绪言
1、本课程是电类、物理学类专业的技术基础课,要想学好专业就要打好专业基础,本课程内容是后绪课程的基础,如,在摸拟、
数字、信号与系统、自控等,因此,希 望大家扎实学好。
2、本课程只排 54学时,远远不够的,一般要 80学左右,那么只讲 主要内容,一部分内容靠自学,但考试全面覆盖
3、怎样学好本课程?
这门课既是一门实践性强的课,又是一门理论性很深的课,称为电路理论恰当些。
*要复习有关的物理知识、数学知识、电磁学方面、楞次定律、
电磁感应定律、磁通、电能、电位、微分方程、三角函数、付氏第一章 电路模型和电路定律级数等。
*师生配合:提高课堂效率;认真完成作业。
*强调自学:自习时间一点一滴搞懂,现在的教学观念是提倡学生自学,充分发挥个人的潜能,
4、考试:凡讲的内容得考,未讲的也要覆盖,有侧重。
5、参考书:,电路分析基础,李海逊编著,北京工业大学出版
1-1电路和电路模型
1、复习名词、概念:
实际电路:例:手电筒,电池、灯泡、导线、开关电源:电能 或电信号的发生器,例;干电池,发电机负载:用电设备,例:灯泡激励源:即电源,因为电压和电流是在电源的作用下产生的,所以电源又称为激励源。
响应:由激励在电路中产生的电压和电流称为响应。
输入和输出:激励称为输入,响应称为输出。
电路模型:由理想电路元件构成的电路例:手电筒干电池导线灯泡
Rs内阻
Us干电池
+
-
干电池
R灯几何线(电阻为零)
手电筒 电路模型实际电路电路理论是一门研究网络分析和网络综合或设计的基础工程学科,
它与近代系统理论有密切关系。是信号与系统课程的重要基础课,
2、本书的主要内容是:电路分析。(基本定律、定理、计算方法)
为学习电子信息工程技术建立必要的理论基础。
1-2电流和电压的参考方向
1、电流的参考方向:对于一个元件或某个部分的电流实际方向可能是未知的,可能是随时间变化的,
所以有必要指定电流的参考方向,当实际电流与参考方向一致时 i>0,否则 i<0,
这样,电流就是一个代数量,即:先可假设参考方向,若 i>0,则是,否则反。
i参考方向 元件
i实际方向 i>0
A B
i参考方向 元件
A B
i<0i实际方向
○ ○
○ ○
2、电压的参考方向:
电压的参考方向用,+”“-”表示,
+表示高电位,-表示低电位。由 +指向 -即为参考方向。若 u>0,则实际方向与参考方向一致,反之相反。
3、电流、电压关联参考方向:即两个参考方向一致,电流从 +指向 -,从 -流出,
A B
u实际方向 u>0
u参考方向
+ -
A B+ -u
i
+
-
u
i
N
关联方向
+
-
u
i
N
非关联方向电流从 +流入,从 -流出,从高电位流向低电位。
4、单位:安、伏特
1-3电功率和能量
1、电势能的减少量:定义为把电荷 dq从 A到 B电场力作功:
元件或电路吸收了电能即下降类比重力作功电场力作正功则电势能到若到功单位正电荷电场力作的两点电势差定义为
BAudqWWW
BAdlE
dq
W
u
B A
dlEdqdlEdqW
BAAB
B
A
AB
AB
B
A
B
A
AB




A B· ·


t
0t
0
)t(q
)0t(q
)d) i (u(W
dt
dq
i
tt udqW
所以而
dq
确实发出功率表示发出功率不取关联参考方向时当确实吸收功率吸收功率关联参考方向时当注意放出功率确实吸收功率写成由上式可知
0pui
i u2
0pui i u1
0p0p
uip u (t) i (t )p
p d tW
)
t
W
p(
dt
dW
P




