电路基础绪论PPT课件
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P：支路数；n:节点数；m：独立回路数 P=6；n=4；m=3
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第36页/共51页
1.3.2 基尔霍夫定律
• 1．基尔霍夫第一电流定律（KCL）
任一瞬间，流入电路任一节点的电流等 于从该节点流出的电流。
• 另一种表述：
任一瞬间电路中流出任一节点的各支路 电流代数和为零。
i 0
37
第37页/共51页
思考题：某电路元件两端参考极性“＋”和 “－”的选择，是否是和电路中零电位比较 得出的？计算得出的实际极性是否是和电路 中零电位比较得出的？
24
第24页/共51页
1.2 电路参量
• 1.2.3 电功率、电能
功率和能量计算目的：提高能量传输效率和合理地 在电路中分配能量。
平均电功率：
P W t
例：已知，u1 u2 3V， u3 2V求电压 。ux
44
第44页/共51页
1.3.2 基尔霍夫定律
45
第45页/共51页
1.3.3 基尔霍夫定律应用举例
(n 1) m (n 1) ( p n 1) p
46
第46页/共51页
1.3.3 基尔霍夫定律应用举例
例: 惠斯登通电桥电路，这个电路可以用于测量电阻等， 试推导电桥中电流计、电源和各臂电阻的关系。
本例中共有 n 4 个节点，A、B、C和D；
P 6 个支路，可以构成独立回路数
4
第4页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
• 1.1.1实际电路
• 设计实际电路为了实现某种特定功能 谐振电路、调制电路和放大电路等
• 实际电路一般由电路器件和联接导线组 成，它提供了电流流通的途径，具有传 输电能、信号处理、计算和自动化控制 等功能。
5
第5页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
手机接收基本原理图
世界上第一枚0.13微米工 艺的TD-SCDMA 3G手机基
带芯片→高度集成化
6
第6页/共1页
1.1 实际电路和电路模型化
• 电源：电能或电信号的发生器 • 负载：用电设备 • 激励：电源在电路中产生电压和电流 • 响应：电源产生的激励通过电路变换，从电
路 中输出所需要的电压和电流
R3
Us 2
B 节点A和节点B
34
第34页/共51页
1.3.1 支路、节点和回路
• 回路：由支路构成的闭合路径。 • 独立回路：回路中至少包含一条其他回路所
不包含的支路 • 独立回路具有相对性
只有两条独立回路
35
第35页/共51页
1.3.1 支路、节点和回路
• 支路、节点和回路关系
p m n 1
1.1 思考题
一个由金属导线缠成的线圈，如果两端分别接直流电源 和交流电源，线圈模型化时有何不同？
15
第15页/共51页
1.2 电路参量
• 1.2.1 电流及参考方向
电流定义：单位时间内流过元件的电荷量
i lim q dq t0 t dt
国际单位制（SI）中，电量单位为库仑（大写C表示）；时间 单位是秒（小写s表示）；电流单位为安培，（大写A表示）
8
第8页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
1.1.2 电路模型化
• 理论模型的特点 • 反映事物的主要问题 • 由模型得到的分析结果与实际测量
进行比较，二者误差应在要求的范 围之内 • 模型的建立存在着前提条件的9限制，
第9页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
1.1.2 电路模型化
• 电路模型 • 实际电路中电路元件模型化 • 将电路元件用模型来替代得到电路模型 • 电路模型的特点 • 电路元件的模型化是电路模型化的关键 • 模型化的电路元件是构成电路模型的最小
课程基本内容
• 电路的模型化 • 电路参量及其满足的基本规律 • 各种电路的基本模型及其分析方法 • 实践应用
1
第1页/共51页
电路基础的核心问题及其研究方 法
• 本课程的核心问题是电路基础理论的掌握。 特点是理论性强，概念多而抽象。
• 研究方法是理论联系实际，限于学时侧重 于基本概念和基本方法的掌握。
10
第10页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
• 一个实际电路的模型化举例
11
第11页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
• 一个实际电路的模型化举例
• 电源的模型化：分清主次 考虑电源能够提供多大电动势，而不考 虑它的内部如何产生电动势。
• 电阻的模型化：集总 集总原件：实际电源内部存在电阻，且 电阻沿着整个电池分布。在电路模型中，
