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1、电路原理电路原理主讲主讲 图图709709电路第五版分析电路第五版分析课程性质：必修技术基础课课程性质：必修技术基础课 考试考试学时分配：学时分配： 72学时学时 = 56学时学时 + 16学时学时 总学时总学时 讲授讲授 实验实验周学时：周学时：5学分：学分：4.5电路第五版分析电路第五版分析一、一、“电路原理电路原理”是电类专业的基础是电类专业的基础课课二、主要内容二、主要内容l 研究的对象研究的对象电路元件按照一定的规则进行连接电路元件按照一定的规则进行连接线性线性 非线性非线性时变时变 时不变时不变分布参数分布参数 集总参数集总参数假定发生的电磁过程假定发生的电磁过程都集中在元件内部进
2、行都集中在元件内部进行6000km电路电路电路第五版分析电路第五版分析求开关闭合后的电流求开关闭合后的电流iiCL电路第五版分析电路第五版分析基本定律、定理、原理必须掌握基本定律、定理、原理必须掌握基本方法基本方法时域分析法时域分析法频域分析法频域分析法求解电压、电流、功率、能量求解电压、电流、功率、能量给定性能要求，如何设计电路给定性能要求，如何设计电路分析分析综合综合l 研究的手段研究的手段l 研究的目的研究的目的电路第五版分析电路第五版分析三、课堂希望与要求三、课堂希望与要求选择自学者，必须先申请，考核通过才可以免听；否选择自学者，必须先申请，考核通过才可以免听；否则必须到课。以随机抽点
3、方式考勤，则必须到课。以随机抽点方式考勤，3 3次次以上（含以上（含3 3次）次）不到者取消期末考试资格不到者取消期末考试资格作业必须按时、认真、独立完成。（必须抄题，用尺作业必须按时、认真、独立完成。（必须抄题，用尺画图，否则返回重写），缺作业画图，否则返回重写），缺作业4 4次次以上（含以上（含4 4次）者次）者取消期末考试资格取消期末考试资格课堂听讲课堂听讲实验为实验为7 7次，任缺次，任缺1 1次者取消期末考试资格；次者取消期末考试资格；期末总成绩期末总成绩 = = 期末卷面成绩期末卷面成绩80% + 80% + 平时成绩平时成绩+ +实验成实验成绩；其中平时成绩绩；其中平时成绩101
4、0分，根据考勤、作业、课堂表现分，根据考勤、作业、课堂表现等综合评定，实验成绩等综合评定，实验成绩1010分分电路第五版分析电路第五版分析1. 1. 电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向3. 3. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律l 重点重点第第1 1章章 电路元件和电路定律电路元件和电路定律(circuit elements) (circuit laws) 2. 2. 电路元件特性电路元件特性电路第五版分析电路第五版分析1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)1. 1. 实际电路实际电路功能功能a 能量的传输、分配与转换；能量的传输、分配与转换；共性共性建立在同一电路理论基础上建立在
5、同一电路理论基础上由电路部件和电路器件按预期目的连由电路部件和电路器件按预期目的连接构成的电流的通路。接构成的电流的通路。导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡b 信息的传递与处理。信息的传递与处理。电路第五版分析电路第五版分析 反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元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。件及其组合。2. 电路模型电路模型 (circuit model)导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡电路图电路图l电路模型电路模型几种基本的电路元件：几种基本的电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：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感元件：表示
6、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容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电源元件：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第五版分析电路第五版分析注注l 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定在一定 条件下可用同一模型表示；条件下可用同一模型表示；l 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可同一实际电路部件在不同的应用条件下，其模型可 以有不同的形式以有不同的形式例例电路第五版分析电路第五版分析3. 几个概念几个概念导线导线电电池池开关开关灯泡灯泡电源
