電路全套課程課件一

ElectriccircuitXianJiaotonguniversity電路引言課程的意義工程意義；理論電工路場電路磁路集中參數(shù)電路分布參數(shù)電路分析綜合課程的性質(zhì)和地位電類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)方法參考書理論意義1.電壓、電流的參考方向3.基爾霍夫定律

重點：第1章電路元件和電路定律(circuitelements)

(circuitlaws)

2.電路元件特性1.1電路和電路模型（model)1.實際電路功能a能量的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換；b信息的傳遞與處理。共性建立在同一電路理論基礎(chǔ)上由電工設(shè)備和電氣器件按預(yù)期目的連接構(gòu)成的電流的通路。反映實際電路部件的主要電磁性質(zhì)的理想電路元件及其組合。導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡2.電路模型(circuitmodel)電路圖理想電路元件有某種確定的電磁性能的理想元件電路模型幾種基本的電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示產(chǎn)生磁場，儲存磁場能量的元件電容元件：表示產(chǎn)生電場，儲存電場能量的元件電源元件：表示各種將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能的元件注具有相同的主要電磁性能的實際電路部件，在一定條件下可用同一模型表示；同一實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例3.集總參數(shù)電路由集總元件構(gòu)成的電路集總元件假定發(fā)生的電磁過程都集中在元件內(nèi)部進行集總條件注集總參數(shù)電路中u、i可以是時間的函數(shù)，但與空間坐標(biāo)無關(guān)1.2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)電流電流強度帶電粒子有規(guī)則的定向運動單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量方向規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向單位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導(dǎo)線)中電流流動的實際方向只有兩種可能:

實際方向?qū)嶋H方向AABB問題復(fù)雜電路或電路中的電流隨時間變化時，電流的實際方向往往很難事先判斷參考方向i

參考方向大小方向電流(代數(shù)量)任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。ABi

參考方向i參考方向i>0i<0實際方向?qū)嶋H方向電流的參考方向與實際方向的關(guān)系：AABB電流參考方向的兩種表示：用箭頭表示：箭頭的指向為電流的參考方向。用雙下標(biāo)表示：如iAB

,電流的參考方向由A指向B。電壓U

單位：V(伏)、kV、mV、V2.電壓的參考方向(voltagereferencedirection)單位正電荷q從電路中一點移至另一點時電場力做功（W）的大小

電位單位正電荷q從電路中一點移至參考點（＝0）時電場力做功的大小實際電壓方向電位真正降低的方向例已知：4C正電荷由a點均勻移動至b點電場力做功8J，由b點移動到c點電場力做功為12J，(1)若以b點為參考點，求a、b、c點的電位和電壓Uab、Ubc;(2)若以c點為參考點，再求以上各值ac解b(1)以b點為電位參考點abc解(2)電路中電位參考點可任意選擇；參考點一經(jīng)選定，電路中各點的電位值就是唯一的；當(dāng)選擇不同的電位參考點時，電路中各點電位值將改變，但任意兩點間電壓保持不變。結(jié)論以c點為電位參考點問題復(fù)雜電路或交變電路中，兩點間電壓的實際方向往往不易判別，給實際電路問題的分析計算帶來困難。

電壓(降)的參考方向U

<0>0參考方向U+–+實際方向+實際方向參考方向U+–U假設(shè)的電壓降低方向電壓參考方向的三種表示方式：(1)用箭頭表示(2)用正負(fù)極性表示(3)用雙下標(biāo)表示UU+ABUAB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(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），在計算過程中不得任意改變。（3）參考方向不同時，其表達(dá)式相差一負(fù)號，但實際方向不變。例ABABi＋－U電壓電流參考方向如圖中所標(biāo)，問：對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)。1.3電路元件的功率(power)1.電功率功率的單位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的單位：J(焦)(Joule，焦耳)單位時間內(nèi)電場力所做的功。2.電路吸收或發(fā)出功率的判斷

u,i取關(guān)聯(lián)參考方向P=ui表示元件吸收的功率P>0吸收正功率(實際吸收)P<0吸收負(fù)功率(實際發(fā)出)p=ui

表示元件發(fā)出的功率P>0

發(fā)出正功率(實際發(fā)出)P<0

發(fā)出負(fù)功率(實際吸收)

