其
12、表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。,2020/8/3,23,13 电功率和能量,电功率和能量计算的必要性,当电流通过电炉和灯泡时，能使它们生热、发光。这说明电路在工作状况下伴随有电能与其他形式能量的相互交换。,另外，电气设备、电路部件本身都有功率的限制，在使用时要注意其电流值或电压值是否超过额定值，过载会使设备或部件损坏，或是不能正常工作。,2020/8/3,24,1. 电功率,单位时间内电场力所做的功。,p =,dw,dt,=,dw,dq,dq,dt,= ui,u =,dw,dq,i =,dq,dt,功率的单位：,不仅适用于一个元件，也适用于任何一段电路。,电功率的计算公式为 p
13、 = ui,W (瓦) (Watt，瓦特)，kW、mW 等。,2020/8/3,25,2. 电路吸收或发出功率的判断, u、i 取关联参考方向：,p = ui 表示元件吸收的功率。,p0，吸收正功率。,p0，吸收负功率。,(实际吸收),(实际发出), u、i 取非关联参考方向：,p = ui 表示元件发出的功率。,p0，发出正功率。,p0，发出负功率。,(实际发出),(实际吸收),2020/8/3,26,例：求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。已知：,解：,U1=1V，U2= -3V， U3=8V，U4= -4V， U5=7V，U6= -3V， I1=2A，I2=1A，I3= -1
14、A,P1发=U1I1=12 =2W；,P2吸=U2I1=(-3)2 = -6W,P3吸=U3I1=82=16W；,P4吸=U4I2=(-4)1 = -4W,P5吸=U5I3=7(-1) = -7W；,P6吸=U6I3=(-3)(-1) = 3W, 对一完整电路，满足：发出的功率吸收的功率,2020/8/3,27,3. 电能量,在t0到 t 时间内，元件吸收的电能量为：,dw =,p,dt,=,u i dt,w(t) =,t,t0,u(x),i(x),dx,能量的单位：J (焦) (Joule，焦耳),p =,dw,dt,2020/8/3,28,14 电路元件, 注意： 如果表征元件端子特性的数
15、学关系式是线性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。,是电路中最基本的组成单元。,1. 电路元件,前已述及，5种基本的理想电路元件为,电阻元件：表示消耗电能的元件,电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件,电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件,电压源和电流源：,表示将其它形式的能量转变成电能的元件。,2020/8/3,29,电路元件不仅有 线性和非线性之分；,有源和无源；,时变和时不变；,有记忆和无记忆；,单向和双向。,还可以分为：,在电路模型中，各理想电路元件均由“理想导线”连接起来。除 5种基本的理想电路元件外，受控电源、理想变压器等也是理想电路元件。,根据端子的数目，理想
16、电路元件还分为：两端(单口)、三端和四端(双口)元件等。,2020/8/3,30,2. 集总参数电路,由集总元件构成的电路。,假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。, 集总元件, 集总条件,元器件的尺寸d 电路工作频率所对应的波长。,如音频信号：频率 f = 20kHz，光速 v =3108 m/s。,则波长 =,v,f,= 15km,所以实验室里的电路板及其元器件的尺寸都满足集总假设条件。但远距离的输电线路、天线电路、雷达、微波设备等不满足集总假设条件。,2020/8/3,31,“集总”意味着把元器件的电场和磁场分开，电场只与电容器件有关；磁场只与电感器件有关；两种场之间不存在相互作用。,实际情况是，电场与磁场相互作用会产生电磁波，一部分能量将通过辐射而损失掉，只有在辐射能量可忽略不计的情况下才能采用“集总”的概念。这就要求元器件的几何尺寸远小于工作频率所对应的波长。,本书讨论的电路元件都是集总参数元件(简称集总元件)，主要学习由集总元件构成的集总电路的分析求解方法 (第18章除外)
