第1章電路的基本概念與定律

1、Dept. of Control Engineering, ChengDu University of Information Technology指導教師：陳丹指導教師：陳丹聯(lián)系方式：科教樓聯(lián)系方式：科教樓103103室室E-mailE-mail：教師課件教師課件: cdan: cdan課件密碼：課件密碼： 1234567812345678電路分析基礎電路分析基礎成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院課程性質：電類學科的專業(yè)基礎課程（核心必修）電類學科的專業(yè)基礎課程（核心必修）課程目標：理解基本概念、基本定律、基本定理； 掌握基本分析方法。學時：共80學時，其中64學時講

2、授，16學時實驗教材：自編教材參考教材：電路分析基礎李瀚蓀編 高等教育出版社緒論成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院要求： 按時上課，認真聽講，記好筆記；按時上課，認真聽講，記好筆記； 課后仔細閱讀教材，認真思考，獨立完成作業(yè)；課后仔細閱讀教材，認真思考，獨立完成作業(yè)； 及時答疑，不留疑問；及時答疑，不留疑問； 重視實驗；重視實驗； 準備計算器（帶復數(shù)）。準備計算器（帶復數(shù)）。作業(yè)：準備兩個作業(yè)本。成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院 考核方式考核方式v 平時占平時占40%40%，期末考試占，期末考試占60%60% 40%40%：出勤：出勤5%5%，

3、作業(yè)，作業(yè)5%5%，實驗，實驗10%10%，兩個單元測驗，兩個單元測驗20%20% 60% 60%：期末考試：期末考試警告：出現(xiàn)下列情況任一項可取消考試資格警告：出現(xiàn)下列情況任一項可取消考試資格（1 1）實驗任一次未完成（未做或未交報告）；）實驗任一次未完成（未做或未交報告）；（2 2）作業(yè)）作業(yè)1/31/3次數(shù)未交；次數(shù)未交；（3 3）缺勤）缺勤1/31/3次數(shù)；次數(shù)；（4 4）任一次平時測評卷面成績低于一定分數(shù)。）任一次平時測評卷面成績低于一定分數(shù)。成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院理論教學內容：第一篇：電阻電路分析 （13章）第二篇：動態(tài)電路的時域分析（45章）第

4、三篇：動態(tài)電路的相量分析（610章） 實驗教學內容： 共5個實驗，4個必做，1個選做。 成都信息工程學院成都信息工程學院-控制工程學院控制工程學院電路分析基礎的基本結構：一個假設（集總假設）兩類約束（KCL、KVL，VCR）三大基本方法（疊加、分解、變換域）疊加方法的理論基礎是疊加定理分解方法的理論基礎是戴維南定理、諾頓定理、置換定理變換域方法包含相量分析法電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律常用電路元件：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(shù)電路、集總參數(shù)元件、兩類約束等。集總參數(shù)電路、集總參數(shù)元件、兩類約束

5、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?。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。第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律內容：內容：電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律1. 建立并深刻理解建立并深刻理解電路電路、電路模型電路模型；電；電路中路中支路支路、回路回路、節(jié)點節(jié)點等結構元素；等結構元素；電流電流、電壓電壓和和電功率電功率等電路變量的基等電路變量的基本概念本概念。2. 學習并掌握組成電路模型的學習并掌握組成電路模型的基本

6、電路基本電路元件元件（電阻、電容、電感、獨立電源、（電阻、電容、電感、獨立電源、受控源）的特性、電路符號受控源）的特性、電路符號。3. 學習并掌握集總電路的學習并掌握集總電路的基本定律基本定律（基（基爾霍夫電壓定律和電流定律爾霍夫電壓定律和電流定律）。）。4. 學習并掌握利用電路兩類約束學習并掌握利用電路兩類約束列寫電列寫電路方程路方程并求解電路變量或（和）電路并求解電路變量或（和）電路元件參數(shù)元件參數(shù)。第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律知識知識能力能力1. 根據(jù)簡單的實際電路建立其根據(jù)簡單的實際電路建立其電路模型電路模型。2. 根據(jù)電路問題合理假設電路根據(jù)電路問題合理假設電

7、路變量變量參考方向參考方向（或極性）并（或極性）并求解簡單電路，根據(jù)計算結求解簡單電路，根據(jù)計算結果分析解釋果分析解釋電路現(xiàn)象電路現(xiàn)象。3. 利用基本的利用基本的電工儀表電工儀表正確測正確測量實際電路中電壓、電流值量實際電路中電壓、電流值和電路元件的參數(shù)值。和電路元件的參數(shù)值。重點：電流、電壓的參考方向與關聯(lián)參考方向，基爾霍夫定律。重點：電流、電壓的參考方向與關聯(lián)參考方向，基爾霍夫定律。電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律引例引例：高壓一定危險嗎高壓一定危險嗎 ？用電安全標志用電安全標志電壓、電流的問題？電壓、電流的問題？電路模型的問題？電路模型的問題？

