1 第一讲 电路模型与基本变量

第一章电路模型和电路定律第1讲电路模型与基本变量教材：§1-1，1-2，1-3什么是电？什么是电路？绪论发现电什么是电？丝绸摩擦过的橡胶棒带正电荷毛皮摩擦过的玻璃棒上带负电荷收集电什么是电？1752年

美国富兰克林放风筝结论：钥匙和手指之间，出现了轻微的电火花，云层带电，麻绳导电避雷针存储电什么是电？结论：把带电的物体放在玻璃瓶子里，电就不会跑掉，可把电储存起来。1745年

荷兰莱顿大学发明电

容产生电什么是电？1800年

意大利伏特电池什么是电？什么是电路？绪论直流电路动态电路220V交流电路电源恒定动态元件电容、电感交流电源绪论为什么要学电路？电路课程学什么？电路课程怎么学？手机电路实际的电路都是由实际的元器件为实现某种应用目的，按一定方式连接而成的电流的通路。白炽灯照明电路Q2:电路课程学什么？实际电路特征复杂分析困难理想元件理想元件电路模型分析简单Q2:电路课程学什么？动态电路（开关电路）直流电路一阶电路分析电路简化：等效化简电路分析方法：定律、定理电路的基本概念正弦电路、三相电路正弦交流电路概念理论分析方法应用非正弦周期电路动态电路的复频域分析84学时Q2:电路课程学什么？学：自学智慧平台上的资料，培养自学能力听：紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题方法和技巧。做：注意理论联系实际，掌握分析问题的方法。做：想：独立完成作业及协作完成小组任务举一反三，融会贯通，完整掌握知识体系课堂教学课后巩固课前自学练：TronClass的自测题库，掌握基础知识Q3:怎样学电路课程？课前预测得分、章节测验得分平时作业TronClass终结性考核30%70%10%线下阶段性测验10%第一章电路模型和电路定律第1讲电路模型与基本变量教材：§1-1，1-2，1-3手机电路实际的电路都是由实际的元器件或设备为实现某种应用目的，按一定方式连接而成的。白炽灯照明电路导言实际电路特征复杂分析困难理想元件理想元件电路模型分析简单导言课程内容一、实际电路的功能及构成二、理想元件及电路模型三、线性非时变集总参数电路四、小结学习目标能够说出实际电路的两类功能及三大组成部分；了解本课程所研究电路的类型（线性非时变集总参数电路）。可以说出5种理想电路元件及其主要特性；一、实际电路的功能及构成定义:由实际元器件相互连接构成的电流的通路称为电路。电路一、实际电路的功能及构成电路可以实现电能的传输、分配和转换。电力系统中电子技术中电路可以实现电信号的传递、变换、存储和处理。1.电路的功能一、实际电路的功能及构成(1)实现电能的传输、分配与转换(电力系统，强电电路）发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线一、实际电路的功能及构成(2)实现电信号的传递、变换、存储和处理。(电子技术，弱电电路）放大器扬声器话筒一、实际电路的功能及构成一、实际电路的功能及构成2.电路的构成

（1）电源（2）负载（3）中间环节2.电路的构成电源:

提供电能的装置负载:

消耗或吸收电能的装置中间环节：传递和分配电能、检测和控制电路的设备发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线

（1）电源（2）负载（3）中间环节一、实际电路的功能及构成火线..零线电源连接导线和其余设备为中间环节负载一、实际电路的功能及构成2.电路的构成

（1）电源（2）负载（3）中间环节一、实际电路的功能及构成2.电路的构成

（1）电源（2）负载（3）中间环节二、理想元件及电路模型1.理想元件把这种具有单一电磁性质的电路元件，称为理想元件。RCL二、理想元件及电路模型一个实际器件在不同条件下根据与实际器件特性的近似程度，可以建立不同形式的模型。电感线圈直流电路模型低频交流模型高频交流模型抓主要矛盾！！！二、理想元件及电路模型•常用理想电路元件R+

US–电阻元件只具耗能的电特性电容元件只具有储存电场能的电特性理想电压源输出电压由自身决定，输出电流由它和负载共同决定理想电流源输出电流由自身决定，两端电压由它和负载共同决定L电感元件只具有储存磁场能的电特性IS

