华科-电路原理-配汪健的

电路原理电气信息类学科基础课程电子教案

汪建1编辑版pppt序言一、本课程的性质与任务学科基础课程先修课程:高等数学,大学物理电路理论研究的三个分支电路分析电路综合故障诊断输入（激励）电路输出（响应）？输入（激励）输出（响应）？电路理论和电磁场理论是两个基本理论电路理论对电气信息学科各专业领域的深入研究极有价值，是最重要的专业基础课之一电路理论涉及高等数学、应用数学、物理学和拓扑学等基础学科的知识2编辑版pppt2、认真听课，课前应尽可能预习，适当作听课笔记3、学习中要注重基本概念，并在自己的实践中加深理解4、善于总结5、遵守学习纪律6、重视作业,独立完成作业;加强课后练习三、关于教学内容的安排上册Ch1电路的基本定律和电路元件课内学时8Ch2电路的分析方法之一—等效变换法课内学时6序言二、怎样学好《电路理论》课程1、正确认识学科基础课程的重要性,对本课的学习予以重视3编辑版pppt下册Ch7三相电路课内学时6Ch8周期性非正弦稳态电路课内学时6Ch9二端口网络课内学时8Ch10动态电路的时域分析课内学时14Ch11网络的复频域分析课内学时6共88学时序言Ch3电路的分析方法之二—电路方程法课内学时8Ch4电路的分析方法之三—运用电路定理法课内学时6Ch5正弦稳态电路分析课内学时12Ch6谐振电路与互感耦合电路课内学时84编辑版pppt

《电路原理》（上、下册）汪建主编清华大学出版社出版教材和主要参考书目参考书目1.《电路》邱关源主编高等教育出版社出版2.《电路原理》周守昌主编高等教育出版社出版3.《新编电路题解》汪建主编华中科技大学出版社出版

教材5编辑版pppt第一章6编辑版pppt第一章电路的基本定律和电路元件

描述电路特性的两个基本物理量，电压和电流的

参考方向基尔霍夫电流定律和电压定律（电路分析的基本依据之一）1-1电路的基本概念（明确讨论对象）1-1-1电路–+电路元件（电阻、电容、电感、独立电源和受控电源等）奇异函数及波形的表示法7编辑版pppt1-1电路的基本概念1-1-1电路~~~~~ElectriccircuitofaradioreceiverantennaL10.445HC4C22200PFC30.1U1SBL-113,42,5,678Q1OscillatorR2R1R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18++++___12VdcL31mHL222.7H4710K10K220100K100K1M15K15K10K4710C191091055320.11.0

F1.0

F100

F100

F100

F0.00330.10.00220.470.1AudioOutput7MHztoU1.pin8U2BU2AU3Audiopoweramp56732184236548编辑版pppt电路（电网络）是互相连接起来的电源与负载的总体，电流能在其中流通.电路中存在三种基本电磁效应.（能量的损耗；电场能量的储存；磁场能量的储存。）电源负载中间环节1、电路的3个基本组成部分1-1电路的基本概念1-1-1电路–+2、集中参数电路和分布参数电路集中参数电路u(t)i(t)常微分方程分布参数电路u(x,t)i(x,t)偏微分方程dmax0.01mindmax0.01min9编辑版pppt1-1-2理想电路元件,电路模型理想电路元件(电路元件)单一电磁性质可用数学加以严格定义电路模型(由理想元件构成）1-2电压和电流及其参考方向1-2-1电压和电位1、电压概念和定义式dlEabu=dwdqu=

albEdldq实际电器件10编辑版pppt备注：电压的单位,直流和交流电压

电压是代数量库仑电场的基本特点:Ecdl

=0abmn两点间电压与所经过的路径无关

如果E=EC

（仅有库仑电场）

如果E=En

（仅有非库仑电场）电动势的概念非库仑电场对正电荷施力的特点2、电位

概念(参考点)

