大学电工电子技术《电路基础》教学课件

大学电工电子技术《电路基础》教学课件电路概念·基本定律·分析方法·动态交流授课教师：XXX授课时间：2026年课程导览01电路基本概念电压电流电位，建立电路认知基础02电路基本定律欧姆定律与基尔霍夫定律03电路分析方法等效变换与网络方程求解04动态与交流电路储能元件与正弦稳态分析电路的基本概念认识电路，从理解电压与电流开始建立电路模型，掌握基本物理量01电路由何组成，有何功能电路是电流的通路，由电源、负载和中间环节三部分构成电路由电源、负载与中间环节三部分构成，各司其职电源提供电能，把非电能转换为电能示例：电池、发电机负载消耗电能，把电能转换为其他形式的能量示例：灯泡、电动机中间环节连接电源与负载，输送和分配电能示例：导线、开关电能传输与转换实现电能的传输与转换，如电力系统信号传递与处理实现信号的传递与处理，如通信与控制系统电路模型与理想元件用理想元件及其连接来近似替代实际电路，即为电路模型用理想元件及其连接近似替代实际电路3条理想元件的近似实际元件在特定条件下可近似为理想元件常见理想元件电阻、电感、电容、理想电压源、理想电流源电路模型由理想元件按一定方式连接而成的电路称为电路模型，也称电路图建模的意义忽略次要因素，突出主要电磁特性便于用数学方法对电路进行定量分析实际到理想实际元件→理想元件电流及其参考方向的约定电流是电荷的定向移动，其大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量计算结果的正负，只说明实际方向与参考方向的关系，数值本身不代表电流的强弱。电流定义与单位定义电流等于电荷量对时间的变化率，用符号