21
第21页/共51页
1.2 电路参量
参考极性的任意性：元件上电压的参考方向可任意选 取，且电压和电流的参考方向可以分别独立选取。
关联选择：电流的参考方向选择为从元件的“＋”流 向“－”极性端，电流参考方向与电压参考方向选择 一致，
非关联选择；如果不一致，则称为非关联选择。
22
第22页/共51页
i3 i4 0
i1 i2 i4 0求得：
i3 i4 i2 i1 3A 1A 4A
41
第41页/共51页
1.3.2 基尔霍夫定律
• 2．基尔霍夫第二电流定律（KVL）
任一瞬间，沿电路中任一闭合回路的各 支路电压的代数和为零
u 0
符号选择规则：任意选定一个绕行回路的方向（叫做 绕行方向），当支路电压的参考方向（参考极性）与 回路的绕行方向一致时，该电压前面取“＋”号，当 支路电压的参考方向（参考极性）与回路的绕行方向 相反时，该电压前面取“－”号。
19
第19页/共51页
1.2 电路参量
• 1.2.2 电压及参考方向
电压的定义：根据电路元件上功能转化分析，正电 荷从A点移动到B点时，电场力所作的功：
Wq quAB q(uA uB )
uAB uA uB
即为A、B两点间电位差，也称为A点对B点的电压。
20
第20页/共51页
1.2 电路参量
1.2 电路参量
参考极性、真实极性与计算结果关系
注：元件两端参考极性选择的“＋”、“－”和我们日常见到的电路 图中某点相对零电位“＋5伏”或者“－5伏”等符号意义不一样， 前者的“＋”和“－”是该元件两端电位比较的结果，而后者是和零 电位比较的实际电位值。
23
第23页/共51页
1.2.2 电压参量思考题
电压参量特点：
电压为代数量：正值表示A点电位高于B点电位；负 值表示A点电位低于B点电位。
高低极性：元件两端的电位有高有低。 参考极性：通常用“＋”、“－”符号分别表示元件
两端电位的参考极性，“＋”表示该端为高电位， “－”表示该端为低电位，电压的参考方向为“＋” 指向“－”极性。 极性判断：计算结果为正，则真实极性与参考极性相 同；反之则真实极性与参考极性相反。
电路进行模型化时要具体问题具体分析。
一段金属导线，有时传直流电时可以近似为理 想导线，但当传送高频交变信号时，不能再近似 成理想导线。
电路模型化要适当。
电路模型化的目的是简化实际电路的分析和设 计，模型建立适当，电路的分析和计算结果就会 较好的反映实际情况。判定一个模型是否可取， 取决于该模型的理论分析和计算结果是否在容差 范围之内。模型太复杂，会造成分析困难，计算 难度大；模型太简第单14，页/共又51会页 造成很大误1差4 。
• 习题作业用于巩固课堂讲授内容，学生可 通过认真独立完成作业，加强理论分析能 力，并辅助理解相关的基本概念
• 本课程安排一定量的实验，实现理论与实 验结合，以加深电路基本理论的理解。
2
第2页/共51页
3
第1章 电路和基尔 霍夫定律
第3页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
实际电路和电路模型比较
1.3.2 基尔霍夫定律 • 参考方向与电流代数表示
i1 i2 i3 i4 0
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第38页/共51页
1.3.2 基尔霍夫定律
• KCL应用：
例：桥式电路中 i1 1A ， i2 2A ，求解图中电流 i3
解：对于节点a，由支路电流的参考方向和基尔霍夫电流定律得：
i3 i1 i2 0 求得： i3 1A (2A) 1A
• 输入过程→激励；输出过程→响应 7 第7页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
• 从功和能的角度观察电路
伴随电流在电路中流通，电路完成了电 能和其他形式的能（比如化学能、太阳 能等）的转化以及电能的传输、分配和 储存过程。
电路可看成由电源、负载和联接导线三 部分组成，电源将其他能转化成电能供 给电路，负载吸收电能，而联接导线负
电流参考方向
第39页/共51页
电流真实39 方向
1.3.2 基尔霍夫定律 • 任一闭合面KCL
in 0
第40页/共51页
电流真实方向
40
1.3.2 基尔霍夫定律
例：桥式电路中 i1 1A ， i2 3A ，求解图中电流 i3
解：选闭合面S如图虚线所示，闭合面有两个通道让电流流入或者流出
根据基尔霍夫电流定律：
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1.2 电路参量
电流参量特点：
即时性：电路中电流可随时间变化而变化 流向性：电流具有一定的流向 参考方向：电流方向可能无法预知，可先假定一个方向
为电流方向，这个假定的方向称为电流的参考方向。 参考方向的任意性：在电路分析中电流的参考方向可任
意选择，但一旦选定，在整个分析过程中就不能改变。 注意：参考方向不一定是电路元件上电流的真实方向。
