电路邱关源第五版课件1第一章直流.ppt

20092009年秋季年秋季-自控自控0808级级1BUCT Who Who 谁来教？谁来教？l张新莲张新莲(副教授)信息学院l联系方式：联系方式：(手机手机)+个人信箱个人信箱:zhangxl+公共信箱公共信箱:buctdianlu 密码密码:buctdianlu2BUCTWhatWhat 学什么？学什么？第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律第二章第二章 电阻电路的等效变换电阻电路的等效变换第三章第三章 电阻电路的一般分析电阻电路的一般分析第四章第四章 电路定理电路定理第五章第五章 含有运算放大器的电阻电路含有运算放大器的电阻电路第六章第六章 储能元件储能元件第七章第七章 一阶电路和二阶电路一阶电路和二阶电路第八章第八章 相量法相量法第九章第九章 正弦稳态电路的分析正弦稳态电路的分析第十章第十章 含有耦合电感的电路含有耦合电感的电路第十二章第十二章 三相电路三相电路第十三章第十三章 非正弦周期电流电路非正弦周期电流电路第十四章第十四章 复频域分析复频域分析第十五章第十五章 电路方程的矩阵形式电路方程的矩阵形式第十六章第十六章 二端口网络二端口网络第十七章第十七章 非线性电路简介非线性电路简介 3BUCTHow How 如何学？如何学？四个环节：四个环节：听课听课-动脑动脑预习预习+复习复习作业作业-动笔动笔实验实验-动手动手4BUCT教教 学学 安安 排：排：l共共7272学时（学时（4.54.5学分）学分）考试课考试课 -教学教学(5656学时学时)-实验实验(12(12学时学时)-上机上机(4(4学时学时)教材及参考书：教材及参考书：1 1、邱关源、邱关源.电路电路(第第5 5版版)高教出版社高教出版社 2 2、刘崇新、刘崇新 电路学习指导与习题分析电路学习指导与习题分析 高教高教出版社出版社3 3、孙立山、孙立山 电路名师大课堂电路名师大课堂 科学出版社科学出版社5BUCT成成 绩绩 评评 定：定：l 作业、考勤及平时测验作业、考勤及平时测验 (20%)(20%)l 实验成绩实验成绩(10%)(10%)l 期末考试期末考试(70%)(70%)6BUCT有关规定：1 1、课前、课前预习预习指定章节；指定章节；2 2、必须、必须独立完成作业独立完成作业，严禁抄袭；，严禁抄袭；3 3、在每周的第二次课课前，课代表收本班作、在每周的第二次课课前，课代表收本班作业，按学号顺序排好交上来。业，按学号顺序排好交上来。7BUCT名名 人人 名名 言言使身体健康，使身体健康，使思想专注，使思想专注，使经济充裕。使经济充裕。勤奋：勤奋：使心情开朗，使心情开朗，8BUCT电学的发展史电学的发展史古籍中记载古籍中记载:“:“慈石召铁慈石召铁”“”“琥珀拾芥琥珀拾芥”现象现象;17851785年年-库仑定律库仑定律(法国物理学家法国物理学家)18261826年年-欧姆定律欧姆定律(德国物理学家德国物理学家)18341834年年-第一台电动机第一台电动机(俄国俄国 雅可比雅可比)18441844年年-发明电报发明电报(美国美国 莫尔斯莫尔斯)18761876年年-发明电话发明电话(美国美国 贝尔贝尔)18951895年年-无线电通话无线电通话(意大利意大利 俄国俄国)19041904年年-二极管二极管(美国美国 弗莱明弗莱明)19061906年年-三极管三极管(美国美国 德福雷斯德福雷斯)19581958年年-在在6mm6mm2 2硅片上集成计算机（）硅片上集成计算机（）.航空、航天、通信、机器人、生产自动化航空、航天、通信、机器人、生产自动化9BUCT本门课程的主要目的:熟练掌握电路的常用分析方法熟练掌握电路的常用分析方法;学习电路的基本定律和定理学习电路的基本定律和定理;为后续课程的学习建立必要的理论基础为后续课程的学习建立必要的理论基础.10BUCT1.1.电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向2.2.