0800103电路原理-第一章基本概念远程32-1102剖析课件

电路原理3212020年9月28日1电路原理2011年1月远程教学课件浙江大学电工电子教学中心范承志电路原理教程2020年9月28日2电路原理课程介绍1）电路原理是研究电路中发生的电磁现象，利用电路基本理论和基本定律进行分析计算，是理工类学生的一门重要基础课程；2）本课程研究内容包括电网络分析计算方法,正弦稳态交流电路分析,动态电路分析等；3）课程知识的应用领域包括电气工程及自动化、电力电子、电气信息工程、通信工程、电子仪器及测量、计算机、光电工程等.2020年9月28日3课程特点：本课程定位为理工类学生的基础课，主要讲述电路的一般分析计算方法，具有较强的理论性。本课程研究内容是电子线路、信号处理、高频电子线路、自动控制理论、微机控制、计算机、电气驱动、电力电子、电力系统等后续课程的基础。电路原理课程介绍2020年9月28日4课程主要内容基本概念(电路元件,参考方向,基尔霍夫定律);电路分析方法

(支路法,回路法,节点法);电路定理(线性定理,戴微南定律,Y－转换);正弦交流电路的相量计算,阻抗导纳,功率;电路谐振

;正弦交流电路互感现象,对称三相电路计算

;一阶过渡过程（换路定律，RL，

RC电路，）2020年9月28日5主要教材：《电路原理》浙江大学出版社周庭阳等《电路原理》机械工业出版社范承志等电路原理课程介绍主要参考书：《电路》高教出版社邱关源2020年9月28日6第一章电路的基本概念和基本定律主要内容:1>电路元件;2>电压电流的参考方向;3>基尔霍夫定律;4>无源电阻网络的简化;5>Y－变换.

2020年9月28日7第一节电路和电路元件1）由电气设备以各种方式连接组成的总体称为电路。简单电路如手电筒，包括电池、灯泡、开关及连线复杂的电路如超大规模集成电路、通信网络、自动控制系统、高压电网等。2020年9月28日82020年9月28日92）实际电路元件根据其主要物理性质，抽象成理想化的电路模型元件，这些元件包括电阻元件、电感元件、电容元件、独立电源元件、受控源元件、二端口和多端元件等。3）电路计算基本物理量及单位：电流（安培）1安培=1库仑/秒1A=103mA=106A电压（伏特）1伏特=1焦尔/1库仑1V=103mV=106V电功率（瓦特）1瓦特=1安培*1伏特1KW=103W电能（焦尔）1焦尔=1瓦特*秒电能（度）1度=1千瓦小时（KW•h）=3.6×106J2020年9月28日101.1电阻元件电阻：端电压与电流有确定函数关系，体现电能转化为其它形式能量的二端器件，用字母R来表示，单位为欧姆。实际器件如灯泡，电热丝，电阻器等均可表示为电阻元件。

伏安特性是用图形曲线来表示电阻端部电压和电流的关系，当电压电流成比例时（特性为直线），称为线性电阻，否则称为非线性电阻。表示符号伏安特性U=f(I)2020年9月28日11线性电阻的电压电流特性符合欧姆定律

U=R×IUIR=电阻:电导:IUG=电阻元件消耗的功率：U2RP=U×I=I2×R=电阻元件消耗的能量：W==P×t=I2Rt2020年9月28日121.2电容元件1）电容元件是体现电场能量的二端元件，用字母C来表示，其单位为法拉（F）。2）电容上储存的电荷与端电压U之间关系3）当电压和电流如图方向时，有

电容电压与电流具有动态关系.2020年9月28日131.3电感元件1）电感元件是体现磁场能量的二端元件，用字母L来表示，其单位为亨利（F）。2）电感交链的磁通链

与电流i之间有

=Li

3）当电压和电流如图方向时，有

磁链2020年9月28日14电路原理322范承志2020年9月28日151.4独立电源元件1）独立电压源独立电压源两端提供一个恒定或随时间按一定规律变化的电压，与流过电压源的电流无关。

右图是电压源的常用符号，Us表示电压源从正到负有Us伏压降。

非零电压源不能直接短路，两个不等值的电压源不能并联。当电压源数值Us=0时，相当于一根短路线。2020年9月28日162）独立电流源独立电流源端部流出一个恒定或随时间按一定规律变化的电流，与电流源端部电压无关。

