lecture-01-電路基本概念

電路分析

主講：徐國(guó)保

(博士，副教授)

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0緒論1電路分類及電路模型2電流和電壓的參考方向

lecture_01緒論及電路基本概念內(nèi)容提綱重點(diǎn)難點(diǎn)電流定義及參考方向，電壓定義及參考方向作業(yè)：復(fù)習(xí)課本相關(guān)內(nèi)容（cha.1-1,cha.1-2,cha.1-4）Next:cha.1-3&1-50緒論《電路分析》是電子信息工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。也是研究生入學(xué)考試的必考課程，且具有廣闊的工程應(yīng)用背景的課程。該課程不僅理論體系嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)容豐富精彩，而且會(huì)從中學(xué)會(huì)一種思維方法，養(yǎng)成一種科學(xué)作風(fēng)，使人終生受益。本課程的要求：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)于電路理論的基本原理和方法有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的理解，為后續(xù)課程準(zhǔn)備必要的電路知識(shí)。

一、課程性質(zhì)和要求：二、參考資料：（1）李瀚遜．電路分析基礎(chǔ)（第4版）．北京：高等教育出版社，2006（2）李瀚遜．簡(jiǎn)明電路分析基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，2002（3）FloydTL.Electronicsfundamentalscircuits,devicesandapplications.5thed.PrenticeHallInc,2000三、課程安排：

80學(xué)時(shí)，其中64理論學(xué)時(shí)，16實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，1-15周完成四、考核方式：平時(shí)成績(jī)：30%，其中考勤10%，作業(yè)10%和實(shí)驗(yàn)10%

期末成績(jī)：70%，（閉卷）期末統(tǒng)考，試題庫(kù)中隨機(jī)選取試題。五、研究的課題：

已知電路

<結(jié)構(gòu)、元件參數(shù)>電路分析的目的：通過(guò)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)）六、研究的對(duì)象：1、集總參數(shù)電路

<分布參數(shù)電路>

滿足基爾霍夫定律。滿足馬克斯威定律2、線性電路：非線性電路由線性元件組成的電路3、非時(shí)變電路：時(shí)變電路（元件參數(shù)不隨時(shí)間變化的電路）即研究線性、非時(shí)變的集總參數(shù)電路所遵循的基本規(guī)律及分析方法。七、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(guò)響應(yīng)的求解、分析，認(rèn)識(shí)已知電路的功能和特性。根據(jù)所分析電路的不同可分為：2、動(dòng)態(tài)電路分析3、正弦穩(wěn)態(tài)電路分析1、電阻電路分析八、電路理論發(fā)展歷程1729年，英國(guó)S.格雷提出導(dǎo)體和絕緣體。亞歷山德羅·伏特本杰明.富蘭克林庫(kù)侖安培歐姆1749年，美國(guó)富蘭克林提出正電和負(fù)電。1785-1789年，法國(guó)庫(kù)侖提出庫(kù)侖定理。人類電磁現(xiàn)象認(rèn)識(shí)的一次飛躍

