电路与系统 第一章

《电 路》
电路与系统课程说明
教材： 《电路》第四版 作者：邱关源。 高等教育出版社。 参考书 ： 《电路基础》 吴大正主编 西安电子科技大学出版社 《电路分析基础》 张永瑞等编 西安电子科技大学出版社 《信号与线性系统分析》 吴大正主编 高等教育出版社 课时： 76学时 成绩： 平时成绩（作业与期中成绩）：20-30% 期末考试成绩：70-80%。 作业： 每周交二次（星期一、四）。
信号是信息的载体。通过信号传递信息。
为了有效地传播和利用信息，常常需要将信息 转换成便于传输和处理的信号。 信号我们并不陌生，如刚才铃声—声信号， 表示该上课了； 十字路口的红绿灯—光信号，指挥交通； 电视机天线接受的电视信息—电信号； 广告牌上的文字、图象信号等等。
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二、系统的概念
信号的产生、传输和处理需要一定的装置，这 种装置常称为系统。 一般而言，系统(system)是指若干相互关联的 事物组合而成具有特定功能的整体。 如手机、电视机、通信网、计算机网等都可以 看成系统。它们所传送的语音、音乐、图象、文字 等都可以看成信号。信号的概念与系统的概念常常 紧密地联系在一起。 系统的基本作用是对输 输入信号 入信号进行加工和处理，将 激励 其转换为所需要的输出信号。
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 电路和电路模型
6、 电路模型和电路图 电路模型是由若干理想化元件组成的； 将实际电路中各个器件用其模型符号表 示，这样画出的图称为称为实际电路的 电路模型图，常简称为电路图。
US
S
R RS 电源的模型 手电筒的电路图
L 低频电路中 L R
dt
积分，并考虑w(-∞) = 0，得
wt
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§1-1 电路和电路模型
2、 线性电路(linear circuit)与非线性电路(nonlinear circuit)
若描述电路特性的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；否则为非线性电 路。
非线性电路在工程中应用更为普遍，线性电路常 常仅是非线性电路的近似模型。但线性电路理论是 分析非线性电路的基础。
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§1-3 电功率和能量
(1) 上述功率计算不仅适用于元件，也适用于任意二端网络 (2) 电阻元件在电路中总是消耗(吸收)功率，而电源在电 路中可能吸收，也可能发出功率。
例：求图示电路中ab, bc, ca三部分电路吸收的功率P1, P2, P3 。
解：ab部分电流电压参考方向关联 P1=u1 i=3 x 1=3 w (吸收)
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§1-1 电路和电路模型
例（1）电力输电线，其工作频率为50Hz，相应波长 为6000km，故30km长的输电线，可以看作是集中参 数电路。
（2）而对于电视天线及其传输线来说，其工作频率 为108Hz的数量级，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长的传输 线也是分布参数电路。
u与i对元件2
关联
uA与iA关联 uB与iB非关联
uA
u与i对元件1
非关联
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§1-2 电压和电流的参考方向
4、电压说明 (1)、今后，电路图中只标电压的参考极性。在没有 标参考极性的情况下，电压的正、负无意义。 (2)、电压的参考极性可任意指定，一般用“+”、 “-”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，说 明电压/电流参考方向与电流/电压关联。 (4)、大小和方向均不随时间变化的电流和电压 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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§1-1 电路和电路模型
3、 时不变电路(time-invariant circuit)与时变电路(time-varying circuit)
时不变电路指电路中元件的参数值不随时间变化的 电路；描述它的电路方程是常系数的代数或微积分方程。 反之，由变系数方程描述的电路称为时变电路。
时不变电路是最基本的电路模型，是研究时变电 路的基础。 本书主要讨论集中参数电路中的线性时不变电路。
4、电流说明
(1)、今后，电路图上只标参考方向。电流的参 考方向是任意指定的，一般用箭头在电路图中 标出，也可以用双下标表示；如iab表示电流的 参考方向是由a到b。
(2)、电流是个既具有大小又有方向的代数量。 在没有设定参考方向的情况下，讨论电流的正 负毫无意义。
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§1-2 电压和电流的参考方向
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第一章
电路模型和电路定律
§1-3 电功率和能量
1、功率的定义 单位时间电场力所做的功称为电功率， 即： dwt pt 简称功率，单位是瓦[特]（W）。
dt
2、功率与电压u、电流i的关系 如图(a)所示电路N的u和i取关联方向, 由于i = d q/dt，u = dw/dq，故电路N消 耗的功率为 p(t) = u(t) i(t)