理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、精确，可定量分析和计算。C二、理想元件及电路模型2.电路模型由理想元件所组成的电路称为实际电路的电路模型，简称电路。白炽灯照明电路电路模型二、理想元件及电路模型我们所建立的任何实际电路模型应能反应电路的真实情况，采用电路模型分析计算的结果与实际电路的测量结果的误差应在允许范围内。虽然利用电路模型分析计算的结果仅是实际电路的近似值，但它是我们判断实际电路电气性能和指导电路设计的重要理论依据。二、理想元件及电路模型注意三、线性非时变集总参数电路由满足叠加性和齐次性的元件所组成的电路。1.线性电路叠加性齐次性三、线性非时变集总参数电路延时非时变特性：函数y=f(x)在y-x平面上的特性曲线不随时间而改变。2.非时变（时不变）电路非时变电路：组成电路的元件参数不随时间变化、具有非时变特性的电路。三、线性非时变集总参数电路3.集总参数电路定义:由集总元件构成的电路。集总元件假定发生的电磁过程都集中在内部进行的元件集总条件式中：d表示实际电路的几何尺寸λ

表示最高工作频率所对应的波长（λ=cT

=c/f）三、线性非时变集总参数电路已知电磁波的传播速度c=3×105km/s(1)若电路的工作频率为f=50Hz，则周期

T=1/f=1/50=0.02s

波长

=3×1050.02=6000km一般电路尺寸远小于

，视为集总参数电路。(2)若电路的工作频率为f=50MHz，则周期

T=1/f=0.0210–6s=0.02ns

波长

=3×105

0.0210–6=6m

此时一般电路尺寸均与

可比，所以电路视为分布参数电路。例三、线性非时变集总参数电路四、小结电力系统（强电）：能量传输、分配和转换电子技术（弱电）：信号传递、变换、存储和处理电源、负载、中间环节电路及电路模型2类电路功能3大组成部分5种理想元件电阻、电感、电容、理想电压源、理想电流源四、小结叠加性齐次性元件参数不随时间变化线性时不变集总参数电路线性电路时不变电路集总参数电路电磁过程都集中在元件内部：d<<λ

四、小结低频信号发生器可以看成集总参数电路吗？低频信号发生器实际电路的几何尺寸d<0.6m其工作信号（1kHz)波长相比可见，低频信号发生器为集总参数电路。思考题建立实际电容元件在不同情况下，如在直流、低频交流、高频交流电路中的模型。实际电容直流电路模型低频交流模型高频交流模型思考题建立实际电容元件在不同情况下，如在直流、低频交流、高频交流电路中的模型。实际电容直流电路模型低频交流模型高频交流模型思考题开路第一章电路模型和电路定律第1讲电路模型与基本变量教材：§1-1，1-2，1-3导言电路的物理量电流电压电功率能量电荷磁链……电路的物理量电流电压功率能量电荷磁链……线性电路课程内容关联参考方向的判断功率的计算和判断一、电流及其参考方向二、电压及其参考方向三、关联参考方向四、功率和能量五、小结学习目标能够在电路中标出各元件的电流、电压参考方向；在关联、非关联参考方向下，能够计算元件的吸收或发出功率。可以判断元件的电流、电压是否为关联参考方向；一、电流及其参考方向电流单位时间内通过导体横截面的电荷量一般电流定义式：稳恒直流情况下：直流电流DirectCurrent交流电流AlternatingCurrent恒定直流正弦交流一、电流及其参考方向电流单位时间内通过导体横截面的电荷量一般电流定义式：稳恒直流情况下：单位A(安)(Ampere:1775-1836,France)kA、mA、μA1kA=103A1mA=10-3A1μA=10-6A电流实际方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:

实际方向AB实际方向AB一、电流及其参考方向电流参考方向任意假定的电流的方向问题为什么要引入参考方向？(a)实际方向可能不确定一、电流及其参考方向电流参考方向任意假定的电流的方向问题为什么要引入参考方向？(b)实际方向可能随时间改变us直流交流一、电流及其参考方向电流参考方向任意假定的电流的方向i

