電路和電路模型以及電路基本物理量

1、電路和電路模型以及電路基本物理量講述人：伍瑾斐講述人：伍瑾斐聯系方式：科教樓聯系方式：科教樓101101室室E-mailE-mail：教師課件：伍瑾斐教師課件：伍瑾斐密碼：密碼：5555555555電路分析基礎電路分析基礎電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量前 言5 5、考核：教、考分離，考試成績、考核：教、考分離，考試成績80%80%，平時成績，平時成績20%20%。1、課程性質、課程性質: 電類學科的專業(yè)基礎課程電類學科的專業(yè)基礎課程2、課程目標、課程目標: 理解基本概念、基本定律、基本定理；理解基本概念、基本定律、基本定理； 掌握基本分析方法。掌握基本分析方法

2、。 3、課程的教授方式：講授、討論、課程的教授方式：講授、討論4、學習方法與要求：、學習方法與要求：1）深刻理解：基本概念、基本定律、基本定理。）深刻理解：基本概念、基本定律、基本定理。2）熟練掌握各種電路的基本分析方法并靈活運用。）熟練掌握各種電路的基本分析方法并靈活運用。3）認真聽課，做好筆記。）認真聽課，做好筆記。4）學和練有機結合。）學和練有機結合。5）每周上交一次作業(yè)。）每周上交一次作業(yè)。電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量三、電路課程的基本結構三、電路課程的基本結構 o一個假設（集總假設）一個假設（集總假設） o兩類約束（元件約束和拓撲約束）兩類約束（元

3、件約束和拓撲約束） 基本方法（疊加、分解、變換域和系統分析）基本方法（疊加、分解、變換域和系統分析） 疊加方法的理論基礎是疊加定理（第疊加方法的理論基礎是疊加定理（第4 4章）章）分解方法的理論基礎是置換定理、戴維南定理、分解方法的理論基礎是置換定理、戴維南定理、諾頓定理和互易定理（第諾頓定理和互易定理（第4 4章）章）變換域方法包含相量分析法（第變換域方法包含相量分析法（第1010章）和域分章）和域分析法（第析法（第1414章）章）一般分析（第一般分析（第3 3章）章）電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量 上上 篇篇 電阻電路分析電阻電路分析第一章第一章 電路的基

4、本概念和分析方法電路的基本概念和分析方法常用電路元件：常用電路元件：基本概念：基本概念：基本變量：基本變量：基本定律：基本定律：集總參數電路、集總參數元件、兩類約束等。集總參數電路、集總參數元件、兩類約束等。電壓、電流、功率。電壓、電流、功率。常用電路元件的常用電路元件的VCR定律；定律；基爾霍夫定律?；鶢柣舴蚨?。重點：電流、電壓的參考方向與關聯參考方向，基爾霍夫定律。重點：電流、電壓的參考方向與關聯參考方向，基爾霍夫定律。電阻元件、獨立電壓源和獨立電流源、受控源。電阻元件、獨立電壓源和獨立電流源、受控源。電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量11 11 電路和電路

5、模型電路和電路模型o在實踐中，為了達到某種在實踐中，為了達到某種目的，人們需要設計、安目的，人們需要設計、安裝一些實際電路，并讓它裝一些實際電路，并讓它運行。運行。一、實際電路一、實際電路o由電器元件按一定方式連由電器元件按一定方式連接而成。作用是：接而成。作用是：電能量的傳輸、分電能量的傳輸、分配與轉換；配與轉換；信號傳信號傳遞與處理。遞與處理。低頻信號發(fā)生器的內部結構低頻信號發(fā)生器的內部結構電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量 構成實際電路的電器件構成實際電路的電器件 電源電源 電阻器電阻器蓄電池交流穩(wěn)壓電源電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路

