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1、电子信息导论第四讲电路分析基础第1页，本讲稿共37页1、绪论、绪论p主要内容是：主要内容是：p 1）课程定位）课程定位p 2）发展过程回顾）发展过程回顾p 3)电路理论的应用电路理论的应用第2页，本讲稿共37页11 课程定位课程定位p“电路电路”课程是高等学校电子信息与电课程是高等学校电子信息与电气信息类专业的重要的基础课，是所有气信息类专业的重要的基础课，是所有弱电专业和强电专业的必修课。该课程弱电专业和强电专业的必修课。该课程是电子信息类专业的一门专业基础核心是电子信息类专业的一门专业基础核心课程和骨干课程，对培养学生分析电路课程和骨干课程，对培养学生分析电路的基础知识、基本能力和综合素质
2、具有的基础知识、基本能力和综合素质具有其他任何电类课程不能替代的重要作用。其他任何电类课程不能替代的重要作用。同时是电类各专业的考研科目之一。同时是电类各专业的考研科目之一。第3页，本讲稿共37页111 电路理论的主要内容电路理论的主要内容p 本课程是电路理论的基础课程，以电路本课程是电路理论的基础课程，以电路分析为主，探讨电路的基本概念、基本定分析为主，探讨电路的基本概念、基本定律和定理，并讨论各种计算方法。本课程律和定理，并讨论各种计算方法。本课程系统地介绍电路的基本理论、线性电阻电系统地介绍电路的基本理论、线性电阻电路的分析方法正弦交流电路的稳态计算方路的分析方法正弦交流电路的稳态计算方
3、法、电路的暂态分析方法、二端口网络、法、电路的暂态分析方法、二端口网络、网络图论的基本知识、非线性电阻电路以网络图论的基本知识、非线性电阻电路以及电路实验的基本原理、实验方法等。及电路实验的基本原理、实验方法等。第4页，本讲稿共37页112 重要性说明及先修课重要性说明及先修课pp 掌握电路的基本理论知识，基本分掌握电路的基本理论知识，基本分析方法和基本实验技能。为学习电子信析方法和基本实验技能。为学习电子信息、电气工程、自动化、计算机等专业息、电气工程、自动化、计算机等专业的专业课建立必要的理论基础。为培养的专业课建立必要的理论基础。为培养厚基础、宽口径厚基础、宽口径“复合型复合型”高级工程
4、技术高级工程技术人才打下坚实基础。人才打下坚实基础。pp 本课程的先修课程是普通物理学电本课程的先修课程是普通物理学电磁部分磁部分高等数学。高等数学。第5页，本讲稿共37页113 电路课程有利于培养想象能力电路课程有利于培养想象能力和创新能力和创新能力pp 电路课程逻辑性较强，许多章节展示电路课程逻辑性较强，许多章节展示了科学研究的方法，假设、论证、推理、了科学研究的方法，假设、论证、推理、归纳、结论，无不使学生得到科学研究归纳、结论，无不使学生得到科学研究的训练，这对于培养学生想象能力和创的训练，这对于培养学生想象能力和创新能力具有重要意义。新能力具有重要意义。第6页，本讲稿共37页114“
5、电路电路”课程作为必修技术基础课程作为必修技术基础课程的专业课程的专业 （1）电子信息工程。）电子信息工程。p（2）自动化。）自动化。p（3）计算机科学与技术。）计算机科学与技术。p（4）电子科学与技术。）电子科学与技术。p（5）通信工程。）通信工程。p（6）电气工程及其自动化。）电气工程及其自动化。p（7）生物医学工程。）生物医学工程。p（8）机械工程与自动化）机械工程与自动化*。p（9）信息工程）信息工程*。第7页，本讲稿共37页12发展过程回顾p1，到，到20世纪世纪50年代末，电路理论在学年代末，电路理论在学术体系上基本完善，这一发展阶段称为术体系上基本完善，这一发展阶段称为经典电路理
