电路原理基础第一章课件

电路——由实际元器件构成的电流的通路。
电路组成
电源：可将其他形式的能量转换成电能、向 电路提供电能的装置。
负载： 可将电能转换成其他形式的能量、在 电路中接收电能的设备。
中间环节： 电源和负载之间不可缺少的连接、
控制和保护部件统称为中间环节， 如导线、开关及各种继电器等。
一些术语 响应： 由激励而在电路中产生的电压和电流。
第一章 电路的基本概念与电路的基本定律
§1-1 电路模型及参考方向 §1-2 常用电路元件及电功率 §1-3 电压源、电流源模型及其等效变换 §1-4 受控电源 §1-5 基尔霍夫定律 §1-6 电阻的串联和并联 §1-7 电阻电路的等效变换和输入电阻
§1-1 电路模型及参考方向
1.电路的组成及功能
如电力系统或通信系统可能跨越省界、国界甚至是洲际的，而集成电路芯片 小的如同指甲。
在电路分析中，为了方便于对实际电气装置的分析研
究，通常在一定条件下需要对实际电路采用模型化处理，
即用抽象的理想电路元件及其组合近似地代替实际的器件，
从而构成了与实际电路相对应的电路模型。
中间环节
S
I
开关
电
源
负
导线
载
电源
… 线性：
体现在伏安特性为一条直线
课后作业： 1.实际使用的各种电阻型式（图
片）、性能及其使用场合 2.电阻的识别方法（器件上所标
数字或颜色的含义） ：直插式和贴片 式
2.功率和能量
功率： iR
+
u
p吸 –ui –(–R i ) i i 2 R –u(–u/ R) = u2/ R
能量：可用功表示。从t0 到 t电阻消耗的能量
电路中各点的电位随参考点选的不同而改变，但 是任意两点间的电压不变。
6.关联参考方向
（1）关联参考方向 电流的参考方向与电压的参考方向一
致 （2）非关联参考方向
a IR b
U
U IR
（3）欧姆定律 U,I关联参考方向时
a IR b
U
U=I·R
U,I非关联参考方向时
U
U=-I·R
IR
若电压电流为关联参考方向，则只标出一个变量的 参考方向即可
如图电路，若I=1A，则表示实际电流方 向与参考方向一致，若I=－1A，则表示 实际电流方向与参考方向相反。
I
1V
1
I=1A
I
1V
1
I=－1A
注意以下两点： 若某支路未事先标注电流方向，则讨论该 支路电流的正负毫无意义。
即电流的正负必须对应特定的参考方 向才有实际意义
以后求解电路时，应首先标明电流的 参考方向
A
10 + 5
3 I
2
I= 3+2 =3A
C
D
UC = 3 3 = 9 V
+
–
UD= 3 2= – 6 V
10 V–
5V
UCD = VC VD = 15 V
B
+
以 B 为参考点时
UC = 10 V
小结：
UD = – 5 V UCD = UC – UD= 15 V
电路中某一点的电位等于该点到参考点的电压；
t
t
WR
pdξ
t0
uidξ
t0
+
3.开路和短路
i u
R
当 R = 0 (G = )，视其为短路。
i为有限值时，u = 0。 u
–
当 R = (G = 0 )，视其为开路。
u为有限值时，i = 0。 u
0
i
短路
0
i
开路
三、 电容元件
1. 元件特性
i
+
+
u
C
–
–
对于线性电容，有 q =Cu
def q C
1.电阻元件
伏安特性
0
i
(1) 电压与电流取关联参考方向
iR
+
u
R—电阻 单位：欧（姆） Ω
u R i 欧姆定律
G=1/R
G—电导 单位：西门子 S
i Gu
(2) 电压与电流取非关联参考方向
iR
+
u
则欧姆定律写为
u –Ri 或
i –Gu
公式必须和参考方向配套使用！
对应的实际器件： 灯泡 电热丝 电阻器
如何表示电压的参考方向呢？
方式1：用正负极性表示 方式2：用箭头表示。
R1 10k
u
V1 5
+ R53k -
R4 7k
R2 5k R3 1k
若u>0，真实方 向与假设的参 考方向一致。
若u<0，真实方 向与假设的参 考方向相反
电路中各点电位的计算
a
+ US_1
b
R1
R2
I3 R3
c
电路中某一点的电位是 指由这一点到参考点的电压
学习电路原理要求透彻理解其中的诸多重要概 念，掌握其基本定理、定律分析电路的方法，并能 运用它们分析和解决电路中的一些实际问题。