8、如何度量的問題？如何度量的問題？電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律1-1 電路分析概述電路分析概述電系統(tǒng)：按功能可以分為電系統(tǒng)：按功能可以分為電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)和和信號處理系統(tǒng)信號處理系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)：實現(xiàn)電能傳送、轉換等。實現(xiàn)電能傳送、轉換等。 信號處理系統(tǒng)：信號處理系統(tǒng)：實現(xiàn)電信號產(chǎn)生、加工、傳輸、變換等。實現(xiàn)電信號產(chǎn)生、加工、傳輸、變換等。電系統(tǒng)設計的概念模型電系統(tǒng)設計的概念模型電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律1-2 電路和電路模型電路和電路模型一、實際電路：一、實際電路： 組成四要素：組成四要

9、素： (1)(1)電源電源(source)(source)，如電站的發(fā)電設備、電池等；如電站的發(fā)電設備、電池等； (2)(2)用電設備，也稱負載用電設備，也稱負載(load)(load)，如燈泡、電腦、電動機等；如燈泡、電腦、電動機等； (3)(3)控制裝置控制裝置，如自動、手動開關；，如自動、手動開關； (4)(4)導線導線(line)(line)，通常由銅或鋁等電阻率小的金屬制成。通常由銅或鋁等電阻率小的金屬制成。定義：定義：由電源、導線及各種用電元器件由電源、導線及各種用電元器件或電氣設備按一定順序組成的網(wǎng)絡?；螂姎庠O備按一定順序組成的網(wǎng)絡。電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本

10、概念與定律電路的基本概念與定律二、電路模型二、電路模型實際器件實際器件 理想元件理想元件（模型元件）（模型元件） ：R只反映一種基本電磁現(xiàn)象，有數(shù)學方法精確定義。只反映一種基本電磁現(xiàn)象，有數(shù)學方法精確定義。圖形圖形符號符號四種四種理想電路元件：理想電路元件：（1 1）消耗電能（）消耗電能（電阻電阻）；）；（2 2）供給電能（）供給電能（理想電源理想電源）；）；（3 3）儲存電場能量（）儲存電場能量（理想電容理想電容）；）；（4 4）儲存磁場能量（）儲存磁場能量（理想電感理想電感）。）。電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律電路模型：電路模型：理想元件理想元

11、件（模型元件）組成的電路。（模型元件）組成的電路。電電 路路 圖：圖：電路模型畫在一個平面上所形成的圖形。電路模型畫在一個平面上所形成的圖形。實際電路實際電路電氣圖電氣圖電路圖電路圖P4 表表111 表表112電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律電路分類：基于集總假設電路分類：基于集總假設實際電路幾何尺寸實際電路幾何尺寸( (L ) )與其工作信號波長與其工作信號波長()的關系的關系 (1)集總參數(shù)電路：集總參數(shù)電路：滿足滿足L條件的電路。條件的電路。 (2)分布參數(shù)電路：分布參數(shù)電路：不滿足不滿足L0; 或若或若I 0; 或若或若U 0 支路吸收功率支

12、路吸收功率 p05.5.無記憶元件：無記憶元件：u(t)=Ri(t)R單位：單位： ( (歐姆歐姆) )電導：電導：RG1 表征電阻元件表征電阻元件的另一參數(shù)。的另一參數(shù)。i+ u -RG單位：單位：S( (西門子西門子) )電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律線性電阻的線性電阻的開路和短路開路和短路特殊情況特殊情況(b)(b)短路的電壓電流關系曲線短路的電壓電流關系曲線(a)(a)開路的電壓電流關系曲線開路的電壓電流關系曲線電流為零，電流為零，電壓電壓可以是可以是任意值任意值電壓為零，電壓為零，電流電流可以是可以是任意值任意值注意：注意：具體電路的電流

13、電壓是一個明確的值。具體電路的電流電壓是一個明確的值。電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律應用應用電阻色環(huán)表示方法電阻色環(huán)表示方法第一位數(shù)第二位數(shù)零的個數(shù)或乘數(shù)容差電阻色環(huán)圖電阻色環(huán)圖 顏色顏色數(shù)字數(shù)字顏色顏色數(shù)字數(shù)字黑黑0藍藍6棕棕1紫紫7紅紅2灰灰8 橙橙3白白9黃黃4金金01綠綠5銀銀001電阻顏色代碼表電阻顏色代碼表 容差容差：金色金色5；銀色銀色10；無圈無圈： 20。電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律示例示例 紅 紫 棕 金 2 7 1個 0 5 紅 紅 黑 金 2 2 0個0 5 電阻的阻值是：電阻