i

表示单位安培

A，常用毫安

mA、微安

μA参考方向分析前任意假定的电流正方向，用箭头或双下标表示计算结果的含义正值实际方向与参考方向

一致负值实际方向与参考方向

相反电压、电位与参考点电压是两点之间的电位差，是衡量电场力做功能力的物理量电压是两点之间的电位差，是衡量电场力做功能力的物理量电压单位正电荷从一点移到另一点时电场力所做的功单位伏特V，常用千伏、毫伏参考方向用极性、箭头或双下标表示电位与参考点电位是相对参考点的电压；电路中任选一点作为参考点，规定其电位为零参考点改变的影响各点电位随之改变；但两点间的电压保持不变电功率与电能的计算功率是能量转换的速率，反映电路元件吸收或发出电能的快慢电能等于功率对时间的累积，工程上用千瓦时计量功率计算功率等于电压与电流的乘积，单位瓦特，符号W参考方向关联参考方向下，电流从电压正极流入时，功率等于电压乘以电流正负判断计算结果为正，元件吸收功率；为负，元件发出功率电能电能等于功率对时间的累积，单位焦耳，工程上也用千瓦时元件在时间区间内吸收或发出的电能可由功率累积求得电能与功率的关系电能是功率在时间上的累积结果功率反映能量转换的快慢，电能反映累积的总量电阻元件及其伏安特性电阻是表征消耗电能、限制电流作用的电路元件电压与电流成正比，比值即电阻值电阻与电导对照单位：Ω（欧姆）单位：S（西门子）特殊情形对照开路：电阻值趋于无穷大短路：电阻值为零伏安特性曲线：线性电阻为一条过原点的直线电路基本定律定律是分析一切电路的基石欧姆定律与基尔霍夫定律贯穿始终02欧姆定律及其应用通过电阻的电流与电阻两端电压成正比，与电阻值成反比关联参考方向下，电压等于电阻乘以电流；非关联参考方向时，表达式需加负号5项关联参考方向电压等于电阻乘以电流非关联参考方向表达式需加负号全电路欧姆定律电流等于电源电动势除以整个回路的总电阻应用要点·基础地位是分析线性电阻电路最基本的定律应用要点·求解能力可用于求解电流、电压、电阻三者中的任一个电阻串联与并联的等效串联分压，并联分流，是电路简化的基础手段串联等效电阻大于其中任一电阻，并联等效电阻小于任一支路电阻串联分压，各电阻分得的电压与其阻值成正比并联分流，各支路电流与其电导成正比串联与并联的等效关系对照连接方式等效电阻电流关系电压关系串联各电阻之和各电阻电流相同总电压等于各分电压之和并联各电阻倒数之和的倒数总电流等于各分电流之和各电阻电压相同基尔霍夫电流定律任一时刻，流入电路中任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和推广形式：可推广到电路中任一闭合面，称为广义节点；流入闭合面的电流总和等于流出的电流总和基尔霍夫电流定律：节点处各支路电流的代数和恒为零节点三条或三条以上支路的连接点定律表达式节点处各支路电流的代数和恒为零应用前提需先假定各支路电流的参考方向基尔霍夫电压定律任一时刻，沿电路中任一回路绕行一周，各段电压的代数和恒为零沿任一回路绕行一周，各段电压的代数和恒为零回路与绕行规则回路：由支路组成的闭合路径。绕行时电位下降取正、上升取负，或按相反约定统一处理。应用前需先标出各元件电压的参考方向。推广形式可推广到任何不闭合的路径，用于求解电路中任意两点之间的电压。定律在电路中的联合应用KCL与KVL是分析一切电路的普遍规律，与元件特性方程联立即可求解电路01第一步确定支路数、节点数与回路数02第二步为每条支路假定电流的参考方向03第三步对独立节点列写电流方程，对独立回路列写电压方程04第四步联立方程组求解，并检验结果是否合理例题：含两个节点、三条支路的电路，列写一个电流方程与两个电压方程，即可求得各支路电流定律联合应用，列方程、解联立，即可求得各支路电流电路分析方法掌握方法，复杂电路也能化繁为简等效变换与网络方程是核心工具03电阻星形与三角形等效变换某些电路无法直接用串并联化简，可通过星形与三角形连接之间的等效变换求解等效条件—变换前后两个端子之间的电压与电流关系完全相同变换口诀：三角形转星形——电阻等于三个电阻两两乘积除以三电阻之和；星形转三角形可视为其逆运算星形连接结构三个电阻共接于一个公共节点变换三角形转星形：电阻等于三个电阻两两乘积除以三电阻之和逆运算星形转三角形：可视为上述变换的逆运算三角形连接结构三个电阻首尾相接构成闭合回路变换三角形转星形：电阻等于三个电阻两两乘积除以三电阻之和逆运算星形转三角形：可视为上述变换的逆运算电压源与电流源的等效变换实际电源可用理想电压源与电阻串联，或理想电流源与电阻并联作为模型等效只对外部电路成立，对内并不等效理想电源模型2项理想电压源端电压恒定，与流过它的电流无关理想电流源输出电流恒定，与其端电压无关实际电源模型2项实际电压源理想电压源串联内阻实际电流源理想电流源并联内电导等