华中科技大学电路理论课件汪建版ch1讲稿.pptx

电气信息类学科基础课程电气信息类学科基础课程电子教案电子教案 汪建汪建序言序言一、本课程的性质与任务一、本课程的性质与任务 学科基础课程学科基础课程 先修课程先修课程:高等数学高等数学,大学物理大学物理 电路理论研究的三个分支电路理论研究的三个分支电路分析电路分析电路综合电路综合故障诊断故障诊断 输入输入（激励）（激励）电路电路 输出输出（响应）（响应）？输入输入（激励）（激励）输出输出（响应）（响应）？电路理论和电磁场理论是两个基本理论电路理论和电磁场理论是两个基本理论 电路理论对电气信息学科各专业领域的深入研究极电路理论对电气信息学科各专业领域的深入研究极 有价值，是最重要的专业基础课之一有价值，是最重要的专业基础课之一电路理论涉及高等数学、应用数学、物理学和拓扑电路理论涉及高等数学、应用数学、物理学和拓扑学等基础学科的知识学等基础学科的知识2、认真听课，课前应尽可能预习，适当作听课笔记、认真听课，课前应尽可能预习，适当作听课笔记3、学习中要注重基本概念，并在自己的实践中加深理解、学习中要注重基本概念，并在自己的实践中加深理解4、善于总结、善于总结5、遵守学习纪律遵守学习纪律6、重视作业重视作业,独立完成作业独立完成作业;加强课后练习加强课后练习三、关于教学内容的安排三、关于教学内容的安排 上册上册Ch1 电路的基本定律和电路元件电路的基本定律和电路元件 课内学时课内学时 8Ch2 电路的分析方法之一电路的分析方法之一等效变换法等效变换法 课内学时课内学时 6序言序言二、怎样学好二、怎样学好电路理论电路理论课程课程1、正确认识学科基础课程、正确认识学科基础课程的重要性的重要性,对本课的学习予以重视对本课的学习予以重视 下册下册Ch7 三相电路三相电路 课内学时课内学时 6Ch8 周期性非正弦稳态电路周期性非正弦稳态电路 课内学时课内学时 6Ch9 二端口网络二端口网络 课内学时课内学时 8Ch10 动态电路的时域分析动态电路的时域分析 课内学时课内学时 14Ch11 网络的复频域分析网络的复频域分析 课内学时课内学时 6 共共88学时学时序言序言Ch3 电路的分析方法之二电路的分析方法之二电路方程法电路方程法 课内学课内学时时 8Ch4 电路的分析方法之三电路的分析方法之三运用电路定理法运用电路定理法 课内学时课内学时 6Ch5 正弦稳态电路分析正弦稳态电路分析 课内学时课内学时 12Ch6 谐振电路与谐振电路与互感耦合电路互感耦合电路 课内学时课内学时 8 电路原理电路原理（上、下册）汪建主编（上、下册）汪建主编 清华大学出版社出版清华大学出版社出版 教材和主要参考书目教材和主要参考书目参考书目参考书目1.电路电路 邱关源主编邱关源主编 高等教育出版社出版高等教育出版社出版2.电路原理电路原理 周守昌主编周守昌主编 高等教育出版社出版高等教育出版社出版3.新编电路题解新编电路题解 汪建主编汪建主编 华中科技大学出版社出版华中科技大学出版社出版 教材教材第一章第一章 电路的基本定律和电路元件电路的基本定律和电路元件 描述电路特性的两个基本物理量，电压和电流的描述电路特性的两个基本物理量，电压和电流的 参考方向参考方向 基尔霍夫电流定律和电压定律（电路分析的基尔霍夫电流定律和电压定律（电路分析的基本依基本依 据据之一）之一）1-1 1-1 电路的基本概念电路的基本概念（明确讨论对象）（明确讨论对象）1-1-1 1-1-1 电路电路+电路元件（电阻、电容、电感、独立电源和受控电源等）电路元件（电阻、电容、电感、独立电源和受控电源等）奇异函数及波形的表示法奇异函数及波形的表示法1-1 1-1 电路的基本概念电路的基本概念1-1-1 1-1-1 电路电路Electric circuit of a radio receiverantennaL10.445 HC4C22200PFC30.1U1SBL-113,42,5,678Q1OscillatorR2R1R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18+_12V dcL31mHL222.7 H4710K10K220100K100K1M15K15K10K4710C191091055320.11.0 F1.0 F100 F100 F100 F0.00330.10.00220.470.1AudioOutput7MHzto U1.pin8U2BU2AU3Audio poweramp5673218423654 电路（电网络）是互相连接起来的电源与负载的总体，电路（电网络）是互相连接起来的电源与负载的总体，电流能在其中流通电流能在其中流通.