电路原理第1章_绪论

1、清华大学电路原理教学组 第第1 1章章 绪论绪论 1. 1 1. 1 电路电路 1. 2 1. 2 电流和电压电流和电压 1. 3 1. 3 电路模型的建立和电电路模型的建立和电 路分析的基本观点路分析的基本观点 1. 4 1. 4 电路用于信号处理电路用于信号处理 1. 6 1. 6 电路的分类电路的分类 1. 5 1. 5 电路用于能量处理电路用于能量处理 清华大学电路原理教学组 1.1 1.1 电路电路 一、电路一、电路 （circuits） 电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。 电源电源（source）：提供能量或信号。）：提供能量或

2、信号。 负载负载（load）：将电能转化为其它形式的能量，或对信号）：将电能转化为其它形式的能量，或对信号 进行处理。进行处理。 导线导线（line）、开关（）、开关（switch）等：将电源与负载接成通路。）等：将电源与负载接成通路。 电路是电工设备构成的整体，它为电流（电路是电工设备构成的整体，它为电流（current）的流通提）的流通提 供路径。供路径。 清华大学电路原理教学组 二、为什么要学习电路？二、为什么要学习电路？ 从学术的观点来看从学术的观点来看 电路是电气工程（电路是电气工程（electrical engineering）的基础。）的基础。 电路是计算机科学（电路是计算机科学

3、（computer science）的基础。）的基础。 从实际情况来看从实际情况来看 电路原理是许多高级课程的先修课程。电路原理是许多高级课程的先修课程。 熟练掌握电路原理对现实生活有帮助。熟练掌握电路原理对现实生活有帮助。 三、什么是电气工程？三、什么是电气工程？ 国内习惯的归类与统称国内习惯的归类与统称各学科领域各学科领域国外习惯的归类与统称国外习惯的归类与统称 电气工程电气工程电力工程电力工程 电气工程电气工程 信息科学与技术信息科学与技术 (或电子信息科学与技术或电子信息科学与技术) 控制工程控制工程 通信工程通信工程 电子工程电子工程 计算机科学与技术计算机科学与技术 计算机科学计算

4、机科学 计算机工程计算机工程 统称：电气工程与信息科学统称：电气工程与信息科学 （或电气电子信息科学）（或电气电子信息科学） 统称：电气工程与计算机科学统称：电气工程与计算机科学 （简称（简称EECS、ECE） 四、电路都有哪些作用？四、电路都有哪些作用？ 处理能量处理能量 电能的产生、传输、分配电能的产生、传输、分配 处理信号处理信号 电信号的获得、变换、放大电信号的获得、变换、放大 电路原理电路原理 相互融合的相互融合的信息系统信息系统 (无处不在的无处不在的IT产业产业) 公共公共 基础基础 专门专门 技术技术 应用应用 领域领域 电力系统电力系统 (能量传输与处理能量传输与处理) 控制

5、系统控制系统 (信号反馈与处理信号反馈与处理) 通信系统通信系统 (信号传输与处理信号传输与处理) 信号处理系统信号处理系统*计算机系统计算机系统 电力电子技术电力电子技术 (关注大功率关注大功率) 通信电路通信电路 (关注高频段关注高频段) 微电子技术微电子技术 (集成芯片设计集成芯片设计) 模拟电子线路模拟电子线路数字电子线路数字电子线路 信号与系统信号与系统 *：指各类信号处理课程，包括某些专业的专门课程（如生物医学工程、核电子学等）。：指各类信号处理课程，包括某些专业的专门课程（如生物医学工程、核电子学等）。 五、电路原理的后续课程五、电路原理的后续课程 清华大学电路原理教学组 电路分

6、析电路分析(analysis) 电路理论（电路原理）电路理论（电路原理） 实际电路实际电路电路模型电路模型分析分析 求解方程求解方程 （代数、常微分、偏微分）（代数、常微分、偏微分） 结果结果 电路分析电路分析 电路综合电路综合 电路综合电路综合(synthesis) 六、电路分析与电路综合六、电路分析与电路综合 清华大学电路原理教学组 根据电源性质根据电源性质 直流电路直流电路 交流电路交流电路 根据负荷性质根据负荷性质 电阻电路电阻电路 动态电路动态电路 根据感兴趣的时段根据感兴趣的时段 暂态分析暂态分析 稳态分析稳态分析 七、如何看待电路七、如何看待电路 清华大学电路原理教学组 1.2

