清华大学于电路原理PPT课件
清华大学电路原理课件1
电路原理Principle of Electric Circuits于歆杰yuxj@Tel: 62771944西主楼1区308第一讲绪论，电压电流和功率第一部分：绪论Principles of Electric Circuits Lecture 1 Tsinghua University 2005什么是电路？a电路（electric circuits）就是由若干电气元件（electrical elements）相互连接构成的电流的通路。
a本课程中要接触的电气元件有`电阻、电容、电感、二极管、MOSFET、理想运算放大器（Operational Amplifier）、互感线圈、理想变压器等Principles of Electric Circuits Lecture 1 Tsinghua University 2005为什么要学习电路？a从学术的观点来看`电路是电气工程（Electrical Engineering）的基础。
`电路是计算机科学（Computer Science）的基础。
a从实际情况来看`电路原理是许多高级课程的先修课程。
`熟练掌握电路原理对现实生活有帮助。
Principles of Electric Circuits Lecture 1 Tsinghua University 2005t q t q t i t d d ∆∆lim )(0∆def ==→d d BABA Weq=AI110ΩU1U2t w p d d =uit qq w ==d dd d q wu d d =t qi d d =。
最新清华大学-电路原理教学讲义PPT课件
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def L
i
韦安（ ~i ）特性
0
i
二、线性电感电压、电流关系：
i
+–
ue –+
i , 右螺旋 e , 右螺旋
u , e 一致 u , i 关联
由电磁感应定律与楞次定律
e L di dt
u e Ldi dt
iL +u –
u L di dt
(1) 当 u，i 为关联方向时，u=L di / dt u，i 为非关联方向时，u= – L di / dt
一、 电功率：单位时间内电场力所做的功。
p d w dw dq ui d t dq dt
功率的单位名称：瓦（特） 符号（W） 能量的单位名称：焦（耳) 符号（J）
二、功率的计算 1. u, i 取关联参考方向
i 元件（支路）吸收功率
+
u
p=ui
或写为 p吸 = u i
–
2. u, i 取非关联参考方向
的参考方向。
UAB
A
B
三、电位
取恒定电场中的任意一点（O点），设该点的电位为零， 称O点为参考点。则电场中一点A到O点的电压UAO称为A
点的电位，记为A 。单位 V(伏)。
a
b
设c点为电位参考点，则 c= 0
a= Uac， b=Ubc， d= Udc
d
c
Uab = a- b
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电路元件的功率 (power)
短路
i = 0 , u由外电路决定
0
i
开路
电感 (inductor)元件
iL
变量: 电流 i , 磁链
+
u
–
清华大学电路原理于歆杰精品PPT课件
电路符号
+– 受控电压源
受控电流源
清华大学电路原理教学组
一个受控电流源的例子（MOSFET）
IDS
MOSFET
＋ D
G
＋
S
UDS
IDS
UGS
－
－
电流源
电 阻
受控源与独立源的比较:
UDS
(1) 独立源电压(或电流)由电源本身决定，而受控源电压(或
电流)直接由控制量决定。
二、欧姆定律 (Ohm’s Law)
(1) 电压电流采用关联参考方向
i
R
+u
uRi
R 电阻 (resistance) 单位： (欧)
清华大学电路原理教学组
令G 1/R
G 电导 (conductance)
单位： S (西) (Siemens，西门子)
欧姆定律(关联参考方向下): i G u
u 关联参考方向下线性电阻器的u-i关系 :
清华大学电路原理教学组
（2） 伏安特性 i
+
iS
u
_
u
IS
0
i
（a）若iS= IS ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电 压轴的直线，反映电流与端电压无关。
（b）若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 平行于电压轴的直线
（c）电流为零的电流源，伏安特性曲线与 u 轴重合，相 当于开路状态。
清华大学电路原理教学组
（3） 理想电流源的短路与开路
+
i
（1） 短路：R=0， i= iS ，u=0 ，
