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1、Theorem of Electrical Circuit 课程性质：专业基础课 专业对象：自动化 电气工程及其自动化 电子信息工程 电子信息科学与技术 生物医学工程 测控技术与仪器 机械电子工程 光信息科学与技术 通信工程 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（如电子技术、信号与系统、 自动控制原理等） 。 q 直流电路 q 正弦稳态交流电路 q 暂态电路 q 谐振电路q 互感电路q 三相电路主要教学环节 注意解题方法和技巧，书写整洁。 独立完成作业，按时交作业。 习题 积极思考，主动学习，抓住基本概念、基本理论、基 本原理和分析方法
2、。 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。 实验 教 材 及 参 考 书 作 者教材名称出版社孙玉坤、陈晓平主编 电路原理 机械工业出版社 陈晓平、傅海军主编 电路原理学习指导与习题全解 机械工业出版社 邱关源、罗先觉主编 电路（第五版） 高等教育出版社 刘崇新、罗先觉主编 电路学习指导与习题分析 高等教育出版社 周庭阳主编 电路原理（第 2 版） 浙江大学出版社 范承志主编 电路原理（第 2 版） 机械工业出版社 江缉光主编 电路原理（第 2 版） 清华大学出版社 付永庆主编 电路基础（上）（下） 高等教育出版社 燕
3、庆明主编 电路分析教程 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 周守昌主编 电路原理（第 2 版） 高等教育出版社 江泽佳主编 电路原理 高等教育出版社 李瀚荪主编 电路分析基础第 3 版（上、下） 高等教育出版社 电路基本概念和电路定律 1. 电压、电流的参考方向 4. 基尔霍夫定律 重点： 第一章 电路基本概念和电路定律 3. 电阻元件特性 2. 电功率、能量 电路基本概念和电路定律 1.1 电路和电路模型 1.2 电流和电压的参考方向 1.3 电功率和能量 1.4 电阻元件 1.5 电压源和电流源 1.6 受控电源 1.7 基尔霍夫定律 电路基本概念和电路
4、定律 1.1 电路和电路模型一、电路(electrical circuit)：电工设备构成的整体，它为 电流的流通提供路径。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。 电源(source)：提供能量或信号的发生器。 负载(load)：将电能转化为其它形式能量的用电设备， 或对信号进行处理的设备。 导线(line)、开关(switch)：将电源与负载接成通路 装置。 电路基本概念和电路定律 二、电路模型 (circuit model) 1. 理想电路元件：根据实际电路元件所具备的电磁性质来设想的具有某种单一电磁性质的元件，其u，i关系可用简单的数学式子严格表示。 几种基本的电路元件： 电阻元件
5、(resistor/resistance)：表示消耗电能的元件。 电感元件(inductor/inductance)：表示各种电感线圈产生 磁场，储存磁场能的元件。 电容元件(capacitor/capacitance)：表示各种电容器产生电场，储存电场能的元件。 电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件。 电路基本概念和电路定律 干电池干电池 BatteryBattery灯泡灯泡 LampLamp负载负载 LoadLoad 电源电源 SourseSourse开关开关 SwitchSwitch2. 电路模型：由理想元件及其组合代表实际电路元件，与实际电路具有基本相同的电磁性质，称其为
6、电路模型。 * 电路模型是由理想电路元件构成的。 电路基本概念和电路定律 E 开关 灯泡 电池 电路模型 实际电路元件 RKR0电路基本概念和电路定律 电阻、电容、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电阻电容线圈电池运算放大器晶体管电路基本概念和电路定律 低频信号发生器的内部结构电路基本概念和电路定律 手电筒电路电路基本概念和电路定律 常用电路图来表示电路模型(a) 实际电路 (b) 电原理图 (c) 电路模型 (d) 拓扑结构图电路基本概念和电路定律 晶体管放大电路(a)实际电路 (b)电原理图 (c)电路模型 (d)拓扑结构图电路基本概念和电路定律 电路模型近
7、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电路基本概念和电路定律 三、集总参数(lumped parameter)元件与集总参数电路 集总参数元件(lumped element)：在任何时刻，流入二端元件的一个端子的电流一定等于从另一个端子流出的 电流，两个端钮之间的电压为单值量。 集总参数电路(lumped circuit)：由集总参数元件构成的电路。 一个实际电路要能用集总参数电路近似，要
