电 路 Electric Circuits 电气信息与自动化学院.

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1 电 路 Electric Circuits 电气信息与自动化学院

2 前言 ( Foreword ) 绪论（Introduction）
课程的性质和地位 电类专业的技术基础课 学分：8 为后续课程奠定坚实的基础 教材及参考书 集总参数电路 分布参数电路 线性电路 非线性电路 时域分析电路 频域分析电路 直流电阻电路 动态电路 正弦稳态电路 内容 电磁学 研究的对象 集中参数电路 分布参数电路 线性 非线性 路 场 电路 磁路

3 1、尽量做到课前预习，一定做到课后及时复习，要求课上做笔记。
下学期内容 上学期内容 时间安排 两学期 本课程要求 2、按时认真完成作业。 1、尽量做到课前预习，一定做到课后及时复习，要求课上做笔记。 3、认真做实验、完成实验报告。 活跃课堂气氛 学习方法 深刻理解解题步骤，举一反三。 考分计算方法 总评成绩=平时成绩（考勤+作业+实验）+ 期末成绩 * 70%

4 第1章 电路模型和电路定律 重点（emphases）： (circuit model) (circuit laws) 1.1 电路和电路模型
第1章 电路模型和电路定律 (circuit model) (circuit laws) 1.1 电路和电路模型 1.2 电流和电压的参考方向 1.3 电功率和能量 1.5 电阻元件 1.6 电容元件 1.7 电感元件 1.8 电压源和电流源 1.9 受控电源 1.10 基尔霍夫定律 1.4 电路元件 重点（emphases）： 电压、电流的参考方向 (voltage & current reference direction) 2.电路元件特性 (circuit elements’ characters) 3.基尔霍夫定律 (Kirchhoff ’s Laws )

5 § 1.1 电路和电路模型（circuit model） 电路主要由电源、负载、连接导线 及开关等构成。
1.电路(实际) 由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。 (1)电路的组成 电路主要由电源、负载、连接导线 及开关等构成。 电源(source)： 能量或信号（u、i）的发生器。 “激励” (power) “ 响应”（response） 负载(load)： 将电能转化为其它形式能的用电设备，或对信号进行处理的设备。 导线(line)、开关（switch)： 将电源与负载 接成 “通路” 的装置。

6 (2)电路的作用 具有能量(energy)的传输、分配与转换；信息(information)的传递与处理；测量、控制等功能。

7 (light-emitting diode)
常见的实际的电路元件 电池battery 电容器capacitor LED (light-emitting diode) 晶体管 transistor 灯泡 bulb 保险管 fuse 电感 inductor 电阻器 resistor 放大器 amplifier

8 (low frequency signal generator interior structure)
低频信号发生器的内部结构 (low frequency signal generator interior structure) 变压器 transformer 框架 frame 可变电阻器 rheostat

9 2. 电路模型（circuit model） 电路模型 的 理想电路元件及其组合。 电路图 开关 灯泡 电池 导线 实际电路图
反映实际电路部件的主要电磁 性质 的 理想电路元件及其组合。 电路模型

10 常用电路图来表示电路模型 topology 实际电路图 (b) 电原理图 电路模型（电路图） (d) 拓扑结构图（电路的“图”）

11 (a)实际电路 (b)电原理图 (c)电路模型 (d)拓扑结构图
传声器 microphone 晶体管放大电路 (a)实际电路 (b)电原理图 (c)电路模型 (d)拓扑结构图

12 电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件 电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件
理想电路元件 ideal circuit elements 具有确定的电、磁性质并具有精确的数学定义的假想元件。 几种基本的理想电路元件： 电阻元件：表示消耗电能的元件 电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件 电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件 具有相同的主要电磁性能的各实际电路部件， 在一定条件下可用同一模型表示； 同一实际电路部件在不同的应用条件下，其 模型可以有不同的形式 注意