1800年，意大利伏特發(fā)明了伏打電池。這一成果具有劃時(shí)代意義。1825年，法國(guó)安培提出安培環(huán)路定律。是發(fā)明電動(dòng)機(jī)的理論基礎(chǔ)1826年，德國(guó)歐姆提出歐姆定律。1834年，俄國(guó)楞次提出楞次定律。1831年，英國(guó)法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)成為發(fā)電機(jī)和變壓器的基本原理。法拉第1838年，美國(guó)莫爾斯發(fā)明了電報(bào)。1845年，德國(guó)基爾霍夫提出了基爾霍夫定律。解決了電器設(shè)計(jì)中電路方面的難題。1864年，英國(guó)麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在。為電路理論奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1887年，德國(guó)赫茲證明電磁波的存在。1866年，德國(guó)西門子發(fā)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、有軌電車和指南針式電報(bào)機(jī)的發(fā)明人，,西門子公司創(chuàng)始人。開(kāi)啟了電氣化時(shí)代。楞次基爾霍夫麥克斯韋赫茲西門子1897劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的約瑟夫·湯姆生在研究陰極射線時(shí)發(fā)現(xiàn)電子，從此揭開(kāi)電子學(xué)的序幕電子。1904年，弗萊明發(fā)明了世界上第一只電子管。人類第一只電子管的誕生，標(biāo)志著世界從此進(jìn)入了電子時(shí)代。1947年12月，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克萊、巴丁和布拉頓組成的研究小組，研制出一種點(diǎn)接觸型的鍺晶體管。晶體管的問(wèn)世，是20世紀(jì)的一項(xiàng)重大發(fā)明，是微電子革命的先聲，為后來(lái)集成電路的降生吹響了號(hào)角。1876年美國(guó)貝爾發(fā)明了電話1879年美國(guó)愛(ài)迪生發(fā)明了電燈泡1894年，意大利馬可尼和俄國(guó)波波夫分別發(fā)明了無(wú)線電。1950年：威廉·邵克雷開(kāi)發(fā)出雙極晶體管(BipolarJunctionTransistor)，這是現(xiàn)在通行的標(biāo)準(zhǔn)的晶體管。1953年：第一個(gè)采用晶體管的商業(yè)化設(shè)備投入市場(chǎng)，即助聽(tīng)器。1954年10月18日：第一臺(tái)晶體管收音機(jī)RegencyTR1投入市場(chǎng)，僅包含4只鍺晶體管。1961年4月25日：第一個(gè)集成電路專利被授予羅伯特·諾伊斯(RobertNoyce)。1965年：摩爾定律誕生。當(dāng)時(shí)，戈登·摩爾(GordonMoore)預(yù)測(cè)，未來(lái)一個(gè)芯片上的晶體管數(shù)量大約每年翻一倍(10年后修正為每?jī)赡?1968年7月：羅伯特·諾伊斯和戈登·摩爾從仙童(Fairchild)半導(dǎo)體公司辭職，創(chuàng)立了一個(gè)新的企業(yè)，即英特爾公司Intel1971年：英特爾發(fā)布了其第一個(gè)微處理器4004。包含僅2000多個(gè)晶體管。

1978年：英特爾把8088微處理器買給IBM，用于IBMPC的CPU。16位8088處理器含有2.9萬(wàn)個(gè)晶體管，運(yùn)行頻率為5MHz、8MHz和10MHz。1982年：286微處理器(又稱80286)推出，成為英特爾的第一個(gè)16位處理器，含有13400個(gè)晶體管1985年：英特爾386?微處理器問(wèn)世，含有27.5萬(wàn)個(gè)晶體管，是最初4004晶體管數(shù)量的100多倍。。1993年：英特爾奔騰處理器問(wèn)世，含有3百萬(wàn)個(gè)晶體管，采用英特爾0.8微米制程技術(shù)生產(chǎn)。1999年2月：英特爾發(fā)布了奔騰III處理器。含有950萬(wàn)個(gè)晶體管，采用英特爾0.25微米制程技術(shù)生產(chǎn)。2002年1月：英特爾奔騰4處理器推出，含有5500萬(wàn)個(gè)晶體管，它采用英特爾0.13微米制程技術(shù)生產(chǎn)。2005年5月26日：英特爾第一個(gè)主流雙核處理器“英特爾奔騰D處理器”誕生，含有2.3億個(gè)晶體管，采用英特爾領(lǐng)先的90納米制程技術(shù)生產(chǎn)。

1電路及電路模型（model)一、電路（circuit）由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。電源＋－US

