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1、电路课件,教学大纲,教学日历,经典电路理论形成于二十世纪初至60s 。经典的时域分析于30s初已初步建立，并随着电力、通讯、控制三大系统的要求发展到频域分析与电路综合。六、七十年代至今发展了现代电路理论。它随着电子革命和计算机革命而飞跃发展，特点是：频域与时域相结合，并产生了拓扑、状态、逻辑、开关电容、数字滤波器、有源网络综合、故障诊断等新的领域。作为首门电技术基础课，为学习电专业的专业基础课打下基础；也是电气电子工程师的必备知识；学习本课程还将有助于其他能力的培养（如严格的科学作风、抽象的思维能力、实验研究能力、总结归纳能力等）。,电路理论基础,本课程的任务,讲授电路的基本概念、定律、分析方
2、法 从直流稳态引出几个重要定律 （直流稳态） 分析直流暂态（直流过渡过程） 交流电的分析、计算（相量法，交流稳态） 运算法 （交流暂态、二阶）,电能的优点,易转换 输送经济、分配方便 控制测量迅速而准确 能以电磁波的形式在空间传播,为后续专业课准备必要的电路知识,带着思考听课、看书、写作业、做笔记,学习本课程的目的：,学习要求：,第一章 电路模型和定律,1.1 电路及模型 1.2 电压与电流参考方向 1.3 电功率和能量 1.4、5 、6、7 电路元件 1.8 电压源及电流源（理想） 1.9 受控源 1.10 基尔霍夫定律,重点：,1.电压、电流的参考方向。,2.功率计算、功率的吸收和释放,3
3、.R、L、C元件的定义和伏安关系,4.电压源、电流源的定义和伏安关系。,5.受控源的概念、类别。,6.基尔霍夫定律：KCL、KVL。,拓扑约束,元件约束,重要,第一章 电路模型和定律,1.1 电路及模型,一、电能的输送和转换。,电流的通路,电路,电路的作用,二、信号的传递和处理。,要求：减小损耗、提高效率 例：电力系统-发电、变电、输电、配电、用电的整体。 问题：为什么要高压送电？,要求：不失真。 例：扩音机话筒、放大器、扬声器,链接电力系统,电路尺寸远远小于电磁波的波长，称集总电路：,对较长的输电线称为分布电路,电路中的重要假设：,实际电路,由电气元件组成，并进行着能量形式转换，电能的传输和
4、分配过程。,用于分析计算的电路图形。由理想电路元件构成的模型。忽略次要因数，突出其主要因数的元件,负载,电源,电路模型： （简称电路）,一、电压、电流的实际方向,问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？,Uab=Va- Vb,1.2 电压与电流参考方向,电流方向 AB？,电流方向 BA？,电流的方向,正电荷运动的方向,电压的方向,电位降的方向,电动势的方向,电位升的方向,人为规定的方向，只有设定了参考方向电压、电流才有正负之分。,任意假设的,关联参考方向,非关联参考方向,电压、电流参考方向一致,电压、电流参考方向相反,二、参考方向：,问题：参考方向不同会不会使得
5、结果不同呢？,设E=4V，R=2，求U、I？,R上电压大小为4V， 流过电流大小为2A,习惯取法：负载取关联参考方向、电源取非关联参考方向,实际,U= -4、I=-2A,结论：任意选择参考方向，结果可能出现正、负号， 但实际方向是一致的。,一、能量：,t0 t 时间内，电场力将单位正电荷从A点移动到B点所做的功,二、功率：,设电路任意两点间的电压为 U ,流入此部分电路的电流为 I， 则这部分电路消耗的功率为:,1.3 电功率和能量,对于直流： P=UI,1. u、i 取关联参考方向,2. u、i 取非关联参考方向,结论：当u、i 的实际方向相同是负载当u、i 的实际方向相反是电源,功率是有放
6、出、吸收，用以判断此元件是电源还是负载,一、线性电阻元件：,电阻单位： 欧姆 、,定义： 电导G=1/R G单位： 西门子、S,欧姆定律：,u、i 关联参考方向u=Ri,u、i 非关联参考方向u=Ri,1.4 电路元件,二、电容元件(Capacitor),各种各样的电容器本质上都是由两块金属极板中间隔着某种介质(空气、云母、电介质）所组成。“充电”时，两极板上留下等量异性电荷，在介质中建立起电场，并储存有电场能量；去掉电源后，q虽相互吸引，但仍然为介质所绝缘而不能中和，于是留下了电场(及电场能量)。 故电容器是一种能够储存电场能量的实际器件。,1、一般定义：一个二端元件，如果在任一时刻t，其电
7、荷q(t)与其端电压uc(t)之间的关系(库伏关系QVR)可以用uc - q平面上的一条曲线（称为库伏特性曲线）来确定，则此二端元件称为电容元件。,我们主要研究非时变线性电容元件。其QVR为通过原点的一条直线，简称 “电容”，符号为“C”既表示一电容元件，也表示该元件的参数。,电容单位： 法拉、F,1. 电流电压关系：,关联参考方向,非关联参考方向,时域中的表达式,直流：电容相当于开路,设电容从 t0 t 进行工作，求电压,初始值,结论：电容的电压是由电流和其初始值共同决定,2. 电容有功功率、能量：,电容是储能元件,某电容的电压、电流波形如图，(1) 求C值；(2) 求它在0到1 ms 期间
