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1、电路模型与定律现在学习的是第1页，共71页前言2Preface 课程介绍课程介绍电路分析电路分析与其它课程的关系与其它课程的关系 实验实验成绩考核成绩考核要求及其他要求及其他现在学习的是第2页，共71页前言3一、课程介绍一、课程介绍1有关电路方面的讨论通常分为两大类：有关电路方面的讨论通常分为两大类：（1）电路分析：在已知电路的结构、元件、参）电路分析：在已知电路的结构、元件、参数的情况下，分析该电路的特点和功能。数的情况下，分析该电路的特点和功能。（2）电路综合：在给定性能指标的情况下建立）电路综合：在给定性能指标的情况下建立起相应的电路，即为电路设计。起相应的电路，即为电路设计。电路分析电
2、路分析是以讨论电路性质为目标的。是以讨论电路性质为目标的。现在学习的是第3页，共71页前言42课程的主要内容：课程的主要内容：（1）电阻性电路分析）电阻性电路分析 Chapter 15 （2）动态电路分析）动态电路分析 Chapter 67 （3）正弦稳态电路分析）正弦稳态电路分析 Chapter 812 （4）电路的复频域分析）电路的复频域分析 Chapter 14 （5）网络分析）网络分析 Chapter 16现在学习的是第4页，共71页前言5二、二、电路分析电路分析与其它课程的关系与其它课程的关系电路分析电路分析电机学电机学电机与拖动电机与拖动模拟电路模拟电路数字电路数字电路信号与系统信
3、号与系统自控原理自控原理电路分析电路分析是其它电类课程的先修课，是重要的是其它电类课程的先修课，是重要的专业基础课程。要注重学习和掌握电路的基本概念、专业基础课程。要注重学习和掌握电路的基本概念、计算和分析电路的基本方法，为后续课程的学习打计算和分析电路的基本方法，为后续课程的学习打下良好基础。下良好基础。现在学习的是第5页，共71页1-1电路及电路模型6三、实验三、实验电路分析实验电路分析实验独立开课，单独考核。独立开课，单独考核。1）预习有关实验内容，写出预习报告。）预习有关实验内容，写出预习报告。2）按照正确的操作规程进行实验。）按照正确的操作规程进行实验。3）对实验结果进行分析总结，写
4、出实验报告。）对实验结果进行分析总结，写出实验报告。现在学习的是第6页，共71页前言7成绩以期末考试为主，平时成绩为副。成绩以期末考试为主，平时成绩为副。总成绩构成总成绩构成:期末考试成绩占期末考试成绩占70%70%；平时作业占平时作业占10%10%；期中考试成绩占期中考试成绩占20%20%。期末考试采用国家教委统一试题库命题。期末考试采用国家教委统一试题库命题。四、成绩考核四、成绩考核现在学习的是第7页，共71页前言8五、要求及其他五、要求及其他1作业作业书写规范、独立完成、按时交纳。书写规范、独立完成、按时交纳。2参考书参考书电路分析基础电路分析基础 李翰荪李翰荪 高等教育出版社高等教育出
5、版社电路理论基础电路理论基础张秀然张秀然 中国水利水电出版社中国水利水电出版社电路原理电路原理 江缉光江缉光 清华大学出版社清华大学出版社3、答疑安排、答疑安排NEXTNEXT现在学习的是第8页，共71页1-1电路及电路模型9第第1章章 电路模型和电路定律电路模型和电路定律 Circuit（Network）models and Law电路和电路模型电路和电路模型电流、电压和功率电流、电压和功率电阻元件电阻元件电源元件电源元件受控电源受控电源基尔霍夫定律基尔霍夫定律二个概念二个概念三个物理量三个物理量几个电路元件几个电路元件一个定律一个定律现在学习的是第9页，共71页1-1电路及电路模型101-