右图是电流源的常用符号，Is表示电流源端部流出的电流值。

非零电流源不能开路

，两个不等值的电流源不能串联。当电流源数值Is=0时，相当于电路开路。2020年9月28日17I1=Us1/R1

I2=Us2/R2I3=(Us1＋Us2)/R3I11=I1＋I3I22=I2＋I3电流计算举例当电压源数值Us=0时，相当于一根短路线。当Us2=0V时，I2=0I22=I32020年9月28日18

受控电源是一些实际电路器件的理想化模型，它们的输出电压和电流受到电路中其它部分电压或电流的控制，故又称非独立电源。受控电源分受控电压源和受控电流源，它们为四端元件。1.5受控源元件2020年9月28日19电流控制电流源

CurrentControlCurrentSource

简写为CCCS

三极管集电极电流IC

受基极电流Ib控制。实际三极管元件等效于一个电流控制的电流源。受控源物理模型三极管元件

Ic=

Ib

为电流放大系数受控源模型2020年9月28日20受控源类型电压控制电压源VoltageControlVoltageSource(VCVS)电压控制电流源VoltageControlCurrentSource(VCCS)2020年9月28日21电流控制电压源CurrentControlVoltageSource(CCVS)电流控制电流源CurrentControlCurrentSource(CCCS)2020年9月28日22含受控源电路计算例1图示电路，已知Us=10V,R1=R2=R3=10,=10，求R3上电压为多少？解：控制变量I=R3上电压受控电压源电压I=10×1=10V2020年9月28日23第二节电压电流的参考方向1）支路电流的参考方向是任意规定的正电荷运动方向，图示电路表示电流参考方向为从a流向b。I=1AI=－1A电流代数值是在指定参考方向下的数值。如图电路，若I=1A，则表示实际电流方向与参考方向一致，若I=－1A，则表示实际电流方向与参考方向相反。2020年9月28日242）电压参考方向是指电压降落的方向，可用+、－符号表示，也可以用带箭头线表示，如图所示。电路描述和计算时，首先要设定电压电流的参考方向，然后才能写出表达式，并进行计算。2020年9月28日25电路原理323范承志2020年9月28日26支路电压表达式书写U=I×RU=－I×R电阻上电压电流参考方向不同时，欧姆定律有不同的表达式U=－I×R＋UsU=I×R＋Us支路电压表达式（各串联元件电压降之和）2020年9月28日27U=I×R－UsU=－I×R－Us支路电压表达式（各串联元件电压降之和）注意：熟练书写一段支路的电压表达式是书写各种电路方程的基础，必须熟练掌握！2020年9月28日28参考方向是电路课程的重要概念，电路中电流的描述和计算都是在一定参考方向下进行，电流的表达式、数值和电路中电流的参考方向是密切相关的。电路作业解题计算必须画出电路图,并标注电压电流参考方向！注意：2020年9月28日29电路及参考方向如图，已知R1=R2=R3=10，Us1=Us2=Us3=12V,Is1=1A,Is2=2A,Is3=3A,求Uad。参考方向应用举例解：Uad=U1－U2＋U3U1=Us1+I1×R1=Us1＋Is1×R1=12＋1×10=22V例1：2020年9月28日30U2=I2×R2＋Us2=－Is2×R2+Us2=－2×10＋12=－8VU3=Us3－I3×R3=Us3－Is3×R3=12－3×10=－18VUad=U1－U2＋U3

=22－(－8)＋(－18)=12V2020年9月28日31例2：电路如图,已知求和电压。解：2020年9月28日32功率直流电路中某器件的功率是电压(伏）和电流（安）的乘积注意:上式中U、I均需设定参考方向P=U×I功率的单位是瓦(W)2020年9月28日33电路原理324范承志2020年9月28日34若器件电压电流参考方向一致（称作关联参考方向），如图所示关联参考方向P=U×I>0表示该器件吸收功率；P=U×I<0表示该器件发出功率；则功率计算时：P=U×I2020年9月28日35若器件电压电流参考方向不一致（称作非关联参考方向），如图所示注意：式中U、I均为对应参考方向下的电压电流代数值。非关联参考方向P=U×I>0表示该器件发出功率；P=U×I<0表示该器件吸收功率；则功率计算时：P=U×I2020年9月28日36功率计算例1.电路及方向如图，已知Us=10V,Is=2A,R=10R,求电压源、电流源和电阻的功率。电阻功率：PR=UR×I=－20×(－2)=40W（消耗功率）电压源功率：PU=US×I=10×(－2)=－20W（消耗功率）电流源功率：PI=UI×IS=30×2=60W（发出功率）解：I=－Is=－2AUR=I×R=－2×10=－20VUI=－UR＋Us=20＋10=30V2020年9月28日37最大功率传输如图电路，R0和U0已知，负载R可变，问当R为多大时它吸收的功率最大？当R变化时，为求P的最大值，对P求导，并令最大功率为：解得R=R0，此时电阻R获得最大功率,解：电阻R吸收的功率为2020年9月28日38第三节基尔霍夫定律支路：单个或若干个二端元件所串联成的电路。节点：两条以上支路的交汇点。回路：若干条支路组成的闭合路径。6条支路4个节点3条回路

