电路邱关源第五版讲义

电路邱关源第五版讲义电路邱关源第五版讲义 前言(Foreword)绪论（Introduction）l课程的性质和地位课程的性质和地位电类专业的技术基础课电类专业的技术基础课学分：学分：8为奠定坚实的基础为奠定坚实的基础l教材及教材及参考书参考书l内容内容电磁学电磁学研究的对象研究的对象路路场场电路电路磁路磁路集中参数电路集中参数电路分布参数电路分布参数电路线性线性非线性非线性集总参数电路集总参数电路分布参数电路分布参数电路线性电路线性电路非线性电路非线性电路时域分析电路时域分析电路频域分析电路频域分析电路直流电阻电路直流电阻电路动态电路动态电路正弦稳态电路正弦稳态电路l时间安排时间安排两学期两学期下学期内容下学期内容上学期内容上学期内容l本课程要求本课程要求总评成绩总评成绩=平时成绩（考勤平时成绩（考勤+作业作业+实验）实验）+期末成绩期末成绩*70%70%2、按时认真完成作业。、按时认真完成作业。1、尽量做到课前预习，一定做到课后及时复习，要求课上做笔记。、尽量做到课前预习，一定做到课后及时复习，要求课上做笔记。3、认真做实验、完成实验报告。、认真做实验、完成实验报告。l 考分计算方法考分计算方法深刻理解解题步骤，举一反三。深刻理解解题步骤，举一反三。l学习方法学习方法活跃课堂气氛活跃课堂气氛第1章 电路模型和电路定律(circuit model)(circuit laws)1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型 1.2 1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 1.3 1.3 电功率和能量电功率和能量 1.5 1.5 电阻元件电阻元件 1.6 1.6 电容元件电容元件 1.7 1.7 电感元件电感元件 1.8 1.8 电压源和电流源电压源和电流源 1.9 1.9 受控电源受控电源 1.10 1.10 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1.4 1.4 电路元件电路元件 l 重点（重点（emphases）：）：电压、电流的参考方向电压、电流的参考方向(voltage¤t reference direction)3.3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律(Kirchhoff s Laws)2.2.电路元件特性电路元件特性(circuit elements characters)1.1 电路和电路模型（电路和电路模型（circuit model）1.电路电路(实际实际)由电工设备和电气器件按预期目的连由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。接构成的电流的通路。电路主要由电源、负载、连接导线电路主要由电源、负载、连接导线 及开关等构成。及开关等构成。电源电源(source)：将电源与负载将电源与负载 接成接成“通路通路”的装置的装置。(1)(1)电路的组成电路的组成能量或信号（能量或信号（u、i）的发生器。）的发生器。负载负载(load)：将将电能电能转化为转化为其它形式能其它形式能的用电设备，的用电设备，或对或对信号进行处理信号进行处理的设备。的设备。导线导线(line)、开关（、开关（switch)：“激励激励”(power)“响应响应”（response）(2)(2)电路的作用电路的作用 具有能量具有能量(energy)的传输、分配与转换；信息的传输、分配与转换；信息(information)的的传递与处理；测量、控制等功能。传递与处理；测量、控制等功能。电阻器电阻器resistor电容器电容器capacitor电感电感inductor电池电池battery放大器放大器amplifier晶体管晶体管transistor常见的实际的电路元件常见的实际的电路元件保险管保险管fuse灯泡灯泡bulbLED(light-emitting diode)NoImage低频信号发生器的内部结构低频信号发生器的内部结构(low frequency signal generator interior structure)变压器变压器transformer可变电阻器可变电阻器rheostat框架框架frame10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡2.电路模型电路模型（circuit model）sRLRsU电路图电路图 反映实际电路部件的主要电磁反映实际电路部件的主要电磁 性质性质 的的 理想电路元件及其组合。理想电路元件及其组合。l电路模型电路模型实际电路图实际电路图常用电路图来表示电路模型常用电路图来表示电路模型实际电路图实际电路图 (b)电原理图电原理图 电路模型（电路图）电路模型（电路图）(d)拓扑结构图（电路的拓扑结构图（电路的“图图”）topology晶体管放大电路晶体管放大电路(a)实际电路实际电路 (b)电原理图电原理图 (c)电路模型电路模型 (d)拓扑结构图拓扑结构图传声器传声器microphone几种基本的理想电路元件：几种基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件：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电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件注注意意l 具有相同的主要电磁性能的各实际电路部件，具有相同的主要电磁性能的各实际电路部件，在一定条件下可用同一模型表示；在一定条件下可用同一模型表示；l 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其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模型可以有不同的形式l理想电路元件理想电路元件ideal circuit elements具有确定的电、磁性质并具有具有确定的电、磁性质并具有精确的数学定义的假想元件。精确的数学定义的假想元件。例（例（example）：）：电灯、电炉等电灯、电炉等abRparallel connectionseries connection1.电流的参考方向电流的参考方向(reference direction)tqtqitddlim)t(0def l电流电流l电流强度电流强度带带 电电 粒粒 子子 有有 规规 则则 的的 定定 向运向运 动。动。1.2 电流和电压的参考方向电流和电压的参考方向 (reference direction)(Charged particle)单位时间内通过导体横截面的电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量(cross section)电路中的主要物理量有电压、电流、电荷（电路中的主要物理量有电压、电流、电荷（electric charge）、磁）、磁链、能量、电功率等。