7、：电源：响应：响应：负载：负载：电能或电信号的产生器。电能或电信号的产生器。又称激励又称激励用电设备。用电设备。由激励而在电路中产生的电压、电流。由激励而在电路中产生的电压、电流。输入输入输出输出电路第五版分析电路第五版分析1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 电路中的主要物理量有电压、电路中的主要物理量有电压、1. 电流的参考方向电流的参考方向 (current reference direction)l电流电流l电流强度电流强度带电粒子有规则的定向运动带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量(reference direction
8、)电功率等。电功率等。电流、电流、电荷、电荷、磁通、磁通、能量、能量、UIQWP电路第五版分析电路第五版分析l 方向方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向l 单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、 A元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向只有两种可能中电流流动的实际方向只有两种可能: 实际方向实际方向实际方向实际方向 AABB复杂电路或电路中的电流随时间变化时复杂电路或电路中的电流随时间变化时,电流的实际方向往往很难事先判断电流的实际方向往往很难事先判断电路第五版分析电路第五版分析l参考方向参考方向
9、i 参考方向参考方向大小大小方向方向( (正负）正负）电流电流(代数量代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。流的参考方向。ABi 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0参考方向参考方向U+实际方向实际方向+实际方向实际方向参考方向参考方向U+ 0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)p0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)p0 发出负功率发出负功率 (实际吸收实际吸收)l u, i 取非取非关联参考方向关联参考方向+-iu+-iu电路第五版分析电路第五版分析例例U3求图示电路中各方框所求图示电路中各方框所代表的元件吸收
10、或发出代表的元件吸收或发出的功率。已知：的功率。已知：U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A， I3= -1A 解：解：564123I2I3I1+U6U5U4U2U1发出发出2W发出发出6W吸收吸收16W非关联非关联关联关联关联关联电路第五版分析电路第五版分析例例U3564123I2I3I1+U6U5U4U2U1发出发出4W发出发出7W吸收吸收3W对一完整的电路，发出的功率消耗的功率对一完整的电路，发出的功率消耗的功率功率平衡功率平衡关联关联关联关联关联关联求图示电路中各方框所求图示电路中各方框所代表的元件吸收或发出
11、代表的元件吸收或发出的功率。已知：的功率。已知：U1=1V, U2= -3V，U3=8V, U4= -4V, U5=7V, U6= -3V，I1=2A, I2=1A， I3= -1A 电路第五版分析电路第五版分析1.5 电阻元件电阻元件 (resistor)1. 定义定义对电流呈现阻力的元件。其伏安关系对电流呈现阻力的元件。其伏安关系用用ui平面的一条曲线来描述：平面的一条曲线来描述：iu伏安伏安特性特性2. 线性定常电阻元件线性定常电阻元件任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。任何时刻端电压与其电流成正比的电阻元件。l 电路符号电路符号R电路第五版分析电路第五版分析 l ui 关系关系 (
12、欧欧) (Ohm，欧姆，欧姆)满足欧姆定律满足欧姆定律 (Ohms Law)uil 单位单位G 单位：单位： S(西门子西门子) (Siemens，西门子，西门子) u、i 取关联取关联参考方向参考方向iu+伏伏安安特特性性为为一一条条过过原原点点的的直直线线R电导电导电路第五版分析电路第五版分析(2) 如电阻上的电压与电流参考方向非关如电阻上的电压与电流参考方向非关 联公式中应冠以负号联公式中应冠以负号注注(3) 线性电阻是无记忆、双向性的元件线性电阻是无记忆、双向性的元件欧姆欧姆定律定律(1) 只适用于线性电阻，只适用于线性电阻，( R 为常数）为常数）则欧姆定律写为则欧姆定律写为u R
13、i i G u公式和参考方向必须配套使用！公式和参考方向必须配套使用！Rui+-电路第五版分析电路第五版分析3. 功率和能量功率和能量说明电阻元件说明电阻元件说明电阻元件说明电阻元件在任何时刻总在任何时刻总在任何时刻总在任何时刻总 是消耗功率的。是消耗功率的。是消耗功率的。是消耗功率的。p u ip u i功率：功率：Rui+-Rui+-关联：吸收能量关联：吸收能量非关联：吸收能量非关联：吸收能量 i2R u2 / R u(u/ R) -u2/ R (R i) i -i2 Rp0可用功表示。从可用功表示。从 t 到到t0电阻消耗的能量：电阻消耗的能量：能量：能量：电路第五版分析电路第五版分析R
