电路理论基础.

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1 电路理论基础

2 教师：朱俊株 13855168944 Email：jzzhu@ustc.edu.cn Address：电二楼321室
助教：罗凤琳

3 理论课时： 60学时；3～4次习题课；总复习1次。 期末考核： 平时成绩：作业（20%～ 30% ） 卷面成绩：考试（ 70% ～80%） 采用统一出卷，统考形式。

4 教材： 1、电路理论基础（第三版）——陈希有，高等教育出版社 参考资料： 1、电路分析基础（上、中、下）——李翰荪，高等教育出版社 2、电路 ——邱关源，高等教育出版社 3、电路基本理论习题集（第二版）——胡新伟编著，中国科学技术大学信息学院

5 课程PPT材料参见下述网址中Circuit Theory文件夹： http://staff.ustc.edu.cn/~jzzhu/

6 绪言 一、电的研究起源 二、电磁学和电子学 三、电 四、电路 五、电路理论 六、电路理论课的学习

7 _ + 一、电的研究起源 公元前 600 年左右： 希腊的哲学家泰勒斯：
做了一系列关于静电的观察（琥珀吸引羽毛），他是人们所知最早研究电现象的科学家。 希腊语的琥珀 “electron” 就是“electricity”电的词源。 静电带电序列 + _ 塑胶-聚乙烯-亚克力-橡胶-铁-纸-皮肤-木材-麻-棉-丝绸-尼龙-羊毛-玻璃-毛发

8 十八世纪： 本杰明-富兰克林（Benjamin Franklin，1706年1月17日－1790年4月17日）：
美国著名政治家、科学家，同时亦是出版商、印刷商、记者、作家、慈善家；更是杰出的外交家及发明家。他做了一个古今闻名的风筝实验，证实了闪电是电的一种现象，并发明了避雷针。 发现： 电荷守恒定律 （在任何孤立系统里，总电量不变）

9 十八世纪： 夏尔·奥古斯丁·德·库仑（Charles Augustin de Coulomb，1736年－1806年）：法国物理学家、军事工程师、土力学奠基人。他用扭秤实验证实了两个带电物体相互间的作用力（静电力或库仑力）与距离平方成反比。奠定了静电的基本定律，即库仑定律。从此，电的研究提升成为一种精确科学。 电子的电荷量Qe=1.602×10-19C（库仑） 电荷量的国际单位库仑C以其姓氏命名。

10 二、电磁学和电子学 电磁学（19世纪初～19世纪中）： 安德烈.玛丽.安培：
（André-Marie Ampère，1775年—1836年）： 法国化学家，在电磁作用方面的研究成就卓著，对数学和物理也有贡献。电流的国际单位安培A即以其姓氏命名。 发明： 安培右手定则、安培定律（电动机） 、电流计

11 英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。电容的国际单位法拉F就是以其姓氏命名。
迈克尔·法拉第： （Michael Faraday，公元1791～公元1867） 英国物理学家、化学家，也是著名的自学成才的科学家。电容的国际单位法拉F就是以其姓氏命名。 电磁感应定律（发电机）、提出场的概念。

12 没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦： （James Clerk Maxwell 公元1831～公元1879 ） 英国物理学家、数学家。科学史上，牛顿把天上和地上的运动规律统一起来，实现第一次大综合，麦克斯韦把电、光统一起来，实现第二次大综合，因此与牛顿齐名。1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后一部最重要的物理学经典。 没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。 贡献：统一电磁场、预言电磁波的存在。

13 德国物理学家，于1888年首先证实了电磁波的存在。并对电磁学有很大的贡献。
海因里希·鲁道夫·赫兹： （Heinrich Rudolf Hertz，1857年2月22日－1894年1月1日） 德国物理学家，于1888年首先证实了电磁波的存在。并对电磁学有很大的贡献。 频率的国际单位赫兹Hz以他的名字命名。

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15 电磁学（19世纪初～19世纪中）：安培（法）、法拉第（英）、麦克斯韦（英）
理论：电磁效应—>电磁感应原理—>统一电磁理论 应用：电动机—>发电站—>电报—>电话—>无线电通信