6、论阶段。经典电路理论阶段。p2，之后的十年间，电路理论无论在深，之后的十年间，电路理论无论在深度和广度方面均得到长足的发展。因此度和广度方面均得到长足的发展。因此又称又称20世纪世纪60年代以后的电路理论为年代以后的电路理论为近代电路理论近代电路理论。第8页，本讲稿共37页近代电路理论的主要特点p1）是吉尔曼（）是吉尔曼（Guillemin）将网路图论引入电路理）将网路图论引入电路理论之中。它为应用计算机进行电路分析和集成电路布论之中。它为应用计算机进行电路分析和集成电路布线与板图设计等研究提供了有利的工具。线与板图设计等研究提供了有利的工具。p2）是出现大量新的电路元件、有源器件，如使用低电
7、压）是出现大量新的电路元件、有源器件，如使用低电压的的MOS电路，摒弃电感元件的电路，进一步摒弃电阻的电路，摒弃电感元件的电路，进一步摒弃电阻的开关电容电路等。当前，有源电路的综合设计正在迅速发开关电容电路等。当前，有源电路的综合设计正在迅速发展之中。展之中。p3）是在电路分析和设计中应用计算机后，使得对电路）是在电路分析和设计中应用计算机后，使得对电路的优化设计和故障诊断成为可能，大大地提高了电子产的优化设计和故障诊断成为可能，大大地提高了电子产品的质量并降低了成本。品的质量并降低了成本。第9页，本讲稿共37页13 电路理论的应用电路理论的应用131为后续课程的理论基础为后续课程的理论基础
8、(1）模拟电子技术）模拟电子技术;(2）数字电子技术）数字电子技术;pp(3）信号与系统）信号与系统;(4）通信电路）通信电路;pp(5）电视机原理）电视机原理;(6)集成电路设计集成电路设计;pp(7)自动控制自动控制;(8)微波技术微波技术.pp等课程都用到电路理论。等课程都用到电路理论。第10页，本讲稿共37页132在科学技术发展中作用p电路理论与众多学科相互影响和相互促进。例如，电路理论与众多学科相互影响和相互促进。例如，电路理论在电力系统中应用，产生了电力系统分电路理论在电力系统中应用，产生了电力系统分析这门学科，并为电力系统运行分析建立了理论析这门学科，并为电力系统运行分析建立了理
9、论体系。而当代电子技术从电子管、半导体晶体管、体系。而当代电子技术从电子管、半导体晶体管、集成电路到大规模集成电路，更离不开电路理论集成电路到大规模集成电路，更离不开电路理论的支持和它的发展。当然，电子技术的发展也促的支持和它的发展。当然，电子技术的发展也促进了电路理论的发展。例如新型电子元器件的出进了电路理论的发展。例如新型电子元器件的出现，促使电路模型的多样化和建模理论的发展。现，促使电路模型的多样化和建模理论的发展。第11页，本讲稿共37页 1.1.3在工程技术实际和生活实际中在工程技术实际和生活实际中p电路理论有非常广阔的应用。从简单的照明电路理论有非常广阔的应用。从简单的照明电路，到
10、复杂的电力系统；从单个的手提电电路，到复杂的电力系统；从单个的手提电话、收音机、电视机到卫星通信网络、计算话、收音机、电视机到卫星通信网络、计算机互联网，都与电路理论有一定的联系。可机互联网，都与电路理论有一定的联系。可以说，在涉及电能的产生、传输和使用的地以说，在涉及电能的产生、传输和使用的地方，都有电路理论的应用。而在信息产生、方，都有电路理论的应用。而在信息产生、信息传递、信息处理的绝大多数场合，都可信息传递、信息处理的绝大多数场合，都可见到电路理论应用的例子。电路理论已经和见到电路理论应用的例子。电路理论已经和我们的生活密不可分。我们的生活密不可分。第12页，本讲稿共37页p1）电路模
11、型电路模型p2）电路的分类电路的分类p3）电路的组成）电路的组成p4）电路的元件）电路的元件p5）电路定律）电路定律p以下分别介绍之：以下分别介绍之：2电路的基本概念、元件和定律电路的基本概念、元件和定律第13页，本讲稿共37页2.1 电路模型电路模型pp2、1、1 电路模型的含义电路模型的含义pp所谓电路（所谓电路（CircuitCircuit）模型，是由电的元件或器）模型，是由电的元件或器）模型，是由电的元件或器）模型，是由电的元件或器件相互连接所构成的电流的通路。简称为电路。件相互连接所构成的电流的通路。简称为电路。件相互连接所构成的电流的通路。简称为电路。件相互连接所构成的电流的通路。
