電路基礎(chǔ)(第一講)

電路分析基礎(chǔ)主講老師：付淇李瀚蓀編《電路分析基礎(chǔ)》（第4版）

教材與教學(xué)參考書參考經(jīng)典教材:邱關(guān)源編《電路》

李瀚蓀編《簡明電路分析基礎(chǔ)》電路分析基礎(chǔ)(教材)

相關(guān)的學(xué)習(xí)指導(dǎo)書（習(xí)題）課程位置及作用專業(yè)基礎(chǔ)課課程特點(diǎn)內(nèi)容多、基本概念多、習(xí)題多課程的學(xué)習(xí)方法課程的發(fā)展?fàn)顩r電路分析基礎(chǔ)

經(jīng)典電路理論形成于二十世紀(jì)初至60’s。經(jīng)典的時(shí)域分析于30’s初已初步建立，并隨著電力、通訊、控制三大系統(tǒng)的要求發(fā)展到頻域分析與電路綜合。六、七十年代至今發(fā)展了現(xiàn)代電路理論。它隨著電子革命和計(jì)算機(jī)革命而飛躍發(fā)展，特點(diǎn)是：頻域與時(shí)域相結(jié)合，并產(chǎn)生了拓?fù)?、狀態(tài)、邏輯、開關(guān)電容、數(shù)字濾波器、有源網(wǎng)絡(luò)綜合、故障診斷等新的領(lǐng)域。

作為首門電技術(shù)基礎(chǔ)課，為學(xué)習(xí)電專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課打下基礎(chǔ)；也是電氣電子工程師的必備知識(shí)；學(xué)習(xí)本課程還將有助于其他能力的培養(yǎng)（如嚴(yán)格的科學(xué)作風(fēng)、抽象的思維能力、實(shí)驗(yàn)研究能力、總結(jié)歸納能力等）。電路分析基礎(chǔ)電路的基本概念電路的基本定理或定律電路的基本分析方法

研究內(nèi)容電路分析基礎(chǔ)集總參數(shù)電路假設(shè)電路變量基爾霍夫定律幾種電路元件（伏安關(guān)系VCR）分壓公式、分流公式

兩類約束支路分析Ch.1電路元件和電路定律主要內(nèi)容電壓、電流的參考方向基爾霍夫定律重點(diǎn)內(nèi)容Ch.1電路元件和電路定律電路元件特性分壓電路、分流電路電路和電路模型、集總假設(shè)提供能量：電網(wǎng)、電池傳送和處理信號(hào)：音頻、視頻、放大測(cè)量電路：電流計(jì)、功率表、電壓表、歐姆表存儲(chǔ)信息：EPROM、RAM電路的作用和組成

電路的作用電路和電路模型、集總假設(shè)電路：電工設(shè)備構(gòu)成的整體，它為電流的流通提供路徑電路組成：主要由電源、中間環(huán)節(jié)、負(fù)載構(gòu)成電源(source)：提供能量或信號(hào)（電池、發(fā)電機(jī)、信號(hào)發(fā)生器）負(fù)載(load)：將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理（電阻、電容、晶體管）中間環(huán)節(jié)（intermediate）：一般由導(dǎo)線、開關(guān)等構(gòu)成，將電源與負(fù)載接成通路（傳輸線）電路的基本組成電路和電路模型、集總假設(shè)電路模型由理想元件及其組合代表實(shí)際電路元件，與實(shí)際電路具有基本相同的電磁性質(zhì)，稱其為電路模型。電路模型是由理想電路元件構(gòu)成的。電氣圖導(dǎo)線電池開關(guān)燈泡實(shí)際電路電路圖（電路模型）電路和電路模型、集總假設(shè)集總參數(shù)元件與集總參數(shù)電路(Lumped)集總參數(shù)元件：只反映一種基本電磁現(xiàn)象，且可由數(shù)學(xué)方法加以精確定義。集總參數(shù)電路：由集總參數(shù)元件構(gòu)成的電路。集總假設(shè)(理想化):

不考慮電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互作用，不考慮電磁波的傳播現(xiàn)象。集總假設(shè)條件：實(shí)際電路的尺寸必須遠(yuǎn)小于電路工作頻率下的電磁波的波長。（不滿足時(shí)為分布參數(shù)電路，微波元器件、微波電路）。電路和電路模型、集總假設(shè)波長與頻率關(guān)系，P5電力用電低頻電路高頻電路甚高頻及更高頻率電路電路和電路模型、集總假設(shè)實(shí)際電路電路模型計(jì)算分析電氣特性電路分析電路綜合電路分析與電路綜合通過對(duì)電路模型的分析計(jì)算來預(yù)測(cè)實(shí)際電路的特性，從而改進(jìn)實(shí)際電路的電氣特性和設(shè)計(jì)出新的電路。電路模型是實(shí)際電路抽象而成，它近似地反映實(shí)際電路的電氣特性。SI單位：安（培）A（Ampere）電流

(current)電流定義：電路變量電流、電壓、功率電路變量描述電路電性能的可表示為時(shí)間函數(shù)的變量。常用：電流、電壓、功率幾個(gè)名詞：恒定電流，直流（dc,DC）、時(shí)變電流、交變電流，交流（ac,AC）方向：正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電流的參考方向參考方向：任意選定的一個(gè)方向作為電流的參考方向。i