电路元件特性电路元件特性3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律 重点重点：第第1 1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律（circuit model and circuit laws)11BUCT1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向1.3 1.3 电功率和能量电功率和能量1.4 1.4 电路元件电路元件1.5 1.5 电阻元件电阻元件1.6 1.6 电压源和电流源电压源和电流源1.7 1.7 受控电源受控电源1.8 1.8 基尔霍夫定律基尔霍夫定律第一章第一章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 （Circuit model and circuit laws)12BUCT3 3 负载负载 电路电路是为了传输、转换电能或传递、处理信号，由一些是为了传输、转换电能或传递、处理信号，由一些电气设备或元件按一定方式联结起来的电流通路。电气设备或元件按一定方式联结起来的电流通路。1 1 电源电源一、电路的作用与组成一、电路的作用与组成 1 1）.电能的传输与转换（电力系统）电能的传输与转换（电力系统）发电机发电机升压升压变压器变压器输电线输电线降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机2 2 中间环节中间环节1 1、电路的作用：、电路的作用：1.1 1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（model)13BUCT一、电路的作用与组成一、电路的作用与组成一、电路的作用与组成一、电路的作用与组成 2 2）.信号的传递与处理信号的传递与处理放放大大器器话筒话筒扬声器扬声器信号源信号源负载负载2 2、电路的组成：、电路的组成：1 1）电源电源(source)：提供能量或信号（提供能量或信号（如：电池、发电机、信号源如：电池、发电机、信号源）；）；2 2）连接导线连接导线(line)：联通电路，输送电能；联通电路，输送电能；3 3）负载负载(load)：将电量转换为非电量（将电量转换为非电量（如：电机、电灯、扬声器如：电机、电灯、扬声器）。）。1 1、电路的作用：、电路的作用：14BUCT二、电路的模型二、电路的模型（circuit model）i当有电流通过时：当有电流通过时：L 实际的电路元件或器件其电实际的电路元件或器件其电磁性质是很复杂的。磁性质是很复杂的。例如：例如：白炽灯白炽灯(lamp)电压电压电场电场储存电场能量储存电场能量 CC电流电流磁场磁场储存磁场能量储存磁场能量L15BUCT二、电路的模型二、电路的模型iiRR LC工程上，为了简化计算，常忽略实际部件的次要因素工程上，为了简化计算，常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，而把它看成而突出其主要电磁性质，而把它看成理想电路元件理想电路元件。16BUCT构造手电筒的电路模型17BUCT电电源源负载负载连接导线连接导线电路实体电路实体SUSR电路模型电路模型用用理想电路元件理想电路元件组成的电路，组成的电路，称为实际电路的称为实际电路的电路模型电路模型。二、电路的模型二、电路的模型18BUCT电压（电压（U）、电流（）、电流（I）、电荷（）、电荷（Q）、磁通（）、磁通（）、）、电功率（电功率（P）、电能量（）、电能量（W）等。）等。在线性电路分析中常用电流、电压、电位等。在线性电路分析中常用电流、电压、电位等。一、电路中的主要物理量一、电路中的主要物理量1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 (reference direction)currentvoltage19BUCT_+_US1US2R1R2R5R3R4IS+10V120+10V4A6+4 u uR3R1R5R4R2i iRab+usi i20BUCT元件元件(导线导线)中电流流动的实际方向有两种可能。中电流流动的实际方向有两种可能。