第1章电路模型和电路定理

规定正电荷的运动方向为电流的实际方向 元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能: 元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:
实际方向
A
⊕
B
A B 问题 对于复杂电路或电路中的电流随时间变 化时，电流的实际方向往往很难事先判断。 化时，电流的实际方向往往很难事先判断。
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⊕
实际方向
ຫໍສະໝຸດ Baidu代电路的特点
（1）将图论引入电路理论之中。
（2）出现大量新的电路元件、有源器件。 （3）在电路分析和设计中应用计算机后，使得对电路的 优化设计和故障诊断成为可能，大大地提高了电子产品的 质量并降低了成本。
三、电路理论的应用
（1）为后续课程提供理论支持。如：模拟电子技术、数 字电子技术、信号与系统、电机学、电力系统分析、集成 电路设计、自动控制、电力电子等课程都用到电路理论。 （2）电路理论在电力系统中应用，产生了电力系统分析 这门学科。
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复杂电路或交变电路中， 问题 复杂电路或交变电路中，两点间电压的实 际方向往往不易判别， 际方向往往不易判别，给实际电路问题的 分析计算带来困难。 分析计算带来困难。 电压( 电压(降)的参考方向 参考方向 U 实际方向 假设高电位指向低电 位的方向。 位的方向。 参考方向 U – 实际方向
参考方向 i A
任意假定一个正电荷运动的方 向即为电流的参考方向。 向即为电流的参考方向。 电流(代数量) 表明 电流(代数量) B 大小 方向(正负） 方向(正负）
参考方向
电流的参考方向与实际方向的关系： 电流的参考方向与实际方向的关系： i A 参考方向 实际方向 B A i
参考方向 实际方向 B
例 电感线圈的电路模型
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1.2 电流和电压的参考方向
current 、voltage and referent direction 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、 电路中的主要物理量有电压 、 电流 、 电荷 、 磁 能量、电功率等。 链 、 能量、 电功率等 。 在线性电路分析中人们主要 关心的物理量是电流、电压和功率。 关心的物理量是电流、电压和功率。
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1.1 电路和电路模型
circuit and circuit model
1.实际电路 1.实际电路
功能
由电工设备和电气器件按预期 目的连接构成的电流的通路。 目的连接构成的电流的通路。 能量的传输、分配与转换； a 能量的传输、分配与转换； b 信息的传递、控制与处理。 信息的传递、控制与处理。
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5种基本的理想电路元件： 种基本的理想电路元件： 种基本的理想电路元件 电阻元件： 电阻元件：表示消耗电能的元件 电感元件：表示产生磁场， 电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件：表示产生电场， 电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件 电压源和电流源： 电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成 电能的元件。 电能的元件。
1826年德国人欧姆提出了著名的欧姆定律。 1826年德国人欧姆提出了著名的欧姆定律。 1831年英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。 1831年英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象。 1834年俄国人楞次提出著名的楞次定律。 1834年俄国人楞次提出著名的楞次定律。 1845年德国科学家基尔霍夫提出了电路的两个基 1845年德国科学家基尔霍夫提出了电路的两个基 本定律－基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫 本定律－基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫 电压定律(KVL)，它是集总参数电路中电压、电流 电压定律(KVL)，它是集总参数电路中电压、电流 必须服从的规律。 1864年英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存 1864年英国物理学家麦克斯韦预言了电磁波的存 在，为电路理论奠定了坚实的基础。 1866年德国工程师西门子发现了电动机原理并用 1866年德国工程师西门子发现了电动机原理并用 在发电机的改进上。
