大学电路课程

电路故障诊断——确定给定电路的故障位置。
我们要学习的是：电路原理或电路分析基础
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绪论
一、研究的课题
电路 —— 由实际部件所构成的电流通路。
求 I=? PL=?
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用框图表示电路分析的课题：
b

iab iba
uab uba
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2、关联参考方向
在电路分析中，对一个元件既要假设通过它的参考方向，又要 假设它两端电压的参考极性，两个都可任意假定，而且独立无 关。为方便起见，引入关联参考方向：
电流参考方向与电压参考极性一致。 规定：电流由高电位流向低电位。
电路尺寸相差很大，用途各异：大如通信系统、Internet，小 如集成电路芯片Pentium上有320多万个晶体管，当前高密度 芯片上集成了上亿个晶体管。
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二、集总假设、理想元件
1、集总假设
在器件的尺寸进小于正常工作频率所对应的波长时，可以假定 发生的电磁过程都集中在器件内部迚行，这时器件中所反映的 物理现象分别迚行研究。即用三种基本集总参数元件（理想元 件）表示其三种物理现象，这就是集总假设。 采用集总假设的条件：器件的尺寸进小于正常工作频率所对应 的波长， 即
i
u

非关联参考方向：
i

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u

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例
（1） u=-20V， i=10A； 确定u，i的实际方向？
i
u

u的实际方向从右到左；i的实际方向从左到右。 （2） u=10costV，确定一个周期T内实际电压的方向？
当 0<t<T/4时，u=10cost >0，u的实际方向从左到右； 当 T/4<t<T/2时，u=10cost <0， u的实际方向从右到左； 当 T/2<t<3T/4时，u=10cost <0， u的实际方向从右到左； 当 3T/4<t<T时，u=10cost >0， u的实际方向从左到右。
获得能量，a点电位低，b点电位高。 失去能量，a点电位高，b点电位低。
uab
a
b
2、电压的参考方向（极性）
与电流的情况相同，电压的实际方向有两种，可能为→或←， 人眼是看不见的。为分析问题的方便，我们也引入参考方向 的概念。
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电压的参考方向： 人为选定一点为正（+）极性，另一点为负（-）极性，正 （+）极性指向负（-）极性的方向就是电压参考方向；也可 用实线箭头表示，当电压的实际方向与其一致时，电压为正 值，反乊为负值，如图：
l
由集总元件构成的电路称为集总参数电路，在集总电路中u、 i可以是时间的函数，但与空间坐标无关。
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2、理想元件（集总元件）
电阻元件：表示消耗电能的元件
电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件
电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件 电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件 除这几种理想元件乊外，还有耦合元件和其它多端元件。
注：
具有相同的主要电磁性能的实际电路部件， 在一定条件下可用同一模型表示；
同一实际电路部件在不同的应用条件下，其 模型可以有不同的形式
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例
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二端元件 ：电阻元件
电感元件 电容元件 电压源 电流源。
2、动态电路分析
3、正弦稳态电路分析
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四、本课程的地位
电路是自动化、电力自动化、通信与信息工程、计算机、 自动控制等专业的主干技术基础课。 通过本课程的学习使学生掌握电路的基本理论、分析计算 电路的基本方法和迚行实验的基本技能，为后续课程准备 必要的电路知识。 其中许多重要概念要求透彻理解，不少基本分析方法要求 牢固掌握。
四端元件 ：受控源 耦合电感 理想变压器。 也可分为有源元件和无源元件： 独立源：电压源，电流源。 有源元件： 受控源：电压控制电压源，电流控制电压源， 电压控制电流源，电流控制电流源。
无源元件： 电阻元件，电容元件，电感元件， 耦合电感，理想变压器。
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一、电功率
1、定义 电路或元件在单位时间内所吸收的电能，称为（电） 功率，用字母p表示，即
dW p dt
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对于图示电路，电压、电流取关联参考方向，由电压的定义可 知，正电荷dq由a点至b点，电路吸收的能量（或者说正电荷dq 失去的能量）即是电场力作的功
、 相接近
满足麦克斯威定律
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2 、线性电路
由线性元件组成的电路
非线性电路 时变电路
3、非时变电路
元件参数不随时间变化的电路
研究线性、非时变的集总参数电路所遵循的基本规律及分析方法。
三、本课程的内容
以电路模型为基础，编写描述电路的方程式，通过响应的求解、 分析，认识已知电路的功能和特性。根据所分析电路的不同可 分为： 1、电阻电路分析
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Alessandro Antonio Volta (1745-1827), an Italian physicist, invented the electric battery and the capacitor. The publication of his work in 1800 marked the beginning of electric circuit theory. 伏特
电路理论A（基础）
（统一考试课）
李彬华
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课程体系：
对电路迚行分析、设计的理论基础就是
电路理论——研究电路中的电磁现象及规律的科学。
现代电路理论大致包括以下三个方面的内容：
电路分析——已知电路及输入（激励），求解输出（响应）；
电路综合(设计)——由给定的激励及要求的输出，构造电路；
一、电流
1、定义 带电粒子的在电场作用下的定向运动（有秩序的运
动）形成电流。
dq i dt
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单位：安培，安，A。单位换算1A=1C/1s。 规定：正电荷运动的方向为电流的方向——真实(实际)方向。 大小和方向都不随时间而改 大小和方向随时间变化的电 变的电流叫直流-恒定电流。 流叫交流-交变电流。
二、电压
1、定义 单位正电荷由a点移动到b点所获得或失去的能量即
a、b两点乊间的电压。
uab
a
uab
a
u ab
b
b
dA dWa dWb dWa dWb a b dq dq dq dq
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单位：伏特，伏，V。单位换算1V=1J/1C。 规定：正电荷在电场力作用下由a点（高电位+）移动到b点（低 电位-）的方向为电压的方向——真实方向或实际方向。
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三、电路模型
由集总（理想）元件构成的电路叫电路模型。 而在电路模型中，各元件间用“理想导线”相联。
电路模型用标准的图形符号表示就得到电路图。 开关
灯泡
10BASE-T wall plate
电路图
电 池 导线
Rs Us
RL
我们所研究的是电路模型而不是实际电路。
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§1-2 电流和电压的参考方向
电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率 等。在线性电路分析中主要关心的物理量是电流、电压和功率。 Andre-Marie Ampere (1775-1836), a French mathematician and physicist, laid the foundation of electrodynamics, defined the electric current and developed a way to measure it in the 1820s. 安培
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第一章 电路模型和电路定律
本章学习要点： 基本概念： 电压、电流的参考方向 功率的计算、功率吸收和释放 基本电路元件： 电阻元件的定义与VCR(VAR) 电压源、电流源的定义与VCR(VAR) 受控源的概念、种类及其VCR(VAR) 基本电路定律： 基尔霍夫定律：KCL和KVL
或者说，在选定的参考方向下迚行计算：
i0
i0
当计算的i > 0时，电流的实际方向与参考方向一致；
当计算的i < 0时，电流的实际方向与参考方向相反； 在电路分析中，电路中标出的电流方向都是参考方向。如果 没有方向，自己要设一个参考方向，在图上标出，按所标参 考方向进行计算。不设参考方向，算出的结果没有意义。 算得结果的正负配合参考方向就可确定真实方向，但不必把 参考方向改为真实方向。
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§1-1 电路和电路模型
开关
一、实际电路
由电工设备和电气器件按预期目的连接 电 池 构成的电流通路。
灯泡
10BASE-T wall plate
作用：
导线
传输与分配电能：如电力系统，电源—（传输）—负载； 信号处理：如电信系统，输入(激励)信号—(加工)—输出(响应)信号； 信号检测与变换：如摄像机，其他形式的信号—（传感）—电信号；
3．《Fundamentals of Electric Circuits 电路基础》Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku；
4．《电路分析基础》李瀚荪主编；
5．《基本电路理论》王谒主编；
6．《电路分析及磁路》吴治隆、毛正明、王生春主编； 7. 《电路重点难点及典型题精解》赵录怀，王曙鸿编著； ……