参考方向参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。任意选定一个方向即为电流的参考方向。、电流的参考方向、电流的参考方向二、电路中的参考方向二、电路中的参考方向(reference direction)i 0i 0参考方向参考方向u+实际方向实际方向AB元件元件+u 03k3k +a ab b 6V 6VI I 1.a 1.a、b b哪点电位高？哪点电位高？哪点电位高？哪点电位高？2.2.I=I=?22BUCT电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示：(2)用正负极性表示：(3)用双下标表示：u+uABuAB电动势电动势电动势电动势(E)(E)和电压和电压和电压和电压(U)(U)的区别：的区别：的区别：的区别：SUSR+E电动势电动势电动势电动势(E)(E)的实际方向是由负极指向正极，的实际方向是由负极指向正极，的实际方向是由负极指向正极，的实际方向是由负极指向正极，即电位升的方向；即电位升的方向；即电位升的方向；即电位升的方向；电压电压电压电压()的实际方向是由高电位指向低的实际方向是由高电位指向低的实际方向是由高电位指向低的实际方向是由高电位指向低电位，即电压降的方向电位，即电压降的方向电位，即电压降的方向电位，即电压降的方向23BUCT 元件的 u，i 通常采用相一致的参考方向，称之为关联参考方向。3.关联参考方向+iu关联关联参考方向参考方向元元元元件件件件+iu非关联非关联参考方向参考方向元元元元件件件件看成看成看成看成电源电源电源电源看成看成看成看成负载负载负载负载24BUCT元件元件1 1元件元件2 2元件元件3 3+ii1i2试判断下图中的三个元件试判断下图中的三个元件,哪个是关联参考方向哪个是关联参考方向?25BUCT1.3 1.3 电功率和能量电功率和能量(power)一、一、电功率：电功率：单位时间内电场力所做的功。单位时间内电场力所做的功。功率的单位：功率的单位：W(瓦瓦)(Watt，瓦特，瓦特)能量的单位：能量的单位：J (焦焦)(Joule，焦耳，焦耳)26BUCT二、二、功率的计算和判断功率的计算和判断u、i 关联参考方向关联参考方向P0 吸收吸收正正功率功率 (实际吸收实际吸收)P0 吸收吸收负负功率功率 (实际发出实际发出)p =ui 表示元件吸收的功率表示元件吸收的功率吸吸+iu元元件件27BUCT功率计算实例P=87=56W消耗功率的电路器件：消耗功率的电路器件：电阻（灯泡等）：电能电阻（灯泡等）：电能热能热能 电动机：电能电动机：电能动能动能P=-87=-56W释放功率的电路器件：释放功率的电路器件：电电 池：化学能池：化学能电能电能 发电机：机械能发电机：机械能电能电能AB7A+8VAB7A+8V28BUCT 上上述述功功率率计计算算不不仅仅适适用用于于元元件件，也也适适用用于于任任意意二二端网络。端网络。电阻元件在电路中总是消耗电阻元件在电路中总是消耗(吸收吸收)功率，而电功率，而电源在电路中可能吸收，也可能发出功率。源在电路中可能吸收，也可能发出功率。+5 IURU1U2例例 U1=10V，U2=5V。试分别求电源、电阻的功率。试分别求电源、电阻的功率。解：解：I=UR/R=(U1U2)/R=(105)/5=1 APR 吸吸=URI=5 1=5 WPU1=U1I=10 1=10 WPU2=U2I=5 1=5 WP发发=10 W，P吸吸=5+5=10 WP发发=P吸吸 (功率守恒功率守恒)29BUCT理想电路元件理想电路元件(ideal circuit elements）理想理想电路元件电路元件理想理想电源元件电源元件理想理想无源元件无源元件理理想想电电压压源源理理想想电电流流源源电电阻阻R电电感感L电电容容C30BUCT1)电阻的外形图电阻的外形图potentiometersSurface mounted1.5 1.5 电阻元件电阻元件(resistor)31BUCT2).符号符号电压与电流的参考方向设定为电压与电流的参考方向设定为 关联关联参考方向时：参考方向时：RRiu+3).