电路理论教案-邱关源

一、本课程的性质和作用本课程是自动化专业、通信工程专业、以及其它电类专业的重要基础课。本课程主要介绍电路的基本概念，电路的基本分析方法，是进入专业学习的入门课程。通过学习电路理论这门课程，能使学生掌握电路的基本概念，掌握电路中各元件的特性，掌握电路的基本定律和定理，掌握一般电路的分析计算，进一步培养学生分析问题和解决问题的能力，为学习后续课程及从事实际工作奠定坚实的基础。本课程为其它后续专业课程模拟电子技术准备必要的基础知识，是学好专业课的前提。要学好这门课程，不仅需要学生具有一定的高等数学、工程数学和大学物理等方面的知识，而且还要学生具备基本的分析问题和解决问题的能力。二、本课程的任务与基本要求本课程的任务是给定电路的结构及元件的参数，在掌握电路基本概念、性质和规律的基础上，对电路进行分析和计算。本课程的基本要求:1、掌握基尔霍夫定律，掌握电阻、电感、电容、电压源、电流源、受控源的伏安特性，掌握电路变量电压、电流的参考方向。2、掌握等效电路的概念与等效电阻计算，掌握实际电源两种模型及其等效变换，熟悉电阻的星形连接与三角形连接的等效变换。3、掌握电路的基本分析方法：支路电流法、网孔分析法、节点分析法，了解含理想运算放大器的电路分析。4、掌握电路定理：戴维南定理、诺顿定理、置换定理、叠加定理、互易定理、最大功率传输定理。5、掌握动态电路的时域分析法，理解强制分量、固有分量，暂态和稳态，时间常数等概念，学会一阶电路的完全响应、零输入响应和零状态响应的求解方法。6、掌握正弦电路的基本概念：周期、频率、角频率、有效值、相位及相位差；掌握正弦电路的分析方法，即相量法，理解阻抗、导纳、平均功率、无功功率、视在功率、复功率及功率因数等概念。7、掌握串联谐振的条件和特点，谐振频率及品质因数概念。8、掌握含有耦合电感电路的分析方法。9、掌握对称三相电路的电压、电流、功率的计算。10、掌握非正弦周期电流电路的有效值、平均值、平均功率的概念，了解非正弦周期电流电路的计算。11、掌握拉普拉斯变换法分析线性电路的方法。12、掌握网络函数的概念，了解极点、零点与响应的关系，会用卷积定理分析电路。13、了解电路的图、树的概念，会写关联矩阵、回路矩阵、割集矩阵，理解状态方程的含义。14、理解两端口的含义，会计算两端口的参数。三、本课程主要内容与课时分配讲授主要内容课时数作业布置电路和电路模型、电路变量2电阻、电感、电容、电压源、电流源及受控源2基尔霍夫定律2元件的串联与并联、实际电源的两种模型及其等效变换2电阻的Y形和△形连接的等效变换、输入电阻2电路的图、支路电流法2网孔电流法、回路电流法2节点电压法2叠加定理、替代定理2戴维南定理和诺顿定理2最大功率传输定理1运算放大器的电路模型、含有理想运算放大器的电路的分析方法2电容、电感元件及其串并联3动态电路的方程其初始条件、一阶电路的零输入响应2一阶电路的零状态响应、完全响应2第1章电路模型和电路定律本章重点1、电压电流参考方向的设定及选择参考方向的意义；2、无源元件伏安关系及特性；3、理想独立源与实际独立源区别，以及相应特性；4、区分四种受控源；5、理解KVL、KCL意义，应用KVL,KCL求解电路。本章难点1、功率判别；2、受控源在电路中的处理；3、基本定律的推广应用。教学方法本章是电路理论课程的基础，主要讲述了电路的基本概念、电路元件及基尔霍夫定律。共需8课时。本章采用讲授为主，自学为辅的教学方法。对重点内容，课堂上要讲解透彻，课下布置一定的作业，使学生加深对内容的理解并牢固掌握；对难点内容，通过讲例题加以分析，深入浅出，举一反三，理论联系实际，使学生能学会学懂，为以后进一步学习打下基础。