电路原理第5版邱关源编著(高等教育出版社)

2013年秋季2雷伏容联系方式：13693397376[e-mail]《电路原理》3电系统与人们工作、生活息息相关：通信系统：信息的产生、传送和分配计算机系统：用电信号处理信息控制系统：用电信号控制生产过程电力系统：产生和分配电力信号处理系统：将电信号转换为有用的信息各类电系统的共性——电路电气信息类核心课程，是后续课程的技术基础数字电子技术，模拟电子技术，电力电子技术，电机与拖动基础，自动控制原理，自动检测技术及仪表，计算机原理及应用等等学习本门课程的意义4本门课程的主要内容电气工程是将物理学家的自然现象模型和数学家的数学工具结合在一起，并运用这些模型系统以满足实际的需要。电路是实际电气系统行为的近似数学模型。课程主要讲授电路的基本概念、基本理论和分析方法，主要内容包括：电路模型与电路理论电路的分析方法（如何求电压、电流和功率）分析和解决实际电系统的电路问题5答疑安排北区实验楼205室提前约定的其他时间、地点电子邮件：[e-mail]6参考书1.JamesW.Nilsson,SusanA.Riedel,电路（第六版，英译版）．北京：电子工业出版社，20022.ChariesK.Alexander,MatthewN.O.Sadiku,电路基础（英文影印版）．北京：清华大学出版社，20003.WilliamH.Hayt,Jr.,JackE.Kemmerly,StevenM.Durbin,工程电路分析（第六版，英文影印版）．北京：电子工业出版社，20024.周守昌．电路原理．北京：高等教育出版社，19995.李瀚荪．电路分析基础（第三版）．北京：高等教育出版社，19936.郭维林.电路习题全解（修订版）.北京：中国建材工业出版社，20047有关规定1.无故旷课情节严重者，按学籍规定处理；2.必须独立完成课外作业，严禁抄袭；3.在每周的第一次课课前，交上次布置的作业，逾期不收；4.缺交作业1/3以上者，作业成绩按零分计算。8教学安排18周教学，讲授56学时；实验地点：实验楼106、107电工实验室；实验时间：待定9考试与成绩评定期中考试期末考试成绩评定：作业：5%考勤：5%实验：10%平时测验：10％期末考试：70%电路模型和电路定律(circuitelements)(circuitlaws)1.电压、电流的参考方向3.基尔霍夫定律重点：2.电路元件特性111.1电路和电路模型(Circuitmodel)一、电路（circuit)：电路是为了传输、转换电能或传递、处理信号，由一些电气设备或元件按一定方式联结起来的电流通路。主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。•电源(source)：提供能量或信号。•负载(load)：将电能转化为其它形式的能量，或对信号进行处理。•导线(line)、开关（switch)等：将电源与负载接成通路123负载1电源1）电能的传输与转换（电力系统）发电机升压变压器输电线降压变压器电灯电动机2中间环节1.1电路和电路模型(Circuitmodel)132）信号的传递与处理放大器话筒扬声器信号源负载1.1电路和电路模型(Circuitmodel)14二、电路的模型（circuitmodel）i当有电流通过时：L实际的电路元件或器件其电磁性质很复杂例如：白炽灯(lamp)电压电场储存电场能量CC电流磁场储存磁场能量L15二、电路的模型iiRRLC工程上，为了简化计算，常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，而把它看成理想电路元件。161.理想电路元件：根据实际电路元件所具备的电磁性质假想的具有某种单一电磁性质的元件，其u，i关系可用简单的数学式子严格表示。几种基本的电路元件：电阻元件（R）：消耗电能的元件电感元件（L）：各种电感线圈产生磁场，储存磁能的作用电容元件（C）：产生电场，储存电能的作用电源元件：各种提供电能的元件二、电路的模型17构造手电筒的电路模型2.理想电路模型：由理想电路元件及其组合相互连接而成的，与实际电路具有基本相同的电磁性质的数学模型，称为实际电路的电路模型。18电源负载连接导线电路实体SUSR电路模型二、电路的模型19汽车点火电路的建模20电压（U）、电流（I）、电荷（Q）、磁通（）、电功率（P）、电能量（W）等。在线性电路分析中常用电流、电压、电位等。1).电流I(current)：单位：A(安)(Ampere，安培)2).电压U(voltage)：单位：V(伏)(Volt，伏特)一、电路中的主要物理量1.2电压和电流的参考方向(referencedirection)21安培(Ampere)Andre-MarieAmpere(1775-1836),AFrenchmathematicianandphysicist,laidthefoundationofelectrodynamics.Hedefinedtheelectriccurrentanddevelopedawaytomeasureitinthe1820s.BorninLyous,France,Ampereatage12masteredLatininafewweeks,ashewasintenselyinterestedinmathematicsandmanyofthebestmathematicalworkswereinLatin.Hewasabrilliantscientistandaprolificwriter.Heformulatedthelawofelectromagnetics.Heinventedtheelectromagnetandtheammeter.Theunitofelectriccurrent,theampere,wasnamedafterhim.22AlessandroAntonioVolta(1745-1827),anItalianphysicist,inventedtheelectricbattery–whichprovidedthefirstcontinuousflowofelectricity–andthecapacitor.