电压（电位差）ou=

albEdl11编辑版pppt

电位的相对性3、电压的参考方向（或参考极性）

电压真实方向的习惯规定:从高电位指向低电位ER+-UR1R2R3R4R5R6E

电压参考方向的表示，意义+-u以端点标号为下角标表示，

uabab应用电位概念时的隐含表示:参考点为-参考方向的任意性，真实方向的客观性12编辑版pppt1-2-2电流1、电流的含义物理现象物理量（电流强度）,单位,直流及交流电流Si=dqdt面元Si=

s•dS正电荷运动方向三种形式的电流及全电流的连续性传导电流(

c)

:导电媒质中自由电子或离子在电场作用下的有规则的运动

对流电流(

)

:带电粒子在自由空间运动形成的电流,又称徙动电流位移电流(

D):变化的电场使电介质中的束缚电荷位移形成的电流S(

c+

+D)ds=0(ic+i

+iD)=0S全电流的连续性:13编辑版pppt2、电流的参考方向电流实际方向的习惯规定ERR1R2R3R4R5R6EI电流参考方向的表示，意义i1-2-3电流和电压的关联参考方向，电功率+-ui关联参考方向的含义+-ui14编辑版pppt电压的参考方向（或参考极性）+-u

uabab电流的参考方向i+-ui电压与电流的关联参考方向:电流从电压的正极性端流入,也称关联正向电功率的定义及其计算:p=dW/dtp=uip=uip=-ui两式都表示元件（或该段电路）吸收的功率+-ui+-UIP=UI=(-20)I=40I=-2AP=-UI

=–(-20)I

=40I=2AI

例已知u=-20V,吸收的功率为40w,求电流的大小并标出其真实方向。15编辑版ppptp=uip=-ui功率能量,有源和无源电路强调:分析电路时必须给出电量的参考方向1234567+-ui+-ui1-2-3电流和电压的关联参考方向，电功率问题：一个电路的各部分电压之间或电流之间是如何互相联系的？+-u1i1i2i3i4i5i6i7+-u316编辑版pppt1-3基尔霍夫定律一些术语二端元件（或称一端口元件）支路（branch）支路电流支路电压节点（node）回路（loop）1234567+-u1i1i2i3i4i5i6i71512341-3-1基尔霍夫电流定律（KCL）1、定律内容

ik(t)=013支路14支路65支路7支路417编辑版pppt1-3-1基尔霍夫电流定律（KCL）1、定律内容

ik(t)=01234567+-u1i1i2i3i4i5i6i7151234例2、备注

定律与电路元件的性质无关需注意的问题练习:接地电流等

定律对包围部分电路的任一闭合曲面也适用1-3-2基尔霍夫电压定律（KVL）1、定律内容

uk(t)=0i1+i2+i4=0–i1–i3+i6=0–i1–i2+i5+i6=018编辑版pppt1-3-2基尔霍夫电压定律（KVL）1、定律内容uk(t)=01234567+-u1i1i2i3i4i5i6i7151234例2、备注

定律与电路元件的性质无关需注意的问题对虚拟回路也适用与引入电位概念的等价性i1i2i3i4i5i6i7151234u1+u6–u7–u4=0节点1节点2节点3节点5支路2支路3支路4u35–u4+u2+u3=019编辑版pppt1-4奇异函数及波形的表示法1-4-1定义与波形1、单位斜坡函数r(t)（unitramp）定义波形0t0tt0r(t)=110tr(t)r(t)导函数的波形，奇异函数的概念2、单位阶跃函数1(t)

（unitstep）1）波形，定义式0t1dr(t)dt20编辑版pppt1-4奇异函数及波形的表示法例1延迟单位阶跃函数1(t)=0t<01t>001f(t)t0tf(t)=0t<t01t>t0t–t0<0t–t0>0f(t)=1(t–t0)单位阶跃函数的特点1(宗量)=0宗量<01宗量>01）波形，定义式21编辑版pppt例2画出1(t)的波形1(–t)=0–t<01–t>0011(–t)tt<0t>02、单位阶跃函数1(t)

（unitstep）1-4一些典型的波形（或函数）1-4-1定义与波形2）单位阶跃函数在电路分析中的应用用来表示电源从某时刻起接入电路+-Rt=0US+-R1(t)US用来表示波形或函数的起止时间22编辑版pppt2、单位阶跃函数1(t)

