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1、内容简介,电路理论是所有电类专业一门重要的技术基础课。通过本课程的学习，应使学生掌握近代电路理论的基础知识与分析计算电路的基本方法，具备进行电路实验的初步技能，并为后续课程准备必要的电路知识。所学内容包含：电路模型和电路定律，电阻电路的等效转换，支路法，网孔法和回路法，节点法，电路定理(迭加定理，替代定理，戴维南定理和诺顿定理，特勒根定理，互易定理)，具有运算放大器的电阻电路,相量法，正弦稳态电路的分析，具有耦合电感的电路,三相电路，非正弦周期电流电路，非线性电路，一阶电路和二阶电路，拉普拉斯变换，网络函数，网络图论，二端口网络及Pspice简介。,第一章 电路模型和电路定律,1-1 电路和电
2、路模型1-2 电流和电压的参考方向1-3 功率和能量1-4 电路元件及其特性1-5 基尔霍夫定律,第一章 电路模型和电路定律,本章要求一、充分理解电流、电压参考方向的概念二、掌握功率p的计算，充分理解功率p0和p0 的意义三、熟练掌握电路基本元件端口特性的电压电流关系四、熟练掌握基尔霍夫电流定律和电压定律,11 电路和电路模型,一：电路,1、定义：由若干电气设备或器件组成，,如实际手电筒电路,2、组成(三部分)：,电源、,导线、,负载(用电设备),3、作用:1)实现电能的传输和分配；,维持电流流,通的通路，称为电路或网络。,二：电路模型,4、实际手电筒电路各部分的作用,设备的电磁特性主要有以下
3、几种：,2)进行电信号的加工与处理。,(a)产生电能,(b)消耗电能,1.理想电路元件：,假想的只反映一种电磁特性的元件,消耗能量：理想电阻元件,产生能量：理想电源元件,2.实际电路元件：,实际的电气设备,电阻器、灯、电炉等,实际电感线圈,实际电源,组合反映其电磁特性,可以用理想电路元件及其,3.电路模型：,由理想电路元件组合而成的抽象电路，,4.激励和响应,激励:,响应:,叫做实际电路,的电路模型，简称电路。,电路中外加的电源称为激励(输入),由激励在电路中产生的电压或电流称为响应(输出),集总参数电路：,一个实际电路要能用集总参数电路近似，要满足,三、集总参数元件与集总参数电路,集总参数元
4、件：,个端钮之间的电压为单值量。,个端子的电流一定等于从另一个端子流出的电流，两,在任何时刻，流入二端元件的一,频率下的电磁波的波长。,如下条件：,即实际电路的尺寸必须远小于电路工作,由集总参数元件构成的电路。,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,一般电路尺寸远小于。,(2)若电路的工作频率为f=50 MHz，则,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。,周期T=1/f=1/50=0.02 s,波长=3105 0.02=6000 km,周期T=1/f=0.02106 s=0.02 ns,
5、波长=3105 0.02106=6 m,12电流和电压的参考方向,一：电流、电压的实际方向,电流：正电荷运动的方向,二：电流、电压的参考方向,(1)为了便于分析计算电路，,(2)参考方向与电流、电压的数值，,电压：高电位,电路图中，称参考方向(正方向),任意假设的方向，标在,电压的实际方向。,共同说明电流、,为什么要引入参考方向？,i 0,电流的参考方向与实际方向的关系：,i0,例1：,图示电路，求流过电阻R的电流。,I,为了便于分析复杂电路，需假设I的方向(参考方向)，并标在图中,解：,上述两种参考方向的选择均可，其结果都同样正确说明了电流的大小和方向，所以参考方向是任意选择的。,说明实际方
6、向与参考方向相反,说明实际方向与参考方向相同,结论,1.在解题前先设定一个参考方向，然后再列方程 计算，否则计算没有依据。,2.电流、电压的正负值，只有相对于参考方向才有意义。,5.作业要求:1)已知、求、解 2)必须画电路图，并在图中标出U、I参考方向,4.参考方向一经选定，在整个解题过程中不得中途改变,若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；,若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。,三：参考方向的表示,四：关联参考方向,电压:,电流：,I,U、I在某一元件上的参考方向一致，则称U、I关联。,+,-,I,U,箭头表示,否则，非关联,一 功率:,元件产生或消耗能量的速率。,2.功率的计算
7、:,功率的大小元件的端电压 流过元件的电流,即:P U I,3.如何判断元件是吸收还是发出功率:,(1)(简单电路)直接观察:,13 功 率 和 能 量,1.定义:,例1：求图示电路元件的功率。,I,PRUR I5525W,U1作为电源：PU1U1 I50W,U2作为电源：PU2U2 I25W,(2)根据电流、电压的参考方向与功率的正、负值判断:,(吸收),(发出),(吸收),计算功率表达式,U、I 关联(求吸收功率）,U、I 非关联时（求发出功率）,解：,例2：例1中选参考方向如图示，再求各元件功率。,练习：计算下列元件的功率。,解：1.,2.,3.,解：,二.能量,从t0到t的时间内，元件