6、11-1 电路及电路模型电路及电路模型一、电路一、电路(Circuit)定义：由电工或电子器件、功能块（如电阻器、电容定义：由电工或电子器件、功能块（如电阻器、电容器、变压器、放大器、滤波器、电机、电池、发电器、变压器、放大器、滤波器、电机、电池、发电机和信号发生器等）构成的电流通路称电路。机和信号发生器等）构成的电流通路称电路。电路的基本功能：传输电能、处理信号、测量、控制和电路的基本功能：传输电能、处理信号、测量、控制和计算等。计算等。转元器件图转元器件图转灯泡电路转灯泡电路现在学习的是第10页，共71页1-1电路及电路模型11电阻器电阻器电容器电容器线圈线圈电池电池运算放大器运算放大器晶
7、体管晶体管回回1-11-1现在学习的是第11页，共71页1-1电路及电路模型12现在学习的是第12页，共71页1-1电路及电路模型13二、电路模型二、电路模型（Circuit models）电路的工作是以其中的电压、电流、电荷、磁链电路的工作是以其中的电压、电流、电荷、磁链等物理量来描述的。等物理量来描述的。电路理论是建立在模拟概念的基础上，即用理想化电路理论是建立在模拟概念的基础上，即用理想化的模型来描述实际电路，而理想化的模型是由一些理的模型来描述实际电路，而理想化的模型是由一些理想元件所构成。想元件所构成。理想元件能够反映实际电路中的电磁现象，表理想元件能够反映实际电路中的电磁现象，表征
8、其电磁性质。征其电磁性质。现在学习的是第13页，共71页1-1电路及电路模型14 几个常用的理想电路元件：几个常用的理想电路元件：电阻元件电阻元件消耗电能的器件；消耗电能的器件；电感元件电感元件储存磁能的器件；储存磁能的器件；电容元件电容元件储存电能的器件；储存电能的器件；电源元件电源元件将其他形式的能量转换成电能的将其他形式的能量转换成电能的器件。器件。现在学习的是第14页，共71页1-1电路及电路模型15例例1-1：手电筒电路：手电筒电路电电池池灯泡灯泡实际电路实际电路电路模型电路模型+-RsUsR例例1-2：线圈：线圈线圈线圈 直流下直流下R 交流下交流下rLLor现在学习的是第15页，
9、共71页1-1电路及电路模型16关于电路模型要注意以下几点：关于电路模型要注意以下几点：1一个器件的电路模型及参数与该器件的工作一个器件的电路模型及参数与该器件的工作条件有关。条件有关。2电路模型是一种数学模型。电路模型是一种数学模型。理想元件：具有精确数学运算关系的电路元理想元件：具有精确数学运算关系的电路元件，如件，如R、C、L等。等。3.电路模型只是对实际物理过程的一种近似描电路模型只是对实际物理过程的一种近似描述，模型的繁简与实际工程计算要求的精度述，模型的繁简与实际工程计算要求的精度有关。有关。现在学习的是第16页，共71页1-2 电流、电压及功率171-2 1-2 电流、电压和功率
10、电流、电压和功率一电流一电流（I，i）（）（Current）带电粒子带电粒子(电子、离子电子、离子)定向移动形成电流。定向移动形成电流。定义：定义：单位时间内通过导体横截面的电量称电流单位时间内通过导体横截面的电量称电流强度（电流）。强度（电流）。数学表达式：数学表达式：单位：单位：安培安培A。1A=1C/1s(秒秒)。1kA=1000A，1mA=10-3A，1 A=10-6A，1nA=109A现在学习的是第17页，共71页1-2 电流、电压及功率18交流交流(AC)实际方向：实际方向：习惯上把正电荷运动的方向规定为电流方向。习惯上把正电荷运动的方向规定为电流方向。几个名词：几个名词：恒定电流
11、，简称恒定电流，简称直流直流(dc(dc或或DC)DC)，一般用，一般用I表示。表示。tI00ti直流直流(DC)交流电流，简称为交流电流，简称为交流交流(ac(ac或或AC)AC)，一般用，一般用i表示。表示。现在学习的是第18页，共71页1-2 电流、电压及功率19参考方向参考方向(Reference direction)：假设假设的电流的电流正正方向。方向。i0iabi0u0p0pAu1u2+i1u2+R现在学习的是第48页，共71页1-1电路及电路模型49二、符号二、符号 受控电压源受控电压源+受控电流源受控电流源现在学习的是第49页，共71页1-7 受控源50三、分类三、分类 根据控