• 支路：可以包含多个元件，但要求同一 支路中的元件只能串联而不能再有分支
R1 A R2
Us 1
R3
Us 2
无分支电路
B 三条支路电路：A－R1－Us1－B； A－R3－B； A－R2－Us2－B
33
第33页/共51页
1.3.1 支路、节点和回路
• 节点：三条或三条以上支路的联接点
R1 A R2
Us 1
29
第29页/共51页
1.3 基尔霍夫定律
• 可化简的简单电路
30
第30页/共51页
1.3 基尔霍夫定律
• 难于化简的复杂电路
31
第31页/共51页
1.3 基尔霍夫定律
• 复杂电路的求解方法——基尔霍夫定律 • 基尔霍夫电流定律（简称KCL） • 电压定律（简称KVL）
32
第32页/共51页
1.3.1 支路、节点和回路
注：计算没有考虑元件的实际做功过程，认为在时间内做功是均匀的。
25
第25页/共51页
1.2 电路参量
• 即时吸收电功率p(：t) u(t)i(t)
在实际电路中，电路元件上的电压和电流一般随时变化，做功并
不均匀。即时功率 p(t) 与 t 时刻的电压和电流密切相关。在电路
分析中，电流和电压都为代数量，它们的正负由实际方向与参考 方向的关系决定。上式推导前提是电流和电压的参考方向为关联 选择。 p(t) 0，表明元件确实吸收电能；反之表明元件确实释放电能。 电流和电压的参考方向为非关联选择时， p(t) ，0 表明元件确实 释放电能；反之表明元件确实吸收电能。 。
12
我们把它抽象为第1一2页/个共51电页 阻，电阻特性集总
1.1 实际电路和电路模型化
整个电路模型化： 电源模型化为一个电压源Us和一个电阻元件
Rs串连。 负载小灯泡，考虑到它是一个发热发光元件，
主要特点是消耗电能，将它模型化为一个集 总电阻元件。
13
第13页/共51页
1.1 小结
整个电路的模型化带给我们的思考：
17
第17页/共51页
1.2 电路参量
元件上的电流方向、电流参考方 向以及电流的大小关系
计算 i 0
计算 i 0
18
第18页/共51页
1.2.1 电流参量思考题
思考题：一般我们规定电流的实际方向为正 电荷移动的方向，在我们选定参考方向后， 计算元件的电流时，电流可能为正，也可能 为负，如果算得， i 1A，是否说明该元件 电流的大小为-1?负号的真正意义是什么？
42
第42页/共51页
1.3.2 基尔霍夫定律
• 绕行方向与电压表示
回路Ⅰ,根据KVL得到：
us1 u1 u2 u4 us2 0
回路Ⅱ,根据KVL得到：
us3 u6 u2 u3 0 计算可知： 任意两点间的电压与路径无 关
43
第43页/共51页
1.3.2 基尔霍夫定律
• KVL应用
26
第26页/共51页
1.2 电路参量应用
例1.2.1：如下图所示电路，已知电阻元件两 端电压，R 5， A点电位高于B点电位，电 阻元件 u 3V ，试求元件R和电源的功率。
27
第27页/共51页
1.2 电路参量应用
28
第28页/共51页
1.2.3 电功参量思考题
思考题：如果将解（一）中的S元件上的电流 参考方向改为反向，试求元件R和S的功率。 并检验电流参考方向的任意选取是否会改变 电路元件的计算结果和实际结果。
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1.3.2 基尔霍夫定律
• 1．基尔霍夫第一电流定律（KCL）
任一瞬间，流入电路任一节点的电流等 于从该节点流出的电流。
• 另一种表述：
任一瞬间电路中流出任一节点的各支路 电流代数和为零。
i 0
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第37页/共51页
思考题：某电路元件两端参考极性“＋”和 “－”的选择，是否是和电路中零电位比较 得出的？计算得出的实际极性是否是和电路 中零电位比较得出的？
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1.2 电路参量
• 1.2.3 电功率、电能
功率和能量计算目的：提高能量传输效率和合理地 在电路中分配能量。
平均电功率：
P W t
例：已知，u1 u2 3V， u3 2V求电压 。ux
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1.3.2 基尔霍夫定律
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1.3.3 基尔霍夫定律应用举例
(n 1) m (n 1) ( p n 1) p
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第46页/共51页
1.3.3 基尔霍夫定律应用举例
例: 惠斯登通电桥电路，这个电路可以用于测量电阻等， 试推导电桥中电流计、电源和各臂电阻的关系。