伏特(Volta)231.电流I(current)：单位：A(安)(Ampere，安培)电流I:电荷流动的速率dtdqi电荷量q的单位：库仑，C电流i的单位：安培，A时间t的单位：秒，sI与i:大写字母代表恒定量小写字母代表时变量直流（DC）与交流（AC）242.电压U（voltage）电荷分离需要消耗能量w，将单位电荷的耗能定义为电压：dqdwu单位：V(伏)(Volt，伏特)能量w的单位：焦尔，J电荷量q的单位：库仑，C电压v的单位：伏特，VV与v:大写字母代表恒定量小写字母代表时变量直流（DC）与交流（AC）253.电位电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。参考点的电位则为零，所以，参考点也称为零电位点。电位用表示，单位与电压相同，也是V(伏)。abcd设c点为电位参考点，则c=0a=Uac，b=Ubc，d=Udc26两点间电压与电位的关系：仍设c点为电位参考点，c=0Uac=a，Udc=dUad=Uac+Ucd=Uac–Udc=a–d前例结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的电位之差。abcd27例:abc1.5V1.5V已知Uab=1.5V，Ubc=1.5V(1)以a点为参考点，a=0Uab=a–bb=a–Uab=–1.5VUbc=b–cc=b–Ubc=–1.5–1.5=–3VUac=a–c=0–(–3)=3V(2)以b点为参考点，b=0Uab=a–ba=b+Uab=1.5VUbc=b–cc=b–Ubc=–1.5VUac=a–c=1.5–(–1.5)=3V结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位将改变，但任意两点间电压保持不变。28二、电压、电流的参考方向(referencedirection)1.电流的参考方向(或正方向、假定方向）元件(导线)中电流流动的实际方向有两种可能。参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。i0i0电流方向的表示方法：i箭头：双下标：iAB或iBA实际方向实际方向i参考方向AB元件292.电压的参考方向u0参考方向u+–+实际方向AB元件u0参考方向u+–+实际方向AB元件30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：u+uABuAB31小结：(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，其表达式符号也不同，但实际方向不变。+–Riuu=Ri+–Riuu=–Ri32（4）元件或支路的u，i通常采用相同的参考方向以减少公式中负号，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关联参考方向+–Riuu=Ri+–Riuu=–Ri33元件1元件2元件3+++ii1i2试判断下图中的三个元件,哪个是关联参考方向?341.3电路元件的功率(Power)一、电功率：单位时间内电场力所做的功。tqiqwutwpdd,dd,dduitqqwtwpdddddd功率的单位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的单位：J(焦)(Joule，焦耳)35二、功率的计算和判断1.u,i关联参考方向P0吸收功率P0发出功率P0吸收功率P0发出功率2.u,i非关联参考方向p=uip=-ui+–Riui+–Ru36功率计算实例ab7A+-8Vab7A-+8VP=8×7=56W消耗功率的电路器件：电阻（灯泡等）：电能→热能电动机：电能→动能P=-8×7=-56W释放功率的电路器件：电池：化学能→电能发电机：机械能→电能37上述功率计算不仅适用于元件，也适用于任意二端网络。电阻元件在电路中总是消耗(吸收)功率，而电源在电路中可能吸收，也可能发出功率。+–5IURU1U2例U1=10V，U2=5V。试分别求电源、电阻的功率。解：I=UR/5=(U1–U2)/5=(10–5)/5=1APR=URI=51=5WPU1=-U1I=-101=-10WPU2=U2I=51=5WP发=10W，P吸=5+5=10WP发=P吸(功率守恒)38电阻的外形图电阻的尺寸与功率1.5电阻元件(Resistor)39欧姆（Ohm）GeorgSimonOhm(1789-1854)wastheGermanphysicistwhoin1827discoveredthelawthatthecurrentflowthroughaconductorisproportionaltothevoltageandinverselyproportionaltotheresistance.OhmwasthenaprofessorofmathematicsinCologne.Hisworkwascoldlyreceived.ThePrussianministerofeducationannouncedthataprofessorwhopreachedsuchheresieswasunworthytoteachscience.Ohmresignedhispost,wentintoacademicexileforseveralyears,andthenleftPrussiaandbecameaprofessorinBavaria.1.5电阻元件(Resistor)401.符号R2.欧姆定律(Ohm’sLaw)Ri+-uu=RiRi-+uu=-RiRG13.电导电阻R的单位：欧姆，电导G的单位：西，S；或姆欧，注意参考方向对公式符号的影响Ω线性定常电阻元件：任何时刻端电压与其电流成