电路中存在三种基本电磁效应电路中存在三种基本电磁效应.电源电源负载负载中间环节中间环节1、电路的、电路的3个基本组成部分个基本组成部分1-1 1-1 电路电路的基本概念的基本概念1-1-1 电路电路+2 2、集中参数电路和分布参数电路、集中参数电路和分布参数电路集中参数电路集中参数电路u(t)i(t)u(t)i(t)常微分方程常微分方程分布参数电路分布参数电路u(x,t)i(x,t)u(x,t)i(x,t)偏微分方程偏微分方程dmax 0.01 mindmax 0.01 min1-1-2 1-1-2 理想电路元件理想电路元件,电路模型电路模型理想电路元件理想电路元件(电路元件电路元件)单一电磁性质单一电磁性质 可用可用数学数学加以加以严格定义严格定义电路模型电路模型(由理想元件构成）由理想元件构成）1-2 1-2 电压和电流及其参考方向电压和电流及其参考方向1-2-1 1-2-1 电压和电位电压和电位1 1、电压、电压概念和定义式概念和定义式dlE Ea ab bu=dwdqu=albEdldq实际电器件实际电器件备注：电压的单位备注：电压的单位,直流和交流电压直流和交流电压 电压是代数量电压是代数量库仑电场的基本特点库仑电场的基本特点:Ec dl=0abmn两点间两点间电压与电压与所经过的所经过的路路径无关径无关 如果如果 E=EC （仅有库仑电场）（仅有库仑电场）如果如果 E=En （仅有非库仑电场）（仅有非库仑电场）电动势的概念电动势的概念非库仑电场对正电荷施力的特点非库仑电场对正电荷施力的特点2 2、电位、电位 概念概念(参考点参考点)电压（电位差）电压（电位差）o ou=albEdl 电位的相对性电位的相对性3 3、电压的参考方向（或参考极性）、电压的参考方向（或参考极性）电压真实方向的习惯规定电压真实方向的习惯规定:从高电位指向低电位从高电位指向低电位ER+-UR1R2R3R4R5R6E 电压参考方向的表示，意义电压参考方向的表示，意义+-u以端点标号为下角标表示，以端点标号为下角标表示，uabab应用电位概念时的隐含表示应用电位概念时的隐含表示:参考点为参考点为-参考方向的任意性，真实方向的客观性参考方向的任意性，真实方向的客观性1-2-2 1-2-2 电流电流1 1、电流的含义、电流的含义物理现象物理现象物理量（电流强度）物理量（电流强度）,单位单位,直流直流及交流电流及交流电流Si=dqdt面元面元 S Si=s dS正电荷运动方向正电荷运动方向三种形式的电流及全电流的连续性三种形式的电流及全电流的连续性传导电流传导电流(c)c):导电媒质中自由电子或离子在电场作用下的有规则的运动导电媒质中自由电子或离子在电场作用下的有规则的运动 对流电流对流电流():带电粒子在自由空间运动形成的电流带电粒子在自由空间运动形成的电流,又称徙动电流又称徙动电流位移电流位移电流(D D):变化的电场使电介质中的束缚电荷位移形成的电流变化的电场使电介质中的束缚电荷位移形成的电流S(c+D)ds=0(i(ic c+i+i+i+iD D)=0)=0S全电流的连续性全电流的连续性:2 2、电流的参考方向、电流的参考方向电流实际方向的习惯规定电流实际方向的习惯规定ERR1R2R3R4R5R6EI I电流参考方向的表示，意义电流参考方向的表示，意义i1-2-3 1-2-3 电流和电压的关联参考方向，电功率电流和电压的关联参考方向，电功率+-ui关联参考方向的含义关联参考方向的含义+-ui电压的参考方向（或参考极性）电压的参考方向（或参考极性）+-u uabab电流的参考方向电流的参考方向i+-ui电压与电流的关联参考方向电压与电流的关联参考方向:电流从电压的正极性端流入电流从电压的正极性端流入,也称关联正向也称关联正向电功率的定义及其计算电功率的定义及其计算:p=dW/dt p=ui:p=dW/dt p=uip=uip=-ui两式都两式都表示表示元件（或该段电路）吸收的功率元件（或该段电路）吸收的功率+-ui+-UIP=UI=(-20)I=40I=-2AP=-UI=(-20)I =40I=2AI 例例 已知已知u=-20V,吸收的功率为吸收的功率为40w,求电流的大小并标出求电流的大小并标出其真实方向。其真实方向。