欧姆定律欧姆定律(Ohms Law)u R i若为若为非非关联参考方向关联参考方向,则则u R i 公式必须和参考方向配套使用！公式必须和参考方向配套使用！32BUCT令令 G 1/RG 称为称为电导电导电导的单位：电导的单位：S(西西)(Siemens，西门子，西门子)线性电阻的伏安特性曲线线性电阻的伏安特性曲线:R tg 线性电阻线性电阻R 是一个与电压和电流无关的常数。是一个与电压和电流无关的常数。ui0线性电阻元件的伏安特性为线性电阻元件的伏安特性为一条过原点的直线一条过原点的直线则则 欧姆定律可表示为欧姆定律可表示为i G u.33BUCT电电阻阻的的额额定定功功率率与与电电阻阻值值无无关关，主主要要取取决决于于其其组组成成材材料料、尺尺寸寸及形状。及形状。4).电阻的功率电阻的功率Riu+p吸吸 ui i2R u2/R电阻的用途电阻的用途?1 1、限制电流；、限制电流；2 2、分压；、分压；3 3、电位器、电位器收音机中调节音量；收音机中调节音量；4 4、与其它元件构成滤波电路、移相电路、与其它元件构成滤波电路、移相电路34BUCT1).理想电压源理想电压源：特点：特点：(a)电源两端电压由电源本身决定电源两端电压由电源本身决定,与外电路无关与外电路无关；(b)通过它的电流是任意的，由外电路决定通过它的电流是任意的，由外电路决定。直流：直流：US为常数为常数交流：交流：uS是确定的时间函数，如是确定的时间函数，如 uS=Umsin t电路符号电路符号:uS+_i 电源两端电压为电源两端电压为uS，其值与流过它的，其值与流过它的 电流电流 i 无关。无关。USui0ui 关系关系1.6 电压源和电流源电压源和电流源(source)35BUCT例：例：US+RIu若若直流电源电压直流电源电压US=10V，#对于对于R=1 的负载，则电流的负载，则电流 I=U/R=10/1=10A;#对于对于R=10 的负载，则电流的负载，则电流 I=U/R=10/10=1A;若交流电源电压为若交流电源电压为220V，#对于对于25W的灯泡，则电流的灯泡，则电流 I=P/U=25/220=0.114A;#对于对于1000W的电炉子，则电流的电炉子，则电流 I=P/U=1000/220=4.55A;(b)(b)通过它的电流是任意的，由外电路决定。通过它的电流是任意的，由外电路决定。电压源的两端开路时，电压源的两端开路时，I=0，是允许的；，是允许的；但注意：但注意：电压源不许短路电压源不许短路！36BUCT(a)电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(b)电源两端电压是任意的，由外电路决定。直流：iS 为常数交流：iS 是确定的时间函数，如 iS=ImsintiS+_uISui0Vi关系2).理想电流源理想电流源：电源输出电流为iS，其值与此电源的端电压u 无关。特点：特点：电路符号电路符号:*电流源的两端短路时，电流源的两端短路时，U=0，是允许的；，是允许的；但注意：但注意：电流源不许开路电流源不许开路！注意：不要把电流源和电流表混淆。注意：不要把电流源和电流表混淆。37BUCT+-12V-+5V5A5A5A3A+-12V3A+-12V+-12V 利用独立电源的定义，说明哪些互连是允许的？哪些利用独立电源的定义，说明哪些互连是允许的？哪些由于理想独立电源的影响违反了约束？由于理想独立电源的影响违反了约束？38BUCT1.1.受控电源受控电源受控电源受控电源(非独立源非独立源非独立源非独立源)(controlled source or dependent sourcecontrolled source or dependent source)1.1.定定义义：电电压压源源电电压压或或电电流流源源电电流流不不是是给给定定的的时时间间函函数数，而是受电路中某个支路的电压而是受电路中某个支路的电压(或电流或电流)的控制。的控制。电路符号电路符号+受控电压源受控电压源受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源受控电流源受控电流源39BUCT例例:一个三极管可以用一个三极管可以用CCCS模型来表示模型来表示ib ib控制部分控制部分受控部分受控部分RcibRbicic=ib40BUCT2.