14、的阻值是：270容差為容差為 5，表示這個電阻實際最小的阻值是，表示這個電阻實際最小的阻值是270*（10.05）265.5； 最大不會超過最大不會超過270*（10.05）283.5電阻的阻值是：電阻的阻值是：22電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律二、理想電源二、理想電源電源：電源：電路中提供能量的器件或裝置。電路中提供能量的器件或裝置。理想電壓源理想電壓源和和理想電流源理想電流源： 各種實際電源的理想化模型（理想元件）。各種實際電源的理想化模型（理想元件）。電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律1、理想電壓源、

15、理想電壓源實際模型：實際模型：電池電池 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源理想電壓源定義理想電壓源定義：能能獨立獨立向外電路提供向外電路提供恒定恒定電壓的二端元件。電壓的二端元件。電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律符號表示符號表示: : 伏安關系伏安關系：+ us -特點特點：平行于平行于i軸軸的一條直線。的一條直線。恒壓不恒流恒壓不恒流2.2.電流電流i i由由u u和外電路共同確定；和外電路共同確定；1.1.端電壓端電壓u u恒定，與恒定，與i i無關；無關；usi ( A)u(V)0R R( ) 251020 i(A) 5210.5 u(v)10101010us=

16、10V此處電壓源的功率此處電壓源的功率：p=-usi既可提供功率，也可吸收功率。既可提供功率，也可吸收功率。i+ u -電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律實際電壓源特性實際電壓源特性實際電壓源可用一個實際電壓源可用一個理想電壓源理想電壓源U Us s和和電阻電阻R Rs s的的串聯(lián)串聯(lián)表示。表示。RsRs稱為實際電壓源的內阻稱為實際電壓源的內阻。 （ RsRs越小的電壓源，其電壓越穩(wěn)定越小的電壓源，其電壓越穩(wěn)定） (a)(a)電路電路RsUs(b)(b)伏安特性伏安特性Us端口端口VCR：u = Us - iRs電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路

17、的基本概念與定律電路的基本概念與定律2、理想電流源：、理想電流源：光電池光電池能能獨立獨立向外電路提供向外電路提供恒定恒定電流的二端元件。電流的二端元件。符號表示：符號表示：伏安關系伏安關系：Is特點：特點：i+u -R1. 電流電流i與與u無關；無關；恒流不恒壓恒流不恒壓2. 端電壓端電壓u由外電路確定；由外電路確定；此處電此處電流流源的功率源的功率：p=-uIs既可提供功率，也可吸收功率。既可提供功率，也可吸收功率。Isu(v)i(A)0電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律實際電流源特性實際電流源特性實際電流源可用一個實際電流源可用一個理想電流源理想

18、電流源I Is s和和電阻電阻R Rs s的的并聯(lián)并聯(lián)表示。表示。RsRs稱為實際電流源的內阻稱為實際電流源的內阻。 （ RsRs越大的電流源，其電流越穩(wěn)定越大的電流源，其電流越穩(wěn)定） (b)(b)伏安特性伏安特性(a)(a)電路電路IsRs Is i = Is - u/Rs端口端口VCR：電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律例例 ：計算圖示電路中計算圖示電路中3 電阻的電壓以及電流源的端電壓電阻的電壓以及電流源的端電壓及功率。及功率。解：解： 由電流源的性質有由電流源的性質有 ：A1S iiV33R iu21 RuuW515S1 iup電流源的端電壓極

19、性標注如圖：電流源的端電壓極性標注如圖：電流源的功率為：電流源的功率為：由電阻元件的由電阻元件的VCR得：得： + + +3 1A+ +2Vu1uRi電阻兩端電壓參考極性如圖所示電阻兩端電壓參考極性如圖所示 V523 （非關聯(lián)參考方向）（非關聯(lián)參考方向） 0WiupR313電阻的功率為：電阻的功率為： 0吸收功率吸收功率（關聯(lián)）（關聯(lián)）電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律三、受控源三、受控源 又稱為又稱為非獨立電源非獨立電源，即電壓或電流大小及方向受電，即電壓或電流大小及方向受電路中其它支路的電壓或電流控制的電源。路中其它支路的電壓或電流控制的電源。受控

