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1、第1章 电路模型和电路定律 第2章 电阻电路的等效变换 第3章 电阻电路的一般分析 第4章 电路定理 第6章 储能元件 第7章 一阶、二阶电路的时域分析 第8章 相量法 第9章 正弦稳态电路的分析 第10章 含有耦合电感的电路 第11章 电路的频率响应 第12章 三相电路 第13章 非正弦周期电流电路和信号频谱 第14章 线性动态电路的复频域分析 第15章 电路方程的矩阵形式 第16章 二端口网络,第1章 电路模型和电路定律,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 电路元件 1.5 电阻元件 1.6 电压源和电流源 1.7 受控电源 1.8 基尔霍夫
2、定律,电路的总体概念 研究的目标变量 研究的目标变量 电路的总体概念 电阻的阻性特性 电源特性 特殊电源 电路分析的结构定律,1.1 电路和电路模型,功能,a 能量的传输、分配与转换； b 信息的传递、控制与处理。,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。,1.实际电路,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,信号源: 提供信息,信号处理： 放大、调谐、检波等,负载,直流电源: 提供能源,电能或电信号的发生器称为（电源）激励，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为响应。,2. 电路模型,电路图,反映实际电路部件的主要电磁 性
3、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。,电路模型,数据采集板,电路原理图,印刷电路板图,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 电能的元件。,基本理想元件的三个特征： （a）只有两个端子； （b）可以用电压或电流按数学方式描述； （c）不能被分解为其他元件。,注意,1、理想元件：具有某种确定的电磁性能的元件。,理想元件具有精确的数学定义，实际中并不存在。,2、 不同的实际电路元件，只要具有相同的主要电磁特性， 在
4、一定条件下，可以用同一个模型表示。,元件模型,理想电阻只消耗电能； 理想电容只贮藏电能； 理想电感只贮藏磁能。,电路分析： 电路元件总由阻性、容性、感性元件组成。,理想电阻：只消耗电能 (既不贮藏电能，也不贮藏磁能)；,理想电感：只贮藏磁能 (既不消耗电能，也不贮藏电能)；,理想电容：只贮藏电能 (既不消耗电能，也不贮藏磁能)；,3、同一个元件在不同的应用条件下，它的模型有不同的形式。,“理想化”： 不管在什么应用环境中，如何等效，但元件之间不会互相产生电磁干扰。,集总元件(理想化元件)、集总参数电路,实际电路的尺寸 l (长度)远小于电路的工作波长,用集总参数电路模型近似描述实际电路的条件：
5、,1 电流电荷（带电粒子）定向运动形成电流,1、电流强度：,单位时间内通过导体横截面的电荷量。,直流 I ： dq(t)/dt为常数 交流 ： 反之,电荷量：库仑,个电子所具有的电量等于1库仑。,1.2 电流和电压的参考方向,2、单位：,安培（A） 千安、安培、毫安、微安,正值：参考方向与实际方向一致； 负值：参考方向与实际方向相反。,3、电流的方向,1）实际方向：规定为正电荷运动的方向。 2）参考方向：任意假定的方向。,电流的正、负在设定参考方向的前提下才有意义。,2 电压,一、电位 ： 单位正电荷自某点移到参考点，电场力所作的功的大小。 参考点：电位为零的点（ =0）,电压单位为伏特（V）
6、=,1、定义式：,二、电压：两点之间的电位差。 单位正电荷从电路中一点移至另一点，电场力做的功。,2、单位：,直流U ： dw(t)/dq(t)为常数 交流 ： 反之,电荷量，库仑(C),移动电荷所做的功，焦耳(J),电压单位为伏特（V）=,2、单位：,伏特（V）， 千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(V),3、电压的方向,1）实际方向： 电位真正降低的方向。 2）参考方向： 假定的电位降低的方向。,辨析思考：,例： 电路中，2s内有4C正电荷均匀的由abc点，ab点电场力做功8J，bc点电场力做功为12J。,(1) 标出电流参考方向并求出其值，b作参考点(接地点)，求电位Va、Vb、Vc, 电
7、压Uab、Ubc。,解：(1)设图示电流参考方向,解：(2) 如图设电流参考方向,(2) 标电流参考方向与(1)时相反并求出其值， c为参考点，求Va、Vb、Vc, 电压Uab、Ubc,重要结论： 电流数值的正、负与参考方向密切相关。 (2) 电路各点电位数值随所选参考点的不同而改变，但参考点一经选定，电位数值唯一，这就是电位的相对性与单值存在性。 (3) 电路任意两点之间的电压数值不因参考点的不同而改变。,3 电压与电流关联参考方向,电流参考方向从电压参考正极流入，负极流出，叫做电压电流相关联，否则为非关联。,关联,非关联,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
8、非关联参考方向。,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，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。,例,电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？,答：A电压、电流参考方向非关联； B电压、电流参考方向关联。,注意,单位： 瓦特（W） 1W = 1J/s,电压、电流参考方向关联：,功率的计算：,1、电功率：单位时间所做的功， 即电场力做功的速度。,1.3 电功率和能量,重点问题： 功率：正负取值 元件特性：供能、耗能 电压、电流方向, u, i 关联参