8、满足如下条件：即实际电路的尺寸必须远小于电路工作频率下的电磁波的波长。 电路基本概念和电路定律 已知电磁波的传播速度与光速相同，即 v 3105 km/s (千米/秒) (1) 若电路的工作频率为f 50 Hz，则 周期T 1/f 1/50 s 0.02 s波长 3105 0.02 km 6000 km 一般电路尺寸远小于 。(2) 若电路的工作频率为f 50 MHz，则周期T 1/f 0.02106 s 0.02 us波长 3105 0.02106 km 6 m此时一般电路尺寸均与可比，所以电路在高频情况下不能视为集总参数电路。 电路基本概念和电路定律 在实际电路中三种参数是连续分布的，就是
9、说：在电路的任何部分都既有电阻，又有电容，又有电感。如两根 并行导线： 四、分布参数(distributed parameter) R0L0G0C0xAB传输线的电路模型 电路基本概念和电路定律 R0L0G0C0xABx分得愈小，就愈接近实际情况，称这种连续分布的 电路参数为分布参数，该电路为分布参数电路。R0：单位长度的电阻，G0：单位长度的电导，L0：单位长度的电感，C0：单位长度的电容。电路基本概念和电路定律 分布参数电路(distributed circuit)，除了有时间变化以外，还有空间变化，电路中的电流和电压既是时间的函数， 又是距离的函数，i i(x，t)，u u(x，t)。分
10、布参数电路中的 电流和电压关系必须用偏微分方程来描述。 l电路基本概念和电路定律 一、电路中的主要物理量 1.电流(current) ：正电荷(electric charge)定向移动。单位：A (安) (Ampere，安培)1.2 电流和电压的参考方向 主要有电压、电流、电荷、磁链。在线性电路分析中常 用电流、电压、电位等。另外，电功率和电能量也是重要的 物理量。 电流的大小用电 流强度表示：单位 时间内通过导体截 面的电量。电路基本概念和电路定律 2.电压(voltage)：电场中某两点A、B间的电压(降)UAB等于将点电荷q从A点移至B点电场力所做的功WAB与该点电荷q的比值，即 单位：
11、V(伏) (Volt，伏特) 当把点电荷q由B移至A时，需外力克服电场力做同样的功|WAB|=|WBA|，此时可等效视为电场力做了负功WAB，则B到A的电压为 电路基本概念和电路定律 3.电位(potential)：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为参考点(reference node)，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。 参考点的电位一般选为零，所以，参考点也称为零电位点。 电位用表示，单位与电压相同，也是V(伏)。 abcd设c点为电位参考点，则 c 0电路基本概念和电路定律 两点间电压与电位的关系：abcd仍设c点为电位参考点，c 0 前例结论：电路中任意两点间的电压等于该两点
12、间的电位差 (potential difference)。 电路基本概念和电路定律 例1 . abc1.5 V1.5 V已知 Uab1.5 V，Ubc1.5 V。求a；b；c；Uac。 (1) 以a点为参考点，a 0 Uab a-b b a -Uab -1.5 VUbc b-c c b -Ubc -1.5-1.5 -3 VUac a-c 0 -(-3)3 V(2) 以b点为参考点，b 0 Uab a-b a b +Uab 1.5 VUbc b-c c b -Ubc -1.5 VUac a-c 1.5 -(-1.5) 3 V结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位 参考时，电路中各点电
13、位均不同，但任意两点间电 压保持不变。 电路基本概念和电路定律 4.电动势(eletromotive force/electromotance)：局外力克 服电场力把单位正电荷从负极(negative polarity)经电源 内部移到正极(positive polarity)所作的功称为电源的电动势。 e 的单位与电压相同，也是 V (伏) v电场力把单位正电荷从A移到B所做的功(UAB )，与外力 克服电场力把相同的单位正电荷从B经电源内部移向A所 做的功(eBA )是相同的，所以UAB eBA。 电路基本概念和电路定律 二、电流、电压的参考方向(reference direction)
14、如图所示， 带电极板使电荷 运动，电荷形成的电流方向为自A 到B，这就是电流的实际方向。 + AB电路基本概念和电路定律 1.电流的参考方向元件(导线)中电流流动的实际方向有两种可能: 参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。大小 方向 电流 i 为代数量，具有 实际方向i实际方向 ii参考方向BA电路基本概念和电路定律 电流参考方向有两种表示： 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。 用双下标表示：如iAB,电流的参考方向由A点指向B点。 i 0 i 参考方向实际方向 AB i 参考方向 实际方向 AB电路基本概念和电路定律 为什么要引入参考方向？(b)实际电路中有些电流是交变的，无法标出实际方向。标出参考方向，再加上与之配 合的表达式，才能表示出电流的大小和实 际方向。 (a) 有些复杂电路的某些支路事