12、制变量与被控制变量的不同，受控电源可以分根据控制变量与被控制变量的不同，受控电源可以分成四类：成四类：VCVS+u1u1+VCCSi2u1gu1 为电压传输比，量纲为一为电压传输比，量纲为一 g为转移导纳，量纲为西门子为转移导纳，量纲为西门子现在学习的是第50页，共71页1-7 受控源51r为转移阻抗，量纲为欧姆。为转移阻抗，量纲为欧姆。为电流传输比，量纲为一。为电流传输比，量纲为一。+CCVSri1i1CCCSi2i1 i1现在学习的是第51页，共71页1-7 受控源52四、受控源与独立源的比较四、受控源与独立源的比较（1）独立源电压（或电流）由电源本身决定，独立源电压（或电流）由电源本身决
13、定，与电路中其它电压、电流无关，而受控电源与电路中其它电压、电流无关，而受控电源的电压（或电流）由控制量决定。的电压（或电流）由控制量决定。（2）独立电源在电路中起）独立电源在电路中起“激励激励”作用，在电路作用，在电路中产生电压、电流，而受控电源只是反映控制回中产生电压、电流，而受控电源只是反映控制回路与被控制回路之间的一种耦合关系，在电路中路与被控制回路之间的一种耦合关系，在电路中不能作为激励。不能作为激励。现在学习的是第52页，共71页1-7 受控源53+5i1i15+10V2i2例例1-6：求：求i2=?解：解：现在学习的是第53页，共71页1-8 基尔霍夫定律541-7 基尔霍夫定律
14、基尔霍夫定律电路的基本规律包含两方面的内容（即两大类电路的基本规律包含两方面的内容（即两大类约束关系）：约束关系）：其一，电路中的各种元件本身具有的约束关其一，电路中的各种元件本身具有的约束关系系元件的伏安关系；元件的伏安关系；其其二二，电电路路的的结结构构整整体体所所遵遵循循的的约约束束关关系系结构约束。结构约束。两两类类约约束束是是解解决决集集总总参参数数电电路路问问题题的的基基本本依依据。据。现在学习的是第54页，共71页1-8 基尔霍夫定律553回路：回路：在电路中，从某一节点出发，又回到该节在电路中，从某一节点出发，又回到该节点的任一闭合路径。且同一节点，同一支路只能点的任一闭合路径
15、。且同一节点，同一支路只能经过一次。经过一次。4网孔：网孔：回路内部不另含回路的回路。回路内部不另含回路的回路。b14325678acd一、几个有关电路结构的名词一、几个有关电路结构的名词1支路：支路：一个具有两个端一个具有两个端钮而由一个或多个元件串钮而由一个或多个元件串联而成的组合，且在电路联而成的组合，且在电路中一段无分支的电路。中一段无分支的电路。2节点：节点：支路的连接点。支路的连接点。现在学习的是第55页，共71页1-8 基尔霍夫定律56二、基尔霍夫电流定律二、基尔霍夫电流定律（Kirchhoffs current law，简写，简写KCL）1定律表述：定律表述：在集总参数电路中，
16、任一时刻，流在集总参数电路中，任一时刻，流入任意节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。入任意节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。数学表示为：数学表示为：若流出节点的电流规定为正，流入节点的电流若流出节点的电流规定为正，流入节点的电流为负，则为负，则KCL可以表示为：可以表示为：i1i2i3i4现在学习的是第56页，共71页1-8 基尔霍夫定律57解：各支路电流的参考方向解：各支路电流的参考方向如图所示。根据如图所示。根据KCL，对，对a节节点，电流方程为：点，电流方程为：(7)-()-(4)-)-i1=0 则则 i1=3A对对b节点，电流方程为：节点，电流方程为：i1+i2+（-2）-(