注意：该电路除上述3条回路外，还可选择多条不同的回路。支路、节点、回路的概念KIRCHHOFF’SLAW2020年9月28日391）基尔霍夫电流定律电路中任一节点电流的代数和为零其中流出节点的电流取正号，流入节点的电流取负号。节点1：－I1＋I2＋I3=0节点2：－I3＋I4＋I5=0节点3：－I2－I4＋I6=0节点4：I1－I5－I6=0Kirchhoff’sCurrentLaw(KCL)2020年9月28日402）基尔霍夫电压定律电路任一闭合回路中各支路电压（元件电压）的代数和为零支路（元件）电压方向与回路绕行方向一致时取正号，相反时取负号。回路1：－U2＋U3＋U4=0回路2：－U1－U5－U3=0回路3U4＋U6－U5=0注意：支路电压方向取为与支路电流方向一致。Kirchhoff’sVoltageLaw(KVL)2020年9月28日41回路1：I3×R3＋I4×R4＋Us2=0回路2：Us1－I5×R5－I3×R3=0回路3：I4×R4＋I6×R6－I5×R5=0把支路电压用支路元件电压来表示，得：2020年9月28日42回路1：I3×R3＋I4×R4=－Us2回路2：－I5×R5－I3×R3=－Us1回路3：I4×R4＋I6×R6－I5×R5=0上式可写为

任一支路电阻压降代数和等于电压源代数和，电阻电流方向与回路方向一致时，RI前取正号，反之为负；电压源压降方向与回路方向一致时，Us为负，反之为正。得KVL的另一个形式为：电压降电压升2020年9月28日43利用基尔霍夫定律解复杂电路

右图电路，若电阻和电压源的数值均已知，则由KCL和KVL得方程：节点1：－I1＋I2＋I3=0节点2：－I3＋I4＋I5=0节点3：－I2－I4＋I6=0回路1：I3×R3＋I4×R4＋Us2

=0回路2：－I5×R5－I3×R3＋Us1=0回路3：I4×R4＋I6×R6－I5×R5=0由上面6个方程可解出6个支路电流变量。2020年9月28日44电路原理325范承志2020年9月28日45第四节无源电阻网络的简化1）一端口网络的简化一端口网络：任一复杂电路通过两个连接端子与外电路相连。无源一端口网络：一端口网络内无独立电源，称为无源一端口网络，常用方框加P来表示一个无源网络。无源一端口网络可简化为一等值电阻。2020年9月28日46Ro=R1＋1》利用串并联方法简化串联电路电压计算:分压公式2020年9月28日47并联电路电流计算:分流公式2020年9月28日482》利用电路的对称性简化例1图示电路，R1=1，R2=2，R3=2，R4=4，R5=1，求Rab？解：由于R1/R3=R2/R4，一端口网络为平衡电桥，电阻R5上的电压和电流为零，在电路计算时可移去R5电阻，可得简化规则：电路中某一条支路电流为零，则该支路可开路电路中某一条支路电压为零，则该支路可短路2020年9月28日492）Y－变换1）Y－变换概念：Y型电路型电路2020年9月28日50Y－等效转换如果左图中连接的三个电阻R12、R23、R31用右图Y连接的三个电阻R1、R2、R3来替换，并使流入三个端部的电流和端部电压保持不变，对于外电路来说，Y或电路等效，这种变换为Y－等效转换。为使得变换后外电路状况不变，Y和连接的电阻数值要满足一定转换关系。2020年9月28日51Y－变换电阻等效公式断开3端，1－2端电阻应相等同理，分别断开2和1端，有等式2020年9月28日