电流源被短路。
iS
u
R
_
电路原理-清华-33共21页
Uψ120o
3
计算电流：
•
•
•
IA
U an
UA
U
ψ φ
Z Z |Z|
•
•
•
IB
U bn
UB
U
ψ 120 o φ
Z Z |Z|
•
•
•
IC
U cn
UC
U
ψ 120 o φ
Z Z |Z|
流过每相负载的电流与流过相应火线的线电流是同
一电流，且三相电流也是对称的。
因N，n两点等电位，可将其短路，且其中电流为零。 这样便可将三相电路的计算化为一相电路的计算。当求 出相应的电压、电流后，再由对称性，可以直接写出其 它两相的结果。
3Uψ 90o
•
•
Uca UCA
3Uψ 150o
25.03.2020
课件
7
计算相电流：
•
•
I ab
U ab
Z
•
•
I bc
U bc
Z
3U ψ 30 o φ |Z | 3U ψ 90 o φ |Z |
A
+
•
U A_
•
UC
N
•
UB
C+
+B
•
•
I ca
U ca
3U ψ 150 o φ
25.03.2020
课件
4
A
+
•
• UA_ N
•
UC
UB
C+
+B
•
IA
c
•
IB
•
IC
a
Z
nZ
电路原理-清华-12
R 12 Δ
( u s3 )
R 12 Δ
u s3
5
us1 1
ia
us2 2 R11
R21
R12
R22 R12
R2 Δ
2
us1
1
R12 Δ
us22R Δ 22 u s1R 1Δ 2R 22 u s2R Δ 12 u s3
R22
u s 1 R 12
0 i a 1 R 11
把 usi 个系数合并为Gji
us1 usb
b
G uji si i 1
第i个电压源单独作用时在 第j 个回路中产生的回路电流
ij1ij2 iji ijb
支路电流是回路电流的线性组合，支路电流满足叠加定理。
同样可以证明：线性电阻电路中任意支路的电压
等于各电源（电压源、电流源）在此支路产生的电压
证明:
A ik
+
支
A
uk
路 k
A
–
B
A ik
+
+
A uk
uk
–
–
B
第k条支路也可用ik替代，留课后思考。
A ik
支+ 路 uk k–
–uk + C B – uk +
AC等电位
例
6
+ i1
i2 +
i3
20V
8 u
–
–
用节点法可求出
4 u=8V
+
i1=2A
-4V
i2=1A
i3=1A
用8V电压源替代8所在支路
i j Rl1
清华大学电路原理于版课件5
i11 R1 i + a1 – R2 ib1 R3
i12 R1 ia2 R2 + ib2 – R3
i13 R1 ia3 R2 R3 ib3 + –
uS1和uS2不作用
us1
uS2和uS3不作用
us2
us3
uS1和uS3不作用
R11ia1+R12ib1=us1 R21ia1+R22ib1=0
us 1 R12 0 R22 ia 1 R11 R12 R21 R22 R22 us 1 Δ
10V
–
Us'= -10 I1'+U1' = -101+41= -6V
Principles of Electric Circuits Lecture 5 Tsinghua University 2012
I1 6 + 10V – I1' + 10V – 6 4
+
10 I1
– + 4A
I1''
i
i '=1A
2
13A
1
5A
1
2A
+ 2V –
设 i'= 1A
i us ' i ' us
us 51 i ' i ' 1 1. 5 A us 34
Principles of Electric Circuits Lecture 5 Tsinghua University 2012
讨论
i a
＋ 负电阻
u 开路
正电阻 电压源
N
i
b－
？
0 电流源 电流源
清华大学电路原理课件--电路原理_skja_09
i5 = i S
(5)
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回路电流法 (loop current method)
思路： 为减少未知量(方程)的个数，假想每个回路 中有一个回路电流。
a
i1 R1 uS1 + –
i2 R2 il1 + uS2 –
b
i3 il2 R3
设回路电流为 il1、 il2。 回路电流自动满足KCL 支路电流是回路电流的组合 i1= il1，i2= il2- il1， i3= il2。
1
3
i5 i6
4
R5
节点 1：i1 + i2 – i6 =0 节点 2：– i2 + i3 + i4 =0 节点 3：– i4 – i5 + i6 =0 节点 4：– i1 – i3 + i5 =0
这4个方程是不独立的
uS –
