第一章 電路的基本概念與基本定律教材

1、主講教師：姬敬主講教師：姬敬Telmail：電電 路路 原原 理理緒緒 論論問題：?jiǎn)栴}：（1 1）為什么要學(xué)習(xí)這門課？）為什么要學(xué)習(xí)這門課？（2 2）這門課好不好學(xué)？）這門課好不好學(xué)？本課程的內(nèi)容本課程的內(nèi)容 以電路模型為基礎(chǔ)，編寫描述電路的方程式，通過響應(yīng)的求解、分析，認(rèn)識(shí)已知電路的功能和特性。2 2、動(dòng)態(tài)電路分析（上冊(cè)）、動(dòng)態(tài)電路分析（上冊(cè)）3 3、正弦穩(wěn)態(tài)電路分析（下冊(cè)）、正弦穩(wěn)態(tài)電路分析（下冊(cè)）1 1、電阻電路分析（上冊(cè)）、電阻電路分析（上冊(cè)）主要參考書主要參考書邱關(guān)源編 電路 高教出版社周長(zhǎng)源編 電路分析基礎(chǔ) 高教出版社燕慶明編 電路分析教程 高教出版社根據(jù)

2、所分析電路的不同可分為：第一章第一章 電路的基本概念與基本定律電路的基本概念與基本定律1.1 1.1 電路模型電路模型1.2 1.2 電路變量電路變量1.3 1.3 連接約束關(guān)系連接約束關(guān)系1.4 1.4 元件約束關(guān)系元件約束關(guān)系1.5 1.5 兩類約束分析電路兩類約束分析電路第第1 1節(jié)節(jié) 電路模型電路模型一一. . 實(shí)際電路與電路模型實(shí)際電路與電路模型實(shí)際電路：是由實(shí)際電氣器件互相連接而成，是構(gòu)成各種電子實(shí)際電路：是由實(shí)際電氣器件互相連接而成，是構(gòu)成各種電子 系統(tǒng)的基本構(gòu)件。系統(tǒng)的基本構(gòu)件。 電路模型：是由理想電路元件與理想導(dǎo)線互相連接而成。電路模型：是由理想電路元件與理想導(dǎo)線互相連接而成

3、。 電路分析的目的：通過求解響應(yīng)，認(rèn)識(shí)已知電路的功電路分析的目的：通過求解響應(yīng)，認(rèn)識(shí)已知電路的功 能和固有屬性。（技術(shù)指標(biāo)）能和固有屬性。（技術(shù)指標(biāo)） 已知電路已知電路 （結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)）（結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)）已知激勵(lì)已知激勵(lì))(tf待求響應(yīng)待求響應(yīng)?)(ty？求LPI 開關(guān)干電池?zé)襞?a)實(shí)際電路實(shí)際電路(b)電氣圖電氣圖(c) 電路模型電路模型集總化條件集總化條件： 二二. . 集總參數(shù)電路集總參數(shù)電路 設(shè)實(shí)際電路的最大尺寸為l ，電路中的電磁信號(hào)（電壓或電流）的波長(zhǎng)為，則電路的集總化條件可 以表示為 l 用光速c去除不等式的兩邊，可得 T 其中=l/c 是電磁信號(hào)從電路的一端傳到電路的另一端

4、所需要的時(shí)間，T 為信號(hào)的周期。 當(dāng)電磁場(chǎng)變化相對(duì)較慢時(shí)，電路的尺寸可以忽略，在元件外部不存在任何電場(chǎng)與磁場(chǎng)，電路的大小和形狀不影響電路的特性可以近似用集總參數(shù)電路作為模型。線性與非線型電路線性與非線型電路: : 組成電路的元件是否包含非線性元件？集總參數(shù)與分布參數(shù)電路集總參數(shù)與分布參數(shù)電路: : 電路幾何尺寸與工作頻率如何？(l 0，則真實(shí)方向與參考方向一致。若i、u0，元件吸收能量；，元件吸收能量； 當(dāng)當(dāng)p0，元件吸收能量；，元件吸收能量； 當(dāng)當(dāng)p 0 p 0 w 0 通常通?！半娮桦娮琛?指線性非負(fù)電阻值的電阻元件指線性非負(fù)電阻值的電阻元件無源元無源元件。件。電阻元件的功率和能量電阻元件

5、的功率和能量( (u和和i 取關(guān)聯(lián)參考方向取關(guān)聯(lián)參考方向) ) 注意電阻兩端的電壓與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，注意電阻兩端的電壓與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向，因此，功率實(shí)際取值與參考方向的選取無關(guān)。因此，功率實(shí)際取值與參考方向的選取無關(guān)。已知 R=2，u=5V ，求 i，p = ?解解: :)A(5 . 225Rui)W(5 .12)5 . 2(5uip由 u = R i 得例例二、獨(dú)立電源二、獨(dú)立電源 獨(dú)立電源是在電路中能獨(dú)立提供能量的元件，常作為信獨(dú)立電源是在電路中能獨(dú)立提供能量的元件，常作為信號(hào)源號(hào)源輸入輸入或稱為或稱為激勵(lì)激勵(lì)。電壓源（理想電壓源）電壓源（理想電壓源） 在任意時(shí)刻，元件兩在任意時(shí)

6、刻，元件兩端的電壓總保持為某給定端的電壓總保持為某給定的時(shí)間函數(shù)的時(shí)間函數(shù)uS(t)，而與流，而與流過其電流無關(guān)。過其電流無關(guān)。時(shí)變： u= us(t) Us直流： u=UsuiSu電流源（理想電流源）電流源（理想電流源）時(shí)變： i = is(t) 直流： i = Is光電池和某些電子電路的特性可以用電流源表征光電池和某些電子電路的特性可以用電流源表征 在任意時(shí)刻，流過元件的電流總保持為某給定的時(shí)間在任意時(shí)刻，流過元件的電流總保持為某給定的時(shí)間函數(shù)函數(shù)iS(t)，而與其兩端的電壓無關(guān)。，而與其兩端的電壓無關(guān)。（4 4）獨(dú)立源為有源元件，可提供能量。（注意也可以從外電）獨(dú)立源為有源元件，可提供能