（unitstep）1-4一些典型的波形（或函数）1-4-1定义与波形2）单位阶跃函数在电路分析中的应用例r(t)=1(t)t例画出1(t)(t–1)和1(t–1)(t–1)的波形112–10t1120t普通函数f(t)与单位阶跃函数1(t–t0)的乘积23编辑版pppt2、单位阶跃函数1(t)

（unitstep）1-1一些典型的波形（或函数）1-4-1定义与波形1(t–t0)f(t)=0f(t)t<t0t>t0例3试比较积分cosd与1(–2)cosd–5–5tt

1(–2)cosd–5tcosd=sin=sint–0.96–5–5tt2t=1(t–2)cosd=1(t–2)(sint–0.91)3、单位脉冲函数p

(t)unitpulse定义波形0t>p

(t)=0t<0

10<t<

24编辑版pppt特点用单位阶跃函数的线性组合表示t0p

(t)

1t0

0波形界定的面积A=1

t0p

(t)

1p

(t)=[1(t)-1(t-)]

13、单位脉冲函数p

(t)unitpulse0t>p

(t)=0t<0

10<t<

1-4一些典型的波形（或函数）1-4-1定义与波形0p

(t)t

125编辑版pppt4、单位冲激函数(t)unitimpulse1）物理背景电压源对电容充电2）波形与定义(t)=limp

(t)

0(t)=1-1一些典型的波形（或函数）1-4-1定义与波形+-USCt=0i(t)+-uC(t)i(0)

奇异的t=0满足0+(t)dt=10–idt=q(0+)=CUS0+0–t00

t0(t)26编辑版pppt3）一些重要性质**与单位阶跃函数的关系**与普通函数f(t)的乘积**冲激函数是偶函数，即(t)=(-t)

**筛分性（抽样性）延迟单位冲激函数(tt0)1-4一些典型的波形（或函数）1-4-1定义与波形4、单位冲激函数(t)unitimpulset0t0(t)=limp

(t)

0(t)f(t)=(t)f(0)=[1(t)–1(t-)]

1lim

0d1(t)dt=dr(t)dtd1(t)tdt==(t)t+1(t)=1(t)

(t)f(t)dt–

=

(t)f(0)dt0–0+=f(0)27编辑版pppt12301-1-(t-2)f(t)t例f(t)=–(t–2)1t30其余t1-4-2波形的表示f(t)=2p2(t–1)[–(t–2)]f(t)=[1(t–1)–1(t–3)](2–t)=1(t–1)(2–t)+1(t–3)(t–2)f(t)=1(t–1)1(3–t)(2–t)dfdt=(t–1)(2–t)–1(t–1)+(t–3)(t–2)+1(t–3)=(t–1)+(t–3)–[1(t–1)–1(t–3)]5、单位对偶冲激函数

(t)unitdoublet1-4一些典型的波形（或函数）1-4-1定义与波形28编辑版ppptf(t)=[1(t)-1(t-1)]t+[1(t-1)-1(t-2)](2-t)=1(t)t-21(t-1)(t-1)+1(t-2)(t-2)12O1f(t)tt2-t例写出图示波形的函数表达式1230tf()d0.5f()d=1(

-1)(2-

)d+1(

-3)(

-2)d

=1(t-1)(2-

)d

=1(t-1)(-t2+2t-)+1(t-3)(t2-2t+)12321232=0.5[1(t-1)-1(t-3)][1-(t-2)2]+1(t-3)(

-2)d

-0.51-4-2波形的表示12301-1-(t-2)f(t)tf(t)=1(t–1)(2–t)+1(t–3)(t–2)29编辑版pppt二端电路元件元件（一端口元件）ii关于电路元件的划分视其构成关系（哪些物理量的瞬时值之间构成确切的代数关系）电阻性元件：任一时间的电压和电流之间构成确切代数关系1-5电阻元件电路符号碳膜电阻器主要电磁特性i+