12、简称为电路。复杂的电路又常称为网络。当然，网络的含义比复杂的电路又常称为网络。当然，网络的含义比复杂的电路又常称为网络。当然，网络的含义比复杂的电路又常称为网络。当然，网络的含义比较广泛，电路基础课中，所称的网络均指电网络。较广泛，电路基础课中，所称的网络均指电网络。较广泛，电路基础课中，所称的网络均指电网络。较广泛，电路基础课中，所称的网络均指电网络。第14页，本讲稿共37页2、2电路的分类如下电路的分类如下 p（1）集总参数电路与分布参数电路）集总参数电路与分布参数电路p（2）线性电路与非线性电路）线性电路与非线性电路p（3）时不变电路与时变电路）时不变电路与时变电路p（4）电子电路与电力
13、电路）电子电路与电力电路p（5）简单电路与复杂电路）简单电路与复杂电路第15页，本讲稿共37页2、3电路的组成电路的组成p实际电路由三部分组成：实际电路由三部分组成：p电源：是向电路提供电能的能源，简称电源，电源：是向电路提供电能的能源，简称电源，它的作用是将其他形式的能量转换为电能；它的作用是将其他形式的能量转换为电能；p负载：是用电装置，统称其为负载，它将电负载：是用电装置，统称其为负载，它将电源供给的电能转换为其他形式的能量；源供给的电能转换为其他形式的能量；p中间环节：是连接电源与负载的中间部分的中间环节：是连接电源与负载的中间部分的电路电路，第16页，本讲稿共37页2.4 电路元件p
14、2.4.1、实际元件与理想元件：、实际元件与理想元件：p电路中，每种元件通过端子的两种物理量反映一电路中，每种元件通过端子的两种物理量反映一种确定的电磁性质。元件的两个端子的电路物理种确定的电磁性质。元件的两个端子的电路物理量之间的代数函数关系称为元件的外（或端子）量之间的代数函数关系称为元件的外（或端子）特性（亦称元件特性）。在建立实际的电路模型特性（亦称元件特性）。在建立实际的电路模型时，常常需要将实际的元件作理想化处理，即突时，常常需要将实际的元件作理想化处理，即突出元件的主要特性，而忽略其次要特性，这样的出元件的主要特性，而忽略其次要特性，这样的元件成为理想元件元件成为理想元件第17页
15、，本讲稿共37页2、4、2 集总参数元件和分布参数p实际电路元件的运用实际电路元件的运用,一般都和电能的消耗现象及电、磁一般都和电能的消耗现象及电、磁能的贮存现象有关，它们交织在一起并发生在整个部件中。能的贮存现象有关，它们交织在一起并发生在整个部件中。这里所谓的这里所谓的“理想化理想化”指的是：假定这些现象可以分别研究，指的是：假定这些现象可以分别研究，或突出其主要特性，忽略其次要特性。或突出其主要特性，忽略其次要特性。p 1）集中参数元件：并且这些电磁过程都分别集中在各）集中参数元件：并且这些电磁过程都分别集中在各元件内部进行；这样的元件元件内部进行；这样的元件(电阻、电容、电感电阻、电容
16、、电感)称为集总称为集总参数元件，简称为集总元件。由集总元件构成的电路称为参数元件，简称为集总元件。由集总元件构成的电路称为集总参数电路。集总参数电路。p用集总参数电路模型来近似地描述实际电路是有条件的，用集总参数电路模型来近似地描述实际电路是有条件的，它要求实际电路的尺寸它要求实际电路的尺寸(长度长度)要远小于电路工作时电磁要远小于电路工作时电磁波的波长波的波长,即即L 第18页，本讲稿共37页2）分布参数元件）分布参数元件p所谓分布参数元件：是指在电路的任意点所谓分布参数元件：是指在电路的任意点都包含着电阻、电容和电感元件，而无法都包含着电阻、电容和电感元件，而无法集中的表示表示，这样的元
