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第一章电路基本定律与二端电阻性元件1电子与信息工程系---胡冬全2010-9-6第一章电路基本定律与二端电阻性元件2电路分析直流电路交流电路暂态分析电路理论电路分析电路综合第一章电路基本定律与二端电阻性元件10主要教学环节注意解题方法和技巧，书写整洁。独立完成作业。考勤、作业和测验占总成绩30%.习题紧跟老师讲课思路，积极思考，主动学习。抓住基本概念、基本理论、基本原理和分析方法。课堂教学训练实验技能，培养严谨的科学作风。注意理论联系实际，掌握常用仪器、仪表的使用方法，验证与探索相结合。实验第一章电路基本定律与二端电阻性元件11学习的主要内容•第一章电路基本定律与二端电阻性元件4学时•第二章简单电阻电路的等效变换4•第三章多端电阻性元件4•第四章电路分析的一般方法6•第五章电路定理6•第六章二端储能元件4•第七章正弦稳态电路分析14+2•第八章耦合电感和理想变压器6•第九章三相电路4•第十章非正弦周期电流电路2•第十-章电路暂态过程的时域分析8•共计64学时第一章电路基本定律与二端电阻性元件12教材《电路基础理论》（第一版）华中科技大学出版社黄冠斌、胡冬全主编参考书教材及主要参考书李翰荪编《电路分析基础》（第4版）高等教育出版社邱关源主编《电路》（第5版）高等教育出版社陈希有主编《电路理论基础》（第3版）高等教育出版社周长源主编《电路理论基础》高等教育出版社.第一章电路基本定律与二端电阻性元件13内容：§1电路、电路模型、集总假设§2电路变量---电流、电压、电功率§3基尔霍夫定律第1次课目的要求：1.了解电路模型和集总假设条件；2.理解电流、电压、电功率及其参考方向的意义；3.理解基尔霍夫定律。作业：P201-21-31-6。重点：功率的计算和基尔霍夫定律第一章电路基本定律与二端电阻性元件14§1电路、电路模型、集总假设一、实际电路1.作用：提供能量、传送和处理信号、测量电量、存储信息。电源负载联接导线第一章电路基本定律与二端电阻性元件182.由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路。电阻器电容器线圈电池运算放大器晶体管第一章电路基本定律与二端电阻性元件19低频信号发生器的内部结构根据实际电路的几何尺寸(d)与其工作信号波长(λ)的关系，可以将它们分为两大类：(1)集总参数电路：满足dλ条件的电路。(2)分布参数电路：不满足dλ条件的电路。说明：本书只讨论集总参数电路,今后简称为电路。第一章电路基本定律与二端电阻性元件20二、电路模型：R+RoE-手电筒的电路模型灯泡开关电池导线S为了便于用数学方法分析电路,一般要将实际电路模型化，用足以反映其电磁性质的理想电路元件或其组合来模拟实际电路中的器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。第一章电路基本定律与二端电阻性元件22RCLsisu+-理想元件电阻元件电容元件电感元件理想电压源理想电流源受控源理想变压器耦合电感第一章电路基本定律与二端电阻性元件23电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。现在以线圈为例加以说明。线圈的几种电路模型(a)线圈的图形符号(b)线圈通过低频交流的模型(c)线圈通过高频交流的模型第一章电路基本定律与二端电阻性元件24三、集总假设集总意味着把器件的电场与磁场分开。条件：实际器件的尺寸远小于正常工作频率所对应的波长。实际器件（集总假设）集总电路模型理想化本课程分析的对象第一章电路基本定律与二端电阻性元件25§2电路变量一、电流——电荷的定向移动。1．大小：电流强度——单位时间内通过导体横截面的电量。dtdqti)(单位：安培（A）2．实际方向：规定为正电荷移动的方向。3．参考方向：abi实际方向i0iab实际方向i0第一章电路基本定律与二端电阻性元件26实际方向与参考方向一致，电流(或电压)值为正；实际方向与参考方向相反，电流(或电压)值为负。实际方向与参考方向的关系注意：在参考方向选定后，电流（或电压）值才有正负之分。对任何电路分析时都应先指定各处的i,u的参考方向。abIR例：若I=5A，则实际方向与参考方向一致，若I=－5A，则实际方向与参考方向相反。第一章电路基本定律与二端电阻性元件27E1+-1RI1I2I32R4R3RE2+-5R第一章电路基本定律与二端电阻性元件29思考1.指出下图中电流的实际方向。abI=3AI=-2Aab实际方向实际方向2.同一支路，选择不同的参考方向如图，与关系如何？1i2i2i1iabab注意：同一支路只能选一个参考方向。21ii-第一章电路基本定律与二端电阻性元件30二、电压——又称电位差。1．大小：电场力移动单位正电荷从a点到b点所作的功。dqdwtu)(单位：伏特（V）2．实际极性：规定为若正电荷从a点到b点失去能量，则a点为高电位，b点为低电位。3．参考极性：ab+u-参考极性（方向）的三种表示方式：第一章电路基本定律与二端电阻性元件31U+U+ABUABABUAB用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向；用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压(降低)的参考方向；UU用双下标表示：如UAB,由A指向B的方向为电压(降)的参考方向。参考极性（方向）的三种表示方式：第一章电路基本定律与二端电阻性元件32ab+u-u0+实际极性--实际极性+iabu0+u-U1=10V10V10+U110V10+U1U1=10VU1=10V10V10+U110V10+U110V10+U110V10+U1U1=10VU1=10V第一章电路基本定律与二端电阻性元件33Vttu)30314sin(2220)(Vu211030sin2220)0(Vu2110330sin2220)30180601314sin(2220)60/1(-例1-2在图1-11（a）中若试说明t=0和t=1S/60两个时刻电压的真实方向。