u,i取非關(guān)聯(lián)參考方向+-iu+-iu例564123I2I3I1++++++U6U5U4U3U2U1求圖三示電三路中三各方三框所三代表三的元三件消三耗或三產(chǎn)生三的功三率。三已知三：U1=1三V,三U2=三-3三V,U3=8三V,三U4=三-4三V,U5=7三V,三U6=三-3三VI1三=2三A,三I2三=1三A,I3三=三-1三A解注對一三完整三的電三路，三發(fā)出三的功三率＝三消耗三的功三率1.三4電阻三元件(r三es三is三to三r)2.線性三定常三電阻三元件電路三符號R電阻三元件對電三流呈三現(xiàn)阻三力的三元件三。其三伏安三關(guān)系三用u～i平面三的一三條曲三線來三描述三：iu任何三時刻三端電三壓與三其電三流成三正比三的電三阻元三件。1.定義伏安特性u～i關(guān)系R稱為三電阻三，單三位：(歐)三(三Oh三m，歐三姆)滿足三歐姆三定律(O三hm三’s三L三aw三)ui單位G稱為三電導(dǎo)三，單三位：S(西門三子)三(S三ie三me三ns，西三門子)u、i取關(guān)三聯(lián)參三考方三向Rui+-伏安三特性三為一三條過三原點三的直三線(2三)如電三阻上三的電三壓與三電流三參考三方向三非關(guān)三聯(lián)公式三中應(yīng)三冠以三負(fù)號注(3三)說明三線性三電阻三是無三記憶三、雙三向性三的元三件歐姆三定律(1三)只適三用于三線性三電阻三，(R為常三數(shù)）則歐三姆定三律寫三為u三–R三i三i三–G三u公式三和參三考方三向必三須配三套使三用！Rui+-3.功率三和能三量上述三結(jié)果三說明三電阻三元件三在任三何時三刻總?cè)窍墓θ实娜?。p–u三i三–(三–R三i)三ii2R–u(–u/三R三)u2/三Rpu三ii2Ru2/三R功率三：Rui+-Rui+-可用三功率三表示三。從t到t0電阻三消耗三的能三量：Riu+–4.電阻三的開三路與三短路能量三：短路開路ui1.三6電容三元件(c三ap三ac三it三or三)電容三器_q+q在外三電源三作用三下，兩極三板上三分別三帶上三等量三異號三電荷三，撤三去電三源，三板上三電荷三仍可三長久三地集三聚下三去，三是一三種儲三存電三能的三部件三。1。定三義電容三元件儲存三電能三的元三件。三其特三性可三用u～q平面三上的三一條三曲線三來描三述qu庫伏特性任何三時刻三，電三容元三件極三板上三的電三荷q與電三流u成正三比。q~u特性三是過三原點三的直三線電路三符號2.線性三定常三電容三元件C＋－u+q-qC稱為三電容三器的三電容,單位三：F三(法)三(三Fa三ra三d，法三拉),常用F，p三F等表三示。quO單位線性三電容三的電三壓、三電流三關(guān)系C＋－uiu、i取關(guān)三聯(lián)參三考方三向電容三元件VC三R的微三分關(guān)三系表明三：i的大三小取三決于u的變?nèi)?與u的大三小無三關(guān)，三電容三是動三態(tài)元三件；(2三)當(dāng)u為常三數(shù)(直流)時，i=0。電三容相三當(dāng)于三開路三，電三容有隔三斷直三流作三用；實際三電路三中通三過電三容的三電流i為有三限值三，則三電容三電壓u必定三是時三間的三連續(xù)三函數(shù).電容三元件三有記三憶電三流的三作用三，故三稱電三容為三記憶三元件（1）當(dāng)u，i為非三關(guān)聯(lián)三方向三時，三上述三微分三和積三分表三達(dá)式三前要三冠以三負(fù)號;（2）上三式中u(三t0)稱為三電容三電壓三的初三始值三，它三反映三電容三初始三時刻三的儲三能狀三況，三也稱三為初三始狀三態(tài)。電容三元件VC三R的積三分關(guān)三系表明注3.電容三的功三率和三儲能當(dāng)電容三充電三，u>0，du/dt>0，則i>0，q，p>三0,電容三吸收三功率三。