20、電源實際模型受控電源實際模型三極管三極管運算放大器運算放大器電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律受控源電路結構特征：受控源電路結構特征： 具有兩條支路（四端元件）；具有兩條支路（四端元件）；四種常見模型：四種常見模型：受控電流源或電壓源所在支路受控電流源或電壓源所在支路 受控支路受控支路控制電流或電壓所在支路控制電流或電壓所在支路 控制支路控制支路(a) 電流控制電流源電流控制電流源 i1i1 + u1 - i2 (CCCS)u1=0i2= i1：電流控制系數(shù)（電：電流控制系數(shù)（電流放大倍數(shù)）流放大倍數(shù)） 例例: :晶體三極管晶體三極管電路分析基礎電路分

21、析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律 + _(b) 電流控制電壓源電流控制電壓源(c)電壓控制電流源電壓控制電流源i1 i1(CCVS)i + _ + u1 -+u2 _u1=0u2= i1:電壓控制系數(shù)電壓控制系數(shù)（轉移電阻）（轉移電阻）例例: :直流發(fā)電機直流發(fā)電機(VCCS)u1gu1i2= gu1g g：電流控制系數(shù)：電流控制系數(shù)（轉移電導）（轉移電導） 例例: :場效應管場效應管i2i1電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律(d) 電壓控制電壓源電壓控制電壓源受控源簡化圖受控源簡化圖:(VCVS)u1 u1i2 + _ +

22、_u2= u1 ：電壓控制系：電壓控制系數(shù)（電壓放大倍數(shù)（電壓放大倍數(shù)）數(shù)）例例: :電子三極管電子三極管i1+ + u1 i1gu1 i1+ +(VCVS)(VCCS)(CCVS)(CCCS)+u2 _電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律例：例：圖示電路，求電壓圖示電路，求電壓U U 和電流和電流 I I。解解：-2-2I -2I -6U +10=0由由KVL，有，有-4I -6U = - 8又有又有: :U = 2I+2聯(lián)立解得聯(lián)立解得: : U = 1.5VI = - 0.25A受控源受控源: :( (提供功率提供功率) )P = 6UI= - 2

23、.25W若受控源若受控源: : 6U6UU U U求得：求得：U U = 4V I=1A= 4V I=1A電阻性電阻性-2-2I -2I -U +10=0U = 2I+2電源性電源性( (吸收功率吸收功率) )P = UI= 4W電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律練習練習： 圖示電路，圖示電路，i i1 1 =3A, u=3A, u2 2 =4V=4V。求電流。求電流i i、電壓、電壓u u、u us s 和電阻和電阻R R, ,并求電源、受控源提供的功率。并求電源、受控源提供的功率。+ u1 -+ u2 -4u1ii i1 1L1L2usus=30V

24、u=20Vi=2AR=10 Pus=-90wP4u1=24wu1=6V作業(yè)作業(yè): P29 P1-15、P 1-18電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律兩類約束和電路方程兩類約束和電路方程拓撲約束拓撲約束（KCL，KVL）：支路約束（支路支路約束（支路VCR)：與電路支路性質無關，只取決于電路的連接結構；與電路支路性質無關，只取決于電路的連接結構；（結構約束）（結構約束）取決于支路元件的性質；取決于支路元件的性質；（元件約束）（元件約束）電路分析基本依據(jù)電路分析基本依據(jù)： 利用兩類約束，列寫電路方程，求解電路的利用兩類約束，列寫電路方程，求解電路的支路電壓

25、支路電壓和支路電流。和支路電流。電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律16 技術實踐技術實踐用電安全分析用電安全分析不同電流下人體的生理反應不同電流下人體的生理反應電流大小電流大小生理反應以及傷害程度生理反應以及傷害程度交流交流0.5mA0.5mA，直流，直流2mA2mA人體能夠感覺但不遭受傷害人體能夠感覺但不遭受傷害工頻工頻30mA30mA以下，直流以下，直流50mA50mA以下以下人體電擊后能夠自主擺脫人體電擊后能夠自主擺脫工頻工頻30mA30mA以上，直流以上，直流50mA50mA以上以上人電擊后危及生命人電擊后危及生命電路分析基礎電路分析基礎第第1

26、章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律人體電路模型人體電路模型電路分析基礎電路分析基礎第第1章章 電路的基本概念與定律電路的基本概念與定律P25P25例題例題1 16 61 1：電費計算電費計算? ? 某電力設備可能使人遭到某電力設備可能使人遭到250V250V電擊，試分析由此產(chǎn)生的電電擊，試分析由此產(chǎn)生的電流是否構成危險，以便張貼警告標志或采取其它預防措施。假流是否構成危險，以便張貼警告標志或采取其它預防措施。假定電源電壓定電源電壓250V250V，臂電阻，臂電阻RA為為400400，軀干電阻，軀干電阻RT為為5050，腿，腿電阻電阻R RL L為為200200。解：電路模型如下：解：電路模型如下：i200