17、-(10)=0，则，则 i2=9A所得结果表明：所得结果表明：未知电流未知电流i1与与i2的真实方向与图的真实方向与图中的参考方向相同。中的参考方向相同。4A10A7A-2Ai2i1ab例例1-7 应用应用KCL求图示电路求图示电路中的未知电流中的未知电流i1和和i2。现在学习的是第57页，共71页1-8 基尔霍夫定律58由此例可知：由此例可知：（1）把）把KCL应用到某一节点时，首先要指定每一应用到某一节点时，首先要指定每一支路电流的参考方向。支路电流的参考方向。（2）应用）应用KCL时必须要和电流的两套符号打交时必须要和电流的两套符号打交道：道：其一，列其一，列KCL方程时，有关支路电流前
18、的正负方程时，有关支路电流前的正负号的选择。号的选择。其二，各支路电流本身数值的正负号的选择其二，各支路电流本身数值的正负号的选择。现在学习的是第58页，共71页1-8 基尔霍夫定律59.说明说明KCL适用于任何集总参数电路，反映了电适用于任何集总参数电路，反映了电路的互联性质，与电路元件的性质无关。路的互联性质，与电路元件的性质无关。KCL揭揭示示了了在在每每一一节节点点上上电电荷荷的的守守恒恒。在在a节节点点处：处：其中其中dq/dt 为节点为节点a处电荷的变化率或积聚速率。处电荷的变化率或积聚速率。i1i2i3i4现在学习的是第59页，共71页1-8 基尔霍夫定律603.KCL的推广应用
19、的推广应用 KCL对于一个封闭面（常称广义节点）也是适用对于一个封闭面（常称广义节点）也是适用的。即：在集总参数电路中，任一时刻流出（或的。即：在集总参数电路中，任一时刻流出（或流入）任意一个封闭面的电流之代数和为零。流入）任意一个封闭面的电流之代数和为零。例例I1+I2=I3I1I2I3现在学习的是第60页，共71页1-8 基尔霍夫定律61三、基尔霍夫电压定律三、基尔霍夫电压定律（Kirchhoff s voltage law 简写简写KVL）1定律表述定律表述在在集集总总参参数数电电路路中中，任任一一时时刻刻，对对任任意意回回路路，按按一一定定方方向向绕绕行行一一周周，回回路路中中各各支支
20、路路电电压压的的代数和为零。数学表示为：代数和为零。数学表示为：现在学习的是第61页，共71页1-8 基尔霍夫定律62例如：在图示电路中，取回路例如：在图示电路中，取回路、，绕绕行方向行方向皆为顺时针，各支路电压的参考方向如图。皆为顺时针，各支路电压的参考方向如图。回路回路：u1 u3 u2=0回路回路：u2+us u4=0回路回路：u3+u5 us=0+u1 +u2 +u3 +u4 +u5 +-uS应用应用KVL时，若规定支路时，若规定支路电压的参考方向与电压的参考方向与绕绕行方行方向相同时取正，反之取向相同时取正，反之取负，则有：负，则有：现在学习的是第62页，共71页1-8 基尔霍夫定律
21、63由此例可知，由此例可知，（1）应用应用KVL时，应首先标定各支路电时，应首先标定各支路电 压的参压的参考方向，然后规定回路的绕行方向。考方向，然后规定回路的绕行方向。（2）列）列KVL方程时亦有两套符号问题。方程时亦有两套符号问题。2.说明说明 KVL是能量守恒定律在集总参数电路中的具体反映。是能量守恒定律在集总参数电路中的具体反映。KVL适用于任何集总参数电路，与电路元件的适用于任何集总参数电路，与电路元件的性质无关。性质无关。现在学习的是第63页，共71页1-8 基尔霍夫定律643KVL的推广应用的推广应用 KVL既可以用于由导线连接起来的任何回路，也既可以用于由导线连接起来的任何回路