一般情况： 对有n个节点的电路，只有n-1个独立的KCL方程。任 意划去其中一个方程，剩余的就是独立方程。 独立节点：与独立KCL方程对应的节点。 被划去的节点通常被设为电路的参考节点。 由KVL所能列写的独立方程数为： l = b - (n-1) 上例 l = b - (n-1)=3
总有支路相互交叉 ∴是非平面电路
支路法列写方程的一般步骤： (1) 标定各支路电流参考方向； (2) 选定(n–1)个节点，列写其KCL方程；
(3) 选定b–(n–1)个独立回路，列写其KVL方程； (元件特性代入)
(4) 求解上述方程，得到b个支路电流。
例1
I1 R1 I2 R2 I1
a I3 R3
回路2中所有电压源电压升的代数和
一般情况，对于具有 l=b-(n-1) 个回路的电路，有 R11i1+R12i2+ …+R1l il=uSl1 R21i1+R22i2+ …+R2l il=uSl2 … Rl1i1+Rl2i2+ …+Rll il=uSll
清华大学电路原理电子课件
三相交流电路的分析方法
总结词
掌握三相交流电路的分析方法
详细描述
分析三相交流电路时，需要使用相量法、对称分量法等 数学工具，以便更好地理解电路的工作原理和特性。
三相交流电路的应用
总结词
了解三相交流电路的应用领域
详细描述
三相交流电在工业、电力、交通、通信等领域得到广泛应用，如电动机控制、输电线路、电力系统自动化等。
瞬态响应是指电路在输入信号的作用下， 电压和电流随时间从零开始变化至稳态的 过程。稳态响应是指电路达到稳定状态后 ，电压和电流不再随时间变化的状态。一 阶动态电路的响应可以通过求解一阶常微 分方程得到。
一阶动态电路的应用
总结词
一阶动态电路在电子工程、通信工程、自动 控制等领域有着广泛的应用。
详细描述
电路元件和电路模型
总结词
掌握电路元件和电路模型是分析电路的基本方法。
详细描述
电路元件包括电阻、电容、电感等，它们具有特定的电气特性。电路模型是用 图形符号表示电路元件及其连接关系的一种抽象表示方法。
电路的工作状态和电气参数
总结词
了解电路的工作状态和电气参数是评估电路性能的关键。
详细描述
电路的工作状态可以分为有载、空载和短路等，不同的工作状态对电路的性能产 生影响。电气参数包括电压、电流、功率等，它们是描述电路性能的重要指标。
二阶动态电路的应用
要点一
总结词
二阶动态电路在电子设备和系统中的应用
要点二
详细描述
二阶动态电路广泛应用于各种电子设备和系统中，如振荡 器、滤波器、放大器等，用于实现特定的信号处理和控制 系统功能。
06
三相交流电路分析
三相交流电的基本概念
总结词
清华大学电路原理课件4
Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 2004I 、运算放大器（Op Amp ）及其外特性第4讲理想运算放大器II 、理想运算放大器（ideal Op Amp ）及其外特性III 、负反馈理想运算放大器电路分析Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 2004I 、运算放大器（Operational Amplifier ）及其外特性运算放大器：•有源电路元件•40～50年代是模拟计算机的基本组成部分. •60年代以来集成度越来越高，稳定性越来越好.可用于直流或低频交流信号的运算和放大.Prescott 内核P4108个晶体管核心面积125mm 2LM324 Op Amp102个晶体管, 120mm 2Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 20041. 电路符号a: 反相输入inverting input ，u-b: 非反相输入noninverting input ，u +O: 输出output, u oOp Amp 是有源器件，必须由直流电源供电。
A ：开环电压增益open-loopvoltage gain ，105~108+_u d u +u-u o_+A +abo : 接地ground º+__+u +u-º+_u o a o+_u d _+A +b V CCV CC : 工作电压working voltage Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 2004运算放大器消耗的功率：与运算放大器连接的电阻值：运算放大器的输入和输出电阻：W 级k Ω级M Ω级和Ω级Principles of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 2004令u d =u +-u -u o u d0分三个区域：①线性工作区：|u d |<U ds , 则u o =Au d②正向饱和区：③反向饱和区：u d > U ds , 则u o = U sat u d <-U ds , 则u o = -U sat2. 运算放大器的外特性实际特性U sat -U sat U ds -U ds近似特性+_u d+_u +_+u -_+u o _+A +U ds 通常很小，比如U sat =13V, A =105，则本讲讨论Op Amp 运行于线性区U ds =0.13mVPrinciples of Electric Circuits Lecture 4 Tsinghua University 20043. 电路模型R i ：运算放大器两输入端间的输入电阻（很大）。
