华科-电路原理-配汪健的.ppt

电电气信息气信息类类学科基学科基础课础课程程电电子教案子教案 汪建汪建1.序言序言一、本一、本课课程的性程的性质质与任与任务务 学科基学科基础课础课程程 先修先修课课程程:高等数学高等数学,大学物理大学物理 电电路理路理论论研究的三个分支研究的三个分支电电路分析路分析电电路路综综合合故障故障诊诊断断 输输入入（激励）（激励）电电路路 输输出出（响（响应应）？输输入入（激励）（激励）输输出出（响（响应应）？电电路理路理论论和和电电磁磁场场理理论论是两个基本理是两个基本理论论 电电路理路理论对电论对电气信息学科各气信息学科各专业领专业领域的深入研究极域的深入研究极 有价有价值值，是最重要的，是最重要的专业专业基基础课础课之一之一电电路理路理论论涉及高等数学、涉及高等数学、应应用数学、物理学和拓扑用数学、物理学和拓扑学等基学等基础础学科的知学科的知识识2.2、认认真听真听课课，课课前前应应尽可能尽可能预习预习，适当作听，适当作听课课笔笔记记3、学、学习习中要注重基本概念，并在自己的中要注重基本概念，并在自己的实实践中加深理解践中加深理解4、善于、善于总结总结5、遵守学遵守学习纪习纪律律6、重重视视作作业业,独立完成作独立完成作业业;加加强强课课后后练习练习三、关于教学内容的安排三、关于教学内容的安排 上册上册Ch1 电电路的基本定律和路的基本定律和电电路元件路元件 课课内学内学时时 8Ch2 电电路的分析方法之一路的分析方法之一等效等效变换变换法法 课课内学内学时时 6序言序言二、怎二、怎样样学好学好电电路理路理论论课课程程1、正确、正确认识认识学科基学科基础课础课程程的重要性的重要性,对对本本课课的学的学习习予以重予以重视视3.下册下册Ch7 三相三相电电路路 课课内学内学时时 6Ch8 周期性非正弦周期性非正弦稳态电稳态电路路 课课内学内学时时 6Ch9 二端口网二端口网络络 课课内学内学时时 8Ch10 动态电动态电路的路的时时域分析域分析 课课内学内学时时 14Ch11 网网络络的复的复频频域分析域分析 课课内学内学时时 6 共共88学学时时序言序言Ch3 电电路的分析方法之二路的分析方法之二电电路方程法路方程法 课课内学内学时时 8Ch4 电电路的分析方法之三路的分析方法之三运用运用电电路定理法路定理法 课课内学内学时时 6Ch5 正弦正弦稳态电稳态电路分析路分析 课课内学内学时时 12Ch6 谐谐振振电电路与路与互感耦合互感耦合电电路路 课课内学内学时时 84.电电路原理（上、下册）汪建主路原理（上、下册）汪建主编编 清清华华大学出版社出版大学出版社出版 教材和主要参考教材和主要参考书书目目参考参考书书目目1.电电路路 邱关源主邱关源主编编 高等教育出版社出版高等教育出版社出版2.电电路原理路原理 周守昌主周守昌主编编 高等教育出版社出版高等教育出版社出版3.新新编电编电路路题题解解 汪建主汪建主编编 华华中科技大学出版社出版中科技大学出版社出版 教材教材5.6.第一章第一章 电电路的基本定律和路的基本定律和电电路元件路元件 描述描述电电路特性的两个基本物理量，路特性的两个基本物理量，电压电压和和电电流的流的 参考方向参考方向 基基尔尔霍夫霍夫电电流定律和流定律和电压电压定律（定律（电电路分析的路分析的基本依基本依 据据之一）之一）1-1 1-1 电电路的基本概念路的基本概念（明确（明确讨论对讨论对象）象）1-1-1 1-1-1 电电路路+电电路元件（路元件（电电阻、阻、电电容、容、电电感、独立感、独立电电源和受控源和受控电电源等）源等）奇异函数及波形的表示法奇异函数及波形的表示法7.1-1 1-1 电电路的基本概念路的基本概念1-1-1 1-1-1 电电路路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 poweramp56732184236548.电电路（路（电电网网络络）是互相）是互相连连接起来的接起来的电电源与源与负载负载的的总总体，体，电电流能在其中流通流能在其中流通.电电路中存在三种基本路中存在三种基本电电磁效磁效应应.（能量能量的的损损耗；耗；电场电场能量的能量的储储存；磁存；磁场场能量的能量的储储存。）存。）电电源源负载负载中中间环节间环节1、电电路的路的3个基本个基本组组成部分成部分1-1 1-1 电电路路的基本概念的基本概念1-1-1 电电路路+2 2、集中参数、集中参数电电路和分布参数路和分布参数电电路路集中参数集中参数电电路路u(t)i(t)u(t)i(t)常微分方程常微分方程分布参数分布参数电电路路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 min9.1-1-2 1-1-2 理想理想电电路元件路元件,电电路模型路模型理想理想电电路元件路元件(电电路元件路元件)单单一一电电磁性磁性质质 可用可用数学数学加以加以严严格定格定义义电电路模型路模型(由理想元件构成）由理想元件构成）1-2 1-2 电压电压和和电电流及其参考方向流及其参考方向1-2-1 1-2-1 电压电压和和电电位位1 1、电压电压概念和定概念和定义义式式dlE Ea ab bu=dwdqu=albEdldq实际电实际电器件器件10.