目录
第一章 电路的基本概念与电路的基本定律 第二章 电路的基本分析方法 第三章 电路定理 第四章 电路仿真入门 第五章 动态电路分析 第六章 正弦交流电路分析
第七章 含耦合电感的电路 第八章 三相交流电路 第九章 非正弦交流电路 第十章 二端口网络 第十一章 非线性电路简介
若换成20W的节能灯，那么能节省多少电能？
还有哪些用电器，耗能如何？
2.功率的计算
（1）u, i 取关联参考方向
+
i u
p吸 = u i 例 U = 5V， I = - 1A P吸= UI = 5(-1) = -5 W
p吸< 0
–
（2） u, i 取非关联参考方向
实际发出5W
+
i u
p发 = u i 例 U = 5V， I = - 1A P发= UI = 5(-1) = -5 W
+ 元件的电压与电流具有动态关系，因此电容
u
C 元件是一个动态元件。当电压不随时间变化
–
– 时，电流为零。故电容在直流情况下其两端
电压值恒定，相当于开路，或者说电容有隔
断直流（简称隔直）的作用。
（2） 电容电压具有“记忆”功
能
u( t
)
1 C
t
idξ
u(t
)0
1 C
tt0idξ
ic C
uc
从上式看出，电容元件的电压除与t0到 t 的电流值有关外， 还 与 u(t0) 值有关，因此，电容元件是一种记忆元件。
_
US2 电路的参考点可以任意选取
+ 通常认为参考点的电位为零
d
若以d为参考点，则: 简
Ua = US1
化 电
Ub = I3 R3
路
Uc = – US2
a R1
+US1
b R2
R3
c – US2
d
例：电路如图所示，分别以A、B 为参考点计算C 和D 点
的电位及C 和 D两点之间的电压。 [解] 以A为参考点时
电流的参考方向任选，一经选定则不再变 更
5.电压及参考方向
(1)电压
电路中a,b两点间的电压定义为单位正电荷由a点
移到b点所获得或失去的能量，即
u(t)=dw/dq
若正电荷由a移到b失去能量，a为高电位,b为低电位,a
为正，b为负。（物体由高度a处移到b处)
若正电荷由a移到b获得能量，a为低电位,b为高电位。
电路由哪几部分 组成？各部分的 作用是什么？
何为关联参 考方向？
何谓“电路模 型”？
何谓理想电 路元件？其 中“理想” 二字在实际 电路的含义？
集总参数 元件有何 特征？
学好本课程，应注意抓好两个主要环节：认真
听课、细心复习。还要处理好三个基本关系：听课 与笔记、作业与复习、自学与互学。
§1-2 常用电路元件及电功率
p发< 0
实际吸收5W
–
3.电源和负载
根据功率的正负来区分电源和负载 电压与电流取关联参考方向时 p>0，说明电路吸收（消耗）功率，负载 p<0，说明电路释放（供给）功率，电源 电压与电流取非关联参考方向时 ？？？
通常电源取非关联参考方向，负载取关联参考方 向
二、 电阻元件
u
我们研究线性定常元件
一、 电功率 二、 电阻元件 三、 电容元件 四、 电感元件
1.电功率
一、 电功率
p dw dw dq ui dt dq dt
功率p的单位名称：瓦（特） 符号（W）
能量w的单位名称：焦（耳) 符号（J） 能量w的常用单位：千瓦时，度 1kWh=3.6×106J
家里有一盏40W的灯，那么我们每天开5个小时，30天所 消耗的电能是多少？
激励： 电源又称为激励源（激励）。 根据激励和响应之间的的因果关系， 把激励称为输入，响应称为输出。
电路的功能
电力系统中 的电路可对电能进行传输、分配 和转换。
电子技术中 的电路可对电信号进行传递、变 换、储存和处理。
2.电路模型
实际电气装置种类繁多
如自动控制设备，卫星接收设备，邮电通信设备等；
实际电路的几何尺寸相差甚大
3.能量
di
（1） 在关联参考方向下
p ui Cu dt
（2） 从 t = - 到 t 时刻，电容元件吸收的电场能量为
WC
t
u( )i( )d
t Cu( ) du( ) d
d
C u(t) u( )du( ) 1 Cu2 (t) 1 Cu2 ()
u ( )
2
2
（3） 电容元件在任何时刻 t 储存的电场能量将等于它吸收的能量
那么下面电路中电阻R5中电流的方向?