本例中共有 n 4 个节点，A、B、C和D；
P 6 个支路，可以构成独立回路数
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1.1 实际电路和电路模型化
• 1.1.1实际电路
• 设计实际电路为了实现某种特定功能 谐振电路、调制电路和放大电路等
• 实际电路一般由电路器件和联接导线组 成，它提供了电流流通的途径，具有传 输电能、信号处理、计算和自动化控制 等功能。
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第5页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
手机接收基本原理图
世界上第一枚0.13微米工 艺的TD-SCDMA 3G手机基
带芯片→高度集成化
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第6页/共1页
1.1 实际电路和电路模型化
• 电源：电能或电信号的发生器 • 负载：用电设备 • 激励：电源在电路中产生电压和电流 • 响应：电源产生的激励通过电路变换，从电
路 中输出所需要的电压和电流
R3
Us 2
B 节点A和节点B
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1.3.1 支路、节点和回路
• 回路：由支路构成的闭合路径。 • 独立回路：回路中至少包含一条其他回路所
不包含的支路 • 独立回路具有相对性
只有两条独立回路
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第35页/共51页
1.3.1 支路、节点和回路
• 支路、节点和回路关系
p m n 1
1.1 思考题
一个由金属导线缠成的线圈，如果两端分别接直流电源 和交流电源，线圈模型化时有何不同？
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第15页/共51页
1.2 电路参量
• 1.2.1 电流及参考方向
电流定义：单位时间内流过元件的电荷量
i lim q dq t0 t dt
国际单位制（SI）中，电量单位为库仑（大写C表示）；时间 单位是秒（小写s表示）；电流单位为安培，（大写A表示）
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1.1 实际电路和电路模型化
1.1.2 电路模型化
• 理论模型的特点 • 反映事物的主要问题 • 由模型得到的分析结果与实际测量
进行比较，二者误差应在要求的范 围之内 • 模型的建立存在着前提条件的9限制，
第9页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
1.1.2 电路模型化
• 电路模型 • 实际电路中电路元件模型化 • 将电路元件用模型来替代得到电路模型 • 电路模型的特点 • 电路元件的模型化是电路模型化的关键 • 模型化的电路元件是构成电路模型的最小
课程基本内容
• 电路的模型化 • 电路参量及其满足的基本规律 • 各种电路的基本模型及其分析方法 • 实践应用
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电路基础的核心问题及其研究方 法
• 本课程的核心问题是电路基础理论的掌握。 特点是理论性强，概念多而抽象。
• 研究方法是理论联系实际，限于学时侧重 于基本概念和基本方法的掌握。
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第10页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
• 一个实际电路的模型化举例
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1.1 实际电路和电路模型化
• 一个实际电路的模型化举例
• 电源的模型化：分清主次 考虑电源能够提供多大电动势，而不考 虑它的内部如何产生电动势。
• 电阻的模型化：集总 集总原件：实际电源内部存在电阻，且 电阻沿着整个电池分布。在电路模型中，
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1.2 电路参量
参考极性的任意性：元件上电压的参考方向可任意选 取，且电压和电流的参考方向可以分别独立选取。
关联选择：电流的参考方向选择为从元件的“＋”流 向“－”极性端，电流参考方向与电压参考方向选择 一致，
非关联选择；如果不一致，则称为非关联选择。
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i3 i4 0