13 例（example ）： a b R 电灯、电炉等 series connection parallel connection

14 §1.2 电流和电压的参考方向 (reference direction) 1. 电流的参考方向 (reference direction)
电路中的主要物理量有电压、电流、电荷（electric charge）、磁链、能量、电功率等。在线性（linear）电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。 1. 电流的参考方向 (reference direction) (Charged particle) 电流 带 电 粒 子 有 规 则 的 定 向运 动。 单位时间内通过导体横截面的电荷量 (cross section) 电流强度

15 (positive charge / negative charage)
1kA=103A 1mA=10-3A 1  A=10-6A A（安培）、 kA、mA、A 单位 (unit) 规定正电荷的运动方向为电流的实际方向。 (positive charge / negative charage) 方向 元件(导线)中电流流动的方向只有两种可能: 实际方向  A B  实际方向 A B 复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断？ 问题？ question

16 电流的参考方向与实际方向的关系： i > 0 i < 0
任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。 大小 i 参考方向 电流(矢量) 方向 A B (vector / scalar） 电流的参考方向与实际方向的关系： i 参考方向 实际方向 A B i 参考方向 实际方向 A B i > 0 i < 0

17  用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。
电流参考方向的两种表示：  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 , 电流的参考方向由A指向B。 A B

18 2. 电压的参考方向 (voltage reference direction)
电位 单位正电荷q 从电路中一点移至参考点（＝0） 时电场力做功的大小。 （reference point） 电压U 单位正电荷q 从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小。 实际电压方向 电位真正降低减少的方向。 单位：V (伏)、kV、mV、V

19 b a c 例 已知：4C正电荷由a点均匀移动至b点电场力做功8J，由b点移动到c点电场力做功为12J，
(1) 若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压Uab、U bc; (2) 若以c点为参考点，再求以上各值 b a c 解(solution) (1) 以b点为电位参考点

20 b a c 解 结论（conclusions）： (2) 以c点为电位参考点 （1）电路中电位参考点可任意选择；
（2）参考点一经选定，电路中各点的电位值就是唯一的； （3）当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将 改变，但任意两点间电压保持不变。

21 + + – – U < 0 U > 0 问题? 电压(降)的参考方向 参考方向 U 实际方向 实际方向 参考方向 U
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。 问题? question 电压(降)的参考方向 假设的电压降低方向。 参考方向 U + – 实际方向 + 实际方向 参考方向 U – U < 0 U > 0

22 + U U UAB B A 电压参考方向的三种表示方式： (1) 用箭头表示 (2) 用正负极性表示 (3) 用双下标表示
(1) 用箭头表示 U (2) 用正负极性表示 + U (3) 用双下标表示 subscript UAB A B

23 3. 关联参考方向（ interaction in reference direction）▲
元件或支路的u，i 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。 i i + - - U + U 关联参考方向 非关联参考方向

24 ＋ － 例 A B i U 注意： 电压电流参考方向如图中所标，问：A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？
(1) 分析电路前必须选定电压和电流的参考方向。 (2) 参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和符号），在计算过程中不得任意改变。 （3）参考方向不同时，其表达式相差一负号，但实际 方向不变。

25 能量的单位： J (焦) (Joule，焦耳)
§1.3 电路元件的功率 (power) 电功率（electric power） 单位时间内电场力所做的功 功率的单位：W (瓦) (Watt，瓦特) 能量的单位： J (焦) (Joule，焦耳)

26 P = ui 表示元件吸收(absorb) 的功率 p = ui 表示元件发出(supply)的功率
2. 电路吸收或发出功率的判断 ▲ u, i 取关联参考方向 + - i u P = ui 表示元件吸收(absorb) 的功率 P>0 表示吸收正功率 (实际吸收) P<0 表示吸收负功率 (实际发出) u, i 取非关联参考方向 + - i u p = ui 表示元件发出(supply)的功率 P>0 表示发出正功率 (实际发出) P<0 表示发出负功率 (实际吸收)

27 例 - 5 6 4 1 2 3 I2 I3 I1 + - U6 U5 U4 U3 U2 U1 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 解 注 对一完整的电路，发出的功率＝消耗的功率