西电电路基础电路教案公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

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1.1 引言
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1、 集中参数电路(lumped circuit)与分布参数电路(distributed circuit)
假如实际电路几何尺寸l 远小于其工作时电磁波波 长λ，能够认为传送到电路各处电磁能量是同时到达， 这时整个电路能够当作电磁空间一个点。
1.2 电路变量
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3、功率计算
利用前面两式计算电路N消耗功率时，
①若p>0，则表示电路N确实消耗（吸取）功率；
②若p<0，则表示电路N吸取功率为负值，实质上 它将产生（提供或发出）功率。
由此容易得出，当电路Nu和i关联（如图a），
N产生功率公式为
p(t) = - u(t) i(t)
（2）而对于电视天线及其传播线来说，其工作频率为108Hz数 量级，如10频道，其工作频率约为200MHz，相应工作波长为 1.5m，此时0.2m长传播线也是分布参数电路。
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1.1 引言
2、 线性电路(linear circuit)与非线性电路(nonlinear circuit)
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1.1 引言
3、 实际电路功效 实际电路种类繁多，功效各异。电路主要作用可 概括为两个方面：
① 进行能量传播与转换；
如电力系统发电、传播等。
②实现信号传递与处理。
如电视机、通信电路等。
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非关联
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1.2 电路变量
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4、电压阐明
1、此后，电路图中只标电压参考极性。在没有 标参考极性情况下，电压正、负无意义。
2、电压参考极性可任意指定，普通用“+”、“”号在电路图中标出，有时也用双下标表示，如 uab表示a端为“+”极，b端为“-”极。 3、电路图中不标示电压/电流参考方向时，阐明 电压/电流参考方向与电流/电压关联。
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1.2 电路变量
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1、电压定义
u lim W q0 q
dW dq
i a
N
b
u
电路中，电场力将单位正电荷从某点a移到另一点b所做功， 称为两点间电压。功（能量）单位：焦[耳](J); 电压单位： 伏[特] (V)。
当电路Nu和i非关联（如图a） ，则N产生功
率公式为
p(t) = u(t) i(t)
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1.2 电路变量
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4、能量计算
依据功率定义 pt dw，t 两边从-∞到t
dt
积分，并考虑w(-∞) = 0，得
wt
t
p
d
t
u
③抱负电感元件：只储存磁能，
如各种电感线圈，能够用抱负电感来反 应其储存磁能特性；
R 理想电阻模型符号
C
理想电容模型符号 L
理想电感模型符号
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1.1 引言
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6、 电路模型和电路图
电路模型是由若干抱负化元件构成；
将实际电路中各个器件用其模型符号表 示，这样画出图称为实际电路电路模型 图，常简称为电路图。
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1,2 电路变量
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1、电流形成
在电场力作用下，电荷有规 则定向移动形成 电流，用 i (t) 或i表示。单位：安[培]（A）。
s
E
自由电子
2、电流大小---电流强度，简称电流
i(t)
lim
t 0
q(t) t
dq(t ) dt
式中dq 为通过导体横截面电荷量，电荷单位：库[仑] （C）。若dq/dt即单位时间内通过导体横截面电荷量 为常数，这种电流叫做恒定电流，简称直流电流， 惯用大写字母I表示。
7、 阐明
①实际器件在不同应用条件下，其模型 能够有不同形式；
②不同实际器件只要有相同主要电气特 性，在一定条件下可用相同模型表示。 如灯泡、电炉等在低频电路中都可用理 想电阻表示。
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S
US R
RS 电源的模型
手电筒的电路图
L
低频电路中 LR
高频宇航器电路中 LR
更高频电路中
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这种抱负化元件称为实际器件“器件模型”。
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1.1 引言
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5、 几种常见抱负化元件（器件模型）
①抱负电阻元件：只消耗电能，
如电阻器、灯泡、电炉等，能够用抱负电 阻来反应其消耗电能这一主要特性；
②抱负电容元件：只储存电能，
如各种电容器，能够用抱负电容来反应 其储存电能特性；
1、 何谓电路(circuit)?