清华大学电路原理课件-2
Ri
1 Gi
i
+
uS _
+
iu
Ri
_
i
iS
+
iS
GiiS
u _
注意：
（1） 变换关系
数值关系； 方向：电流源电流方向与电压源电压方向相反。
（2） 所谓的等效是对外部电路等效，对内部电路是不等效的。
例 开路的电压源中无电流流过 Ri； 开路的电流源可以有电流流过并联电导Gi 。 电压源短路时，电阻Ri中有电流； 电流源短路时, 并联电导Gi中无电流。
iS1
iS2
iSk
iS
串联:
i S i S k ,i S i S 1 i S 2 i S k
电流相同的理想电流源才能串联，并且每个电 流源的端电压不能确定。
三、 理想电源的串并联
例1
uS
iS
uS
例2
uS
iS
iS
例3
uS1
uS2 iS2
is1
iS
iS = iS2 – iS1
u
Rn + un _
_
uk
Rk Req
u
例 两个电阻分压（voltage division）， 如下图所示
i
+
+ u-1
R1
u-
u2 R2 _+
u1
R1 R1 R2
u
u2
R2 R1 R2
u
（注意方向 !）
4. 功率关系 p1 = R1i 2 ， p2 = R2i 2 ， ， pn = Rni 2 p1 : p2 : : pn= R1 : R2 : : Rn
清华大学电路原理课件--电路原理_skja_36
3 I ab 30 3 I bc 30 3 I ca 30
o
I ca
Uab
IB
o
I
B
30o
30o
UA
I C I ca I bc
2012-8-30
o
I bc
I ab
电路原理
IA
结论：
(1) 负载上相电压与线电压相等，且对称。 (2) 线电流与相电流也是对称的。线电流大小是相电 流的 3 倍，相位落后相应相电流30°。 故上述电路也可只计算一相，根据对称性即可得到其余 两相结果。 a A IA + IA a Z Z A UA _ I ca + N I ab n UC UB UA Z/3 c b – B Z IB C + I bc + n N
IA
IA
A
UCA
+ – N
A
UAB
IB
UA B UCA
UAN
UA B UCA
IB
–
B C
U BC
I C U BC
UCN
U BN
B C
将接电源用Y接电源替代，保证其线电压相等，再根 2012-8-30 电路原理 据上述Y–Y， Y– 接方法计算。
+
IC UBC
U
AN
1 3 1 3 1 3
U
AB
30 30 30
o
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Ln + un _
i
+
u
Leq
_
n个电感串联
等效电感
根据KVL和电感的电压电流的关系，有
u u1 u2 un
=L1
di dt
L2
di dt
Ln di
di dt
=(L1 L2 Ln ) dt
等效电感与各电感的关系 式为
Leq L1 L2 Ln
di =Leq dt
结论：n个串联电感的等效电感
值等于各电感值之和。
(2) 电感的并联
i
+ + i1 + i2
u u1 L1 u2 L2
__
_
n个电感并联
+ in un Ln _
i
+
u
Leq
_
等效电感
根据KCL及电感的电压与电流的关系式，有
i(t ) i1(t ) i2 (t ) in (t )
1
L1
t 0
u(
)d
i1(0)
1 L2
t
0 u( )d i2(0)
( 1 1
L1 L2
1 )
Ln
t
u( )d
0
i1(0) i2(0)
1
Ln
t
0 u( )d in(0)
in(0)
1
t
u( )d i(0)
Leq 0
1 C
t
id
t0
(4) 表达式前的正、负号与u，i 的参考方向有关
。当 u，i为关联方向时，i= C du/dt；
u，i为非关联方向时，i= –C du/dt 。
清华大学电路原理教学组
3. 电容的储能
p吸
ui
uC
du dt
WC
t
Cu
du d
1 Cu2
u(t )
1 Cu2(t ) 1 Cu2 ( )
一、电感元件
(inductor) i
+– ue –+
i + 变量:
1. 线性定常电感元件
L
u
–
电流 i , 磁链