由于课时量偏紧，对于曾学过的电路变量的一些内容简单讲解；对于电阻和电导、电压源和电流源、电容和电感则按对偶关系去理解相对应的内容；基尔霍夫定律的证明要求自学。授课内容1.1电路和电路模型一、电路：1．电路：构成电流通路的一切设备的总和。2．作用：进行能量的转换和传输（强电）；进行信号的处理和传递（弱电）；进行信息的存储二、电路模型可以表征或近似地表示一个实际器件（或电路）中所有的主要物理现象。电路模型可以通过理想的电路元件相互联接而成。三、理想电路元件无源元件：1、电阻元件R：消耗电能2、电感元件L：存储磁场能量3、电容元件C：存储电场能量有源元件：独立电源电流源电压源1.2电路的基本物理量及参考方向一、电流1．电流tqidd——瞬时值直流电流：IRLCUsus(t)+_is(t)(Is)量纲：安培（A）1kA=10-3A；1mA=10-3A；1μA=10-6A２．电流的参考方向:是一种任意选定的方向标定方式：在连接导线上用箭头表示约定：当i0时参考方向与实际方向一致当i0时参考方向与实际方向相反二、电压1、电压qwuddAB――瞬时值直流电压UAB量纲：伏特（V）1kV=10-3V；1mV=10-3V；1µV=10-6V2、电压的参考方向:是一种任意选定的方向标定方式：“+”高电位端、“－”低电位端约定：当u0时参考方向与实际方向一致当u0时参考方向与实际方向相反三、电压与电流的关联参考方向（针对一段电路而言）1.3功率与能量一、功率：1、瞬时功率)()(ddd)(dd)(d)(titutqqtwttwtp（关联参考方向下成立）当p0时吸收功率,当p0时发出功率量纲：瓦特（W）2、直流功率的计算UIPUIP例：)(W1025吸收P1.4电阻元件一、电阻元件定义若一个二端元件的电压与电流之间的关系可以用i—u平面上的一条曲线表征时称之为电阻ABqAB+_uuAB+_ui+UI_+UI_+_2A5Vi’ABi过原点的直线称为线性电阻隧道二极管为非线性电阻线性电阻R=iu(Ω)（关联）u=Ri二、欧姆定律u=Riu=-Ri三、欧姆定律的另一种形式GuuRi1RG1――电导(S)四、电阻功率的计算p=ui=Ri2p=-ui=-(-Ri)i=Ri2p=Ri2≥0吸收功率消耗电能例：求uab和uad及各段电路的功率并指明吸收发出功率．u1=1Vi1=2Au2=-3Vi2=1Au3=8Vi3=-1Au4=-4Vu5=7Vu6=-3V解：uab=uac+ucb=-u1+u2=-(1)+(-3)=-4Vuab=ub=-3Vp1=-u1i1=-2W0（发出）p2=u2i1=-６W0（产生）p3=u3i1=16W0（吸收）p4=u4i2=-4W0（产生）p5=u5i3=-7W0（产生）p6=u6i3=3W0（吸收）+_uiR+_uiR+_uiR+ui_R(G)+ui_R+ui_Rui0u1u4eu3u2u6125643i2cabdf+_+_+_+_i1+_u5+_ui01.5电容元件1、定义：任意二端元件其电荷、电压满足库—伏平面内一条曲线，称之为电容。线性非线性qCu电容（常数）单位：法拉（F）2、电压电流关系()dqdCuduiCdtdtdt动态元件，对直流0i，电容开路00011()()(0)tttututiduidCC记忆元件3、能量)(21)(2tLitW储能（电场能）1.6电感元件1、定义：任意二端元件其磁链、电流满足韦—安平面内一条曲线，称之为电感。