由电器件互相连接所构成电流通路称为电路。
2、 实际电路构成
开关
①提供电能能源,简称电源；
②
②用电装置，统称其为负载。
①
它将电源提供能量转换为其它形 式能量；
③连接电源与负载而传播单的手电筒电路
电源、负载、导线是任何实际电路都不可缺乏三个构 成部分。
若描述电路特性所有方程都是线性代数或微积分 方程，则称这类电路是线性电路；不然为非线性电路。
非线性电路在工程中应用更为普遍，线性电路经 常仅是非线性电路近似模型。但线性电路理论是分 析非线性电路基础。
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1.1 引言
3、
时不变电路(time-invariant
与时变电路 circuit)
(time-varying
circuit)
时不变电路指电路中元件参数值不随时间改变电路； 描述它电路方程是常系数代数或微积分方程。反之，由 变系数方程描述电路称为时变电路。
时不变电路是最基本电路模型，是研究时变电路 基础。
本书主要讨论集中参数电路中线性时不变电路。
5、惯用国际单位制（SI）词头
因数
1012 109 106 103 10-3 10-6 10-9 10-12
原文名称（法）
tera giga mega kilo
中文名
称
符号
太[拉]
T
吉
G
兆
M
千
k
milli
毫
m
micro
微
μ
nano
纳
n
pico
皮
p
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1845年，德国物理学家基尔霍夫 (G.R.Kirchhoff)对于集中参 数电路提出两个定律：基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’s Current Law,简记KCL)和基尔霍夫电压定律(Kirchhoff’s Voltage Law,简 记KVL)。它只与电路拓扑结构相关，而与构成电路元件性质无关。 为了叙述以便，先简介电路图中相关几种名词术语。
B、对于看不出方向，可任 意设定。
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1,2 电路变量
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4、电流总结
1、此后，电路图上只标参考方向。电流 参考方向是任意指定，普通用箭头在电路 图中标出，也能够用双下标表示；如iab表 示电流参考方向是由a到b。
2、电流是个既含有大小又有方向代数量。 在没有设定参考方向情况下，讨论电流 正负毫无意义。
2、电压极性（方向）
实际极性：要求两点间电压高电位端为“+”极，低电位端 为“-”极。两点电位减少方向也称为电压方向。
参考极性：假设电压“+”极和“-”极。 若参考极性与实际极性一致，电压为正值，反之，电压
为负值。
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1.2 电路变量
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i
d
（设u和i关联）
对于一个二端元件（或电路），假如 w(t)≥0，则称该元件（或电路）是无源或 是耗能元件（或电路）。
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第20页
1.2 电路变量
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前面简介了电流、
电压、功率和能量基本 单位分别是安（A)、伏 （V)、瓦（W)、焦耳 （J)，有时嫌单位太大 （无线电接受），有时 又嫌单位太小（电力系 统），使用不便。我们 便在这些单位前加上国 际单位制（SI）词头用 以表示这些单位被一个 以10为底正次幂或负次 幂相乘后所得SI单位倍 数单位。
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1、支路：
c 2 a a' 5 d
①每个电路元件可称为一条支路； 1
34
6
②每个电路分支也可称为一条支路。
2、节点（结点）： 支路连接点。
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为了定量地描述电路性能，电路中引 入一些物理量作为电路变量；通常分为两 类：基本变量和复合变量。电流、电压由 于易测量而常被选为基本变量。复合变量 包括功率和能量等。
普通它们都是时间t函数。
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3、关联参考方向
电流和电压参考方向可任意假定，并且两者 是互相独立。
若选取电流i参考方向从电压u“+”极通 过元件A本身流向“-”极，则称电压u与电流i 对该元件取关联参考方向。不然，称u与i对A 是非关联。
iA
iB
i
u与i对元件2
uA与iA关联 uA uB与iB非关联
A
B
关联 uB 1 u 2 u与i对元件1
如图(a)所表示电路Nu和i取关联方
向,由于i = d q/dt，u = dw/dq，故电路消
耗功率为
p(t) = u(t) i(t)
iN u
(a)
i
对于图(b) ，由于对N而言u和i非关联，
N
则N消耗功率为
u
p(t) = - u(t) i(t)
(b)
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因此能够认为，交错在器件内部电磁现象能够分开考虑； 耗能都集中于电阻元件，电能只集中于电容元件，磁能只集 中于电感元件。
电路几何尺寸l 远小于其工作时电磁波波长λ电路 称为集中参数电路，不然称为分布参数电路。
例（1）电力输电线，其工作频率为50Hz，相应波长为 6000km，故30km长输电线，能够看作是集中参数电路。
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1.1 引言
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4、 为何要引入电路模型
实际电路在运营过程中表现相称复杂，如：制 作一个电阻器是要利用它对电流呈现阻力性质，然 而当电流通过时还会产生磁场。要在数学上准确描 述这些现象相称困难。为了用数学办法从理论上判 断电路主要性能，必须对实际器件在一定条件下， 忽略另一方面要性质，按其主要性质加以抱负化， 从而得到一系列抱负化元件。
4、大小和方向均不随时间改变电流和电压称为直
流电流和直流电压，可用大写字母I和U表示。
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1.2 电路变量
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1、功率定义
单位时间电场力所做功称为电功率，即：
pt dwt 简称功率，单位是瓦[特]（W）。
dt
2、功率与电压u、电流i关系
1.6 不含独立源电路等效
一、电路等效概念 二、电阻串联与并联等效 三、电阻Y形电路与△形电路
等效变换 四、等效电阻 1.7 含独立源电路等效 一、独立源串联与并联 二、实际电源两种模型及其等效 三、电源等效转移
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1.1 引言
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1,2 电路变量
3、电流方向 实际方向——要求为正电荷运动方向。 参考方向——假定正电荷运动方向。
要求：若参考方向与实际方向一致，电流为正值，反
之，电流为负值。
为何要引入参考方向？
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1.1 引 言
一、电路模型 二、电路分类
1.2 电路变量
一、电流 二、电压 三、功率
1.3 基尔霍夫定律
一、电路图 二、基尔霍夫电流定律 三、基尔霍夫电压定律
1.4 电阻元件
一、电阻元件与欧姆定律 二、电阻元件吸取功率 三、举例
1.5 电 源
一、电压源 二、电流源 三、受控源
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1,2 电路变量
判断R3上电流I3方向？
I I1 I2
R1
R3 R2
US R4
I3?
R5
假如电路复杂或电 源为交流电源，则电流 实际方向难以标出。交
流电路中电流方向是随时间 改变。
参考方向假设阐明两点：
1、原则上可任意设定；
2、习惯上：
A、但凡一眼可看出电流方 向，将此方向为参考方向；