def
L i
= N 为电感线圈的磁链 L 称为自感系数 inductance
L 的单位名称：亨[利] 符号：H (Henry）
亨(H)
韦(W b) 安(A)
[伏][秒] [安]
d
2
2 u( )
2
若u( ) 0
1
Cu2
(t
)
1
q2(t) 0
2
2C
无源元件
从t0到 t 电容储能的变化量
：
WC
1 Cu2(t) 2
1 2
Cu2
(t0
)
不消耗能量
清华大学电路原理教学组
4. 电容的串并联
（1）电容的串联
i C1 C2 + + u1 _ + u2 _ u _
[欧][秒]
电感以磁场形式存储能量。
韦安（ -i ）特性
0
i
2. 线性电感电压、电流关系：
i
+–
i , 右螺
旋
由电磁感应定律与楞次定律
e L di dt
ue –+
e , 右螺
旋
u e L di dt
i 1
t
ud
1 u
0
, uid
关1
id
t0
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电容的电压-电流关系小结：
(1)
i的大小与
u
的变化率成正比，与 关；
u
的大小无
i C du dt
(2) 当 u 为常数(直流)时，du/dt =0 i=0。电
容在直流电路中相当于开路，电容有隔直作用
；
(3) 电容元件是一种记忆元件；u(t
)
u(t0
)
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等效电感与各电感的关系式为
1 11
Leq L1 L2
n
i(0) ik (0) k 1
1
Ln
结论：n个并联电感的等效电感值 的倒数等于各电感
值倒数之和。
当两个电感并联（n=2）时，等效电感值为
Leq
L1 L2 L1 L2
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二、电容元件
2
2 i( )
2
若i ()0
1
Li2 (t )
1 2(t) 0
2
2L
无源元件
从t0 到t 电感储能的变化量
：
WL
1 2
Li2(t)
1 2
Li2(t0 )
不消耗能量
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4. 电感的串并联 （1）电感的串联
i L1 L2 + + u1 _ + u2 _ u _
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库伏（q-u） 特性
q
0u
C tan
2. 线性电容的电压、电流关系
i
dq du
i C
dt C
u(t) 1
t
id
1
t0 id 1
t
id
C
C
C t0
–
–
1
u(t) u(t0 ) C
t
id
t0
t
q(t) q(t0 )
Cn + un _
i
+
i
u
Ceq
_
n个电容串联
等效电容
由KVL，有 u(t) u1(t) u2(t) un(t) 代入各电容的电压、电流关系式，得
1
u(t) C1
t
i(
0
)d
u1(0)
1 C2
t
0 i( )d u2(0)
1 1
( C1 C2
t
ud
i(0)
1
t
ud
L
L联
L0
L0
i t
i(0)
1 L
t
0
ud
t
(0) 0 ud
电感的电压-电流关系小结：
(1) u的大小与 i 的变化率成正比，与 i 的大小无
关；
(2) 当 i 为常数(直流)时，di / dt =0 u=0,
电感在直流电路中相当于短路； (3) 电感元件是一种记忆元件；
1 )
第5章 动态电路时域分析
5. 1 电感元件和电容元件 5. 2 动态电路方程的列写 5. 3 动态电路的初始条件 5. 4 一阶动态电路 5. 5 二阶动态电路 5. 6 全响应的分解 5. 7 单位阶跃响应和单位冲激响应 5. 8 卷积积分 5. 9 状态变量法
清华大学电路原理教学组
5.1 电感元件和电容元件
(4) 当 u，i 为关联方向时，u=L di / dt； u，i 为非关联方向时，u= – L di / dt
。
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3. 电感的储能
p吸
ui
i
L
di dt
W吸
t Li di d d
1 Li2 i(t ) 1 Li2 (t ) 1 Li2 ()
(capacitor)
电容器 + + + + +q
– – – – –q
线性定常电容元件
C 电路符号
电容以电场形式存储能量。
1. 元件特 性i
描述电容的两个基本变量: u, q
+ u –
+
对于de线f 性q 电容，电有容：Cq 的=C单u 位：法[拉]，
C –
C u
符号：F (F常ar用ad)F，pF等表示。