参考方向假设说明两点：
1、原则上可任意设定；
2、习惯上： A、凡是一眼可看出电 流方向的，将此方向为参 考方向； B、对于看不出方向的， 可任意设定。
US R4
如果电路复杂或电 源为交流电源，则电流 的实际方向难以标出。 交流电路中电流方向是 随时间变化的。
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§1-2 电压和电流的参考方向
bc部分电流电压参考方向关联
P2=u2 i=7x 1=7 w (吸收) ca部分电流电压参考方向非关联 P3=-u3 i=-10 x 1=-10 w (实际产生) 从上结果可看出，对一个完整电路， 它产生功率与消耗功率总是相等的，称为功率平衡
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§1-3 电功率和能量
4、能量的计算 根据功率的定义 pt dwt ，两边从-∞到t
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§1-2 电压和电流的参考方向
3、电流的方向 实际方向——规定为正电荷运动的方向。 参考方向——假定正电荷运动的方向。 规定：若参考方向与实际方向方向一致，电流为 正值，反 之，电流为负值。
为什么要引入参考方向？
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§1-2 电压和电流的参考方向
判断R3上电流I3的方向？
I R1 I1 I3 ? I2 R3 R2 R5
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第一章
电路模型和电路定律
§1-2 电压和电流的参考方向 一、电路变量
为了定量地描述电路的性能，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。 一般它们都是时间t的函数。
二、电流
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§1-2 电压和电流的参考方向
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§1-2 电压和电流的参考方向
3、关联参考方向 电流和电压的参考方向可任意假定，而且二 者是相互独立的。 若选取电流i的参考方向从电压u的“+”极经 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。否则，称u与i对A是 非关联的。
iA A B uB
i 1 u 2
1、电流的形成 在电场力作用下，电荷有规则 的定向移动形成 电流，用 i (t)或i 表示。单位：安[培]（A）。
s
自由电子
E
2、电流的大小---电流强度，简称电流
q(t ) dq(t ) i(t ) lim dt t 0 t
式中dq 为通过导体横截面的电荷量，电荷的单位： 库[仑]（C）。若dq/dt即单位时间内通过导体横截面 的电荷量为常数，这种电流叫做恒定电流，简称直 流电流，常用大写字母I表示。
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绪论
什么是信号？什么是系统？什么是电路？为什么 把这几个概念连在一起？
一、信号的概念
1. 消息(message):
人们常常把来自外界的各种报道统称为消息。
2. 信息(information): 它是信息论中的一个术语。
通常把消息中有意义的内容称为信息。
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3. 信号(signal):
它将电源提供的能量转换为其他 形式的能量；
③
②
③连接电源与负载而传输电 能的金属导线，简称导线。
简单的手电筒电路
电源、负载、导线是任何实际电路都不可缺少的三个组成部分。
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§1-1 电路和电路模型
3、 实际电路的功能 实际电路种类繁多，功能各异。电路的主要作用可 概括为两个方面： ① 进行能量传输与转换：如电力系统的发电、传输等。 ②实现信号的传递与处理。如电视机、通信电路等。 4、 为什么要引入电路模型 实际电路在运行过程中的表现相当复杂，如：制作 一个电阻器是要利用它对电流呈现阻力的性质，然而当 电流通过时还会产生磁场。要在数学上精确描述这些现 象相当困难。为了用数学的方法从理论上判断电路的主 要性能，必须对实际器件在一定条件下，忽略其次要性 质，按其主要性质加以理想化，从而得到一系列理想化 元件。
电流和电压的参考方向 电功率和能量 电路元件 电阻元件 电容元件 电感元件 电压源和电流源 受控电源 基尔霍夫定律
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第一章
电路模型和电路定律
§1-1 电路和电路模型
一、电路模型
1、 何谓电路(circuit)? 由电器件相互连接所构成的电流通路称为电路。 开关 2、 实际电路的组成 ①提供电能的能源,简称电源； ① ②用电装置，统称其为负载。
输出信号
系统
响应
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三、电路
由电路元器件按一定规律组成具有特定功能的 电流通路。可以看成为一种电子系统。 电路侧重于局部，系统侧重于全部。 本课程主要讨论的是电系统，因此两者之间没 有严格的区分。
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第一章
电路模型和电路定律