u30编辑版pppt2-1电阻元件简单情况u=RiR+-ui0ui1-5-1元件的定义与分类定义(定义式,定义曲线—特性曲线)分类线性非线性时不变时变时不变时变1、特性曲线与方程u=Rii=Gu1-5-2线性时不变（LTI）电阻元件31编辑版pppt1-5电阻元件R+-ui1-5-2线性时不变（LTI）电阻元件2、功率R+-uip=ui=Riip=–ui=–(–Ri)i=Ri2=Gu2实际应用中应注意电阻的功率不可超过其标称值!3、两个特殊情况开路i0，u=任意有限值+-ui短路u0，i=任意有限值+-ui1、特性曲线与方程u=Rii=Gu0ui(负电阻的概念)32编辑版pppt1-5电阻元件1-5-3线性时变（LTV）电阻元件1、特性曲线与方程R(t)+-uiR(t1)R(t3)R(t2)0iuu=R(t)ii=G(t)u2、与LTI电阻元件的比较R+-uiR(t)+-ui设i=Imsin

0t产生与输入不同频率的输出（调制作用）输出信号的频率与输入信号的频率相同R(t)=Ra+Rbsint33编辑版pppt1-5电阻元件1-5-4非线性时不变电阻元件1、定义，一般非线性电阻元件的电路符号2、一些典型的非线性时不变电阻元件的特性曲线（1）普通二极管正极负极+-ui0ui（2）理想二极管0ui34编辑版pppt1-5电阻元件1-5-4非线性时不变电阻元件1、定义，一般非线性电阻元件的电路符号2、一些典型的非线性时不变电阻元件的特性曲线（1）普通二极管正极负极+-ui0ui（2）理想二极管0ui35编辑版pppt1-5-4非线性时不变电阻元件3、非线性电阻元件的静态电阻与动态电阻静态电阻0uiRQ=UQIQ=tg

动态电阻rd=dudiQ=tg

IQUQQ4、与线性电阻元件的比较静态电阻、动态电阻都随工作点变化！36编辑版pppt1-5-4非线性时不变电阻元件4、与线性电阻元件的比较iu0UmImiu00ui0ui0ui（1）线性（可加性与齐次性）例u=Riu=i2（2）双向性与非双向性（3）压控、流控与单调型（4）负阻特性abab压控：i=g(u)流控：u=f(i)（动态电阻可能为负值）37编辑版pppt1-5-4非线性时不变电阻元件+4k12VPABCIIAIBIC例求P点的电位及各电流。UA=0，UB=UC=3V1-5-5无源性与有源性1、概念+u二端元件或二端电路-i(,t)=òt

u(τ)i(τ)dτ无源，（对所有u与i可能的组合及所有时间t）有源，（只要出现）（表示二端元件或二端电路中能量为零的时刻）00(用”试探法”)38编辑版pppt1-5-6无源性与有源性2、二端电阻性元件无源或有源的直观判别无源特性曲线在所有时间都处于u-i平面的第一、三象限有源特性曲线只要有处于u-i平面的第二或第四象限的情况iu0t=0.523t=01t=例1两电阻元件在电压与电流取关联参考方向时，特性方程分别为i=2+cost和i=u+(cos2t)u/u

，试判断其有关性质。t=02t=0.5

2t=

iu0-1139编辑版pppt1-6电容元件电容器的主要电磁性质引线引线绝缘介质金属片电路符号40编辑版pppt1-6-1电容元件的定义与分类定义分类1-6-2线性时不变（LTI）电容元件1、特性曲线与约束方程2、电压-电流关系（VCR）i(t)=Cdu(t)dt0t

u(t)=u(0)+1Ci(

)d

iC1-6电容元件+-uquq0uq0斜率Cq=Cu41编辑版pppt(2)电容的记忆性3、讨论(1)动态特性+ECRcRb1Rb2ReC2C1C2输入输出（如放大器电路中电容的耦合作用）1-6-2线性时不变（LTI）电容元件i(t)=Cdu(t)dt0t