电 路
第5版 版 原著 邱关源 修订 罗先觉
高等教育出版社
绪 论
一、课程定位
电路课程是高等学校电子与电气信息类专业重要的基础 电路课程是高等学校电子与电气信息类专业重要的基础 课，是所有强电专业和弱电专业的必修课。 ，是所有强电专业和弱电专业的必修课。
课程学习的要求
通过本课程的学习，学生必须掌握电路的基本知识、电 路的基本分析方法和初步的实验技能，为进一步学习电路 理论打下初步的基础，为学习电子与电气信息类专业的后 续课程准备必要的电路知识。
2、相关科学技术发展简史
1729年英国人S 1729年英国人S﹒格雷将材料分为两类－－导体与绝 缘体。
1749年美国科学家富兰克林提出了正电和负电的 1749年美国科学家富兰克林提出了正电和负电的 概念。 1785－1789年，法国人库仑研究两个带电体间的 1785－1789年，法国人库仑研究两个带电体间的 相互作用，提出了历史上最早的静电学定律－－ 库仑定律。 1800年意大利物理学家伏特发明了伏打电池 1800年意大利物理学家伏特发明了伏打电池 1820年丹麦物理学家奥斯特通过实验发现了电流 1820年丹麦物理学家奥斯特通过实验发现了电流 的磁效应。 1825年法国科学家安培提出了著名的安培环路定 1825年法国科学家安培提出了著名的安培环路定 律，为电动机的发明作了理论上的准备。
共性
建立在同一电路理论基础上。 建立在同一电路理论基础上。
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2. 电路模型
10BASE-T wall plate
电路图
电 池 导线
Rs Us
RL
电路模型 理想电路元件
反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。 性质的理想电路元件及其组合。 有某种确定的电磁性能的理想 元件。 元件。
c
解
(1)
ϕb = 0
②若以c点为参考点，再求以上 若以c点为参考点， 各值。 各值。
W 8 ϕa = ab = = 2 V q 4 Ubc = ϕb −ϕc = 0 − (−3) = 3 V W W 12 cb bc ϕc = =− = − = −3 V q q 4
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Uab = ϕa −ϕb = 2 − 0 = 2 V
1876年美国科学家贝尔发明了电话。 1876年美国科学家贝尔发明了电话。 1879年美国人爱迪生发明了碳丝灯泡。 1879年美国人爱迪生发明了碳丝灯泡。 1912美国人W 1912美国人W﹒D﹒库利奇发明了钨丝灯泡。 1893年 1893年C﹒P﹒施泰因梅茨提出分析交流电路的复 数符号法（相量法），简化了交流电路的计算。 1894年意大利人马尼和俄国的波波夫分别发明了 1894年意大利人马尼和俄国的波波夫分别发明了 无线电。 1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，它 1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，它 对微弱的电信号有放大作用。 1911年英国工程师O.亥维赛提出阻抗的概念，还 1911年英国工程师O.亥维赛提出阻抗的概念，还 提出了求解电路瞬态过程的运算法。
iAB
B
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2.电压的参考方向 2.电压的参考方向
电位ϕ 电位 电压U 单位正电荷q 从电路中一点移至参考 点（ϕ＝0）时电场力做功的大小。 ）时电场力做功的大小。 单位正电荷 q 从电路中一点移至另 一点时电场力做功（W）的大小。 的大小。 一点时电场力做功 的大小
dW U= dq
第1章
电路模型和电路定律
本章目录
1.1 1.2 1.3 1.4
电路和电路模型 电路 电路模型 电流和电压的参考方向 电功率和能量 电路元件
1.5 1.6 1.7 1.8
电阻元件 电压源和电流源 受控电源 基尔霍夫定律
重点： 重点： 1. 电压、电流的参考方向 电压、 2. 电阻元件和电源元件的特性 3. 基尔霍夫定律
解
(2)
ϕc = 0
a
b
Wac 8 +12 ϕa = = =5V q 4 W 12 ϕb = bc = = 3 V q 4
Uab = ϕa −ϕb = 5 − 3 = 2 V
c
结论
Ubc = ϕb −ϕc = 3 − 0 = 3 V