16 电子学（19世纪末）：洛伦兹（荷） 亨德利克·洛仑兹： 荷兰物理学家、数学家 创立古典电子理论
H．A．(Hendrik Antoon Lorentz,1853～1928) 荷兰物理学家、数学家 创立古典电子理论

17 电子学（19世纪末）：洛伦兹（荷） 理论：古典电子理论—>电子技术的发展
应用：电子三极管—>晶体三极管—>无线电广播—>电视—>电子计算机

18 三、电： 易于变换、传输和控制 能量：如各种电能 直流电能（各种电池）、交流电能（发电厂） 信号（信息载体）： 如话筒原理、扬声器原理

19 (1)伏打电池 (2)燃料电池 直流电能 (3)温差电池

20 (1)水力发电 (2)火力发电 交流电能 (3)核能发电

21 其它可再生能源 风力发电 风力发电 太阳能发电 风力发电与太阳能发电

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24 四、电路： 电路=电+电器件+路 电：能量、信息载体 电器件： 1、电源（信号源）：输出电能或电信号的器件
2、负载：需要电能或电信号才能工作的器件 3、（传输、转换、控制、测量等）附属器件 路：闭合路径（回路） 电路：又称网络或系统

25 电路分为： 简单电路：手电筒电路等 电筒电路模型图 L灯泡 U=1.5V电池 电筒实物图

26 复杂电路：集成运放电路IC等 运放实物图 F007运放电路图 ＋ － V－ V+ Vo 运放电路符号

27 电源IC、运放IC、比较器IC 逻辑IC、微处理器、其他IC

28 电路与器件（元件）为一组相对的概念： 电路由许多器件组成 系统中的某部分电路也可单独看成器件

29 五、电路理论： 理论基础： 基尔霍夫定律：KCL、KVL 两类约束：元件的约束（VAR）、电路拓扑约束（串、并、混联等） 研究对象：
理想化的电路模型（元件用理想化的本质特性-电磁特性来表征）

30 电路模型由各种电路符号构成。 不同电磁特性（参数、特性方程或特性曲线）的元件构成不同的电路。 元件： 线性和非线性（由元件的VAR来确定） 时变和非时变（由元件参数是否随时间变化来确定）

31 元件尺寸与工作频率的关系： 集中参数元件： 元件尺寸远小于电路正常工作频率所对应的波长
如：工频f=50Hz，波长λ=c/f=6000km，c为光速 分布参数元件： 要考虑元件各部分对电路的电磁影响 如：微波天线、远距离输电线路等

32 六、电路理论课的学习 1、本课的任务： 电路分析：一对一的关系（集中参数电路） 已知实际电路电路模型电路特性 与之相对应的：
电路综合：一对多的关系 已知电路特性若干电路模型实际电路

33 专业学科 电路理论 实 际 电 路 电 路 模 型 电 路 行 为 建模 分析 实现 综合 电路理论课的学习 （红色部分）

34 2、重点掌握: 1）关键点： 关联参考方向与参考点 元件的VAR关系（元件端电压与端电流的关系） 基尔霍夫定律（KCL、KVL）

35 2）基本定理 置换定理 线性叠加定理（常用） 等效电源定理（常用） 互易定理 特勒根定理

36 3）基本分析方法与特殊分析方法 A、基本分析方法 支路法 回路法（常用） 节点法（常用） B、特殊分析方法 相量法（常用） 三要素法（常用）
拉普拉斯变换法（常用） A可以单独使用，也可以与B结合在一起使用。

37 4）三种电路分析 直流电路分析（基础，基本分析法） 正弦交流电路分析（相量法等） 线性动态电路分析（三要素法、拉普拉斯变换法等）

38 5）四种分析手段： 直流分析（直流电路） 时域分析（线性动态电路） 频域分析（正弦交流电路） 复频域分析（线性动态电路）

39 3、本课的要求： 掌握上述电路理论的关键点、定理、定律和分析方法，为以后深入学习打下一个好的基础。