17、件分布规律，集中的表示表示，这样的元件分布规律，称为分布参数元件。关于分参数元件，将称为分布参数元件。关于分参数元件，将在微波技术中讲述。分布参数元件出现的在微波技术中讲述。分布参数元件出现的条件是：实际电路的尺寸条件是：实际电路的尺寸(长度长度)要远小要远小于电路工作时电磁波的波长于电路工作时电磁波的波长,即即L 0.1 第19页，本讲稿共37页2、4、3无源器件p1）电阻元件）电阻元件p电阻元件是从实际电阻器抽象出来的模型，它具有讲电电阻元件是从实际电阻器抽象出来的模型，它具有讲电能转换称其他能量的特性，而不课逆转。能转换称其他能量的特性，而不课逆转。p2）电容元件）电容元件p电容器是一种
18、能储存电荷或者说储存电场能量的部件电容器是一种能储存电荷或者说储存电场能量的部件p3）电感元件）电感元件p电感元件是一种存储磁能的元件，在工程中广泛应电感元件是一种存储磁能的元件，在工程中广泛应用导线绕制的线圈来实现用导线绕制的线圈来实现第20页，本讲稿共37页2、4、4有源元件有源元件p1）理想电压源）理想电压源p不管外部电路如何，其两端电压总能保不管外部电路如何，其两端电压总能保持定值或一定的时间函数的电源定义为持定值或一定的时间函数的电源定义为理想电压源。又称恒压源。理想电压源。又称恒压源。p2）理想电流源）理想电流源p不管外部电路如何，其输出电流总能保持不管外部电路如何，其输出电流总能
19、保持定值或一定的时间函数的电源定义为理想定值或一定的时间函数的电源定义为理想电流源。电流源。第21页，本讲稿共37页p3）受控源）受控源p所谓受控源，即大小方向受电路中其它地方的电压或所谓受控源，即大小方向受电路中其它地方的电压或电流控制的电源，受控源有四种形式电流控制的电源，受控源有四种形式：p（1）VCVS;(2)CCVS;(3)VCCS;(4)CCCS第22页，本讲稿共37页2.5电路基本定律p1）欧姆定律）欧姆定律:注意其适用范围是线性电阻电路；注意其适用范围是线性电阻电路；p2）基尔霍夫定律：它包括两个定律）基尔霍夫定律：它包括两个定律 （1）KCL;(2)KVL，这两个定律适用范围
20、：这两个定律适用范围：a)线性和非线性电路；线性和非线性电路；b）直流电路和交流电路；）直流电路和交流电路；c)集中参数电路和分布参数电路。集中参数电路和分布参数电路。第23页，本讲稿共37页3.电路的变量p1）电流：电荷有规则的定向运动，形成传导电流。）电流：电荷有规则的定向运动，形成传导电流。应注意电流的实际方向和参考方向的关系。应注意电流的实际方向和参考方向的关系。p2）电压）电压p两点之间的电位之差即是两点间的电压。应注意电压两点之间的电位之差即是两点间的电压。应注意电压的实际方向和参考方向的关系的实际方向和参考方向的关系p3）电功率）电功率p单位时间做功大小称作功率，或者说做功的速率
21、称单位时间做功大小称作功率，或者说做功的速率称为功率为功率，应注意功率正、负号的物理意义应注意功率正、负号的物理意义。第24页，本讲稿共37页4、电路的等效、电路的等效pp 1 1）等效定义）等效定义）等效定义）等效定义pp若若若若BB与与与与C C具有相同的电压电流关系即相同的具有相同的电压电流关系即相同的具有相同的电压电流关系即相同的具有相同的电压电流关系即相同的VARVAR，则称，则称，则称，则称BB与与与与C C是互为等效的。这就是电路等效的一般定义是互为等效的。这就是电路等效的一般定义是互为等效的。这就是电路等效的一般定义是互为等效的。这就是电路等效的一般定义第25页，本讲稿共37页