p=uip=-ui功率功率能量能量,有源和无源电路有源和无源电路强调强调:分析电路时必须给出电量的参考方向分析电路时必须给出电量的参考方向1234567+-ui+-ui1-2-3 1-2-3 电流和电压的关联参考方向，电功率电流和电压的关联参考方向，电功率问题：一个电路的各部分电压之间或电流之间是如何互相联系问题：一个电路的各部分电压之间或电流之间是如何互相联系 的？的？+-u1i1i2i3i4i5i6i7+-u31-3 1-3 基尔霍夫定律基尔霍夫定律一些术语一些术语二端元件（或称一端口元件）二端元件（或称一端口元件）支路（支路（branch）支路电流支路电流支路电压支路电压节点（节点（node）回路（回路（loop）1234567+-u1i1i2i3i4i5i6i71512341-3-1 1-3-1 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）1 1、定律内容、定律内容 ik(t)=013支路支路1 14支路支路6 65支路支路7 7支路支路4 41-3-1 1-3-1 基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL）1 1、定律内容、定律内容 ik(t)=01234567+-u1i1i2i3i4i5i6i7151234例例2 2、备注、备注 定律与电路元件的性质无关定律与电路元件的性质无关 需注意的问题需注意的问题 练习练习:接地电流等接地电流等 定律对包围部分电路的任一闭合曲面也适用定律对包围部分电路的任一闭合曲面也适用1-3-2 1-3-2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）1 1、定律内容、定律内容 uk(t)=0i1+i2+i4=0i1 i3+i6=0i1 i2+i5+i6=01-3-2 1-3-2 基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVLKVL）1 1、定律内容、定律内容 uk(t)=01234567+-u u1 1i i1 1i i2 2i i3 3i i4 4i i5 5i i6 6i i7 7151234例例2 2、备注、备注 定律与电路元件的性质无关定律与电路元件的性质无关 需注意的问题需注意的问题 对虚拟回路也适用对虚拟回路也适用 与引入电位概念的等价性与引入电位概念的等价性i i1 1i i2 2i i3 3i i4 4i i5 5i i6 6i i7 7151234u1+u6 u7 u4=0节点节点1 1节点节点2 2节点节点3 3节点节点5 5支路支路2 2支路支路3 3支路支路4 4u35 u4+u2+u3=01-4 1-4 奇异函数及波形的表示法奇异函数及波形的表示法1-4-1 1-4-1 定义与波形定义与波形1 1、单位斜坡函数、单位斜坡函数r(t)（unit ramp）定义定义波形波形0 t 0t t 0r(t)=110tr(t)r(t)导函数的波形，导函数的波形，奇异函数的概念奇异函数的概念2、单位阶跃函数、单位阶跃函数1(t)（unit step）1 1）波形，定义式）波形，定义式0t1dr(t)dt1-4 奇异函数及波形的表示法奇异函数及波形的表示法例例1 延迟单位阶跃函数延迟单位阶跃函数1(t)=0 t 001f(t)t0tf(t)=0 t t0tt0 0f(t)=1(tt0)单位阶跃函数的特点单位阶跃函数的特点1(宗量宗量)=0 宗量宗量 01 1）波形，定义式）波形，定义式例例2 画出画出1(t)的波形的波形1(t)=0 t 0011(t)tt 02、单位阶跃函数、单位阶跃函数1(t)（unit step）1-4 1-4 一些典型的波形（或函数）一些典型的波形（或函数）1-4-1 1-4-1 定义与波形定义与波形2）单位阶跃函数在电路分析中的应用单位阶跃函数在电路分析中的应用用来表示电源从某时刻起接入电路用来表示电源从某时刻起接入电路+-Rt=0US+-R1(t)US用来表示波形或函数的起止时间用来表示波形或函数的起止时间2、单位阶跃函数、单位阶跃函数1(t)（unit step）1-4 1-4 一些典型的波形（或函数）一些典型的波形（或函数）1-4-1 1-4-1 定义与波形定义与波形2）单位阶跃函数在电路分析中的应用单位阶跃函数在电路分析中的应用例例r(t)=1(t)t例例 