i1 i2 i4 0求得：
i3 i4 i2 i1 3A 1A 4A
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1.3.2 基尔霍夫定律
• 2．基尔霍夫第二电流定律（KVL）
任一瞬间，沿电路中任一闭合回路的各 支路电压的代数和为零
u 0
符号选择规则：任意选定一个绕行回路的方向（叫做 绕行方向），当支路电压的参考方向（参考极性）与 回路的绕行方向一致时，该电压前面取“＋”号，当 支路电压的参考方向（参考极性）与回路的绕行方向 相反时，该电压前面取“－”号。
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1.2 电路参量
• 1.2.2 电压及参考方向
电压的定义：根据电路元件上功能转化分析，正电 荷从A点移动到B点时，电场力所作的功：
Wq quAB q(uA uB )
uAB uA uB
即为A、B两点间电位差，也称为A点对B点的电压。
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1.2 电路参量
1.2 电路参量
参考极性、真实极性与计算结果关系
注：元件两端参考极性选择的“＋”、“－”和我们日常见到的电路 图中某点相对零电位“＋5伏”或者“－5伏”等符号意义不一样， 前者的“＋”和“－”是该元件两端电位比较的结果，而后者是和零 电位比较的实际电位值。
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1.2.2 电压参量思考题
电压参量特点：
电压为代数量：正值表示A点电位高于B点电位；负 值表示A点电位低于B点电位。
高低极性：元件两端的电位有高有低。 参考极性：通常用“＋”、“－”符号分别表示元件
两端电位的参考极性，“＋”表示该端为高电位， “－”表示该端为低电位，电压的参考方向为“＋” 指向“－”极性。 极性判断：计算结果为正，则真实极性与参考极性相 同；反之则真实极性与参考极性相反。
电路进行模型化时要具体问题具体分析。
一段金属导线，有时传直流电时可以近似为理 想导线，但当传送高频交变信号时，不能再近似 成理想导线。
电路模型化要适当。
电路模型化的目的是简化实际电路的分析和设 计，模型建立适当，电路的分析和计算结果就会 较好的反映实际情况。判定一个模型是否可取， 取决于该模型的理论分析和计算结果是否在容差 范围之内。模型太复杂，会造成分析困难，计算 难度大；模型太简第单14，页/共又51会页 造成很大误1差4 。
• 习题作业用于巩固课堂讲授内容，学生可 通过认真独立完成作业，加强理论分析能 力，并辅助理解相关的基本概念
• 本课程安排一定量的实验，实现理论与实 验结合，以加深电路基本理论的理解。
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第1章 电路和基尔 霍夫定律
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1.1 实际电路和电路模型化
实际电路和电路模型比较
1.3.2 基尔霍夫定律 • 参考方向与电流代数表示
i1 i2 i3 i4 0
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1.3.2 基尔霍夫定律
• KCL应用：
例：桥式电路中 i1 1A ， i2 2A ，求解图中电流 i3
解：对于节点a，由支路电流的参考方向和基尔霍夫电流定律得：
i3 i1 i2 0 求得： i3 1A (2A) 1A
• 输入过程→激励；输出过程→响应 7 第7页/共51页
1.1 实际电路和电路模型化
• 从功和能的角度观察电路
伴随电流在电路中流通，电路完成了电 能和其他形式的能（比如化学能、太阳 能等）的转化以及电能的传输、分配和 储存过程。
电路可看成由电源、负载和联接导线三 部分组成，电源将其他能转化成电能供 给电路，负载吸收电能，而联接导线负
电流参考方向
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电流真实39 方向
1.3.2 基尔霍夫定律 • 任一闭合面KCL
in 0
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电流真实方向
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1.3.2 基尔霍夫定律
例：桥式电路中 i1 1A ， i2 3A ，求解图中电流 i3
解：选闭合面S如图虚线所示，闭合面有两个通道让电流流入或者流出
根据基尔霍夫电流定律：
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1.2 电路参量