22、，也可以用于开口电路（即广义回路）。可以用于开口电路（即广义回路）。例例1-8 求图示电路中的求图示电路中的ucd。解：在图示电路中，对广解：在图示电路中，对广义回路义回路bcdeb应用应用KVL，有：有：ubc+ucd+ude+ueb =-4+ucd-2-5 =0 则：则：ucd=11V6V+4V 2V+3V +5V2Vabcdef现在学习的是第64页，共71页1-8 基尔霍夫定律65四、举例四、举例 例例1-9 电路如图所示电路如图所示 已知：已知：U1=10V，R1=2，R2=4,R3=5，Us2=4V，Us3=20V，+Us3I1U1UcdUs2abcdefR1R2R3 解：由于解：由
23、于cd间开路，所以间开路，所以Us3和和R3中中无电流通过，仅无电流通过，仅aefba回路中有电流，回路中有电流，设其参考方向如图。设其参考方向如图。由由KVL得得 Uab=U1=I1R1+I1R2+Us2 由此求出由此求出 求：求：cd两点间的开路电压两点间的开路电压Ucd。现在学习的是第65页，共71页1-8 基尔霍夫定律66+Us3I1U1UcdUs2abcdefR1R2R3 将将KVL应用于回路应用于回路cdfec，有，有 Ucd+Udf-I1R2 -Us2+Us3=0 其中由于其中由于R3中无电流，中无电流，Udf=0，即即d、f两点电位相等。两点电位相等。得得 Ucd=Us2-Us
24、3 +I1R2 =4-20+4=-12V现在学习的是第66页，共71页1-8 基尔霍夫定律67例例1-10 电路如图所示电路如图所示+5VU00.1A0.1A2V10 20 10 10 5 abcd求：求：Uac、Uad和和U0。解：解：Uab=0.110=1V Ucd=5+100.1=6V ;Uad=Uac+Ucd=15V 对对中间回路应用中间回路应用KVL，绕行方向为逆时针方向。，绕行方向为逆时针方向。200.2+100.2+2+50.1+U0=0 则则 U0=-8.5VI20 Icd I20 =0.1+0.1=0.2AUbc=200.2+100.2+2=8V Uac=Uab+Ubc=9V
25、 中间回路可视为广义节点中间回路可视为广义节点 Icd=0.1A。转讨论转讨论现在学习的是第67页，共71页68讨论题讨论题求：求：I1、I2、I3 能否很快说出结果能否很快说出结果？1+-3V4V1 1+-5VI1I2I3现在学习的是第68页，共71页1-1电路及电路模型69图示电路中，图示电路中，10V电压源发出的功率为电压源发出的功率为 。考点：电压源、电流源的特点考点：电压源、电流源的特点 KCL80W现在学习的是第69页，共71页1-1电路及电路模型70本章要点：本章要点：1深刻理解和掌握规定电流和电压参考方向的深刻理解和掌握规定电流和电压参考方向的必要性及使用。必要性及使用。2熟练
26、掌握一个元件上电压和电流的参考方向熟练掌握一个元件上电压和电流的参考方向与计算该元件吸收或发出功率表达式的一一对与计算该元件吸收或发出功率表达式的一一对应关系。应关系。3熟练掌握电阻元件熟练掌握电阻元件VAR表达式及其性质。表达式及其性质。4深刻理解独立电源的概念，掌握其特性，理深刻理解独立电源的概念，掌握其特性，理解受控源的概念，掌握其特性。解受控源的概念，掌握其特性。5熟练掌握熟练掌握KCL、KVL定律。定律。现在学习的是第70页，共71页实验安排：时间：实验安排：时间：自自09-1：第第718周周三第周周三第1、2节。节。自自09-2：第第718周周三第周周三第7、8节。节。自自09-3：第第718周周二第周周二第7、8节。节。自自09-4：第第718周周三第周周三第5、6节。节。地点：地点：自动化系馆南楼自动化系馆南楼133房间房间 （其中第（其中第14、16、17周在系馆南楼周在系馆南楼128房间）房间）实验教材：实验教材：电路分析实验与学习指导电路分析实验与学习指导 中国石油大学出版社出版中国石油大学出版社出版现在学习的是第71页，共71页