u(t)=u(0)+1Ci(

)d

iC+-u42编辑版ppptu/V0.512345is/A0t/s1(2)电容的记忆性1-6-2线性时不变（LTI）电容元件i(t)=Cdu(t)dt0t

u(t)=u(0)+1Ci(

)d

0t1u(t)=u(0)+510510–6dt0=0.5tu(1)=0.5Vu(t)=u(1)+51050dt0=0.5V2t3u(t)=u(2)+510510–6dt2=0.5+0.5(t–2)u(3)=1V例简单的计数器+-u(t)2FiSu(0)=01t243编辑版pppt(3)电容电压的连续性i(t)有界如果i(t)在任一时间都有界，则u(t)在任一时间的变化都是连续的。即在任一时间，电容电压都不可能即时地从一个值跃变到另一个值。特别，如果在t=0时有界，1-6-2线性时不变（LTI）电容元件i(t)=Cdu(t)dt0t

u(t)=u(0)+1Ci(

)d

0ti(t)u(0+)=u(0–)0–0+

u(0+)=u(0–)+1Ci(t)dt则0–0+0–~原始时刻,0+~初始时刻.44编辑版pppti(t)无界例iS(t)=(t)+-u(t)CiSu(0–)=U00–0+

u(0+)=u(0–)+1C(t)dtu(0+)=U0+1C(3)电容电压的连续性1-6-2线性时不变（LTI）电容元件i(t)=Cdu(t)dt0t

u(t)=u(0)+1Ci(

)d

(4)非零初始电压的电容元件的等效电路u(0)=U0+-uCi+-uc(0)=0+-uCi+uc-U0i(t)=U0+1C0t

i(

)d

45编辑版pppt4、储存的能量，无源性1-6-2线性时不变（LTI）电容元件i(t)=Cdu(t)dt0t

u(t)=u(0)+1Ci(

)d

we(–,t)=u()i()d–

t=u()Cddu(

)d

–

twe(–,t)=C

u()du()0u(t)=0.5Cu2(t)

46编辑版pppt电感器的主要电磁性质i1-7电感元件磁通和磁链47编辑版pppti

ddt0ddt0e=ddtu=e=ddti、、e、u参考方向的习惯规定及电磁感应定律的数学表达式i

eu+-eu+-1-7电感元件48编辑版pppt1-7-1电感元件的定义与分类电路符号、定义、分类i1-7-2LTI电感元件1、特性曲线与约束方程2、VCR3、讨论（1）动态特性（2）记忆性（3）电流的连续性+-uusC2+-+-C1LU0低通滤波电路0t

i(t)=i(0)+1Lu(

)d

1-3电感元件0i

=Liu(t)=d

dtdi(t)dt=L49编辑版ppptu(t)有界如果u(t)在任一时间都有界，则i(t)在任一时间的变化都是连续的。即在任一时间，电感电流都不可能即时地从一个值跃变到另一个值。特别，如果u(t)在t=0时有界，i(0+)=i(0–)1-7-2LTI电感元件3、讨论（3）电流的连续性u(t)=Ldi(t)dt0t

i(t)=i(0)+1Lu(

)d

u(t)无界例uS=(t)i(0–)=I0+-uSLi0–0+

i(0+)=i(0–)+1L(t)dti(0+)=I0+1L50编辑版pppt（4）非零初始电流电感元件的等效电路4、储存的能量，无源性1-7-2

LTI电感元件u(t)=Ldi(t)dt0t

i(t)=i(0)+1Lu(

)d

3、讨论+Lii(0)=I0-u+LiiL(0)=0-uI0iL0t

i(t)=i(0)+1Lu(

)d

wm(–,t)=0.5Li2(t)

51编辑版pppt1-8独立电源实际电源及运行特点1-8-1电压源1、定义和特性曲线+-us(t)任意电路-i+uiu0t=t2t=t1t=t3t=t4US直流电压源2、备注电压源的两个特性2V1I12V4V1I252编辑版pppt

如果us(t)0实际电源的一种模型—戴维南（Thevenin）电路+-us(t)ii+--+USRSIUU=US–RSI0IUUSUSRS1-8独立电源1-8-1电压源53编辑版pppt1-8独立电源1-8-2电流源1、定义和特性曲线ui0t=t2t=t1t=t3t=t4-+uis(t)i任意电路2、备注电流源的两个特性-+-+32U1A2V-+-+32U1A4V54编辑版pppt电流源电压的确定1-8独立电源1-8-2电流源2、备注1+-+-256V4V8Aabcd例求图示电路中各电源的功率。I1I2I3I4ui0t=t2t=t1t=t3t=t455编辑版pppt