电流参量特点：
即时性：电路中电流可随时间变化而变化 流向性：电流具有一定的流向 参考方向：电流方向可能无法预知，可先假定一个方向
为电流方向，这个假定的方向称为电流的参考方向。 参考方向的任意性：在电路分析中电流的参考方向可任
意选择，但一旦选定，在整个分析过程中就不能改变。 注意：参考方向不一定是电路元件上电流的真实方向。
• 支路：可以包含多个元件，但要求同一 支路中的元件只能串联而不能再有分支
R1 A R2
Us 1
R3
Us 2
无分支电路
B 三条支路电路：A－R1－Us1－B； A－R3－B； A－R2－Us2－B
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1.3.1 支路、节点和回路
• 节点：三条或三条以上支路的联接点
R1 A R2
Us 1
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1.3 基尔霍夫定律
• 可化简的简单电路
30
第30页/共51页
1.3 基尔霍夫定律
• 难于化简的复杂电路
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1.3 基尔霍夫定律
• 复杂电路的求解方法——基尔霍夫定律 • 基尔霍夫电流定律（简称KCL） • 电压定律（简称KVL）
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1.3.1 支路、节点和回路
注：计算没有考虑元件的实际做功过程，认为在时间内做功是均匀的。
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1.2 电路参量
• 即时吸收电功率p(：t) u(t)i(t)
在实际电路中，电路元件上的电压和电流一般随时变化，做功并
不均匀。即时功率 p(t) 与 t 时刻的电压和电流密切相关。在电路
分析中，电流和电压都为代数量，它们的正负由实际方向与参考 方向的关系决定。上式推导前提是电流和电压的参考方向为关联 选择。 p(t) 0，表明元件确实吸收电能；反之表明元件确实释放电能。 电流和电压的参考方向为非关联选择时， p(t) ，0 表明元件确实 释放电能；反之表明元件确实吸收电能。 。
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我们把它抽象为第1一2页/个共51电页 阻，电阻特性集总
1.1 实际电路和电路模型化
整个电路模型化： 电源模型化为一个电压源Us和一个电阻元件
Rs串连。 负载小灯泡，考虑到它是一个发热发光元件，
主要特点是消耗电能，将它模型化为一个集 总电阻元件。
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1.1 小结
整个电路的模型化带给我们的思考：
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1.2 电路参量
元件上的电流方向、电流参考方 向以及电流的大小关系
计算 i 0
计算 i 0
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1.2.1 电流参量思考题
思考题：一般我们规定电流的实际方向为正 电荷移动的方向，在我们选定参考方向后， 计算元件的电流时，电流可能为正，也可能 为负，如果算得， i 1A，是否说明该元件 电流的大小为-1?负号的真正意义是什么？
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1.3.2 基尔霍夫定律
• 绕行方向与电压表示
回路Ⅰ,根据KVL得到：
us1 u1 u2 u4 us2 0
回路Ⅱ,根据KVL得到：
us3 u6 u2 u3 0 计算可知： 任意两点间的电压与路径无 关
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1.3.2 基尔霍夫定律
• KVL应用
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1.2 电路参量应用
例1.2.1：如下图所示电路，已知电阻元件两 端电压，R 5， A点电位高于B点电位，电 阻元件 u 3V ，试求元件R和电源的功率。
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1.2 电路参量应用
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1.2.3 电功参量思考题
思考题：如果将解（一）中的S元件上的电流 参考方向改为反向，试求元件R和S的功率。 并检验电流参考方向的任意选取是否会改变 电路元件的计算结果和实际结果。