R1 10k
?
R5 3k V1 5
R4 7k
参考方向：为了便于分析，事先任意假设
一个电流的流向，这个假设的方向称为参
考方向
若i>0，真实方
向与假设的参
R1 10k
考方向一致。
R2 5k R3 1k
i R53k
若i<0，真实方
V1 5
R4 7k
向与假设的参
考方向相反
白炽灯的电
L 路模型可表
示为：
R
理想电路元件是实际电路器件的理想化和近 似，其电特性惟一、精确，可定量分析和计算。
常见的电路模型
理想电路元件是组成电路模型的最小 单元，是具有某种确定的电磁性质的 假想元件，它是一种理想化+ 的模型并IS 具有R精确的数L 学定义C 。 US
–
电阻元件
只具耗能 的电特性
元件尺寸L«λ
而λ＝c/f，c为光速，f为电路的工作频率
以后的电路模型均研究集总电路
4.电流及参考方向
电路的电特性可用电路的变量来描述:
电流 电压 功率 电荷 磁链 能量 …
电路分析的任务就是求得这些变量。
(1)电流
电流(强度)— 单位时间内通过导体横截面的电量。
电流的大小：i
=
dq dt
…… （1-1）
电感元件 只具有储 存磁能的
电特性
电容元件
只具有储 存电能的
电特性
理想电压源
输出电压恒 定，输出电 流由它和负 载共同决定
理想电流源
输出电流恒 定，两端电 压由它和负 载共同决定
3.集总电路 一个实际电路的外形尺寸和波长相比“很 小”时，可忽略实际体积和大小，电磁波 沿电路传播的时间为零。此时实际电路可 按集总电路处理。
u
C 称为电容器的电容
电容 C 的单位：F (法) (Farad，法拉) F= C/V = A•s/V = s/
常用F，nF，pF等表示。 1F=106F=1012pF
库伏（q~u） 特性
q
0u
2. 线性电容的电压、电流关系
i
i dq C du
dt dt
+
(1)表明电流和电压的变化率成正比，电容
电流的单位及换算：安培(A)=库仑(C)/秒(s)
1A=103mA=106μA
稳恒直流情况下： I=
q t
…… （1-2）
电流是一个有方向的物理量，仅指出大小是不够
的，规定以正电荷移动的方向为电流的真实方向。
(2)参考方向 判断下面电路中电流的方向?
11.5.5VV
RR11
1100kk
R2 5k R3 1k
WC (t )
1 Cu2 (t ) 2
（4） 从时间 t1到 t2 电容元件吸收的能量为
WC
C
u(t2 ) udu
u (t1 )
1 2
Cu
2
(t2
)
1 2
Cu
2
(t1 )
WC (t2 ) WC (t1)
电容充电时：Wc(t)>0；电容放电时：Wc(t)<0
电容元件不消耗能量，是一种储能元件。同时，电容元件不会释 放出多于它吸收或储存的能量，所以它又是一种无源元件。
此版本适用于计算机专业 (48+16学时 4学分)
欢迎学习电路原理
电路原理是电气工程及其自动化、计算机、 自动化等专业的主干技术基础课程。通过本课程的 学习可使学生掌握电路的基本理论、基本分析方法 和进行电路实验的基本技能，为后续专业课程打下 必要的基础。
电路分析理论体系严谨，内容贴近实际，学生 在学习中不仅可学会一种思维方法，而且深入学习 能养成科学的学习作风，从而终生受益。
小结：
(1) i的大小与 u 的变化率成正比，与 u 的大小无关； (2) 电容在直流电路中相当于开路，有隔直作用； (3) 电容元件是一种记忆元件；
R0
+负
+
RL U 载
_US
–
手电筒的实体电路
手电筒的电路模型
实际电路器件品种多，电磁特性多元而复杂， 直接画在电路图中困难而繁琐，且不易定量描述。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
白炽灯电路
消耗电能的电 特性可用电阻 元件表征
由于白炽灯中耗能 的因素大大于产生 磁场的因素，因此
R L 可以忽略。
i
产生磁场的电 特性可用电感 元件表征
电路中的电压等于两点间电位差
uab=ua-ub
电压的单位及换算:伏特(V)
a
1V=10-3kV=103mV
b
(2)电位
电路中的电位是相对电路中设定的参考电 位而言（电位为零） 电位的高低随参考点的选取而变化 而某两点间的电压不会随参考点不同而变 化。
a b
电流有参考方向，那么电压呢？
同样也有参考方向