邱关源电路第一章080901.ppt

电路原理机电信息工程学院杜海英杜海英杜海英n n机电学院自动化系教研室机电学院自动化系教研室n n办公室：机电楼办公室：机电楼304304n nE-mailE-mail：：duhaiying@duhaiying@电路原理电路原理n学科基础课必修课程，共80学时，5个学分 n后续课程为：模拟电子技术、数字电子技术 n成绩考核与评定总成绩分为期末考试和平时成绩，期末考试为闭卷考试，其比例：q期末考试： 70%q平时成绩： 30%教材和参考书教材和参考书n n教材教材《《电路电路》》，邱关源编，高等教育出版社，邱关源编，高等教育出版社n n建议参考书建议参考书《《电路原理电路原理》》，徐国凯编著，机械工业出版社，徐国凯编著，机械工业出版社《《电工学电工学》》，唐介编著，高等教育，唐介编著，高等教育出版出版社社《《电路原理电路原理》》，周守昌编著，高等教育出版社，周守昌编著，高等教育出版社第一章绪论1. 课程定位3. 电路理论的应用2. 电路理论及相关科学技术的发展简史4. 电路理论和电路课程n分析电路中的电磁现象n研究电路的基本规律及电路的分析方法l 课程主要内容：l 所应具备基础知识：电磁学、数学l 课程意义：n在整个电子与电气信息类专业的人才培养方案 和课程体系中起着承前启后的重要作用。

2. 电路理论及相关科学技术的发展简史n吉尔伯特发现带电体与非电体之区别n盖里克发明磨擦起电机n1729年，英国人格雷发现有些物质可以传导电，有 些则不能主张带电体不能导电，而非电体却可以 n法国物理学家迪费（1698－1739）经过实验表明， 带电体与非电体之间并无本质的区别，所有物体都 可以带电n1734年，迪费发现两类不同的电荷，一种称为玻璃 电，一类称为树脂电他实际上发现了正负电荷， 但命名不确1746年，美国科学家本杰 明·富兰克林（1706－1790）开 始研究电现象，他相继发现：天 上的雷电与莱顿瓶中的电是一回 事；发明避雷针；并于1794年提 出正电负电的概念法国人库仑（1736－1806）运用 扭秤测定电荷之间的相互作用，证 明了电力与电荷量之积成正比，与 距离平方成反比得出了历史上最 早的静电学定律－库仑定律1800年，伏特（1745－1827）依照 伏特序列制成伏特电堆它能够把 化学能不断地转变为电能，维持单 一方向的持续电流为动电研究打下 基础，推动了电化学的发展1820年，丹麦物理学家奥斯特 （1777－1851）发现电流的磁效 应在电与磁之间架起了一座桥 梁，打开了近代电磁学的突破口 ，对德国自然哲学的影响。

1775-1836），法国物理学家安 培从1820到1825年相继提出安培定 律（载流导线之间的相互作用力定 律）和安培环路定律，为电动机的 发明作了理论上的准备奠定了电 动力学的基础1826年，德国科学家欧姆（ 1787－1854）在多年实验基础上 ，提出了著名的欧姆定律英国物理学家法拉第（1791－1867 ），电流有磁效应，磁有没有电流 效应呢？ 1831年，法拉第发现运动的磁铁会 导致电流，而静止的磁铁却没有电 流效应这个电流称为感生电流约瑟夫·亨利 （Henry Joseph 1797-1878）,美国科学家他是 以电感单位“亨利”留名的大物 理学家 1832年亨利提出了表征 线圈中自感应作用的自感系数L 楞次是俄国物理学家,主要从事电 学的研究1833年指出感应电流的 方向是这样确定的：它所产生的磁 场方向与引起感应的原磁场的变化 方向相反后被称为楞次定律1838年,画家出身的美国人莫尔斯用 编码方式发明了有线电报, 1844年5 月24日,莫尔斯在华盛顿国会大厦向 40英里外的巴尔的摩发出了人类历史 上第一份电报.这是信息流和物质流 传递方式的第一次分离,有线电报的 发明具有划时代的革命意义。

•1845年，德国物理学家基尔霍夫 （1824－1887）在深入研究了欧姆 的工作成果之后提出了电路的两 个基本定律－基尔霍夫电流定律 (KCL)和基尔霍夫电压定律(KVL)英国物理学家威廉·汤姆森（开尔 文勋爵1824－1907）采用电阻、电 感和电容的电路模型，分析了莱顿 瓶的放电过程，得出电振荡的频率 1853年H. 亥姆霍兹在载维宁定理的基础上提 出电路中的等效发电机原理1854年，开尔文 发表了电缆传输理论1857年基尔霍夫提出了 包括自感系数在内的完整的传输线上电压及电 流方程式，称之为基尔霍夫方程至些，包括 传输线在内的电路理论基本建立起来了1866年，德国工程师西门子（1823 －1883）提出了发电机的工作原理 ，并由西门子公司的一名工程师完 成了人类第一台发电机，同年，西 门子还发明了第一台直流电动机， 从此电气化时代开始了1869英国特理学家麦克斯韦(1831 －1879)总结了当时所发现的种种 电磁现象的规律，将它表达为麦 克斯韦议程组，预言了电磁波的 丰硕，为电路理论奠定了坚定的 基础1876年，美国科学家贝尔（1847－ 1879）发明了，实现了通信技 术的飞越。