画出画出1(t)(t1)和和1(t1)(t1)的波形的波形11210t1120t普通函数普通函数f(t)与单位阶跃函数与单位阶跃函数1(tt0)的乘积的乘积2、单位阶跃函数、单位阶跃函数1(t)（unit step）1-1 1-1 一些典型的波形（或函数）一些典型的波形（或函数）1-4-1 1-4-1 定义与波形定义与波形1(tt0)f(t)=0f(t)t t0例例3 试比较积分试比较积分 cos d 与与 1(2)cos d 55tt 1(2)cos d 5t cos d=sin =sint0.9655tt2t=1(t2)cos d =1(t2)(sint0.91)3、单位脉冲函数单位脉冲函数p(t)unit pulse定义定义波形波形0 t p(t)=0 t 0 10 t p(t)=0 t 0 10 t 2 105 （105108）输入电阻输入电阻 Rin2 106 （1061013 ）输出电阻输出电阻 Rou=10 100（Ud=U2 U1）1-10-1 1-10-1 器件简介及运算放大器的电路符号器件简介及运算放大器的电路符号+-+Au1u2u0 实际应用时引入负反馈实际应用时引入负反馈反馈反馈电路电路 表示输入表示输入-输出特性的电路模型输出特性的电路模型2314+-+RinRouAudud1-10-2 1-10-2 理想运算放大器及其特性理想运算放大器及其特性理想条件理想条件特性特性A=ud=0（虚短路）（虚短路）u0=Aud=A(u2 u1)Rin=i1=0，i2=0（虚断路）（虚断路）Rou=034-+-+i1i2ud-+u01-10-2 1-10-2 理想运算放大器及其特性理想运算放大器及其特性ud=0（虚短路）（虚短路）i1=0，i2=0（虚断路）（虚断路）34-+运放属于有源元件运放属于有源元件RL i1i2+-+u0(3)(1)(2)i0吸收的功率吸收的功率：p=u1i1+u2i2+u0i0p=u0i0p=RLi0i0=RLi021-10-3 1-10-3 运算放大器的一些基本电路及输入运算放大器的一些基本电路及输入-输出关系输出关系1 1、反相放大器、反相放大器+-+u2u1R1R2i1i2 i1=u1/R1i2=i1 u2=u1 R2R12 2、同相放大器、同相放大器+-+u2u1R1R2i1i2 i2=i1=u1/R1u2=R2i2+u1 u2=(1+R2/R1)u13 3、电压跟随器、电压跟随器 (Voltage Follower)+-+u2u1u2=u14 4、加法器、加法器+-+u2u1R1Rfu2unR2Rni1i2inif u2=Rfifu2=Rf(i1+i2+in)u1R1u2R2unRnu2=Rf(+)1-10-4 1-10-4 含运算放大器的简单电路分析含运算放大器的简单电路分析5 5、差分放大器、差分放大器+-+u0u1R1R2R1R2u2 unun=u2 R2R1+R2i1i1=u1un R1u0=R2 +unu1un R1u0=(u2u1)R2R1i1i2i3R1i1=R2i3u1=0i2=i1+i3i2=(1+)i1R1R2例例1 1 求求i2和和i1的关系式。的关系式。i1+-+u2i2u1+-+R1R21-10-4 1-10-4 含运算放大器的简单电路分析含运算放大器的简单电路分析例例2 2 求求u u2 2。u2u1-+R1R2+-+R3R4+u1i3u2=R3i3+u1u2=(1+)u1R3R4i3=u1R4 i1i1=0A=ud=0（虚短路）（虚短路）Rin=i1=0，i2=0（虚断路）（虚断路）Rou=034-+理想条件理想条件特性特性+-+i1i2ud-+u0例例3 3 求求U U0 0。+-+U0-+-+3 9V3V5 5 3 1-10-4 1-10-4 含运算放大器的简单电路分析含运算放大器的简单电路分析同相放大器同相放大器U1U1=(1+)9=14.4V35U0=3+5 ()3 U1 3U0=16V+-+u2u1R1R21-10-4 1-10-4 含运算放大器的简单电路分析含运算放大器的简单电路分析abc end例例3 3 见教材习题见教材习题3-173-17+-+-+U03V5 3 6 4 4 10 10 1.5VR4R1R1R2R2R3R5Uc=0.5U00.25(3 Ua)=0.1(Ua Uc)0.25(1.5 Ub)=0.1Ub Ua=UbUc=3.75U0=7.5V +-+u2u1R1R2反相放大器反相放大器