14、iu+4. 电阻的开路与短路电阻的开路与短路l 短路短路l 开路开路ui例：列例：列出出VCR10ui+-10kui+-电路第五版分析电路第五版分析 1.6 电压源和电流源电压源和电流源（Voltage Source and Current Source） 其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，l 电路符号电路符号1. 理想电压源理想电压源l 定义定义i+_其值与流过它的电流其值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。无关的元件叫理想电压源。电路第五版分析电路第五版分析(1)(1) 两端电压由电源两端电压由电源本身决定本身决定， (2) 通过电压源
15、的电流通过电压源的电流由电源由电源 及外电路共同决定及外电路共同决定。l 理想电压源的电压、电流关系理想电压源的电压、电流关系ui伏安关系伏安关系例例Ri-+外外电电路路电压源不能短路！电压源不能短路！与外电路无关；与流经它的与外电路无关；与流经它的 电流方向、大小无关。电流方向、大小无关。电路第五版分析电路第五版分析l电压源的功率电压源的功率例例+_i+_+_10V5V计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出10W吸收吸收5W吸收吸收5W满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）电路第五版分析电路第五版分析 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，实际电压源也不允许短路。因其
16、内阻小， 若短路，电流很大，可能烧毁电源。若短路，电流很大，可能烧毁电源。usuiOl 实际电压源实际电压源i+_u+_考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性一个好的电压源要求一个好的电压源要求电路第五版分析电路第五版分析输出电流总能保持定值或一定的时间函数，输出电流总能保持定值或一定的时间函数，l 电路符号电路符号2. 理想电流源理想电流源l 定义定义(1) 输出电流由电源本身决定，与外电路输出电流由电源本身决定，与外电路 无关，与它两端电压方向、大小无关；无关，与它两端电压方向、大小无关；(2) 两端的电压由电源及外电路共同决定。两端的电压由电源及外电路共同决定。l 理想电流源的电压、电流关系理
17、想电流源的电压、电流关系ui伏安伏安关系关系其值与它的两端电压其值与它的两端电压u无关的元件无关的元件电路第五版分析电路第五版分析例例外外电电路路电流源不能开路！电流源不能开路！Ru-+实际电流源的产生实际电流源的产生如晶体管的集电极电流与负载无关；如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下被激发产生一定值的电流等。光电池在一定光线照射下被激发产生一定值的电流等。电路第五版分析电路第五版分析l电流源的功率电流源的功率例例计算图示电路各元件的功率。计算图示电路各元件的功率。解解发出发出10W吸收吸收10W满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）+_u+_2A5Vi电路第五版分析电路第五
18、版分析 实际电流源也不允许开路。因其内阻大，实际电流源也不允许开路。因其内阻大， 若开路，电压很高，可能烧毁电源。若开路，电压很高，可能烧毁电源。isuiOl 实际电实际电流流源源考虑内阻考虑内阻伏安特性伏安特性一个好的电流源要求一个好的电流源要求u+_iP26 1-P26 1-5 5（c c）电路第五版分析电路第五版分析1.8 受控电源受控电源 (非独立源非独立源)(controlled source) 电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压受电路中某个地方的电压( (或电流或电流) )控制的电源控制的电源l 电路符
19、号电路符号+受控电压源受控电压源1. 定义定义受控电流源受控电流源ui电路第五版分析电路第五版分析(1) (1) 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( ( CCCS ) ) : : 电流放大倍数电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u 或电流或电流i ，受控源可分，受控源可分四种类型四种类型: :2. 分类分类四端元件四端元件b b i1+_u2i2_u1i1+输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分电路第五版分析电路第五版分析g: 转移电导转移电导 (2) (2) 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( ( VCCS )u1gu u1 1+_u2i2