6、基本物理量 電容器電容器 電感線圈電感線圈鐵心電抗器電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量 變壓器變壓器 晶體管和集成電路晶體管和集成電路電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量 電源：對電路提供電能或電信號的設備。電源：對電路提供電能或電信號的設備。o負載：負載：用電的設備。用電的設備。 在電源作用下，電路中產生了電壓和電流。所在電源作用下，電路中產生了電壓和電流。所以電源又稱為激勵源，而在電路中產生的電壓和以電源又稱為激勵源，而在電路中產生的電壓和電流則稱為響應。電流則稱為響應。o根據這種因果關系，根據這種因果關系，激勵激勵與與響應響應o有

7、時也稱為有時也稱為 輸入輸入與與輸出輸出。 盡管盡管實際電路實際電路種類繁多，千變萬化，但都種類繁多，千變萬化，但都受基本規(guī)律的支配受基本規(guī)律的支配電路理論電路理論。電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量二、關于電路理論二、關于電路理論o是一門研究網絡分析與綜合或設計的基礎工程學是一門研究網絡分析與綜合或設計的基礎工程學科，與近代系統理論關系密切?？?，與近代系統理論關系密切。o研究的方法研究的方法：通過建立一種電路模型來分析電路：通過建立一種電路模型來分析電路中發(fā)生的電磁現象，并用電流、電壓、電荷和磁中發(fā)生的電磁現象，并用電流、電壓、電荷和磁通等物理量描述其中的過程。

8、通等物理量描述其中的過程。o研究的內容研究的內容：本教材主要研究電路的基本定律、：本教材主要研究電路的基本定律、定理和各種計算方法，以便求解電路中的某些物定理和各種計算方法，以便求解電路中的某些物理量。理量。 一般不涉及器件內部發(fā)生的物理過程。一般不涉及器件內部發(fā)生的物理過程。o研究的對象研究的對象：是電路模型是電路模型而不是實際電路。而不是實際電路。電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量電路理論涉及的物理量主要有：電路理論涉及的物理量主要有：o電流、電壓、電荷、磁通、磁鏈、電功率、電流、電壓、電荷、磁通、磁鏈、電功率、電能量等；電能量等；o時變時變量用量用小寫小寫字

9、母表示：字母表示：oi(t) 、u(t) 、q(t) 、f (t) 、y (t) 、p(t) 、w(t) o恒定恒定量用量用大寫大寫字母表示：字母表示：oI 、U 、Q 、F 、Y 、P 、W(t) 可以不寫可以不寫電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量三、電路模型三、電路模型實際器件不只表現出一種電路性質實際器件不只表現出一種電路性質 例如：一個線圈例如：一個線圈而當頻率較高時，還要考慮電而當頻率較高時，還要考慮電容效應，其模型中還應包含電容效應，其模型中還應包含電容元件。容元件。在直流情況下的模型是一個電阻元件；在直流情況下的模型是一個電阻元件；在較低頻率情況下的

10、模型是一個電阻元在較低頻率情況下的模型是一個電阻元件和一個電感元件的串聯組合；件和一個電感元件的串聯組合；電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量理想電路元件是具有某種確定電磁性質的假想元件，是理想電路元件是具有某種確定電磁性質的假想元件，是一種理想化模型并具有精確的數學定義，即電壓一種理想化模型并具有精確的數學定義，即電壓電流方程。電流方程。o在電路模型中，各理想電路元件均由在電路模型中，各理想電路元件均由“理想導線理想導線”連接起來。連接起來。o根據端子的數目，理想電路元件分為：根據端子的數目，理想電路元件分為：o兩端、三端和四端元件等。兩端、三端和四端元件等。電路

11、模型是實際電路的電路模型是實際電路的理想化的模型理想化的模型。為了分析方便為了分析方便 必須在一定的條件下，對實際器件加以理想必須在一定的條件下，對實際器件加以理想化處理，即：忽略它的次要性質，用理想電路化處理，即：忽略它的次要性質，用理想電路元件或它們的組合來表示實際器件元件或它們的組合來表示實際器件( (建模建模) )。電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量四、實際電路與電路模型的關系四、實際電路與電路模型的關系實際電路電路模型計算分析電氣特性 電路分析 電路綜合 目的：通過對電路模型的分析計算來目的：通過對電路模型的分析計算來預測實際電路的預測實際電路的特性特性