作用之一：實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換1.電路的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線請(qǐng)欣賞例子強(qiáng)電電路的作用變電站大型工廠商店學(xué)校小型電能用戶輸電線水力發(fā)電廠變電站小型配電站配電站住宅鄉(xiāng)村電能的產(chǎn)生和輸送電能的輸送和分配發(fā)電廠主傳輸線500kV升壓降壓電壓分配10kV降壓變電站三相單相主設(shè)備(380V)插座(220V)儀表控制盤儀表單相架空輸電線游泳池交流輸出燃料備料室燃燒室電力網(wǎng)城市熱氣水源熱水加熱器淋浴噴泉燈正常狀態(tài)電視廣播緊急狀況飲用水環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)災(zāi)難區(qū)應(yīng)急廣播照明設(shè)備游泳池電能的應(yīng)用作用之二：實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒1.電路的作用請(qǐng)欣賞例子弱電電路的作用早期的通訊現(xiàn)代通信上一頁(yè)返回各種檢測(cè)儀器上一頁(yè)返回2.電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負(fù)載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線直流電源直流電源:

提供能源信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號(hào)源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚(yáng)聲器話筒電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。

電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)電路的組成是什么？最簡(jiǎn)單電路的組成返回下一頁(yè)上一頁(yè)下一節(jié)EE電源：將非電形態(tài)的能量轉(zhuǎn)化為電能的供電設(shè)備。負(fù)載：將電能轉(zhuǎn)化為非電形態(tài)的能量的用電設(shè)備。連結(jié)導(dǎo)線：溝通電路、輸送電能。

簡(jiǎn)單照明電路二.電路模型(circuitmodel)反映實(shí)際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。如何建模？由理想元件的串、并聯(lián)組成，近似地描述實(shí)際電路的電氣特性。有哪些理想元件？電阻元件：描述消耗電能的特性，把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋⒐饽?、聲能、機(jī)械能等符號(hào)：電感元件：描述存貯磁場(chǎng)能的特性符號(hào)：LR電容元件：描述存貯電場(chǎng)能量的特性符號(hào)：理想電壓源：描述提供一定的電壓的特性符號(hào)：+-Us理想電流源：描述提供一定的電流的特性符號(hào)：IS還有許多其它的理想元件，以后慢慢學(xué)吧！請(qǐng)欣賞一些元器件實(shí)物！電阻器電容器線圈電池運(yùn)算放大器晶體管

低頻信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)建模思想是科研中一種很重要的思維方法請(qǐng)欣賞實(shí)際電路建模例！手電筒電路模型

(a)實(shí)物電路(b)電路模型(b)干電池提供電壓干電池把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軣襞莅央娔苻D(zhuǎn)化為光能、熱能日光燈電路~鎮(zhèn)流器光管啟輝器實(shí)物電路LRRA鎮(zhèn)流器光管~電路模型晶體管放大電路(a)實(shí)物電路(b)電路模型(b)信號(hào)源晶體管電池（忽略內(nèi)阻）變壓器揚(yáng)聲器電阻器溫馨提示：本課程介紹

電路模型（簡(jiǎn)稱電路）的分析計(jì)算具有相同的主要電磁性能的實(shí)際電路部件，在一定條件下可用同一模型表示；同一實(shí)際電路部件在不同的應(yīng)用條件下，其模型可以有不同的形式需要注意圖1－3線圈的幾種電路模型

(a)理想線圈模型(b)線圈通過(guò)低頻交流的模型

(c)線圈通過(guò)高頻交流的模型2電流和電壓的參考方向

(referencedirection)

電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流的參考方向(currentreferencedirection)電流CURRENT帶電粒子有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)單位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、AAndre-MarieAmpere(1775-1836)安培電流強(qiáng)度單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量方向規(guī)定正電荷的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向元件(導(dǎo)線)中電流流動(dòng)的實(shí)際方向只有兩種可能:

實(shí)際方向?qū)嶋H方向AABB———金屬導(dǎo)體定向運(yùn)動(dòng)實(shí)際電流方向+++溶解液定向運(yùn)動(dòng)實(shí)際電流方向簡(jiǎn)單電路中的實(shí)際方向E若為實(shí)際方向（極性）I+-U任一電路元件上有電壓，但只有發(fā)電機(jī)、蓄電池等能提供電能的元件才具有電動(dòng)勢(shì)復(fù)雜電路中的實(shí)際方向6V3+–+–12V2A6112I能判別出各元件中電流、電壓的實(shí)際方向嗎？如何解決實(shí)際方向的判別問(wèn)題？參考方向i

