,電路原理,2010年秋季,2,Who 誰來教？,張新蓮(副教授) 信息學(xué)院 聯(lián)系方式：手機(jī)) 個人信箱: 公共信箱: 密碼:buctdianlu,3,本門課程的主要目的:,熟練掌握電路的常用分析方法;,學(xué)習(xí)電路的基本定律和定理;,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)建立必要的理論基礎(chǔ).,4,電 學(xué) 的 發(fā) 展 史,古籍中記載: “慈石召鐵” “琥珀拾芥” 現(xiàn)象;,1785年-庫侖定律(法國物理學(xué)家),1826年-歐姆定律(德國物理學(xué)家),1834年-第一臺電動機(jī)(俄國 雅可比),1844年-發(fā)明電報 (美國 莫爾斯),1876年-發(fā)明電話 (美國 貝爾),1895年-無線電通話 (意大利 俄國),1904年-二極管 (美國 弗萊明),1906年-三極管 (美國 德福雷斯),1958年-在6mm2硅片上集成計算機(jī)（）,. . .,航空、航天、通信、機(jī)器人、生產(chǎn)自動化,5,What 學(xué)什么？,第一章 電路模型和電路定律 第二章 電阻電路的等效變換 第三章 電阻電路的一般分析 第四章 電路定理 第五章 含有運(yùn)算放大器的電阻電路 第六章 儲能元件 第七章 一階電路和二階電路 第八章 相量法 第九章 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析 第十章 含有耦合電感的電路 第十二章 三相電路 第十三章 非正弦周期電流電路,第十四章 復(fù)頻域分析 第十五章 電路方程的矩陣形式 第十六章 二端口網(wǎng)絡(luò) 第十七章 非線性電路簡介,6,How 如何學(xué)？,四個環(huán)節(jié)：,聽課-動腦,預(yù)習(xí)+復(fù)習(xí),作業(yè)-動筆,實(shí)驗-動手,7,教 學(xué) 安 排：,共72學(xué)時（4.5學(xué)分） 考試課 -教學(xué)(56學(xué)時) -實(shí)驗(12學(xué)時) -上機(jī)(學(xué)時),教材及參考書：,1、邱關(guān)源. 電路(第5版) 高教出版社 2、劉崇新 電路學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題分析 高教出版社 3、孫立山 電路名師大課堂 科學(xué)出版社,8,成 績 評 定：,作業(yè)、考勤及平時測驗 (20%) 實(shí)驗成績(10%) 期末考試(70%),9,名 人 名 言,使身體健康，,使思想專注，,使經(jīng)濟(jì)充裕。,勤奮：,使心情開朗，,10,1. 電壓、電流的參考方向 2. 電路元件特性 3. 基爾霍夫定律, 重點(diǎn)：,第1章 電路模型和電路定律 （circuit model and circuit laws),11,1.1 電路和電路模型,1.2 電流和電壓的參考方向,1.3 電功率和能量,1.4 電路元件,1.5 電阻元件,1.6 電壓源和電流源,1.7 受控電源,1.8 基爾霍夫定律,第一章 電路模型和電路定律 （Circuit model and circuit laws),12,3 負(fù)載,電路是為了傳輸、轉(zhuǎn)換電能或傳遞、處理信號，由一些 電氣設(shè)備或元件按一定方式聯(lián)結(jié)起來的電流通路。,1 電源,一、電路的作用與組成,1）.電能的傳輸與轉(zhuǎn)換（電力系統(tǒng)）,1、電路的作用：,1.1 電路和電路模型（model),13,一、電路的作用與組成,2）.信號的傳遞與處理,2、電路的組成：,1）電源(source) ：提供能量或信號（如：電池、發(fā)電機(jī)、信號源）；,2）連接導(dǎo)線(line) ：聯(lián)通電路，輸送電能；,3）負(fù)載(load)：將電量轉(zhuǎn)換為非電量（如：電機(jī)、電燈、揚(yáng)聲器）。,1、電路的作用：,14,二、電路的模型（ circuit model）,當(dāng)有電流通過時：,L,實(shí)際的電路元件或器件其電磁性質(zhì)是很復(fù)雜的。,例如：白熾燈 ( lamp ),電壓電場儲存電場能量 C,C,電流磁場儲存磁場能量L,15,二、電路的模型,工程上，為了簡化計算，常忽略實(shí)際部件的次要因素 而突出其主要電磁性質(zhì)，而把它看成理想電路元件。,16,構(gòu)造手電筒的電路模型,17,電路實(shí)體,電路模型,用理想電路元件組成的電路， 稱為實(shí)際電路的電路模型。,二、電路的模型,18,電壓（U）、電流（I）、電荷（Q）、磁通（）、 電功率（P）、電能量（W）等。 在線性電路分析中常用電流、電壓、電位等。,一、電路中的主要物理量,1.2 電流和電壓的參考方向 (reference direction),current,voltage,19,20,元件(導(dǎo)線)中電流流動的實(shí)際方向有兩種可能。,參考方向：任意選定一個方向即為電流的參考方向。,、電流的參考方向,二、電路中的參考方向(reference direction),i 0,i 0,電流方向的表示方法： i,21,. 電壓的參考方向,參考方向 u,+,1. a、b哪點(diǎn)電位高？,2. I=?,22,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：,電動勢(E)和電壓(U)的區(qū)別：,電動勢(E)的實(shí)際方向是由負(fù)極指向正極，即電位升的方向；,電壓()的實(shí)際方向是由高電位指向低電位，即電壓降的方向,23,元件的 u，i 通常采用相一致的參考方向，稱之為關(guān)聯(lián)參考方向。,3. 關(guān)聯(lián)參考方向,看成電源,看成負(fù)載,24,試判斷下圖中的三個元件,哪個是關(guān)聯(lián)參考方向?,25,1.3 電功率和能量 (power),一、電功率：單位時間內(nèi)電場力所做的功。