當(dāng)電容三放電三，u>0，du/dt<0，則i<0，q，p<0,電容三發(fā)出三功率.功率表明電容三能在三一段三時間三內(nèi)吸三收外三部供三給的三能量三轉(zhuǎn)化三為電三場能三量儲三存起三來，三在另三一段三時間三內(nèi)又三把能三量釋三放回三電路三，因三此電三容元三件是三無源三元件三、是三儲能三元件三，它三本身三不消三耗能三量。u、i取關(guān)三聯(lián)參三考方三向（1）電三容的三儲能三只與三當(dāng)時三的電三壓值三有關(guān)三，電三容電壓三不能三躍變?nèi)?，反三映了三儲能三不能三躍變?nèi)?；?）電三容儲三存的三能量三一定三大于三或等三于零三。從t0到t電容三儲能三的變?nèi)咳弘娙萑膬θ鼙砻骼瑿0.5Fi求電三流i、功三率P三(t三)和儲三能W三(t三)21t/s20u/V電源三波形解uS(t三)的函三數(shù)表三示式三為:解得三電流21t/s1i/A-121t/s20p/W-221t/s10WC/J吸收三功率釋放三功率21t/s1i/A-1若已三知電三流求三電容三電壓三，有1.三5電感三元件(i三nd三uc三to三r)i(t)+-u(t)電感三器把金三屬導(dǎo)三線繞三在一三骨架三上構(gòu)三成一三實際三電感三器，三當(dāng)電三流通三過線三圈時三，將三產(chǎn)生三磁通三，是三一種三儲存三磁能三的部三件（t)＝N三(三t)1。定三義電感三元件儲存三磁能三的元三件。三其特三性可三用～i平面三上的三一條三曲線三來描三述i韋安特性任何三時刻三，通三過電三感元三件的三電流i與其三磁鏈三成正三比。三~i特性三是過三原點三的直三線電路三符號2.線性三定常三電感三元件L稱為三電感三器的三自感三系數(shù),L的單三位：H三(亨)三(H三en三ry，亨三利)，常三用H，m三H表示三。iO+-u(t)iL單位線性三電感三的電三壓、三電流三關(guān)系u、i取關(guān)三聯(lián)參三考方三向電感三元件VC三R的微三分關(guān)三系表明三：(1三)電感三電壓u的大三小取三決于i的變?nèi)?與i的大三小無三關(guān)，三電感三是動三態(tài)元三件；(2三)當(dāng)i為常三數(shù)(直流)時，u=0。電三感相三當(dāng)于三短路三；實際三電路三中電三感的三電壓u為有三限值三，則三電感三電流i不能三躍變?nèi)?，必三定是三時間三的連三續(xù)函三數(shù).+-u(t)iL根據(jù)三電磁三感應(yīng)三定律三與楞三次定三律電感三元件三有記三憶電三壓的三作用三，故三稱電三感為三記憶三元件（1）當(dāng)u，i為非三關(guān)聯(lián)三方向三時，三上述三微分三和積三分表三達(dá)式三前要三冠以三負(fù)號;（2）上三式中i(t0)稱為三電感三電流三的初三始值三，它三反映三電感三初始三時刻三的儲三能狀三況，三也稱三為初三始狀三態(tài)。電感三元件VC三R的積三分關(guān)三系表明注3.電感三的功三率和三儲能當(dāng)電三流增大三，i>0，di/dt>0，則u>0，，p>三0,電感三吸收三功率三。當(dāng)電三流減三小，i>0，di/dt<0，則u<0，，p<0,電感三發(fā)出三功率三。功率表明電感三能在三一段三時間三內(nèi)吸三收外三部供三給的三能量三轉(zhuǎn)化三為磁三場能三量儲三存起三來，三在另三一段三時間三內(nèi)又三把能三量釋三放回三電路三，因三此電三感元三件是三無源三元件三、是三儲能三元件三，它三本身三不消三耗能三量。u、i取關(guān)三聯(lián)參三考方三向（1）電三感的三儲能三只與三當(dāng)時三的電三流值三有關(guān)三，電三感電流三不能三躍變?nèi)?，反三映了三儲能三不能三躍變?nèi)?；?）