8、得到的电荷；(3) 求电容吸收的功率的瞬时值及t=2ms时的功率；(4) 求w(t)与 w(2ms) .,(2) Q (1ms),解(1),例1-3,三、电感元件(Inductor),1、一般定义：一个二端元件，如果在任一时刻t，其电流iL同它磁链L之间的关系（韦安关系WAR）可以用iL -L平面上的一条曲线（韦安特性曲线）来确定，则此二端元件称为电感元件。,线圈通电iL 磁通 形成磁场及磁场能量 电感器 通常规定L (L)与iL的参考方向之间满足右手螺旋关系。,我们主要研究非时变线性电感元件。其WAR为通过原点的一条直线，简称 “电感”，符号为“L”既表示一电感元件，也表示该元件的参数。,L
9、 =L iL,2、电感的特性：,1）电感的伏安关系（VAR）,电感单位： 亨利、H,1. 电流电压关系：,由电磁感应定律,直流：电感相当于短路,关联参考方向,非关联参考方向,时域中的表达式,线性电感元件：,设电感从 t0 t 进行工作，求电压。,初始值,结论：电感的电流是由电压和其初始值共同决定,电感是 储能元件,2. 电感有功功率、能量：,1. 独立电压源：,特点：,（1）任何时候，电压源两端电压始终 不变（大小、方向）,（2）电压源的电流随外电路改变而改变，其大小由电压源电压和外电路共同决定,理想电压源,实际电压源,1.8 电压源及电流源（理想）,理想电流源,特点：,（1）任何时候，电流源
10、的电流始终 不变（大小、方向）,（2）电流源的两端电压随外电路改变 而改变，其大小由电流源电流和外电路共同决定,2. 独立电流源：,作业 1-1、1-4,上次课总结：,电力系统？,非关联,参考方向 ？,负载？,电源？,R .L. C,关联,电压源、电流源的特性,电压源,电流源,定义,理想二端元件,理想二端元件,特性,1、端电压是特定的时间函数，与其中的电流无关。 2、电压源中电流取决于外电路。,1、其中的电流是特定的时间函数，与其端电压无关。 2、电流源的端电压取决于外电路。,电路符号,特例,直流电压源,直流电流源,又称“非独立”电源，其大小和方向 受另一支路的电压或电流的控制。,电压控制电压
11、源VCVS,电流控制电压源CCVS, 、 为无量纲的数、 r 单位为、 g 单位为 S,Voltage Controlled Current Source,gu1,电压控制电流源VCCS,i1,电流控制电流源CCCS,1.9 受控源：,受控电源的分类比较,代号,VCVS,VCCS,CCVS,CCCS,名称,电压控制电压源,电压控制电流源,电流控制电压流,电流控制电流源,符号,控制量,u1,i1,i1,u1,被控量,i2,u2,i2,u2,被控支路关系,1.10 基尔霍夫定律,参考电位点（参考结点）,名词：,支路：电路中流过同一电流的分支。,结点（节点）：连接三条以上支路的点。,回路：电路中任一
12、闭合路径。,假如规定：i 流出结点为正 流入结点为负 ,在集总电路中任何时刻，流入任意结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。,重要,一、基尔霍夫电流定律：（KCL）,如图所示电路，已知i1、i2 、 i6，求 i3i4 i5 ？,解：,结论：基尔霍夫定律不仅适用于结点，也适用于闭合面,推广的KCL：,任何时刻，流入任意闭合面的电流之和等于流出该闭合面的电流之和。,例1,在集总电路中，任何时刻，沿任一回路循行一周，回路中各段电压的代数和等于零：,给定回路绕向 规定：电压与回路绕向一致为正， 与回路绕向相反为负 ， 或反之。,二、基尔霍夫电压定律：（KVL）,如图，已知u1=u3=1V，u2=4
13、V，u4=u5=2V， 求ux、u6。,解：,对回路有：,对回路有：,例1-4,如图所示电路中，R1=1，R2=2，R3=3，US1=3V，US2=1V 。求电阻R1两端的电压U1。,解：,对结点有：,对回路有：,对回路有：,补例：,如图，已知R1=0.5k，R2=1k，R3=2k，uS=10V，电流控制电流源的电流iC=50i1。求电阻R3两端的电压u3。,解：,例1-6,求图中 I、US、R,解：I=6-5 =1A IR=15-1=14A,I1=12+6=18A,I3=18-15=3A,US - 3I1 - 12I3 =0US=90V,US - 3I1 15 *1- UR =0UR=21V
14、 R=1.5 ,作业：1-4、11、14、 20、21,补充例,总结：1、 R、L、C各元件电压与电流关系？,2、 电源,电压源,电流源,独立,受控,受控,独立,3、 基尔霍夫定律：,重点,基尔霍夫定律,名称,基尔霍夫电流定律,基尔霍夫电压定律,简称,KCL,KVL,定律内容,在集总电路中，对于任何节点，在任意时刻流出（或流入）该节点的电流代数和恒等于零。,在集总电路中，对于任何回路，在任意时刻回路中各支路电压降（或升）的代数和恒等于零。,公式表述,定律说明,可用于一个节点，也可用于一个闭合面。,uk可以认为是元件的电压也可以是支路电压。,物理实质,是电流连续性和电荷守恒的体现,是电压单值性的体现,