、2、电功率:
t0t )d) i(u(W
· ·+ -A B
元件
i
电荷从 B到 A,电势上升(电势能上升,q>0),电场力作负功,所以元件发出功率。(注意:此时的,U> 0,I> 0,P=UI> 0)
当 u,i不取关联方向时,P=ui表示发出功率,P>0表示确实发出功率,P<0表示确实吸收功率。
例如:
例:已知某元件两端的电压为 5V,A端电位比 B高
1、电流 i的实际方向为自,i=2A
根据图中指定的参考方向,为关联方向,u=5V,
i=2A,所以 P=ui=5× 2=10w>0,吸收功率
· ·A B
元件
i+ -u
BA?
2、若指定的方向为非关联的参考方向此时,u=-5V 即 u=uBA=uB-uA=-5
uA=uB+5 i=2A
P=ui=2× ( -5) =-10 发出功率为负值,实为吸收功率,因为 P=-10<0,所以吸收功率,两者结果一样,吸收功率注,P的正、负的意义 u和 i是否关联参考方向是前提
· ·A B
元件
- +i
u
① ②
1-4电路元件电路元件:电路最基本的单元假设:流入元件电流 =流出的电流 且电压单值的
1、电阻元件:象灯炮、电炉在一定条件下可近似为一个线性电阻元件模型线性电阻元件(理想元件):在 u,i关联参考方向时,两端电压和流过电流服从欧姆定律 u=Ri R---电阻 令,G=1/R,电导
i=Gu +

u
i
R
u
i
开路:不论 u为何值,当 i=0时的状态,R=∞,G=0
u
i
开路 i=0
+q -q
+ -
短路:不论 i为何值,线性电阻两端的 u=0,(此时 R=0,G=无穷)
u
i ○

短路当 u和 i取关联的参考方向时,电阻元件消耗功率为:
转换为热能消耗掉了电阻元件将吸收的电能吸收的电能为电阻元件从件线性电阻是一种无源元


t
0t
2
0
2
2
2
2
dRiW
tt
0P
G
i
Gu
R
u
Riuip
1-6电容元件
1、电容器:相隔两极板,可以储电场电容:定义为 C=q/u 所以 q=Cu C---常数
u
q
u
i
2、电荷、电流、电压关系:







t
0
0
t
0t
0
00
t
0
t
0
t
0t
0
tt
id
c
1
u ( 0 )u ( t )
0,t id
c
1
)u ( tu ( t )
C
c
q
u
tttt
id)t(qidididi d tq ( t )
0,i u i
dt
du
dt
du
C
dt
)cu(d
dt
dq
i
时则令则有上式两边除以因为积累的电荷量到时刻电荷量时刻的电荷量意义隔直作用恒定时当大大当所以电容元件是一个有记忆的元件且是一个动态元件
3、功率:
+q -q
+ -u
i
)t(u
c
(t)w0)u (-
)(u
c
)t(u
c
)t(uc
uducduuc
d
du
c d
d
du
c )u(
t
d
dq
)i( )d()iu(w
t-t
i u
dt
du
cuuip
c
)t(u
)(u
)t(u
)(u
t
t
-
t
-
c
2
222
2
222
1











所以可以认为换成量为电容元件吸收的电场能关联方向电容吸收功率任意时刻电容吸收的能等于储存的能量释放能量放电时吸收能量充电时
1212
1212
1c2c1
2
2
2
)t(u
)1t(u
c
ww )u ( t)u ( t
ww )u ( t)u ( t
)t(w)t(w)t(cu
2
1
)t(cu
2
1
uducw



电容元件只储存能量,不产生能量,
无源元件从 t1时刻到 t2时刻,电容元件 吸收的能量:
1-7电感元件工程中广泛应用到线圈,当通电线圈中 i发生变化时,就要在线圈中产生感应电压 -------自感电动势
1、自感电压:图中通过 i电流,当 i变化时,产生自感电压 u,
设有 N匝线圈,每匝产生磁通 ФL,
ΨL=NФL,
*ФL,ψL方向与 i成右手螺旋关系
(即 B感 方向)
*ФL,的方向即 B方向当 i与 u成关联方向时,由法拉第电磁感定律:
u=dψL/dt对于线性电感,ψL=Li L自感系数
u=Ldi/dt
i A +·
- ·Bu
B
ФL,ψL


u
i
L
i
ψL
动态元件记忆元件



t
0t
L
t
0t
t
0t
0tt
ud)0t()t(
ud
L
1
)0t(iud
L
1
ud
L
1
ud
L
1
ud t
L
1
i
2、吸收功率,u与 i关联方向
P=ui=Li di/dt 在 t=-∞时,i( - ∞) =0,无磁场能量,所以从 -∞到 t,
吸收的磁场能量为:
式线性电感磁场能量表达
)t(Li
2
1
L i d id
t
d
di
Li
t
pd)t(Lw 2
)t(i
0





从 t1到 t2吸收的磁场能量:
储能元件元件释放能量减少时当元件吸收能量增加时当
0,wi
0,wi
)t(w)t(w)t(Li)t(Lii d iLw
L
L
LL
)t(i
)t(i
L