22、pp2 2）等效条件）等效条件）等效条件）等效条件pp电路等效变换的条件是相互代换的两部分电路等效变换的条件是相互代换的两部分电路具有相同的电路具有相同的VAR。即对变化电路的。即对变化电路的外部是等效的，对内部电路不一定等效。外部是等效的，对内部电路不一定等效。pp3）等效对象）等效对象pp电路等效的对象是电路等效的对象是A(也就是电路未变化也就是电路未变化的部分的部分)中的电流、中的电流、电压、电压、功率。功率。第26页，本讲稿共37页5、电路的基本分析方法、电路的基本分析方法p 1）支路电流法，该方法同时应用）支路电流法，该方法同时应用KCL和和 KVLp 2）网孔分析法：应用）网孔分析
23、法：应用KVL，而隐含，而隐含KCLp 3）节点电位法）节点电位法:引用引用KCL,而隐含而隐含KVL第27页，本讲稿共37页6、常用的电路定理、常用的电路定理6、1 叠加定理和齐次定理叠加定理和齐次定理6、2 置换定理置换定理6、3 戴维南定理与诺顿定理戴维南定理与诺顿定理6、4 互易定律互易定律*（一般不作讲授，属于自学内容）（一般不作讲授，属于自学内容）这里需要强调指出：上述四个定理，仅适用于线性这里需要强调指出：上述四个定理，仅适用于线性电路，而不适用于非线性电路。电路，而不适用于非线性电路。第28页，本讲稿共37页 1 1）叠加定理和齐次定理）叠加定理和齐次定理）叠加定理和齐次定理）
24、叠加定理和齐次定理pp 2 2）置换定理）置换定理）置换定理）置换定理pp置换定理置换定理置换定理置换定理(又称替代定理又称替代定理又称替代定理又称替代定理)可表述为：具有唯一解的电可表述为：具有唯一解的电可表述为：具有唯一解的电可表述为：具有唯一解的电路中，若知某支路路中，若知某支路路中，若知某支路路中，若知某支路k k的电压为的电压为的电压为的电压为 U Uk k，电流为，电流为，电流为，电流为 I Ik k，且该支，且该支，且该支，且该支路与电路中其他支路无耦合路与电路中其他支路无耦合路与电路中其他支路无耦合路与电路中其他支路无耦合,则无论该支路是由什么元件则无论该支路是由什么元件则无论
25、该支路是由什么元件则无论该支路是由什么元件组成的，都可用下列任何一个元件去置换：组成的，都可用下列任何一个元件去置换：组成的，都可用下列任何一个元件去置换：组成的，都可用下列任何一个元件去置换：pp (1)(1)电压等于电压等于电压等于电压等于 的理想电压源的理想电压源的理想电压源的理想电压源UUk k；pp (2)(2)电流等于电流等于电流等于电流等于 的理想电流源的理想电流源的理想电流源的理想电流源I Ik k；pp (3)(3)阻值为阻值为阻值为阻值为 该支路的等效该支路的等效该支路的等效该支路的等效的电阻的电阻的电阻的电阻UUk k/I/Ik k。第29页，本讲稿共37页3）戴维南定理
26、与诺顿定理）戴维南定理与诺顿定理p戴维南定理戴维南定理:对于二端有源网路来说，对于二端有源网路来说，可等效为一个理想电压源与内阻的串联模可等效为一个理想电压源与内阻的串联模型。其理想电压源的数值为有源二端电路型。其理想电压源的数值为有源二端电路N的两个端子间的开路电压的两个端子间的开路电压，串联的内阻，串联的内阻为为N内部所有独立源等于零内部所有独立源等于零(理想电压源理想电压源短路，理想电流源开路短路，理想电流源开路)，受控源保留时，受控源保留时两端子间的等效电阻两端子间的等效电阻。第30页，本讲稿共37页4）、诺顿定理诺顿定理p诺顿定理诺顿定理(Nortons Theorem)可表述为：可
27、表述为：一个含独立电源、线性受控源和线性电阻的二一个含独立电源、线性受控源和线性电阻的二端电路端电路N，对两个端子来说都可等效为一个理想，对两个端子来说都可等效为一个理想电流源与内阻并联的模型。其理想电流源的数值电流源与内阻并联的模型。其理想电流源的数值为有源二端电路为有源二端电路N的两个端子短路时其上的电流的两个端子短路时其上的电流，并联的内阻等于，并联的内阻等于N内部所有独立源为零时电路内部所有独立源为零时电路两端子间的等效电阻两端子间的等效电阻第31页，本讲稿共37页7、单相及三相正弦交流电路、单相及三相正弦交流电路p7、1单相正弦交流电路单相正弦交流电路p 1）正弦量的表示法）正弦量的