8、吸收的电能可根据电压的定义求得为,电能量的单位：J(焦)(Joule，焦耳),由于,所以,作业:P25页1-1(1)(3)，13,1.电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为参考点，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)。,设c点为电位参考点，则 c=0,a=Uac，b=Ubc，d=Udc,补充：,两点间电压与电位的关系：,仍设c点为电位参考点，c=0,Uac=a，Udc=d,Uad=Uac Udc=ad,前例,结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。,例.,1.5 V,1.5 V
9、,已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V。求 a；b；c；Uac,(1)以a点为参考点，a=0,Uab=ab b=a Uab=1.5 V,Ubc=bc c=b Ubc=1.51.5=3 V,Uac=ac=0(3)=3 V,(2)以b点为参考点，b=0,Uab=ab a=b+Uab=1.5 V,Ubc=bc c=b Ubc=1.5 V,Uac=ac=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，电路中各点电位均不同，但任意两点间电压保持不变。,2.电动势(eletromotive force)：局外力克服电场力把单位正电荷从负极经电源内部移到正极所作的
10、功称为电源的电动势。,e 的单位与电压相同，也是 V(伏),根据能量守恒：UAB=eBA。电压表示电位降，电动势表示电位升，即从A到B的电压，数值上等于从B 到A 的电动势。,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。,练习：,方块表示电路元件，(1)已知元件A吸收的功率为5W，确定IA值；(2)已知元件B产生的功率为6W，确定UB值。,解：(1),(2),14 电路元件及其特性,一：电阻元件,1.定义:任何一个二端元件,在任意时刻端口电压u与流过元件的电流i之间的关系,可以由u、i平面
11、上过原点的一条直线所决定，该元件叫电阻元件。,元件端口的电压、电流关系称为伏安特性,2.模型,(1)物理模型(符号),(2)端口电压、电流关系(数学模型),常用的两套单位：,(3)功率,uR和iR关联,uRiRR,uR和iR非关联,uR-iRR,uR和iR关联,电阻元件是耗能元件,(4)两种特例,uR和iR非关联,二：电压源,1.理想电压源,(1)定义：如果一个二端元件，接到任一电路后，该元件两端的电压始终保持为规定值us(t)us(t)是一个给定的时间函数，则此电压源为理想电压源，简称电压源。,说明：如us(t)US定值，则此电压源称直流电压源,(2)模型(电路符号),特点:,(a)电压源两
12、端电压u由电压源电压uS决定，与外电路无关,(b)通过电压源中的电流是任意的，由外电路决定。,直流：uS为常数,交流：uS是确定的时间函数，如 uS=Umsint,(3)端口伏安特性,(1)若uS=US，即直流电源，则其伏安特性为平行于电流轴的直线，反映电压与电源中的电流无关。,(2)若uS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 这样。,思考：,问：求I0时，R0对其有没有影响？,解：求通过R1、R2的电流I0时，R0没有影响，但对总电流I有影响，故不能去掉。,2.实际电压源,(1)模型,(2)端口伏安特性,电压源外特性,3.理想电压源的开路与短路,(1)开路：R，i=0，u=uS。,(2)短
13、路：R=0，i，因此理想电压源不允许短路。,*实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。,对实际电压源,三：电流源,1.理想电流源,(1)定义：如果一个二端元件,接到任一电路后，该元件提供给电路的电流始终等于规定值is(t)is(t)是t的给定函数，则此电流源为理想电压流，简称电流源。,说明：如is(t)IS定值，则此电流源称直流电流源,(2)模型,特点：,(a)电流源电流由电流源本身决定，与外电路无关；,(b)电流源两端电压是任意的，由外电路决定。,直流：iS为常数,交流：iS是确定的时间函数，如 iS=Imsint,(3)端口伏安特性(外特性),(1)若iS=IS