參考方向任意假定一個(gè)正電荷運(yùn)動(dòng)的方向即為電流的參考方向。AB

(2)參考方向的表示方法電流：Iab

雙下標(biāo)箭標(biāo)abRIi

參考方向i

參考方向i>0i<0實(shí)際方向?qū)嶋H方向AABB實(shí)際方向與參考方向一致，電流值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電流值為負(fù)值。實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系務(wù)必集中2分鐘的精力若I=5A，則電流從a流向b；例：若I=–5A，則電流從b流向a。abRI例如：-3A表示正電荷以每秒3庫(kù)侖的速度逆著參考方向箭頭移動(dòng)大小方向電流(代數(shù)量)需要注意的是：電流的參考方向可以是任意的直流（directcurrentDC）：電流的大小和方向不隨時(shí)間變化，用I表示交流（alternatiingcurrentAC）：電流的大小和方向隨時(shí)間變化，用i(t)表示電壓U2.電壓的參考方向(voltagereferencedirection)單位正電荷q從電路中一點(diǎn)移至另一點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力做功（W）的大小

電位單位正電荷q從電路中一點(diǎn)移至參考點(diǎn)（＝0）時(shí)電場(chǎng)力做功的大小電位與電壓關(guān)系兩點(diǎn)之間電壓等于兩點(diǎn)的電位之差a、b之間的電壓a點(diǎn)電位b點(diǎn)電位以后你們經(jīng)常在此犯錯(cuò)誤！

單位：V(伏)、kV、mV、V實(shí)際電壓方向電位真正降低的方向AlessandroAntonioVolta(1745-1827)伏特（意大利物理學(xué)家）直流電壓U：電壓大小和極性都不隨時(shí)間變化交流電壓u(t)：電壓大小和極性都隨時(shí)間變化問(wèn)題復(fù)雜電路或交變電路中，兩點(diǎn)間電壓的實(shí)際方向往往不易判別，給實(shí)際電路問(wèn)題的分析計(jì)算帶來(lái)困難。電壓(降)的參考方向假設(shè)的電壓降低方向電壓參考方向的三種表示方式(1)用正負(fù)極性表示(2)用箭頭表示(3)用雙下標(biāo)表示UU+ABUABU<0>0參考方向U+–+實(shí)際方向+實(shí)際方向參考方向U+–U實(shí)際方向與參考方向一致，電壓值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電壓值為負(fù)值。實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系例1：求圖示電路中各點(diǎn)的電位:Va、Vb、Vc、Vd

。解：設(shè)a為參考點(diǎn)，即Va=0VVb=Uba=–10×6=60VVc=Uca

=4×20=80VVd

=Uda=6×5=30V

設(shè)b為參考點(diǎn)，即Vb=0VVa

=Uab=10×6=60VVc

=Ucb=E1=140VVd

=Udb=E2=90V

bac204A610AE290VE1140V56AdUab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

Uab

=10×6=60VUcb

=E1=140VUdb

=E2=90V

從上述計(jì)算，你能歸納出什么結(jié)論？(1)電位值是相對(duì)的，和參考點(diǎn)有關(guān)，參考點(diǎn)選取的不同，電路中各點(diǎn)的電位也將隨之改變；(2)電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，和參考點(diǎn)無(wú)關(guān)，不會(huì)因參考點(diǎn)的不同而變；結(jié)論：你也歸納出了上述的結(jié)論嗎？(3)電路中兩點(diǎn)間的電壓值是固定的，和計(jì)算路徑無(wú)關(guān)。電位計(jì)算舉例Va