參考方向例I1=1A10V10I1I1

=-1A10V10I1電路變量電流、電壓、功率iab為什么要用參考方向？

在復(fù)雜電路中，特別是交流電路，電流的方向是隨時(shí)變化的，電流的真實(shí)方向事先是很難確定的。需要假定一個(gè)參考方向，作為計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)。解決的方法：電流只有兩個(gè)方向，可用正負(fù)號(hào)解決。i＞０電流方向與參考方向一致；i＜０電流方向與參考方向相反。注意：分析計(jì)算電路必須先設(shè)參考方向，參考方向一經(jīng)設(shè)定就不可隨意改動(dòng)。在未標(biāo)出參考方向的情況下，電流的正負(fù)是毫無意義的。電壓

(voltage)電路變量電流、電壓、功率SI單位：伏（特）V（Volt）電壓定義：幾個(gè)名詞：恒定電壓，直流電壓、時(shí)變電壓、交流電壓低電位（負(fù)極）、高電位（正極）a—b：正電荷移動(dòng)失去能量，a高b低，電壓降a—b：正電荷移動(dòng)獲得能量，a低b高，電壓升例U1=10V10V10+U110V10+U1U1=10V電壓的參考方向或參考極性電路變量電流、電壓、功率uab＋－小結(jié)分析電路前必須選定電壓和電流的參考方向。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)算過程中不得任意改變。關(guān)聯(lián)參考方向和非關(guān)聯(lián)參考方向。關(guān)聯(lián)參考方向非關(guān)聯(lián)參考方向

參考方向也稱為假定正方向，以后討論均在參考方向下進(jìn)行，不考慮實(shí)際方向。uab＋－iuab＋－i電路變量電流、電壓、功率電功率（power）單位：瓦（特）W電路變量電流、電壓、功率uab＋－i能量傳輸方向p吸收（消耗或儲(chǔ)存）功率提供（產(chǎn)生）功率能量單位：焦（耳）J功率的計(jì)算1.u,i取關(guān)聯(lián)參考方向p=uip

<0提供5W功率源性2.u,i取非關(guān)聯(lián)參考方向

p=-

uip>0吸收5W功率負(fù)載性

例

U=5V，I=

-1AP=UI=5(-1)=-5W例

U=5V，I=-1AP=-UI=-5(-1)=5W電路變量電流、電壓、功率對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)而言，功率總是平衡的，即

消耗功率＝發(fā)出功率！3A-5A2V4V(a)(b)(c)Pc=(4V)×(-5A)=-20W－-2V＋-3APa=(2V)×(3A)=6WPb=(-2V)×(-3A)=6W例計(jì)算圖中各元件吸收的功率當(dāng)計(jì)算功率數(shù)值完畢之后，我們要根據(jù)其定義的關(guān)聯(lián)方向結(jié)合數(shù)值符號(hào)來確定是器件是吸收功率還是提供功率。電路變量電流、電壓、功率電路變量電流、電壓、功率例求圖示電路中各方框所代表的元件消耗或產(chǎn)生的功率。已知：U1

=1V,U2=-3V,U3=8V,U4

=-4V,U5

=7V,U6

=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A

解注對(duì)一完整的電路，總功率為零。I1564123I2I3++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－國際單位制SI單位：教材11頁基爾霍夫定律(Kirchhoff’sLaws)電路整體的基本規(guī)律：基爾霍夫定律是適用于任何集總參數(shù)電路的基本定律，其是電荷守恒和能量守恒在集總電路中的體現(xiàn)，包括電流定律和電壓定律，分別對(duì)集總電路的電流和電壓進(jìn)行約束。電路的基本規(guī)律電路作為整體服從的規(guī)律：基爾霍夫定律電路的各個(gè)組成部分特性如何：元件特性基爾霍夫定律與元件特性是電路分析的核心?；鶢柣舴蚨蓭讉€(gè)名詞支路(branch)：一個(gè)二端元件視為一條支路節(jié)點(diǎn)(node):支路的連接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)，也稱為結(jié)點(diǎn)回路(loop)：由支路組成的任一閉合路徑網(wǎng)孔(mesh)：在回路內(nèi)部不另含有支路的回路基爾霍夫電流定律

(KCL)教材13頁-14頁物理基礎(chǔ):電荷守恒，電流連續(xù)性。i1－i2＋

i3－i4=0??7A4Ai110A-12Ai2i1+i2–10–(–12)=0i2=1A

i1i4i2i3?例

4–7–i1=0i1=–3A

例基爾霍夫定律i1+i3=i2+i4兩套符號(hào)?支路電流約束基爾霍夫定律1

32例三式相加得：KCL不僅適用于節(jié)點(diǎn)，也適用于包圍幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的閉合面。注節(jié)點(diǎn)1：節(jié)點(diǎn)2：節(jié)點(diǎn)3：KCL的推廣i1ABi3i2ABiiABi兩條支路電流大小相等，一個(gè)流入，一個(gè)流出。只有一條支路相連，則i=0?；鶢柣舴蚨苫鶢柣舴蚨赡芰渴睾?，電荷守恒（KCL）→(KVL)–U1－US1+U2＋U3+U4＋US2＝0順時(shí)針方向繞行:基爾霍夫電壓定律(KVL)基爾霍夫定律指定一個(gè)回路的繞行方向。首先：規(guī)定：凡電壓的參考方向與回路繞行方向一致者，取“+”，反之，取“-”。（電壓降取正，電壓升取負(fù)）例U4+US1_+US2_U3U1U2回路電壓約束基爾霍夫定律例題見p171－4注意兩套符號(hào)。各元件的電壓降方向與電路參考方向繞行是否一致推論：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于兩點(diǎn)間任一條路徑經(jīng)過的元件電壓的代數(shù)和?；鶢柣舴蚨?US1_+US2_U3U1U2U4AB例KVL不僅適用于回路，還可以推廣應(yīng)用于任何一個(gè)假象閉合的一段電路