参考方向AB

大小方向(正负）电流(代数量)电流的参考方向与实际方向的关系：i>0i<0实际方向实际方向i

参考方向ABi

参考方向AB一、电流及其参考方向电流参考方向的两种表示方式

用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。

用双下标表示：如iAB,电流参考方向由A指向B。i

参考方向ABiABAB一、电流及其参考方向几点说明电流的参考方向是人为定义的，而电流的实际方向则是受电路约束客观存在并确定的。

若分析电路后计算的电流符号为正，则表明电流的参考方向与实际方向一致；反之亦然。一、电流及其参考方向二、电压及其参考方向电压电场力将单位正电荷从某点移送到另一点所作的功,电压也称电位差。单位V(伏)(Volt:1745-1827,Italian)kV、mV、μV实际电压方向电压降的方向（高电位指向低点位的方向）复杂电路或交变电路中,两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。

电压(降)的参考方向U>0参考方向U+–参考方向U+–<0U假定高电位指向低电位的方向。问题+实际方向–+实际方向–二、电压及其参考方向电压参考方向的三种表示方式用箭头表示：用正负极性表示：用双下标表示：UU+ABUAB二、电压及其参考方向几点说明电压的参考方向是人为定义的，其实际方向则是受电路约束客观存在并确定的。

若分析电路后计算的电压符号为正，则表明电压的参考方向与实际方向一致；反之亦然。二、电压及其参考方向三、关联参考方向元件的电压、电流采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向非关联参考方向i+-ui+-u以上概念也适用于支路和部分电路。三、关联参考方向i+-u例1：标出元件A、B电压的参考方向，使其与电流是关联参考方向。标出元件C、D电流的参考方向，使其电流与电压是非关联参考方向。+-ui关联ABi+-+-ui非关联CDu一定要先选定参考方向，并在图中相应位置标注。若无特殊要求，一般采用关联参考方向。以后讨论均在参考方向下进行,一般不考虑实际方向。例2：电压、电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向是否关联？答：A电压、电流参考方向非关联；

B电压、电流参考方向关联。注意＋－uBAi三、关联参考方向四、功率和能量功率单位时间内从A点到B点电场力所作的功单位时间内从A到B的电荷量电场力将单位正电荷从A移动到B所作的功关联单位W(瓦)(Watt，瓦特，British)MW、kW、mW元件吸收电路吸收或发出功率的计算u,i取关联参考方向元件吸收功率：+-iu元件发出功率：+-iuu,i取非关联参考方向元件吸收功率：元件发出功率：四、功率和能量电路吸收或发出功率的判断实际吸收功率负载实际发出功率电源电路中的电阻一定是吸收（消耗）功率。电路中的电压源或电流源可能发出功率也可能吸收功率。注意四、功率和能量例3：求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功率。已知：U1=2V,U2=-2V,U3=2V,I1=-3A,I2=1A,I3=2A。321I2I3I1+++－－－U3U2U1解：1）求各个元件的吸收功率2）根据吸收功率的正负值判断实际为吸收功率还是发出功率。元件1实际发出6W功率。元件2实际吸收2W功率。元件3实际吸收4W功率。对一完整电路,满足:发出的功率＝消耗的功率注意功率平衡原理！四、功率和能量四、功率和能量能量在关联参考方向的情况下,元件从t0

到t时间内吸收的能量为单位:J(焦)(Joule，焦耳，British)五、小结电流实际方向：正电荷移动的方向参考方向：假定电流流动的方向电压实际方向：高电位指向低电位的方向参考方向：假定电压降的方向关联参考方向关联参考方向：电流、电压的参考方向相同非关联参考方向：电流、电压的参考方向相反功率功率计算：(1)关联:p吸=ui;非关联:p吸=-ui;(2)p发=-p吸p吸>0,实际吸收功率,负载；p发>0,实际发出功率,电源。解：1）求A、B两部分的吸收功率若图中电压表和电流表均正偏，判断A、B谁是电源，谁是负载。思考题AABV+__+UIBIA2）根据所求吸收功率的正负值判断。实际吸收实际发出负载电源思考题（提升）课堂练习功率计算练习1：求图示电路中各方框所代表的元件消耗或产生的功率。已知：U1=1V,U2=-3V,U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,I3=-1A。564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－解：1）求各个元件的吸收功率解：2）根据所求吸收功率的正负值判断实际为吸收功率还是发出功率。实际发出实际发出实际发出实际发出实际吸收实际吸收对一完整电路,满足:发出的功率＝消耗的功率注意功率平衡原理！功率计算课堂扩充练习1.电路通常由______、_______和_