=5+(-2)×2+10=11VVb=5+(-2)×2-6+3×1=-2VVc

=-12+3×6=6VVd

=-10-10×1+10-（-3）×3=-1V

--+-5V2Ω3Ω6Ω3Ω+6V+10V10Ω+12V-+-10V10Ω-2A1A3A1A-3A-4Aabcde+-10V爬山法求電位練習(xí)e點(diǎn)電位的求取bca204A610AE290VE1140V56Ad+90V205+140V6cd電路的簡(jiǎn)化畫法省略電源，交代電位例2:圖示電路，計(jì)算開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)和閉合時(shí)A點(diǎn)的電位VA解:(1)當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，如圖（a)(2)當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí),電路如圖（b）電流I2=0，電位VA=0V

。電流I1=I2=0，電位VA=6V

。電流在閉合路徑中流通2KA+I12kI2–6V(b)2k+6VA2kSI2I1(a)開(kāi)路了開(kāi)路了元件或支路的u，i采用相同的參考方向稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。反之，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向3.關(guān)聯(lián)參考方向i+-+-iUU注意(1)分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。(2)參考方向一經(jīng)選定，必須在圖中相應(yīng)位置標(biāo)注(包括方向和符號(hào)），在計(jì)算過(guò)程中不得任意改變。（3）參考方向不同時(shí)，其表達(dá)式相差一負(fù)號(hào)，但實(shí)際方向不變。例ABABi＋－U電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問(wèn)：對(duì)A、B兩部分電路電壓電流參考方向關(guān)聯(lián)否？答：A電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；

B電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)。小結(jié)電荷和能量是描述電現(xiàn)象的基本變量；為便于描述電路，引進(jìn)電流，電壓和功率易測(cè)變量；電路圖中所標(biāo)示的電流方向和電壓極性均為參考方向和參考極性，它們不一定是電流的真實(shí)方向。電路圖中凡未同時(shí)標(biāo)電流和電壓的參考方向時(shí)，均默認(rèn)采用關(guān)聯(lián)參考（特別說(shuō)明除外）思考與練習(xí)圖1－2－21.為什么在分析電路時(shí)，必須規(guī)定電流的參考方向和

電壓的參考極性？參考方向與實(shí)際方向有什么關(guān)系？2.你能確定圖1－2－2電路中電壓Uab的實(shí)際極性嗎？

為什么？基本情況：1976年生，江西德興市人，博士，系副主任。1996.9-2000.7北京服裝學(xué)院，工業(yè)自動(dòng)化，學(xué)士2000.9-2003.3北京科技大學(xué)，控制理論與控制工程，碩士2005.9-2009.6北京科技大學(xué)，控制理論與控制工程，博士2003.4-2005.8湛江海洋大學(xué)，信息學(xué)院電子工程系助教2005.9-2012.12廣東海洋大學(xué)，信息學(xué)院電子工程系講師2013.1-至今廣東海洋大學(xué)，信息學(xué)院電子工程系副教授教學(xué)方面：

先后主講《電路與電子學(xué)》、《模擬電子技術(shù)》、《信號(hào)檢測(cè)與估計(jì)》、《電路分析》、《數(shù)字圖像處理》、《計(jì)算機(jī)仿真及其應(yīng)用》、《Matlab語(yǔ)言及其應(yīng)用》等本科課程。先后指導(dǎo)75人本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，其中1人獲得校級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文，18人獲得院級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)論文。

徐國(guó)保簡(jiǎn)介科研方面：主持和參與了國(guó)家科技支撐計(jì)劃專題、廣東省自然基金、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目及市級(jí)項(xiàng)目等8項(xiàng)科研課題，在國(guó)內(nèi)外核心學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文16余篇，其中被SCI收錄1篇，EI收錄7篇；副主編出版《電路分析》專業(yè)教材1部。GuobaoXu,DelingZHENG,GengZHAO.AnalysisandConfirmationofImmovablePointsinLogisticMappingDigital-flowChaos,JournalofUniversityofSci.andTech.Beijing,2003,10(6):62-65（SCI,EI）Guo-bao

Xu,Mei-j