效条件电压源电压与电流源电流满足欧姆关系，且内阻相等支路电流法解题步骤以支路电流为待求量，直接应用KCL与KVL列方程求解适用与局限：适用于支路数较少的电路；支路较多时方程数目庞大，宜改用网络方法以支路电流为待求量，直接应用KCL与KVL列方程求解1标出参考方向标出各支路电流的参考方向2列写电流方程对独立节点列写电流方程，方程数为节点数减一3列写电压方程选取独立回路列写电压方程，方程数为支路数减节点数加一4联立求解联立求解各支路电流，再求其他物理量节点电压法及其应用以节点电压为待求量，只需列写KCL方程，方程数目等于独立节点数以节点电压为待求量，只需列写KCL方程，方程数目等于独立节点数求解步骤1选参考点选一节点为参考点并规定其电位为零2确定节点电压其余节点与参考点之间的电压称为节点电压3列写方程求解对各独立节点列写电流方程，联立求解节点电压方法优势独立节点数少于支路数时，方程数目减少，计算更简便求得节点电压后，各支路电流可由元件特性方程进一步求出叠加定理与适用条件在线性电路中，多个电源共同作用产生的响应，等于各电源单独作用时响应的代数和“电压电流可叠加，功率不可叠加”功率与电流或电压的平方成正比，不能用叠加定理直接叠加功率电源置零规则理想电压源不作用时视为短路理想电流源不作用时视为开路分量响应按参考方向求各分量响应的代数和叠加对象电压与电流可叠加适用前提线性电路叠加定理仅适用于线性电路戴维南定理与诺顿定理任何线性含源二端网络，对外都可用一个实际电压源或实际电流源等效替代求解步骤：先求端口开路电压或短路电流→再求等效电阻→最后画出等效电路求解待求量两种等效电路可互相转换戴维南定理3项等效模型理想电压源与电阻串联电压源取值端口开路电压等效电阻网络内独立源置零后的等效电阻诺顿定理3项等效模型理想电流源与电阻并联电流源取值端口短路电流等效电阻与戴维南等效电阻相同最大功率传输定理当负载电阻等于电源内阻时，负载可获得最大功率，称为阻抗匹配最大功率传输定理——阻抗匹配的工程取舍匹配换功率，效率换损耗，两类系统各取所需理匹配条件与效率结论匹配条件负载电阻等于电源内阻最大功率电源电动势的平方除以4倍内阻传输效率匹配时约为50%用工程应用电力系统追求高效率，一般不采用匹配电子与通信系统追求弱信号最大功率输出，常采用匹配动态与交流电路从直流到交流，理解电路的动态世界储能元件与相量法是关键钥匙04电容元件及其特性电容是储存电场能量的元件，其电荷量与端电压成正比电容是储存电场能量的元件，其电荷量与端电压成正比。电容特性要点电荷电压关系：电荷量等于电容乘以电压，电容单位为法拉，符号F电流电压关系：电容电流等于电容乘以电压的变化率，电压变化越快，电流越大电压不能突变：否则需要无穷大的电流电场能量：储存的电场能量等于1/2乘以电容再乘以电压的平方关键特性——直流稳态下，电容电流为零，相当于开路电感元件及其特性电感是储存磁场能量的元件，其磁链与通过它的电流成正比关键特性——直流稳态下，电感电压为零，相当于短路磁链关系磁链等于电感乘以电流，电感单位为亨利，符号H电压关系电感电压等于电感乘以电流的变化率，电流变化越快，电压越大电流连续性电感电流不能突变，否则需要无穷大的电压储能公式储存的磁场能量等于1/2乘以电感再乘以电流的平方RC电路的暂态过程换路瞬间电容电压不能突变，故由初始值开始按指数规律变化10电源电压V1电阻kΩ1电容μF1时间常数ms电容电压在换路瞬间保持连续，由初始值按指数规律过渡至稳态RL电路的暂态过程换路瞬间电感电流不能突变，电感电流由初始值按指数规律变化三要素法：确定初始值、稳态值、时间常数，即可写出响应完整解换路定律电感电流在换路瞬间保持连续时间常数时间常数等于电感除以电阻，电感越大或电阻越小，过渡过程越长电阻电压突变RL电路中电阻上的电压在换路瞬间可能发生突变三要素法——求解一阶电路只需确定初始值、稳态值和时间常数三个要素，三要素确定后代入通用表达式即可写出响应的完整解正弦交流电的三要素幅值、角频率和初相位是确定一个正弦量的三个要素幅值、角频率和初相位，是确定一个正弦量的三个要素幅值正弦量能达到的最大值，也称峰值角频率反映变化快慢，角频率与频率成正比，比例系数为2π初相位决定正弦量在计时起点时的状态有效值有效值按热效应定义，正弦量的有效值等于幅值除以√2工程中交流电的数值一般指有效值，例如照明电压220V正弦量的相量表示正弦量与相量一一对应，可用复数运算代替繁琐的三角函数运算相量法的意义：使交流电路的分析方法与直流电路完全对应，电阻、电感、电容统一用复阻抗描述相量3项相量的复数表示相量用复数表示，其模为有效值或幅值，辐角为初相位相量运算同频率正弦量的加减运算，可转化为对应相量的加减运算相量图把各相量按比例画在同一坐标系中，直观反映相位关系交流电路的功率计