28、表示法p 2）单一参数的正弦交流电路）单一参数的正弦交流电路p 3）阻抗和导纳）阻抗和导纳p 4)复杂正弦交流电路复杂正弦交流电路p7、2三相正弦交流电三相正弦交流电 三相正弦交流电在生产、变换、输送、分配、应用等三相正弦交流电在生产、变换、输送、分配、应用等方面有着突出的优势。方面有着突出的优势。p常用的是对称三相正弦交流电：即由三个交流电压大常用的是对称三相正弦交流电：即由三个交流电压大小相等，频率相同而相位依次相差小相等，频率相同而相位依次相差120度的正弦交度的正弦交流电源。流电源。第32页，本讲稿共37页8、互感电路、互感电路p互感是一种电磁耦合现象互感是一种电磁耦合现象,在工程上用
29、它来传递能在工程上用它来传递能量或电信号。如变压器、电流互感器、电压互感量或电信号。如变压器、电流互感器、电压互感器等就是利用互感现象工作的。此外互感现象也器等就是利用互感现象工作的。此外互感现象也会产生不希望出现的寄生耦合而造成干扰。这是会产生不希望出现的寄生耦合而造成干扰。这是需要竭力防止的。需要竭力防止的。第33页，本讲稿共37页9、系统函数p现代电路理论愈来愈看重与系统理论的融合。系统的概念现代电路理论愈来愈看重与系统理论的融合。系统的概念十分广泛十分广泛,从电路的角度看，系统往往是一个复杂、庞大从电路的角度看，系统往往是一个复杂、庞大的电路，素有网络之称。实际上却很难从表象上区分什么
30、的电路，素有网络之称。实际上却很难从表象上区分什么是电路什么是系统。两者的区别主要是在观点上和处理问是电路什么是系统。两者的区别主要是在观点上和处理问题的方法上。电路理论的观点是研究元件或支路上的电流、题的方法上。电路理论的观点是研究元件或支路上的电流、电压或功率，而从系统理论出发则是着重研究输入与输出电压或功率，而从系统理论出发则是着重研究输入与输出量之间的关系。这种输出与输入量之间的关系成为系统函量之间的关系。这种输出与输入量之间的关系成为系统函数。数。第34页，本讲稿共37页10、双口网络、双口网络p1）基本含义：追溯到）基本含义：追溯到1921年，布瑞赛（年，布瑞赛（Breisig）就
31、）就提出所谓提出所谓“黑盒子黑盒子”理论，即不去追究网路内部的情况而理论，即不去追究网路内部的情况而只是从输入口和输出口的电流、电压方面去讨论网路的特只是从输入口和输出口的电流、电压方面去讨论网路的特性。性。p2）问题分类：）问题分类：p 网络分析；网络分析；p 网路综合网路综合第35页，本讲稿共37页11、现代电路理论中的新器件、现代电路理论中的新器件p经典电路理论以经典电路理论以R、L、C及电源作为电路的基本元件及电源作为电路的基本元件进行分析研究。随着半导体集成电路的出现，用线性集进行分析研究。随着半导体集成电路的出现，用线性集成组件（运算放大器和数字集成芯片）可以构成很多不成组件（运算
32、放大器和数字集成芯片）可以构成很多不同功能的应用电路和新的组件，而且这些组件有定型的同功能的应用电路和新的组件，而且这些组件有定型的端口特性。从电路理论角度讲，这些集成组件与端口特性。从电路理论角度讲，这些集成组件与R、L、C等同处于电路元件的地位，命名为现代电路理论中的等同处于电路元件的地位，命名为现代电路理论中的新器件。电路理论的基本分析方法是模型化的方法，即新器件。电路理论的基本分析方法是模型化的方法，即它是针对其端口特性建立电路模型，进而讨论整体电路它是针对其端口特性建立电路模型，进而讨论整体电路的分析计算方法和设计方法。的分析计算方法和设计方法。ppp第36页，本讲稿共37页2008-7-25电子信息科学与技术专业发展战略研究报告37 谢谢 谢谢！第37页，本讲稿共37页