解因为u(0)0，此时电压的真实方向与参考方向相同。因为u(1/60)0，此时电压的真实方向与参考方向相反。第一章电路基本定律与二端电阻性元件34iab-u+abi+u-关联参考方向非关联参考方向abi+u-默认电压参考极性i默认电流参考方向ab+u-第一章电路基本定律与二端电阻性元件35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。u=Ri+–Riu+–Riuu=–Ri(3)参考方向不同时，其表达式符号也不同，但实际方向不变。第一章电路基本定律与二端电阻性元件36三、电路中电位的概念及计算电位：电路中某点至参考点的电压，记为“VX”。通常设参考点的电位为零。1.电位的概念电位的计算步骤:(1)任选电路中某一点为参考点，设其电位为零；(2)标出各电流参考方向并计算；(3)计算各点至参考点间的电压即为各点的电位。某点电位为正，说明该点电位比参考点高；某点电位为负，说明该点电位比参考点低。第一章电路基本定律与二端电阻性元件372.举例求图示电路中各点的电位:Va、Vb、Vc、Vd。设a为参考点，即Va=0VVb=Uba=–10×6=-60VVc=Uca=4×20=80VVd=Uda=6×5=30V设b为参考点，即Vb=0VVa=Uab=10×6=60VVc=Ucb=E1=140VVd=Udb=E2=90Vbac204A610AE290V-E1140V56A-dUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90VUab=10×6=60VUcb=E1=140VUdb=E2=90V第一章电路基本定律与二端电阻性元件38结论：(1)电位值是相对的，参考点选取的不同，电路中各点的电位也将随之改变；(2)电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考点的不同而变，即与零电位参考点的选取无关。借助电位的概念可以简化电路作图bca204A610AE290V-E1140V56A-d+90V205+140V6cd第一章电路基本定律与二端电阻性元件392kA+I12kI2–6V(b)例1:图示电路，计算开关S断开和闭合时A点的电位VA解:(1)当开关S断开时(2)当开关闭合时,电路如图（b）电流I2=0，电位VA=0V。电流I1=I2=0，电位VA=6V。2k+6VA2kSI2I1(a)电流在闭合路径中流通第一章电路基本定律与二端电阻性元件40例1-4图1-13所示电路中，当选择(4)为参考点时，(1)、(2)、(3)各点电位分别为5V、3V、-6V。求电压U12、U23、U31；若将参考点改为(2)，求其它各点的电位。解VUVUVU11569)6(3235133132232112---------02因为两点间的电压与参考点的选择无关，令02VUVUVU330990202242423232121------第一章电路基本定律与二端电阻性元件41几点重要结论：1.电路中的电位与参考点有关，参考点改变电路中各点电位随之而变；2.电路中任意两点的电压与参考点的选择无关；3.电位有正电位和有负电位；4.电位（电压）的计算与绕行路径无关，“降正升负不能错，不同路径都符合，有阻无流电位同”第一章电路基本定律与二端电阻性元件42三、功率和能量abi+u-关联参考方向能量传输方向piab-u+非关联参考方向能量传输方向p)()()(titudtdqudtudqdtdwtp)()()(titutp-0)(tp0)(tp吸收功率产生功率单位：瓦特（W）第一章电路基本定律与二端电阻性元件43练习试计算下图所示各元件吸收或产生的功率。u=-2V,i=1Aiab+u-iab-u+u=-3V,i=2Aiab+u-u=2,i=-3Aiab+u-u=10V,i=2sintmAiab+u-u=10V,i=5Ate2-Wiup2-Wiup6-Weiutpt250)(---tmWiutpsin20)(产生2W吸收6WWiup6-吸收6W产生第一章电路基本定律与二端电阻性元件44WIUP1535111222(44)16PUIW---WIUP3)1(3333--例1-5图1-19所示为某电路的一部分，已知图中U1=5V，U2=-4V，U3=3V，I1=3A，I2=4A，I3=-1A。求各元件的功率，并说明元件是吸收功率还是发出功率。解：元件1（关联方向}元件1吸收功率元件2（非关联方向）元件2发出功率-16W，实际吸收16W功率元件3元件3吸收功率-3W，实际发出3W功率。第一章电路基本定律与二端电阻性元件451117856PUIW---WIUP1682222WIUP2555333WIUP1535444例1-6电路中，已知U1=7V，U2=2V，U3=U4=5V，I1=I2=8A，I3=5A，I4=3A。求各元件的功率并说明是吸收功率还是发出功率。解：元件1（发出）元件2元件3元件4（吸收）（吸收）（吸收）第一章电路基本定律与二端电阻性元件4619世纪40年代，经过安培、欧姆、奥斯特、焦耳和楞次等人的创造性工作，电磁学的理论也基本完善了，随之而来的是电器技术的蓬勃发展，使得电路变得越来越复杂。如何正确迅速地求解电路，成了电器技术进一步发展的关键。德国科学家基尔霍夫(1824—1887)。1845年，21岁的基尔霍夫成功地解决了这个难题。当时他刚从大学毕业，第一篇论文就提出后来被称为基尔霍夫第一和第二定律的两个定律，运用这两个定律能正确而迅速地求解任何复杂的电路，立即被各国科学家接受和采用，直到现在，它仍是解决复杂电路问题的重要工具。§1-3基尔霍夫定律第一章电路基本定律与二端电阻性元件47§3基尔霍夫定律一