备备注：注：电压电压的的单单位位,直流和交流直流和交流电压电压 电压电压是代数量是代数量库仑电场库仑电场的基本特点的基本特点:Ec dl=0abmn两点两点间间电压电压与与所所经过经过的的路路径无关径无关 如果如果 E=EC （仅仅有有库仑电场库仑电场）如果如果 E=En （仅仅有非有非库仑电场库仑电场）电动势电动势的概念的概念非非库仑电场对库仑电场对正正电电荷施力的特点荷施力的特点2 2、电电位位 概念概念(参考点参考点)电压电压（电电位差）位差）o ou=albEdl11.电电位的相位的相对对性性3 3、电压电压的参考方向（或参考极性）的参考方向（或参考极性）电压电压真真实实方向的方向的习惯规习惯规定定:从高从高电电位指向低位指向低电电位位ER+-UR1R2R3R4R5R6E 电压电压参考方向的表示，意参考方向的表示，意义义+-u以端点以端点标标号号为为下角下角标标表示，表示，uabab应应用用电电位概念位概念时时的的隐隐含表示含表示:参考点参考点为为-参考方向的任意性，真参考方向的任意性，真实实方向的客方向的客观观性性12.1-2-2 1-2-2 电电流流1 1、电电流的含流的含义义物理物理现现象象物理量（物理量（电电流流强强度）度）,单单位位,直流直流及交流及交流电电流流Si=dqdt面元面元 S Si=s dS正正电电荷运荷运动动方向方向三种形式的三种形式的电电流及全流及全电电流的流的连续连续性性传导电传导电流流(c)c):导电导电媒媒质质中自由中自由电电子或离子在子或离子在电场电场作用下的有作用下的有规则规则的运的运动动 对对流流电电流流():带电带电粒子在自由空粒子在自由空间间运运动动形成的形成的电电流流,又称徙又称徙动电动电流流位移位移电电流流(D D):变变化的化的电场电场使使电电介介质质中的束中的束缚电缚电荷位移形成的荷位移形成的电电流流S(c+D)ds=0(i(ic c+i+i+i+iD D)=0)=0S全全电电流的流的连续连续性性:13.2 2、电电流的参考方向流的参考方向电电流流实际实际方向的方向的习惯规习惯规定定ERR1R2R3R4R5R6EI I电电流参考方向的表示，意流参考方向的表示，意义义i1-2-3 1-2-3 电电流和流和电压电压的关的关联联参考方向，参考方向，电电功率功率+-ui关关联联参考方向的含参考方向的含义义+-ui14.电压电压的参考方向（或参考极性）的参考方向（或参考极性）+-u uabab电电流的参考方向流的参考方向i+-ui电压电压与与电电流的关流的关联联参考方向参考方向:电电流从流从电压电压的正极性端流入的正极性端流入,也称关也称关联联正向正向电电功率的定功率的定义义及其及其计计算算:p=dW/dt p=ui:p=dW/dt p=uip=uip=-ui两式都两式都表示表示元件（或元件（或该该段段电电路）吸收的功率路）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,吸收的功率吸收的功率为为40w,求求电电流的大小并流的大小并标标出出其真其真实实方向。方向。15.p=uip=-ui功率功率能量能量,有源和无源有源和无源电电路路强强调调:分析分析电电路路时时必必须给须给出出电电量的参考方向量的参考方向1234567+-ui+-ui1-2-3 1-2-3 电电流和流和电压电压的关的关联联参考方向，参考方向，电电功率功率问题问题：一个：一个电电路的各部分路的各部分电压电压之之间间或或电电流之流之间间是如何互相是如何互相联联系系 的？的？+-u1i1i2i3i4i5i6i7+-u316.1-3 1-3 基基尔尔霍夫定律霍夫定律一些一些术语术语二端元件（或称一端口元件）二端元件（或称一端口元件）支路（支路（branch）支路支路电电流流支路支路电压电压节节点（点（node）回路（回路（loop）1234567+-u1i1i2i3i4i5i6i71512341-3-1 1-3-1 基基尔尔霍夫霍夫电电流定律（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4 417.1-3-1 1-3-1 基基尔尔霍夫霍夫电电流定律（流定律（KCL）1 1、定律内容、定律内容 ik(t)=01234567+-u1i1i2i3i4i5i6i7151234例例2 2、备备注注 定律与定律与电电路元件的性路元件的性质质无关无关 需需注意的注意的问题问题 练习练习:接地接地电电流等流等 定律定律对对包包围围部分部分电电路的任一路的任一闭闭合曲面也适用合曲面也适用1-3-2 1-3-2 基基尔尔霍夫霍夫电压电压定律（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=018.1-3-2 1-3-2 基基尔尔霍夫霍夫电压电压定律（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、备备注注 定律与定律与电电路元件的性路元件的性质质无关无关 需需注意的注意的问题问题 对对虚虚拟拟回路也适用回路也适用 与与引入引入电电位概念的等价性位概念的等价性i i1 1i i2 2i i3 3i i4 4i i5 5i i6 6i i7 