7、量。（注意也可以從外電 路接收能量）路接收能量）（1 1）獨(dú)立源可以納入一般電阻元件，但特性曲線不過原點(diǎn)，）獨(dú)立源可以納入一般電阻元件，但特性曲線不過原點(diǎn)， 不服從歐姆定律。通常與電阻區(qū)別對(duì)待。不服從歐姆定律。通常與電阻區(qū)別對(duì)待。 （2 2）電壓源上的電流由電源端電壓與外電路共同決定。）電壓源上的電流由電源端電壓與外電路共同決定。討論討論 （3 3）電流源上的電壓由電源電流與外電路共同決定。）電流源上的電壓由電源電流與外電路共同決定。 兩種實(shí)際電源模型（有伴電源）兩種實(shí)際電源模型（有伴電源）三、受控源三、受控源其輸出受其它支路上電壓或電流控制。其輸出受其它支路上電壓或電流控制。受控電壓源受控電

8、壓源u電壓控制電流源電壓控制電流源 i2= g u1gu1u1i2電壓控制電壓源電壓控制電壓源 u2= u1u1u2 u1電流控制電流源電流控制電流源 i2= i1i1i2i1電流控制電壓源電流控制電壓源 u2= r i1u2ri1i1受控電流源受控電流源i(1)(1)受控源與獨(dú)立源不同，其電源值依賴于其他變量，受控源與獨(dú)立源不同，其電源值依賴于其他變量， 一般不能單獨(dú)作為電路的激勵(lì)源。一般不能單獨(dú)作為電路的激勵(lì)源。討論討論(2)(2)受控源是有源元件，在一定條件下可以向電路提供受控源是有源元件，在一定條件下可以向電路提供 能量。能量。(3)(3)在列寫電路方程時(shí)受控源可以先作為獨(dú)立源處理。在

9、列寫電路方程時(shí)受控源可以先作為獨(dú)立源處理。(4)(4)受控源可以構(gòu)成實(shí)際電子器件和集成運(yùn)算放大器等受控源可以構(gòu)成實(shí)際電子器件和集成運(yùn)算放大器等 的小信號(hào)模型。的小信號(hào)模型。ui 第第5節(jié)節(jié) 用兩類約束求解電路用兩類約束求解電路一一. . 支路變量法（支路變量法（2m2m法、法、1m1m法）法）電路模型電路模型( ( m條支路、條支路、n個(gè)節(jié)點(diǎn)）個(gè)節(jié)點(diǎn)）分析目的：完全確定電路各個(gè)支路電壓和電流，共分析目的：完全確定電路各個(gè)支路電壓和電流，共2m2m個(gè)變量個(gè)變量分析依據(jù)：相互獨(dú)立的兩類約束條件，共得到分析依據(jù)：相互獨(dú)立的兩類約束條件，共得到2m2m個(gè)獨(dú)立方程個(gè)獨(dú)立方程（KCL:n-1KCL:n-1

10、個(gè)方程、個(gè)方程、KVL:m-n+1KVL:m-n+1個(gè)方程、個(gè)方程、VCR:mVCR:m個(gè)方程）個(gè)方程）觀察法直接列方程求取支路變量觀察法直接列方程求取支路變量1. 1. 確定必要的變量，標(biāo)出其參考方向確定必要的變量，標(biāo)出其參考方向2. 2. 列寫必要的方程列寫必要的方程3. 3. 從已知量逐步求出未知量從已知量逐步求出未知量請(qǐng)同學(xué)們課后自學(xué)該部分內(nèi)容。請(qǐng)同學(xué)們課后自學(xué)該部分內(nèi)容。解：設(shè)電流解：設(shè)電流 i1、 i2、 i3 。求開路電壓求開路電壓 uab=?對(duì)節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)c c應(yīng)用應(yīng)用KCL：對(duì)回路對(duì)回路acdaacda應(yīng)用應(yīng)用KVL：對(duì)閉合路徑對(duì)閉合路徑abcaabca應(yīng)用應(yīng)用KVL：uabi

11、03i0321iiiiii210642 ii)A( 1i021(4）abu）V(2abu例例cba求求U 和和 I 。1I例例解：設(shè)解：設(shè)a、b、c及及I1如圖如圖 V)(4 . 1V121IUA)(31acUIV)( 312acUV)( 1) 3(14bcU又A)(2 . 032 1bcUI則解：解： 聯(lián)立求解得：聯(lián)立求解得：應(yīng)用歐姆定律：應(yīng)用歐姆定律：6000uib)mA(4 . 2)mA(2 . 7 )V(4 .14baiiu例例求：求：ia，ib，u=? ?0024. 02aabiii應(yīng)用應(yīng)用KCL： 2000 uia二二 . . 電阻的分壓與分流作用電阻的分壓與分流作用串聯(lián)：串聯(lián)： 電流相同，電壓相加電流相同，電壓相加RiiRRiRiRuuu)(212121分壓公式分壓公式串聯(lián)串聯(lián)uRRRiRuuRRRiRu212222111121 RRR其中并聯(lián)：并聯(lián)： 電壓相同，電流相加電壓相同，電流相加uRRRuRuiii)11(212121RiiRRRRu2121并聯(lián)并聯(lián) 分流公式分流公式iRRRRuii