9、考方向,P=ui,P 0 吸收正功率 (电阻),P 0 吸收负功率 (电源),P = ui,P 0 发出正功率 (电源),P 0 发出负功率 (电阻), u, i 非关联参考方向,2. 电路吸收或发出功率的判断,P=ui 元件吸收的功率 （电阻）,P = ui 元件发出的功率 （电源）,例,求电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。,U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V U5=7V, U6= -3V， I1=2A, I2=1A, I3= -1A,解：,对一完整的电路，满足：发出的功率吸收的功率,解：ab段、bc段：电压电流参考方向关联，所以吸收功率,ca段电路：电压电流
10、参考方向非关联,实际上ca这段电路产生功率为 10W 。,例： i=1A, u1=3V, u2=7V, u3=10V, 求ab、bc、ca三部分电路上各 吸收的功率p1, p2, p3。,功率平衡,1.4 电路元件,是电路中最基本的组成单元。,5种基本的理想电路元件：,电阻元件：消耗电能,电感元件：产生磁场，储存磁场能量,电容元件：产生电场，储存电场能量,电压源和电流源：为电路提供能量,注意,线性元件：元件端子特性的数学关系是线性关系。 否则为非线性元件。,1. 电路元件,由集总元件构成的电路,集总元件,假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。,集总条件,2.集总参数电路,电阻概念：欧姆定律、
11、电阻上功率 电导概念：欧姆定律、电导上功率,欧姆定律表征电阻元件的特性,线性时不变电阻,1.5 电阻元件（欧姆定律）,电阻元件,对电流呈现阻力的元件。 其特性描述：伏安特性曲线,1.定义,伏安 特性,0,说明流过线性电阻的电流与该电阻两端电压之间的关系。,欧姆定律公式 电阻R单位：欧姆(),任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。,2.线性时不变电阻元件,欧姆定律表征电阻元件的特性,电导：反映材料的导电能力。,电阻、电导是从相反的两个方面来表征同一材料特性。,欧姆定律公式 电导G单位：西门子(S),电导 G 单位：西门子，西(S),训练内容：如何阅读伏安特性曲线。,如电阻上的电压与电流参考方向非
12、关联，公式中应冠以负号；,说明线性电阻是无记忆性元件。,欧姆定律,只适用于线性电阻( R 为常数）；,非关联时欧姆定律：,u R i i G u,公式和参考方向必须配套使用！,注意,p u i (R i) i i2 R - u2/ R,p u i i2R u2 / R,功率,3. 功率和能量,从 t0 到 t 电阻消耗的能量：,能量,电阻R上吸收电功率：,电导G上吸收电功率：,电阻(或其他的电路元件)上吸收的能量与时间区间相关。,电阻上，电压电流参考方向关联,短路,开路,0,0,4. 电阻的开路与短路,(1) 欧姆定律只适用于线性电阻。,(3)在R0、 R时，电流与电压同时存在、同时消失。电阻
13、、 电导是无记忆性元件，又称即时元件。,注意：,(2)电阻上的电流和电压的参考方向不同，欧姆定 律的公式不同。（参考方向关联、非关联）,(4) R=时，不论其上U为何值，其I0，称为“开路”。 R= 0时，不论其上I为何值，其U0，称为“短路”。,解：对图(a)有, U = IR,例：下图电路求电阻R。,对图(b)有, U = IR,额定值： 实际用电器具的额定值是为保证安全、正常使用电器，制造厂家所给出的电压、电流或功率的限制数值。,电气设备的三种运行状态,例： 2电阻上的u、i参考方向关联，已知u(t)=4costV,求其上电流i(t)、消耗的功率p(t)。,消耗的功率,解 因电阻上电压、
14、电流参考方向关联，所以其上电流,例 某学校有5个大教室，每个大教室配有16个额定功率为 40W、额定电压为 220V的日光灯管，平均每天用 4h(小时)，问每月(按30天计算)该校这5个大教室共用电多少kWh? 解：,度,1 理想电压源：,1、定义：不管外部电路如何， 其两端电压总能保持定值或 一定的时间函数的电源。,2、符号,3、伏安关系： 平行于i 轴的一条直线。,4、特点： 恒压不恒流 （端电压u与i无关，i由外电路确定）。,开路 、 短路,1.6 电压源和电流源,电压源的功率,电压、电流参考方向非关联；,电源发出功率，起电源作用。,电压、电流参考方向关联；,电源吸收功率，充当负载。,实
15、际中并不存在理想电压源。,理想电压源：电压固定，输出变流，为外部电路提供能量。,例,计算图示电路各元件的功率,发出,吸收,吸收,满足：P（发）P（吸）,解,例 电路中，A为理想电压源Us=6V; B为可变负载电阻R。I、U参考方向如图中所标。求： (1) R=时的U，I，Us产生功率Ps; (2) R=6时的U，I，Us产生功率Ps; (3) R0时的U，I，Us产生功率Ps。,解 (1) 外部电路开路：,(2) R=6时,Us产生功率,(3) 当R0时：,2 理想电流源,1、定义：不管外部电路如何， 其输出电流总能保持定值或一定 的时间函数的电源。,2、符号,3、伏安关系： 平行于u轴的一条
16、直线。,4、特点：恒流不恒压 （i与u无关，端电压u由外电路确定）。,开路 、 短路,理想电流源：电流固定，输出变压，为外部电路提供能量。,电流源的功率,电压、电流的参考方向非关联；,发出功率，起电源作用,电压、电流的参考方向关联；,吸收功率，充当负载,理想电压源：电压固定，输出变流，为外部电路提供能量。,实际中不存在理想电流源,理想电流源：电流固定，输出变压，为外部电路提供能量。,例,计算图示电路各元件的功率,解,发出,吸收,满足：P（发）P（吸）,例 A为直流理想电流源Is=2A, B为负载电阻R。设U、I参考方向如图示，求： (1) R=0时的I，U及Is产生的功率Ps; (2) R=3时的I，U及Is产