121
2
2
2
2
1 2
1
2
1
1-8电压源和电流源
1、实际电源有:电池、发电机、信号源,电压源和电流源是实际电源的抽象,它们是二端有源元件。
2、电压源:理想的电路元件(内阻为 0)它的端电压:
u( t) =us( t)
us( t) ----是给定时间函数,u( t)与通过元件的 i无关,电压源中的电流由外电路决定,当 us( t) =常数 -----直流电压源(恒定电压源)
+
-
us Us
电压源 直流电压源
i
u
us
u
Us
i
*电压源的电压和通过电压源的电流的参考方向通常取非关联的方向,若关联方向,p=ui吸收功率
*功率,p=us( t) i( t) ---电压源发出的功率也即外电路吸收的功率
*电压源短路没有意义:因为 u=0,
与电压源 u( t) =us( t)不相容
3、电流源:理想的电路元件,它发出的电流
I( t) =is( t)与端电压无关,电流源端电压由外电路决定功率,p=uis=u( t) is( t) ---发出的功率,也为外电路吸收的功率,
u与 i非关联方向 电流源短路,u=0,i=is( t)开路无意义
+
-
us
i 。

1+
2-
u
外电路
+
-
u
is +
-
uis
外电路。
i
i
u。
从 -流向 +
4、正弦电源,us( t) =Umcos(
Um---最大值,T----周期; f=1/T频率,ω=2πf—角频率
Φ----初相上面两个称为独立电源
)ftc o s (U)t
T m
22
1-9受控电源
1、受控电源:电压或电流源受电路中某一部分物理量的控制( u,
i)如,ic受 iB控制,iC=βiB,在模似电路中用到受控源




u1




μ u1




u1



g u1

。 。


ri1i1

。 。
βi1i1
电压控制电压源 电压控制电流源电流控制电压源 电流控制电流源
*受控源是一种四端网络,但有时控制的两端子不一定标出
2、独立源与受控源的区别:
独立源是电路的“输入”,它表示外界对电路的作用,各处的 u,i
是独立源“激励”的结果。
受控源:表示某处的电压(电流)控制另一处的电压(电流)的现象,可当成电源处理,但受别人控制。
例:求图 1-16所示电路中电流 i,其中电压控制电压源的电压
u2=0.5u1,电流源的电流 is=2A
解:先求控制电压
u1=is× 5=2× 5=10V
i=u2/2=0.5× 10/2=2.5A 。






u2
is
u1 2Ω
i
1-10基尔霍夫定律:
1、几个概念:
支路:每一个二端元件称为一个支路(以后进一步讨论)
结点:支路与支路交点回路:由支路构成的闭合(回路)路径
2、基尔霍夫定律:
① 电流定律:任何时刻、任何结点:流出的电流 =流入的电流若流出取 +,入 -,则 ∑i=0,*实质上是电荷守恒定律的体现
4个结点,6条支路如图:结点 1,-i1-i2+i3=0
结点 2,-i3-i4-i5=0
结点 4,i4+i5-i6=0
对于闭合曲面也成立,-i3-i6=0
1 2
3
4 5
-
+
u1
i1 -
+
u2
i2 -
u4
i4 i5i3
· ·
③ ④·
·
6 i6
① ②
+
电压定律:沿任一回路所有支路电压的代数和为 0,∑u=0,*先定一个绕行方向,凡支路电压与之方向一致,+”,反之,-”
如,-u2-u3+u4+u6=0
*实质上是,电场性质的反映
*与元件性质无关例 3:已知,R1=0.5K Ω,R2=1K Ω,R3=2K Ω,us=10V,电流控制电流源的电流 ic=50i1,求电阻 R3的电压 u3
解:含有受控源,选 i1作为未知量,再求 u3
1,结点 1 i2-i1-ic=0 i2=i1+ic=51i1
2 I回路 -US+R1i1+R2i2=0
i1=10/( 51.5× 103A)
3,R3两端电压,u3=-2× 103ic=-2× 103× 50i1=-19.4V
0dlE
R3


Us
i1 R1
u2


i2
① ·
R2
ic
u3

-② ·I

本章小结,1、几个常见电路元件:
电阻、电 容、电感、电压 源,电流源。
2、基尔霍夫两个定律,∑i=0,∑ui=0
作业,P24 1,2,3,4,10,13,14,21,22