20、_i1+(3) (3) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( ( VCVS ) ) u1+_u2i2_u1i1+- : 电压放大倍数电压放大倍数 电路第五版分析电路第五版分析ri1+_u2i2_u1i1+-(4) (4) 电流控制的电压源电流控制的电压源 ( ( CCVS ) )r : 转移电阻转移电阻 3. 3. 受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较(1) (1) 独独立立源源电电压压( (或或电电流流) )由由电电源源本本身身决决定定，与与电电路路中中其其它它电电压压、电流无关，而受控源电压电流无关，而受控源电压( (或电流或电流) )由控制量决定。由控制量决定。(2) (2) 独独立
21、立源源在在电电路路中中起起“激激励励”作作用用，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中而受控源只是反映输出端与输入端的受控关系，在电路中不能作为不能作为“激励激励”。电路第五版分析电路第五版分析例例求：电压求：电压u2解解5i1+_u2_u1=6Vi1+-3 4. 4. 总结总结(1) (1) 独立源具有激励作用；而受控源不具备。独立源具有激励作用；而受控源不具备。 当控制量为当控制量为0 0时，受控电压源的电压或受控电流源时，受控电压源的电压或受控电流源的电流也为的电流也为0 0。(2) (2) 当受控源控制系数和控制量确定之后，受控源具
22、有当受控源控制系数和控制量确定之后，受控源具有 电压源和电流源的特点电压源和电流源的特点电路第五版分析电路第五版分析1.9 1.9 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 ( Kirchhoff( Kirchhoffs Laws )s Laws )基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律( ( ( ( KCL KCL ) ) ) )基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律( ( ( ( KVLKVL ) ) ) )它反映了电路中所有支路电压和电流所它反映了电路中所有支路电压和电流所它反映了电路中所有支路电压和电流所它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规
23、律，是分析集总参数电路遵循的基本规律，是分析集总参数电路遵循的基本规律，是分析集总参数电路遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。的基本定律。的基本定律。的基本定律。电路第五版分析电路第五版分析电路第五版分析电路第五版分析1. 1. 几个名词几个名词电路中通过同一电流的分支。电路中通过同一电流的分支。(b)三条或三条以上支路的连接三条或三条以上支路的连接点称为结点。点称为结点。( n )b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支路）支路 (branch)电路中每一个二端元件就叫一条支路电路中每一个二端元件就叫一条支路i3i2i1(2) (2) 结点结点 (node)(nod
24、e)b=5电路第五版分析电路第五版分析2. 2. 基尔霍夫电流定律基尔霍夫电流定律 ( (KCL) )令流出为令流出为“+”+”，有：，有：例例 在在集集总总参参数数电电路路中中，任任意意时时刻刻，对对任任意意结结点点，所所有流出结点的支路电流的代数和恒等于零。有流出结点的支路电流的代数和恒等于零。流进的电流进的电流等于流流等于流出的电流出的电流电路第五版分析电路第五版分析1 3 2例例三式相加得：三式相加得： 表明表明KCL可推广应用于电路中可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面包围多个结点的任一闭合面明确明确（1） KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任是电荷守恒和电流连续性原理在
25、电路中任 意结点处的反映；意结点处的反映；（2） KCL是对支路电流加的约束，与支路上接的是是对支路电流加的约束，与支路上接的是 什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；（3）KCL方程是按电流参考方向列写，与电流实际方程是按电流参考方向列写，与电流实际 方向无关。方向无关。n1：n2：n3：电路第五版分析电路第五版分析（2 2）选定）选定回路绕行方向回路绕行方向回路绕行方向回路绕行方向， 顺时针或逆时针顺时针或逆时针. .+US43. 3. 基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 ( (KVL) ) 在在集总电路中，任一时刻，集总电路中，任一时刻，沿任一回路，各支路沿任一回路，各支路电压的代数和等于零电压的代数和等于零。I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_+ U3 -+U1-+ U2 - U4 +（1 1）标定各元件）标定各元件电压参考方向电压参考方向电压参考方向电压参考方向 R1I1-US1+R2I2R3I3+R4I4+US4-U1-US1+U2+U3+U4= 0= 0电路第五版分析电路第五版分析