u

b

u

b

a

u0
a

u0

或者说，在选定的参考方向下迚行计算：
当计算的u > 0时，电压的实际极性与参考极性一致；
当计算的u < 0时，电压的实际极性与参考极性相反；
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三、参考方向的其它表示方法
1、双下标法
iab
uab
a
b
a

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u

§1-3 电功率和能量
在电路的分析和计算中，能量和功率的计算是十分重要的。因 为电路在工作时总有能量的交换；而电气设备、电路器件本身 都有功率的限制，在使用时要注意其电流或电压值是否超过额 定值，过载会使设备或器件工作不正常或损坏。
2、电流的参考方向
电流的实际方向有两种，可能为→或←， 人眼是看不见的。为分析问题的方便，我们 引入参考方向的概念。
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i i
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参考方向： 预先假定的方向，用箭头表示，也称正方向。 当电流的实际方向与其一致时，电流为正值，反乊为负值， i 如图： i
该课程不仅理Hale Waihona Puke Baidu体系严谨，内容引人入胜，而且会从中学 会一种思维方法，养成一种科学作风，使人终生受益。
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五、本课程所用教材和参考书
教材西交大邱关源教授主编的《电路》（第5版） 可供参考的书目如下： 1．《电路原理》周守昌主编； 2．《《电路》学习指导与典型题解》公茂法主编
f (t ) 激励
已知电路 <结构、元件参数>
y (t ) ? 响应
电路分析的目的：通过求解响应，认识已知电路的功能和固有 属性。（技术指标）
二、研究的对象
1、集总参数电路 < 分布参数电路 >
(为元件几何尺寸)
满足基尔霍夫定律
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3、实际器件（元件）的模型
一个实际器件在某种条件下都可以找到它的模型。有些实际 器件的模型比较简单，可以由一种理想元件构成，有些实际 器件的模型比较复杂，要用几种理想元件来构成。 例如：在前面的手电筒电路中，灯泡可以用一个电阻元件来表 示，但电池通常要用两个理想元件——电压源和电阻元件 来表 示。