12、，從而改進實際電路的電氣特性和設計出新的電路。從而改進實際電路的電氣特性和設計出新的電路。 任務：任務：掌握電路的基本理論和電路的基本分析方法。掌握電路的基本理論和電路的基本分析方法。說明：說明：本書只對集總電路模型中的線性、時不變、靜態(tài)、本書只對集總電路模型中的線性、時不變、靜態(tài)、動態(tài)電路進行分析。牢固建立動態(tài)電路進行分析。牢固建立“電路模型電路模型”概念。概念。電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量圖圖11 手電筒電路手電筒電路(a) 實際電路實際電路 (b) 電原理圖（電氣圖）電原理圖（電氣圖）(c) 電路模型（電路圖）電路模型（電路圖）(d) 拓撲結構圖拓撲結

13、構圖最簡單的實際電路和它的理想化模型最簡單的實際電路和它的理想化模型電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量圖圖12 晶體管放大電路晶體管放大電路(a)實際電路實際電路 (b)電原理圖電原理圖 (c)電路模型電路模型 (d)拓撲結構圖拓撲結構圖電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量一、電流和電流的參考方向一、電流和電流的參考方向1 1、定義、定義單位時間內通過導體橫截面的電荷，即：單位時間內通過導體橫截面的電荷，即：2

14、 2、分類、分類1）恒定電流）恒定電流2）時變電流）時變電流3）交流電流）交流電流12 12 電路的基本物理量電路的基本物理量電流：電流：SI單位單位 安培（安培（A） 用符號用符號i 或或I表示表示電荷：電荷：SI單位單位 庫侖（庫侖（C） 用符號用符號q或或Q表示表示dtdqti )(tQI 電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量3 3、實際方向、實際方向4 4、參考方向、參考方向在電路分析中，當電流的在電路分析中，當電流的流向不定流向不定或者或者難以判別難以判別時，時，先先任意任意選定一個方向作為電流的方向，這個方向叫做電流的選定一個方向作為電流的方向，這個方向

15、叫做電流的參考方向參考方向。參考方向也可以用雙下標表示：如參考方向也可以用雙下標表示：如iba，其參考方，其參考方向是由向是由b b指向指向a a。bai習慣上規(guī)定為正電荷運動的方向。習慣上規(guī)定為正電荷運動的方向。5、參考方向與實際方向的關系、參考方向與實際方向的關系若電流若電流i的實際方向與參考方向一致，則的實際方向與參考方向一致，則i0; 或若或若i 0，實際極性與參考極性相同實際極性與參考極性相同2）若若u 0 ，吸收功率吸收功率； P0，提供功率提供功率p和和i、 u一樣，也是代數量，可正、可負。一樣，也是代數量，可正、可負。 電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本

16、物理量功率計算公式功率計算公式p = ui 不僅適合于一個元件，不僅適合于一個元件，也適用于任何一段電路。也適用于任何一段電路。o在在關聯關聯參考方向下：參考方向下：p = ui o在在非關聯非關聯參考方向下：參考方向下：p =-uio p p0 0，說明，說明吸收功率吸收功率。o p p0 0，說明，說明吸收負功率吸收負功率，實際上，實際上是是發(fā)出發(fā)出功率。功率。+- -ui元元件件AB功功率率傳傳遞遞方方向向+- -ui元元件件AB功功率率傳傳遞遞方方向向電路和電路模型以及電路基本物理量電路和電路模型以及電路基本物理量W1)A1()V1(111 IUPW18)A3()V6(222 IUPW16)A4()V4(333 IUP30W-30W)(W30)A3()V10(555或吸收或吸收提供提供 IUP5W-5W)(W5)A1()V5(444或吸收或吸收提供提供 IUP 例例 在下圖電路中，已知在下圖電路中，已知U1=1V, U2