如果is(t)0is(t)实际电源的另一种模型—诺顿（norton）电路+-ISRPIUU=RPISRPIUI0RPISIS1-8独立电源1-8-2电流源56编辑版pppt+--+USRSIUU=US–RSI0IUUSUSRS+-ISRPIUU=RPISRPIUI0RPISIS1-8独立电源问题：实际电源的两种模型能相互转换吗？57编辑版pppt1-9受控电源（从属电源）1-9-1四种形式的受控电源控制支路受控支路控制量电流电压受控量电流电压1、电流控制型电流源（CCCS）-i2+-+u1u2i1

i1i2=i1u1=02、电流控制型电压源（CCVS）+-+-u1u2i1ri1i2+-u1=0u2=ri158编辑版pppt1-9-1四种形式的受控电源4、电压控制型电压源（VCVS）i1=0u2=u13、电压控制型电流源（VCCS）i2=gu1i1=0-i2+-+u1u2i1gu1+-+-u1u2i1u1i2+-备注：1)四种形式的受控电源属于线性时不变电阻性元件2)关于控制支路i+-u

59编辑版pppt1-9-1四种形式的受控电源备注：3)四种形式的受控电源是有源元件i1=0u2=u1u2+-+-u1u1+-VCVSi11-9-2含受控电源的简单电路分析例1求图示电路中的两电源的功率。43+-5AI2I+-UI1i2+-uSRL3(5–I)+2I–4I=0I=3AU=12VI1=2A电流源吸收的功率P1=5U=–60W受控源吸收的功率P2=2II1=12W60编辑版pppt1-9-2含受控电源的简单电路分析3+-例2求U及U/I.5I14I12AUI1-9-3受控电源与独立电源的比较实物背景实际电源两支路间的耦合联系对电路的作用能单独引起输出不能电压源电压或电流源电流一般是给定的时间函数控制量一般是未知的独立电源受控电源U=–2.5VU3U5–4I1=2+U/I=–1.2561编辑版pppt1-9-4受控电源与独立电源的比较一支路的电压与本支路电流无关，或一支路的电流与本支路电压无关将电压源电压置零或将电流源电流置零根据需要可以置零不可（除非控制量为零）线性电阻受控电源或独立电源+-UIUIUI含独立电源时常数UI含受控电源时=常数独立电源受控电源电压源受控电压源电流源受控电流源62编辑版pppt1-10运算放大器（OPAMP，OA）LM324N1-10-1器件简介及运算放大器的电路符号多端钮（8

14）、高放大倍数、集成电路器件+-+1432A（公共端）+-1432A（公共端）（注：现在一些书上，运算放大器电路图中，公共端一般省略不画）(由电阻、二极管、晶体管等组成的复杂整体)63编辑版pppt1-10-1器件简介及运算放大器的电路符号特性曲线与线性放大区的方程ES-ES-eeUd/mVU0/V0线性放大区+-+1432A（公共端）u1u2u0u0=Aud=A(u2u1)饱和区饱和区“同相”输入端与“反相”输入端主要技术参数的典型值开环放大倍数A>2105（105~108）输入电阻Rin>2106Ω（106~1013Ω

）输出电阻Rou=10100Ω（Ud=U2

–U1）64编辑版pppt1-10-1器件简介及运算放大器的电路符号+-+Au1u2u0实际应用时引入负反馈反馈电路表示输入-输出特性的电路模型2314+--+RinRouAudud1-10-2理想运算放大器及其特性理想条件特性A=

ud=0（虚短路）u0=Aud=A(u2u1)Rin=

i1=0，i2=0（虚断路）Rou=034-+

+-+i1i2ud-+u065编辑版pppt1-10-2理想运算放大器及其特性ud=0（虚短路）i1=0，i2=0（虚断路）34-+运放属于有源元件RL

i1i2+-+u0(3)(1)(2)i0吸收的功率：p=u1i1+u2i2+u0i0p=u0i0p=–RLi0i0=–RLi0266编辑版pppt1-10