7151234u1+u6 u7 u4=0节节点点1 1节节点点2 2节节点点3 3节节点点5 5支路支路2 2支路支路3 3支路支路4 4u35 u4+u2+u3=019.1-4 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 定定义义与波形与波形1 1、单单位斜坡函数位斜坡函数r(t)（unit ramp）定定义义波形波形0 t 0t t 0r(t)=110tr(t)r(t)导导函数的波形，函数的波形，奇异函数的概念奇异函数的概念2、单单位位阶跃阶跃函数函数1(t)（unit step）1 1）波形，定）波形，定义义式式0t1dr(t)dt20.1-4 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 延延迟单迟单位位阶跃阶跃函数函数1(t)=0 t 001f(t)t0tf(t)=0 t t0tt0 0f(t)=1(tt0)单单位位阶跃阶跃函数的特点函数的特点1(宗量宗量)=0 宗量宗量 01 1）波形，定）波形，定义义式式21.例例2 画出画出1(t)的波形的波形1(t)=0 t 0011(t)tt 02、单单位位阶跃阶跃函数函数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 定定义义与波形与波形2）单单位位阶跃阶跃函数在函数在电电路分析中的路分析中的应应用用用来表示用来表示电电源从某源从某时时刻起接入刻起接入电电路路+-Rt=0USR1(t)US用来表示波形或函数的起止用来表示波形或函数的起止时间时间22.2、单单位位阶跃阶跃函数函数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 定定义义与波形与波形2）单单位位阶跃阶跃函数在函数在电电路分析中的路分析中的应应用用例例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)与与单单位位阶跃阶跃函数函数1(tt0)的乘的乘积积23.2、单单位位阶跃阶跃函数函数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 定定义义与波形与波形1(tt0)f(t)=0f(t)t t0例例3 试试比比较积较积分分 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、单单位脉冲函数位脉冲函数p(t)unit pulse定定义义波形波形0 t p(t)=0 t 0 10 t p(t)=0 t 0 10 t 2 105 （105108）输输入入电电阻阻 Rin2 106 （1061013 ）输输出出电电阻阻 Rou=10 100（Ud=U2 U1）64.1-10-1 1-10-1 器件器件简简介及运算放大器的介及运算放大器的电电路符号路符号+-+Au1u2u0 实际应实际应用用时时引入引入负负反反馈馈反反馈馈电电路路 表示表示输输入入-输输出特性的出特性的电电路模型路模型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-+u065.1-10-2 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=RLi0266.1-10-3 1-10-3 运算放大器的一些基本运算放大器的一些基本电电路及路及输输入入-输输出关系出关系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)u1673 3、电压电压跟随器跟随器(Voltage Follower)+-+u2u1u2=u14 4、加法器、加法器+-+u2u1R1Rfu2unR2Rni1i2inif u2=Rfifu2=Rf(i1+i2+in)u1R1u2R2unRnu2=Rf(+)68.1-10-4 1-10-4 含运算放大器的含运算放大器的简单电简单电路分析路分析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+-+R1R269.1-10-4 1-10-4 含运算放大器的含运算放大器的简单电简单电路分析路分析例例2 2 求求u u2 2。u2u1-+R1R2+-+R3R4+u1i3u2=R3i3+u1u2=(1+)u1R3R4i3=u1R4 i1i1=070.A=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-+u071.例例3 3 求求U U0 0。+-+U0-+-+3 9V3V5 5 3 1-10-4 1-10-4 含运算放大器的含运算放大器的简单电简单电路分析路分析同相放大器同相放大器U1U1=(1+)9=14.4V35U0=3+5 ()3 U1 3U0=16V+-+u2u1R1R272.1-10-4 1-10-4 含运算放大器的含运算放大器的简单电简单电路分析路分析abc end例例3 3 见见教材教材习题习题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73.