LLi电感（常数）单位：亨利（H）2、电压电流关系①电压由电磁感应定律率dedt,又ue,∴dtdiLdtdu（dtdiLu非关联）直流u=0L短路②电流tduLiti0)(1)0()(有记忆3、能量)(21)(2tLitW储能（磁场能）1.7电压源和电流源一、独立电源指电源输出的电压（电流）仅由独立电源本身性质决定与电路中其余部分的电压（电流）无关。分类:电压源和电流源二、电压源１．理想电压源：若一个二端元件输出电压恒定则称为理想电压源。①电路符号②基本性质③伏安曲线a．输出电压恒定，和外电路无关；+_us(t)UsUs10VR10Ω5Ω+_U+_IUI0Usqui0qu0b．其流过的电流由外电路决定RUUURUIss２．实际电压源：若一个二端元件所输出的电压随流过它的电流而变化就称为实际电流源。①电路模型②伏安特性u=iRs+us③三种工作状态a．加载u=us-Rsib．开路i=0uoc=us(uoc开路电压)c．短路u=0isc=us/R(isc短路电流)三、电流源1、理想电流源：若一个二端元件的输出电流恒定时，则称为理想电流源．①电路符号②基本性质③伏安曲线a．输出电流恒定和外电路无关ssRIIIRIUb．其端电压由外电路确定2、实际电流源若一个二端元件所输出的电流随其端电压变化而变化称为实际电流源．①电路模型②伏安特性i=is-us/Rs=is-Gsu③三种工作状态a．加载i=is-u/Rsb．短路u=0,isc=-isc．开路i=0,uoc=Rsis注：电压源不允许短路,电流源不允许开路1.8受控源一、受控源：耦合元件us+_u+_Rsiui0usRsius/Ris(t)(Is)UI0IsRs+_u+iis(Gs)u0isiGsu(us/R)若一个电源的输出电压（电流）受到电路中其它支路的电压（电流）控制时，称为受控源．由两条支路构成：1―1’支路－控制支路2―2’支路－被控支路二、受控源的分类：1、电压控制电压源(VCVS)2、电流控制电压源(CCVS)μ（无纲量）－电压放大倍数．r－电阻量纲．3、电压控制电流源(VCCS)4、电流控制电流源(CCCS)g－电导量纲．β－无纲量，电流放大倍数．三、注意：1、受控源具有电源与电阻的二重性．2、输出量的性质由电路符号判断．1.9基尔霍夫定律一、几个常用名词1、支路：任意一个二端元件构成一条支路．2、节点：两条或两条以上支路的联接点．3、回路：电路中的任一闭合路径．4、网孔：当回路中不包括其他支路时称为网孔．5、网络：指复杂电路二、基尔霍夫电流定律(KCL)1、定律指出：任一时刻，流入电路中任一节点的电流代数和恒为零。10nkki约定：流入取负，流出取正2、物理实质：电荷的连续性原理+_+_+_i1u1=0u2=ri111’22’+_+_i1=0u111’22’u2=μu1+_+_+_i1=0u111’22’i2i5i1i4i3i2+_+_i1u1=011’22’i2=βi1i2i3i8i5i4i1i6i2i711’22’3、推广：节点→封闭面（广义节点）已知i1、i2求i3根据KCL得：000003218658737642541iiiiiiiiiiiiiiii三、基尔霍夫电压定律(KVL)１．定律指出：任一时刻，沿任一闭合回路电压降代数和恒为零。10nkku约定：与回路绕行方向一致取正，与回路绕行方向不一致取负．２．物理实质：电位单值性原理３．推广：闭合路径→假想回路u-us+Rsi=0例：已知u=4.9V，求us＝？解：根据KVL得：RS+uS—u+i+u3+u1u4++u2+—us6Ω5Ω0.1Ω0.98ii+—u又：V002.6A154.90.980.0020.16ssuiiiiu