在线性（链、能量、电功率等。在线性（linear）电路分析中人们主要关心）电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。的物理量是电流、电压和功率。l 方向方向l 单位单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、A元件元件(导线导线)中电流流动的方向只有两种可能中电流流动的方向只有两种可能:实际方向实际方向实际方向实际方向 AABB问题？问题？question 复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断？实际方向往往很难事先判断？(unit)规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。(positive charge/negative charage)l参考方向参考方向i 参考方向参考方向大小大小方向方向电流电流(矢量矢量)ABi 0i 0电流的参考方向与实际方向的关系：电流的参考方向与实际方向的关系：i 参考方向参考方向实际方向实际方向ABi 参考方向参考方向实际方向实际方向AB任意假定一个正电荷运动的方向即为电任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。流的参考方向。(vector/scalar）电流参考方向的两种表示：电流参考方向的两种表示：用箭头表示：箭头的指向为用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。电流的参考方向。用双下标表示：如用双下标表示：如 iAB,电流的参考方向由电流的参考方向由A指向指向B。ABiABil 电压电压UdqdWUdef l 单位：单位：V(伏伏)、kV、mV、V2.电压的参考方向电压的参考方向(voltage reference direction)单位正电荷单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时从电路中一点移至另一点时电场力做功（电场力做功（W）的大小。）的大小。l 电位电位 l 实际电压方向实际电压方向 电位真正降低减少的方向。电位真正降低减少的方向。单位正电荷单位正电荷q 从电路中一点移至参考点（从电路中一点移至参考点（0）时电场力做功的大小。时电场力做功的大小。（reference point）例例已知：已知：4C正电荷由正电荷由a点均匀移动至点均匀移动至b点点电场力做功电场力做功8J，由，由b点移动到点移动到c点电场点电场力做功为力做功为12J，(1)若以若以b点为参考点，求点为参考点，求a、b、c点点的电位和电压的电位和电压Uac解解(solution)bVqWaba 248 0 b VqWqWbccbc 3412VUbaab 202 VUcbbc)(330 (1)以以b点为电位参考点点为电位参考点abc解解VqWaca 54128 0 c VqWbcb 3412 VUbaab 235 VUcbbc 303 (2)结论（结论（conclusions）：）：以以c点为电位参考点点为电位参考点（1 1）电路中电位参考点可任意选择；）电路中电位参考点可任意选择；（2 2）参考点一经选定，电路中各点的电位值就是唯一的；）参考点一经选定，电路中各点的电位值就是唯一的；（3 3）当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将）当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将 改变，但任意两点间电压保持不变。改变，但任意两点间电压保持不变。问题问题?question 复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。l 电压电压(降降)的参考方向的参考方向U 0U参考方向参考方向U+实际方向实际方向+实际方向实际方向参考方向参考方向U+假设的电压降低方向。假设的电压降低方向。电压参考方向的三种表示方式电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示用箭头表示(2)用正负极性表示用正负极性表示(3)用双下标表示用双下标表示UU+ABUABsubscript元件或支路的元件或支路的u，i 采用采用相同相同的参考方向称之为关联参考方向。的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向3.关联参考方向（关联参考方向（interaction in reference direction）i+-+-iUU注意：注意：例例ABABiU电压电流参考方向如图中所标，问：电压电流参考方向如图中所标，问：A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？两部分电路电压电流参考方向关联否？答：答：A 电压、电流参考方向非关联；电压、电流参考方向非关联；B 电压、电流参考方向关联。电压、电流参考方向关联。(1)分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。(2)参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包包括方向和括方向和符号符号），在计算过程中不得任意改变。），在计算过程中不得任意改变。（3）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际 方向不变。方向不变。2.电路吸收或发出功率的判断电路吸收或发出功率的判断 l u,i 取取关联参考方向关联参考方向P=ui 表表示元件示元件吸收吸收(absorb)的功率的功率P0 表示吸收正功率表示吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 表示发出正功率表示发出正功率 (实际发出实际发出)P0 表示发出负功率表示发出负功率 (实际吸收实际吸收)l u,i 取非取非关联参考方向关联参考方向+-iu+-iu例例564123I2I3I1+-U6U5U4U3U2U1求图示电路中各方框求图示电路中各方框所代表的元件消耗或所代表的元件消耗或产生的功率。已知：产生的功率。已知：U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3VI1=2A,I2=1A,I3=-1A 解解（发发出出）WIUP221111 （发发出出）WIUP62)3(122 （消消耗耗）WIUP1628133 （消消耗耗）WIUP3)1()3(366 （发发出出）WIUP7)1(7355 （发发出出）WIUP41)4(244 注注对一完整的电路，发出的功率消耗的功率对一完整的电路，发出的功率消耗的功率-