7、1.2 电流和电压电流和电压 一、一、 电流电流 （current） 带电质点有规律的运动形成电流。带电质点有规律的运动形成电流。 电流的大小用电流的大小用电流强度电流强度表示。表示。 电流强度：电流强度：单位时间内通过导体横截面的电量。单位时间内通过导体横截面的电量。 0 d ( ) = lim d t qq i t tt 单位名称：安单位名称：安培培 符号：符号：A （Ampere，安培；，安培；1775 1836，France） 清华大学电路原理教学组 电流的参考方向电流的参考方向: : 实际方向实际方向 实际方向实际方向 参考方向：任意选定的一个方向即为电流的参考方向。参考方向：任意选

8、定的一个方向即为电流的参考方向。 i 参考方向参考方向 AB 清华大学电路原理教学组 电流参考方向的电流参考方向的两种表示两种表示： 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。 i 参考方向参考方向 i 参考方向参考方向 i 0 i 0 参考方向参考方向 U + 参考方向参考方向 U + 0 吸收正功率吸收正功率 （实际吸收）（实际吸收） P0 发出正功率发出正功率 （实际发出）（实际发出） P0 发出负功率发出负功率 （实际吸收）（实际吸收） + i u 2. u

9、， i 取非关联参考方向取非关联参考方向 P吸 吸 = ui元件吸收的功率元件吸收的功率 清华大学电路原理教学组 + 5 I UR U1 U2 例例 U1=10V， U2=5V。 分别求电源、电阻的功率。分别求电源、电阻的功率。 I=UR/5=(U1U2)/5=(105)/5=1 A PR吸 吸= URI = 5 1 = 5 W PU1发 发= U1I = 10 1 = 10 W PU2吸 吸= U2I = 5 1 = 5 W P发 发= 10 W， ， P吸 吸= 5+5=10 W P发 发=P吸吸 （功率守恒） （功率守恒） 清华大学电路原理教学组 二、二、 周期信号的有效值（周期信号的有

10、效值（effective value） 有效值也称有效值也称方均根值方均根值 (root-meen-square，简记为，简记为rms) W1=I 2RT R i(t) T tRtiW 0 2 2 d)( T tRtiRTI 0 22 d)( T tti T I 0 2 d)( 1 电压有效值电压有效值 T ttu T U 0 2 def d)( 1 清华大学电路原理教学组 正弦电流、电压的有效值：正弦电流、电压的有效值： 设设 i(t)=Imsin( t + y y ) ttI T I T d ) (sin 1 0 22 m y y 2 0 sin ( ) d T tt y y 2m mm

11、1 0.707 22 IT III T ) sin(2) sin()( m y y y y tItIti T tti T I 0 2 def d)( 1 注意注意:只适用正弦量只适用正弦量 0 1cos2() d 2 T t t y y 0 11 22 T tT m 2II 清华大学电路原理教学组 1.6 1.6 电路的分类电路的分类 一、一、 线性与非线性线性与非线性 线性电路：线性电路：负荷由线性电阻、负荷由线性电阻、 线性受控源等线性元件构成的线性受控源等线性元件构成的 电路。用电路。用线性方程线性方程描述。描述。 非线性电路：非线性电路：负荷中包含负荷中包含 非线性元件的电路。用非线性

12、元件的电路。用非非 线性方程线性方程描述。描述。 非时变（定常）电路：非时变（定常）电路： 负荷由非时变元件构成的电路。负荷由非时变元件构成的电路。 时变电路：时变电路：负荷中包含时变元件的电路。负荷中包含时变元件的电路。 二、二、 时变与非时变时变与非时变 例例 乌鲁木齐发电乌鲁木齐发电 站发出的正弦电磁站发出的正弦电磁 波需要多少时间才波需要多少时间才 能传输到长沙能传输到长沙 ？ 68 310(310 )10ms 50Hz的正弦波周期为的正弦波周期为20ms。经过经过10ms以后，乌鲁木齐以后，乌鲁木齐 发出的电磁波刚刚到达长沙，而此时乌鲁木齐发电机的电发出的电磁波刚刚到达长沙，而此时乌鲁木齐发电机的电 压与长沙的电压正好压与长沙的电压正好反相反相！ Usin(314t) 乌鲁木齐乌鲁木齐 长沙长沙 3000公里公