14、，即直流电流源，则其伏安特性为平行于电压轴的直线，反映电流与端电压无关。,(2)若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是这样,2.实际电流源(实际电源有能量损耗),(1)模型,(2)端口伏安特性,Ri越大,i越接近理想,元件伏安特性小结,uR和iR关联,uRiRR,一、电阻元件,二、电压源,1.理想电压源,2.实际电压源,三：电流源,1.理想电流源,2.实际电流源,四:受控源(非独立源),电路符号,1.定义：受控电压源的电压或受控电流源的电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路的电压(或电流)的控制。,例:,ic=b ib三极管用以前讲过的元件无法表示它电流关系,为此引出新的电路模型电
15、流控制的电流源。,左图用电流控制的电流源（即CCCS模型）来表示一个三极管。,受控源是一个四端元件:,输入端口是控制支路，,输出端口是受控支路。,2.分类,(2)电流控制电压源(CCVS),受控源有四种形式,(1)电压控制电压源(VCVS),(3)电压控制电流源(VCCS),(4)电流控制电流源(CCCS),3.受控源与独立源的区别,(1)独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)直接由控制量决定。,(2)独立源作为电路中“激励”，由它在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映出口端与入口端的关系，在电路中不能作为“激励”。,用来描述电路中各元件电压或
16、各支路电流间的关系,其中包括基尔霍夫电流和基尔霍夫电压两个定律。,15 基尔霍夫定律,支路：两个节点间的直接通路,回路：电路中任一闭合路径,名词注释：,网孔：内部不含支路的回路,节点：三个或三个以上元件的联结点,(如a、b),(3条),(3个),(2个),一：基尔霍夫电流定律(KCL)(说明节点处各支路电流间的关系),1.KCL:对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于由该节点流出的电流。,基尔霍夫电流定律的依据：电流的连续性,例,或：,或者说，在任一瞬间，流入一个节点上电流的代数和为零。,2.KCL的推广式:流入任一封闭面的电流代数和为零。,广义节点,i1+i2=i3,I=?,I=0,二：
17、基尔霍夫电压定律(KVL)(说明电路任一回路中各元件电压间的关系),1.KVL：沿任一回路，绕行一周，各元件上电压代数和恒为零。,首先确定回路abcda，绕行方向如图,由KVL得：,证明：,实质：电位的单值性,UAB(沿l1)=UAB(沿l2）电位的单值性,基尔霍夫电压定律实质上是电压与路径无关这一性质的反映。,如果考虑各元件的电压 u和电流 i 的约束关系，可将基尔霍夫电压定律(KVL)表达式换成用电流、电阻、电压源的电压来表示的另一种形式。,即:,2.KVL的另一种形式,由元件的伏安特性,得:,整理得:,电阻电压降,电源电压升,即：Ri uS,沿回路绕行方向，电阻电压降等于电源电压升,KC
18、L、KVL小结,(1)KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对支路电压的线性约束。,(2)KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。,(3)KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是电位单值性的具体体现(电压与路径无关)。,(4)KCL、KVL只适用于集总参数的电路。,例1：电路如图所示。已知uab=6V,uS1(t)=4V,uS2(t)=10V,R1=2和R2=8。求电流i和各电压源发出的功率。,两个电压源的吸收功率分别为,解：,例2：电路如图所示。已知uS1(t)=24V,uS2(t)=4V,uS3(t)=6V,R1=1,R2=2和R3=4。求电流i(t)和电压uab(t)。,沿右边
19、路径求电压uab得到,也可由左边路径求电压uab得到,解：,例3：电路如图所示。试求开关 S 断开后，电流i 和b点的电位。,解:图(a)是电子电路的习惯画法，不画出电压源的符号，只标出极性和对参考点的电压值，即电位值。,再根据KVL求得 b点的电位。,我们可以用相应电压源来代替电位，画出图(b)电路，由此求得开关 S断开时的电流I,例4：电路如图所示。已知uS1=10V,iS1=1A,iS2=3A,R1=2,R2=1。求电压源和各电流源发出的功率。,电压源的吸收功率为,电流源iS1和iS2吸收的功率分别为：,解：根据KCL求得,根据 KVL和VCR求得：,课堂练习,解：,回路1，由KVL得：,回路2，由KVL得：,作业：112，114，119(列3个网孔方程),第一章,结 束,