電三感儲三存的三能量三一定三大于三或等三于零三。從t0到t電感三儲能三的變?nèi)咳弘姼腥膬θ鼙砻麟娙萑c電三感元三件的三比較三：電容C電感L變量電流i磁鏈關(guān)系三式電壓u電荷q(1三)元件三方程三的形三式是三相似三的；(2三)若把u-三i，q-，C-L，i-三u互換,可由三電容三元件三的方三程得三到電三感元三件的三方程三；(3三)C和L稱為三對偶三元件,、q等稱三為對三偶元三素。*三顯三然，R、G也是三一對三對偶三元素:I=三U/三RU=三I/三GU=三RII=三GU結(jié)論1.三7電源三元件(i三nd三ep三en三de三nt三s三ou三rc三e)其兩三端電三壓總?cè)鼙Ｈ侄ㄈ祷蛉欢ㄈ臅r三間函三數(shù)，三其值與三流過三它的三電流i無關(guān)三的元三件叫三理想三電壓三源。電路三符號1.理想三電壓三源定義i+_電源三兩端三電壓三由電三源本三身決三定，與外三電路三無關(guān)三；與三流經(jīng)三它的三電流三方向、三大小三無關(guān)三。通過三電壓三源的三電流三由電三源及三外電路三共同三決定三。理想三電壓三源的三電壓三、電三流關(guān)三系ui伏安三關(guān)系例Ri-+外電三路電壓三源不三能短三路！電壓三源的三功率電場三力做三功三，三電源三吸收三功率三。（1）電壓三、電三流的三參考三方向三非關(guān)三聯(lián)；物理三意義三：+_iu+_+_iu+_電流三（正三電荷三）三由低三電位三向三高電三位移三動，三外力三克服三電場三力作三功電三源發(fā)三出功三率。發(fā)出三功率三，起三電源三作用（2）電壓三、電三流的三參考三方向三關(guān)聯(lián)三；物理三意義三：吸收三功率三，充三當(dāng)負(fù)三載或：發(fā)出三負(fù)功例+_i+_+_10V5V計算三圖示三電路三各元三件的三功率三。解發(fā)出發(fā)出吸收滿足：P（發(fā)三）＝P（吸三）實際三電壓三源也三不允三許短三路。三因其三內(nèi)阻三小，三若短三路，三電流三很大三，可三能燒三毀電三源。usuiO實際三電壓三源i+_u+_考慮三內(nèi)阻伏安三特性一個三好的三電壓三源要三求其輸三出電三流總?cè)鼙Ｈ侄ㄈ祷蛉欢ǖ臅r三間函三數(shù)，三其值三與它三的兩三端電三壓u無關(guān)三的元三件叫三理想三電流三源。電路三符號2.理想三電流三源定義u+_(1三)電流三源的三輸出三電流三由電三源本三身決三定，三與外三電路三無關(guān)三；與三它兩三端電三壓方三向、三大小三無關(guān)電流三源兩三端的三電壓三由電三源及三外電三路共三同決三定理想三電流三源的三電壓三、電三流關(guān)三系ui伏安三關(guān)系例外電三路電流三源不三能開三路！Ru-+實際三電流三源的三產(chǎn)生可由三穩(wěn)流三電子三設(shè)備三產(chǎn)生三，如三晶體三管的三集電三極電三流與三負(fù)載三無關(guān)三；光三電池三在一三定光三線照三射下三光電三池被三激發(fā)三產(chǎn)生三一定三值的三電流三等。電流三源的三功率（1）電壓三、電三流的三參考三方向三非關(guān)三聯(lián)；發(fā)出三功率三，起三電源三作用（2）電壓三、電三流的三參考三方向三關(guān)聯(lián)三；吸收三功率三，充三當(dāng)負(fù)三載或：發(fā)出三負(fù)功u+_u+_例計算三圖示三電路三各元三件的三功率三。解發(fā)出發(fā)出滿足：P（發(fā)三）＝P（吸三）+_u+_2A5Vi實際三電流三源也三不允三許開三路。三因其三內(nèi)阻三大，三若開三路，三電壓三很高三，可三能燒三毀電三源。isuiO實際三電流源考慮三內(nèi)阻伏安三特性一個三好的三電流三源要三求u+_i1.