电路中电位参考点可任意选择； 电路中电位参考点可任意选择；参考点 一经选定，电路中各点的电位值就唯一确定； 一经选定，电路中各点的电位值就唯一确定；当 选择不同的电位参考点时， 选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将 改变，但任意两点间电压保持不变。 改变，但任意两点间电压保持不变。
二、电路理论及相关科学技术的发展简史
1、电路理论
是当代电气工程与电子科学技术的重要理论基础之一。 电路理论与电磁学、电子科学与技术、通信、电气工程、 自动控制、计算机科学技术等学科相互促进、相互影响。 经历了一个多世纪的漫长道路以后，电路理论已经发展成 为一门体系完整、逻辑严密、具有强大生命力的学科领域。
（3）在工程技术和生活实际中，电路理论有非常广阔的 应用。从简单的照明电路到复杂的电力系统；从单个的手 提电话、收音机、电视机，到卫星通信网络、计算机互联 网，都与电路有关系。
四、电路理论与电路课程
电路理论是一门研究电路分析和网络综合与设计基本规 律的基础工程学科。 （1）电路分析是在电路给定、参数已知的条件下，通过 求解电路中的电压、电流而了解电网络具有的特性。 （2）网络综合与设计是在给定电路技术指标的情况下， 设计出电路并确定元件参数，使电路的性能符合设计要求。
i>0
i<0
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电流参考方向的两种表示： 电流参考方向的两种表示： 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向 电流的参考方向。 • 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。 i A 参考方向 B
用双下标表示： 电流的参考方向由A指向 指向B。 • 用双下标表示：如 iAB , 电流的参考方向由 指向 。 A
1.电流的参考方向 1.电流的参考方向
电流 电流强度 带电粒子有规则的定向运动 单位时间内通过导体横截面的电荷量
∆q dq i (t ) = lim = ∆t → 0 ∆t dt
def
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单位 方向
A（安培）、 （安培）、 kA、mA、µA
1kA=103A 1mA=10-3A
1 µ A=10-6A
def
实际电压方向 单位
电位真正降低的方向。 电位真正降低的方向。
V (伏)、kV、mV、µV
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例
a
b
已知： 正电荷由 正电荷由a点均匀移动 已知：4C正电荷由 点均匀移动 点电场力做功8J， 点移 至b点电场力做功 ，由b点移 点电场力做功 动到c点电场力做功为 点电场力做功为12J， 动到 点电场力做功为 ， 点为参考点， ①若以b点为参考点，求a、b、c 若以 点为参考点 点的电位和电压U 点的电位和电压 ab、U bc;
1918年福台克提出的对称分量法，简化了不对称 1918年福台克提出的对称分量法，简化了不对称 三相电路的分析。 1920年G.A坎贝尔.K.瓦格纳研究了梯形结构的滤 1920年G.A坎贝尔.K.瓦格纳研究了梯形结构的滤 波电路。 1924年R.M.福斯特提出电感电容二端网络的电抗 1924年R.M.福斯特提出电感电容二端网络的电抗 定理。 1925年英国人发明了 1925年英国人发明了 电视，同时美国无线电公司 的工程师兹沃雷金发明了电视显像管，1933年最 的工程师兹沃雷金发明了电视显像管，1933年最 早发明了电视机，1936年黑白电视机正式问世。 早发明了电视机，1936年黑白电视机正式问世。 1958年发明了集成电路。 1958年发明了集成电路。 20世纪30年代开始，电路理论已形成一门独立的 20世纪30年代开始，电路理论已形成一门独立的 学科。
注意
①5种基本理想电路元件有三个特征： 种基本理想电路元件有三个特征： 种基本理想电路元件有三个特征
（a）只有两个端子； 只有两个端子； （b）可以用电压或电流按数学方式描述； 可以用电压或电流按数学方式描述； （c）不能被分解为其他元件。 不能被分解为其他元件。
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注意
①具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在 具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 一定条件下可用同一电路模型表示； 一定条件下可用同一电路模型表示； ②同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路 同一实际电路部件在不同的应用条件下， 模型可以有不同的形式。 模型可以有不同的形式。