分类：根据控制量和被控制量是电压分类：根据控制量和被控制量是电压u或电流或电流i，受，受控源可分为四种类型：控源可分为四种类型：+电压控制电压源电压控制电压源+电流控制电压源电流控制电压源电压控制电流源电压控制电流源电流控制电流源电流控制电流源41BUCT哪些互连正确？哪些互连正确？+_+_+_+_ 42BUCT3.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较(1)独独立立源源电电压压(或或电电流流)由由电电源源本本身身决决定定，与与电电路路中中其其它它电电压压、电电流流无无关关，而而受受控控源源电电压压(或或电电流流)直直接接由由控控制量决定。制量决定。(2)独独立立源源作作为为电电路路中中“激激励励”，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流，而而受受控控源源只只是是反反映映输输出出端端与与输输入入端端的的关关系系，在在电路中不能作为电路中不能作为“激励激励”。43BUCT一一 、几个名词：、几个名词：1.支路支路(branch)：电路中通过同一电流的每个分支。：电路中通过同一电流的每个分支。(b)2.结点结点(node):三条及以上支路的连接点称为结点。三条及以上支路的连接点称为结点。(n)3.回路回路(loop)：由支路组成的闭合路径。：由支路组成的闭合路径。(l)b=3123ab+_R1uS1+_uS2R2R3l=3n=21231.1.基尔霍夫定律基尔霍夫定律(Kirchhoffs laws)44BUCT二二、基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律 （KCL）：在在任任一一时时刻刻，流流出出(流流入入)任一结点的各支路电流的代数和为零。任一结点的各支路电流的代数和为零。即即统一令统一令流入流入结点的支路电流为正，即其前取结点的支路电流为正，即其前取“”。i1 i2+i3 i4=0例例1:1:i1i4i2i3应用应用KCLKCL的步骤：的步骤：1 1、先标定各支路电流的参考方向；、先标定各支路电流的参考方向；2 2、对结点列、对结点列KCLKCL方程。方程。i1+i3=i2+i4整理得：整理得：列列KCL方程：方程：45BUCTKCL可推广到一个可推广到一个封闭面封闭面：?2A10A6A4A3AR1R2R32、对假想的大结点（闭合面）列、对假想的大结点（闭合面）列KCL方程方程:i1i21 1、设定待求支路电流的参考方向，并在图上画出；、设定待求支路电流的参考方向，并在图上画出；3+4+i1 6=0i1=1A 对左边的结点列对左边的结点列KCL 方程：方程：i2=13A 46BUCTU4U1U2abced+在任一瞬间，沿任一回路循行在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的代数方向，回路中各段电压的代数和恒等于零。和恒等于零。U =0U1+U2 U3 U4+U5=0+U5U3+三、三、基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律 （KVL)：47BUCTKVLKVLKVLKVL推广应用于假想的闭合回路推广应用于假想的闭合回路推广应用于假想的闭合回路推广应用于假想的闭合回路U=RI+US12V2 I=2AU=2 2+12=16V48BUCT求：求：求：求：1)1)I I和和和和U UUS+RI+UIS3V1 3A 2)2)讨论电路的功率讨论电路的功率讨论电路的功率讨论电路的功率平衡关系平衡关系平衡关系平衡关系U=RIs+US=1 3+3=6V吸收吸收吸收吸收发出发出发出发出1818吸收吸收吸收吸收49BUCT小结：小结：1、电压和电流的参考方向；、电压和电流的参考方向；2、电源（独立电源和受控源）；、电源（独立电源和受控源）；3、基尔霍夫定律（基尔霍夫定律（、）。）。50BUCT作作 业业n习题：习题：P26 1-5(c)1-8(c)n预习：第预习：第2章章 51