1879年，美国科学家爱迪生（1847 －1931）发明了碳丝灯泡改变了 人们的生活1880年，英国人霍普金森提出了形 式上与欧姆定律相似的计算磁路的 定律19世纪末交流电技术发展1894年，意大利人 马可尼和俄国的波 波夫分别发明了无 线电从此进入了 无线电通信时代1925年，英国人贝尔德发明了电视1932年发现负反馈放大器的稳 定性条件，即著名的奈奎斯特 稳定判据，可用于各种线性反 馈系统的设计 第二次世界大战中雷达和近代控制技术的出现， 对电路理论的发展起了推进作用1958发明了集成电 路，它将构成电子电路的电阻电容二极管等都放在了 一块半导体芯片上，电子技术进入了集成电路时代20世纪30年代开始，电路理论已形成为一 门独立学科，建立了各种元器件的电路模型 50年代末，电路理论在学术体系上基本完善 60年代以后的电路理论为控电路理论近代电路理论的主要特点：Ø 图论引入电路理论 Ø 出现大量新的电路元件、有源器件 Ø 电路分析和设计在计算机上的应用n电路理论是高等学校电子与电气信息类专业的技 术基础课，为该类专业的后续许多课程理论支持 ，如模拟电子技术、数学电子技术、信号与系统 、电机学、电力系统分析、集成电路设计、自动 控制、电力电子技术待都用到电路理论。

n在工程技术实际和生活实际中应用广泛，与我们 的生活密不可分3. 电路理论的应用4、电路理论和电路课程n电路理论是电气工程和电子科学技术的主要 理论基础，是一门研究电路分析和网络综合 与设计基本规律的基础工程学科n所谓电路分析是在电路给定参数已知的条件 下，通过求解电路中的电压、电流而了解电 网络具有的特性；而网络综合是在给定电路 技术指标的情况下，设计出电路并确定元件 参数，使电路的性能符合设计要求第一章电路模型和电路定律 (circuit model)(circuit laws) 1. 电压、电流的参考方向3. 基尔霍夫定律l 重点：2. 电路元件特性本章要求n n充分理解和掌握电流的参考方向和充分理解和掌握电流的参考方向和 电压的参考极性两个概念；电压的参考极性两个概念；n n明确电阻、电感、电容等电路元件明确电阻、电感、电容等电路元件 的电压与电流间的关系；的电压与电流间的关系；n n熟练掌握基本定律，并做到灵活运熟练掌握基本定律，并做到灵活运 用主要内容n n电路和电路电路和电路模型模型n n电流电流 、电压和功率、电压和功率n n电路电路元件元件n n基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.1 1.1 电路和电路模型电路和电路模型n电路(circuit)(circuit)的组成发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 ...输电线电源(source): 提供电能 或发出电信号的设备负载(load): 消耗电能 或接收电信号的装置传输控制器件：电源和 负载中间的连接部分n电路的作用n n实现电能的传输、分配与转换实现电能的传输、分配与转换n n实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理放 大 器扬声器话筒发电机升压 变压器降压 变压器电灯 电动机 电炉 ...输电线n电路模型(circuit model)(circuit model) 导线电池开关灯泡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。

l理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件l电路模型电路中的主要物理量有电压 、电流、电荷、磁链、能量、 电功率等性电路分析中 主要关心的物理量是电流、电 压和功率1.2 电流和电压的参考方向current and voltage reference direction1. 电流的参考方向 (current reference direction)l产生原因l电流强度带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面 的电荷量单位： A（安培）、kA、mA、A 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: 实际方向实际方向AABB问 题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参考方向i 参考方向大小 方向(正负）电流(代数量)任意假定一个正电荷运动的 方向即为电流的参考方向ABi 参考方向i 参考方向i > 0i 0+实际方向参考方向 U+–U0 吸收正功率 (实际吸收)P0 发出正功率 (实际发出)l u, i 取非关联参考方向+-iu+-iuP<0 发出负功率 (实际吸收)例564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1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n定义：电路元件是电路中最基本的组成单元n电路物理量有电压u,电流I,电荷q及磁通ψn分类：按与外部连接的端子数目分为一端，二端 －－，还可分为线性和非线性元件，时不变元件 ，时变元件，无源和有源元件等1.4 电路元件几种基本的电路元件：电阻(resistor)：表示消耗电能的元件电感(inductor) ：表示产生磁场，储存磁场能量 的元件电容(capacitor) ：表示产生电场，储存电场 能量的元件电源元件(source) ：表示各种将其它形式的能 量转变成电能的元件1.5 电阻元件 (resistor) Ri+-U对电流呈现阻力的元件定义电路符号电导：电阻：Rconductance resistance 单位R ： (Ohm，欧姆) G ： S (Siemens，西门子) u～i 关系满足欧姆定律 (Ohm’s Law)uiu、i 取关联 参考方向Rui+－伏安 特性 为一 条过 原点 的直 线(2) 如电阻上的电压与电流参考方向非关 联公式中应冠以负号注(3) 说明线性电阻是无记忆、双向性的元件欧姆定律(1) 只适用于线性电阻，( R 为常数）则欧姆定律写为u  –R i i  –G u公式和参考方向必须配套使用！Rui+-上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。

p  –u i –(–R i) i i2 R  –u(–u/ R)  u2/ Rp  u i i2R u2 / R功率：Rui +-Rui +-可用功表示从 t 到t0电阻消耗的能量：Riu+–电阻的开路与短路能量：l 短路l 开路ui1.6 1.6 电源元件电源元件(source)(source)分类：独。