三8受控三電源(非獨三立源)(c三on三tr三ol三le三d三so三ur三ce三or三de三pe三nd三en三t三so三ur三ce三)電壓三或電三流的三大小三和方三向不三是給三定的三時間三函數(shù)三，而三是受電三路中三某個三地方三的電三壓(或電三流)控制三的電三源，三稱受三控源電路三符號+–受控三電壓三源1.定義受控三電流三源(1三)電流三控制三的電三流源(CC三CS):電流三放大三倍數(shù)根據(jù)三控制三量和三被控三制量三是電三壓u或電三流i，受控三源可三分四種三類型三：當(dāng)被三控制三量是三電壓時，用受三控電三壓源三表示三；當(dāng)三被控制三量是三電流時，用受三控電三流源三表示三。2.分類四端三元件bi1+_u2i2_u1i1+輸出三：受三控部三分輸入三：控三制部三分g:轉(zhuǎn)移三電導(dǎo)(2三)電壓三控制三的電三流源(VCC三S)u1gu1+_u2i2_i1+(3三)電壓三控制三的電三壓源(VCV三S)u1+_u2i2_u1i1++-:電壓三放大三倍數(shù)ru1+_u2i2_u1i1++-(4三)電流三控制三的電三壓源(CCV三S)r:轉(zhuǎn)移三電阻例電路三模型3.受控三源與三獨立三源的三比較(1三)獨立三源電三壓(或電三流)由電三源本三身決三定，三與電三路中三其它三電壓三、電三流無三關(guān)，三而受三控源三電壓(或電三流)由控三制量三決定三。(2三)獨立三源在三電路三中起三“激三勵”三作用三，在三電路三中產(chǎn)三生電三壓、三電流三，而三受控三源只三是反三映輸三出端三與輸三入端三的受三控關(guān)三系，三在電三路中三不能三作為三“激三勵”三。例求：三電壓u2。解5i1+_u2_u1=6Vi1++-31.三9基爾三霍夫三定律(三Ki三rc三hh三of三f’三s三La三ws三)基爾三霍夫三定律三包括三基爾三霍夫三電流三定律(KC三L)和基三爾霍三夫電三壓定三律(KV三L)。它反三映了三電路三中所三有支三路電三壓和三電流三所遵三循的三基本三規(guī)律三，是三分析三集總?cè)齾?shù)三電路三的基三本定三律。三基爾三霍夫三定律三與元三件特三性構(gòu)三成了三電路三分析三的基三礎(chǔ)。1.幾個三名詞電路三中通三過同三一電三流的三分支三。(b)三條三或三三條以三上支三路的三連接三點稱三為節(jié)三點。(n)b=3an=2b+_R1uS1+_uS2R2R3（1）支三路(b三ra三nc三h)電路三中每三一個三兩端三元件三就叫三一條三支路i3i2i1(2三)節(jié)點(n三od三e)b=5由支三路組三成的三閉合三路徑三。(l)兩節(jié)三點間三的一三條通三路。三由支三路構(gòu)三成。對平面三電路，其三內(nèi)部三不含三任何三支路三的回三路稱三網(wǎng)孔三。l=3+_R1uS1+_uS2R2R3123(3三)路徑(p三at三h)(4三)回路(l三oo三p)(5三)網(wǎng)孔(m三es三h)網(wǎng)孔三是回三路，三但回三路不三一定三是網(wǎng)三孔2.基爾三霍夫三電流三定律(KC三L)令流三出為“+”，有三：例在集三總參三數(shù)電三路中三，任三意時三刻，三對任三意結(jié)三點流三出或三流入三該結(jié)三點電三流的三代數(shù)三和等三于零三。流進三的電三流等三于流三出的三電流1

32例三式三相加三得：表明KC三L可推三廣應(yīng)三用于三電路三中包三圍多三個結(jié)三點的三任一三閉合三面明確（1）KC三L是電三荷守三恒和三電流三連續(xù)三性原三理在三電路三中任意結(jié)三點處三的反三映；（2）KC三L是對三支路三電流三加的三約束三，與三支路三上接三的是什么三元件三無關(guān)三，與三電路三是線三性還三是非三線性三無關(guān)三；（3）KC三L方程三是按三電流三參考三方向三列寫三，與三電流三實際方向三無關(guān)三。（2）選三定回三路繞三行方三向，順時