,功率的單位：W (瓦) (Watt，瓦特),能量的單位： J (焦) (Joule，焦耳),26,二、功率的計算和判斷,u、 i 關(guān)聯(lián)參考方向,P0 吸收正功率 (實(shí)際吸收),P0 吸收負(fù)功率 (實(shí)際發(fā)出),27,功率計算實(shí)例,P=87=56W 消耗功率的電路器件： 電阻（燈泡等）：電能熱能 電動機(jī)：電能動能,P= -87= -56W 釋放功率的電路器件： 電 池：化學(xué)能電能 發(fā)電機(jī)：機(jī)械能電能, 上述功率計算不僅適用于元件，也適用于任意二端網(wǎng)絡(luò)。 電阻元件在電路中總是消耗(吸收)功率，而電源在電路中可能吸收，也可能發(fā)出功率。,28,理想電路元件( ideal circuit elements）,理想電源元件,理想無源元件,理 想 電 壓 源,理 想 電 流 源,電 阻 R,電 感 L,電 容 C,29,1) 電阻的外形圖,potentiometers,Surface mounted,1.5 電阻元件 ( resistor ),30,2). 符號,電壓與電流的參考方向設(shè)定為 關(guān)聯(lián)參考方向時：,3). 歐姆定律 (Ohms Law),u R i,若為非關(guān)聯(lián)參考方向, 則,u R i, 公式必須和參考方向配套使用！,31,32,電阻的額定功率與電阻值無關(guān)，主要取決于其組成材料、尺寸及形狀。,4). 電阻的功率,p吸 ui i2R u2 / R,電阻的用途 ?,1、限制電流； 2、分壓； 3、電位器收音機(jī)中調(diào)節(jié)音量； 4、與其它元件構(gòu)成濾波電路、移相電路,33,1). 理想電壓源：,特點(diǎn)：,(a) 電源兩端電壓由電源本身決定,與外電路無關(guān)；,(b) 通過它的電流是任意的，由外電路決定。,直流：US為常數(shù),交流： uS是確定的時間函數(shù)，如 uS=Umsint,電路符號:,電源兩端電壓為uS，其值與流過它的 電流 i 無關(guān)。,1.6 電壓源和電流源 ( source ),34,例：,若直流電源電壓US=10V， # 對于R=1 的負(fù)載，則電流 I=U/R=10/1=10A; # 對于R=10 的負(fù)載，則電流 I=U/R=10/10=1A;,若交流電源電壓為220V， #對于25W的燈泡，則電流 I=P/U=25/220=0.114A; #對于1000W的電爐子，則電流 I=P/U=1000/220=4.55A;,(b) 通過它的電流是任意的，由外電路決定。, 電壓源的兩端開路時， I=0，是允許的； 但注意：電壓源不許短路！,35,(a) 電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；,(b) 電源兩端電壓是任意的，由外電路決定。,直流：iS 為常數(shù),交流： iS 是確定的時間函數(shù)，如 iS=Imsint,2). 理想電流源：,電源輸出電流為iS，其值與此電源的端電壓u 無關(guān)。,特點(diǎn)：,電路符號:,*, 電流源的兩端短路時，U=0，是允許的； 注意：電流源不許開路！, 不要把電流源和電流表混淆。,36,1. 受控電源 (非獨(dú)立源) (controlled source or dependent source),1. 定義：電壓源電壓或電流源電流不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個支路的電壓(或電流)的控制。,電路符號,受控電壓源,受控電流源,運(yùn)算放大器,變壓器,三極管,37,例:,一個三極管可以用CCCS模型來表示,ic= ib,38,2. 分類：根據(jù)控制量和被控制量是電壓u或電流i ，受控源可分為四種類型：,39,3. 受控源與獨(dú)立源的比較,(1) 獨(dú)立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓(或電流)直接由控制量決定。,(2) 獨(dú)立源作為電路中“激勵”，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的關(guān)系，在電路中不能作為“激勵”。,40,一 、幾個名詞：,1. 支路 (branch)：電路中通過同一電流的每個分支。 (b),2. 結(jié)點(diǎn) (node): 三條及以上支路的連接點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。( n ),3. 回路(loop)：由支路組成的閉合路徑。( l ),b=3,1,2,3,a,b,l=3,n=2,1. 基爾霍夫定律( Kirchhoffs laws ),41,二、基爾霍夫電流定律 （KCL）：在任一時刻，流出(流入)任一結(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和為零。 即,統(tǒng)一令流出結(jié)點(diǎn)的支路電流為正，即其前取“ ” 。,i2 i1 + i4 i3= 0,例1:,應(yīng)用KCL的步驟： 1、先標(biāo)定各支路電流的參考方向； 2、對結(jié)點(diǎn)列KCL方程。,i1+ i3 = i2 + i4,整理得：,列KCL方程：,42,KCL可推廣到一個封閉面：,2、對假想的大結(jié)點(diǎn)（閉合面）列KCL方程 :,i1,i2,1、設(shè)定待求支路電流的參考方向，并在圖上畫出；,3+4+ i1 6 = 0,i1 = 1A,對左邊的結(jié)點(diǎn)列KCL 方程：,i2 = 13A,43,U4,U1,U2,a,b,c,e,d,+,+,+,在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。, U = 0,U1+U2 U3 U4 + U5