電路理論基礎(chǔ)教程

前言

第1章 電路模型和基本規(guī)律

1.1 電路模型和集中參數(shù)假設(shè)

1.1.1 電路模型

電路模型是實(shí)際電路抽象而成，它近似地反映實(shí)際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導(dǎo)線連接而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連接就構(gòu)成不同特性的電路。

電路模型近似地描述實(shí)際電路的電氣特性。根據(jù)實(shí)際電路的不同工作條件以及對(duì)模型精確度的不同要求，應(yīng)當(dāng)用不同的電路模型模擬同一實(shí)際電路。

這種抽象的電路模型中的元件均為理想元件。

1.1.2 集中參數(shù)假設(shè)

1.2 電路基本變量和關(guān)聯(lián)參考方向

1.2.1 電流

電流，是指電荷的定向移動(dòng)。電源的電動(dòng)勢(shì)形成了電壓，繼而產(chǎn)生了電場(chǎng)力，在電場(chǎng)力的作用下，處于電場(chǎng)內(nèi)的電荷發(fā)生定向移動(dòng)，形成了電流。電流的大小稱為電流強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱電流，符號(hào)為I），是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線某一截面的電荷量，每秒通過(guò)1庫(kù)侖的電量稱為1「安培」（A）。安培是國(guó)際單位制中所有電性的基本單位。 除了A，常用的單位有毫安（mA）、微安(μA) 。1A=1000mA=1000000μA電學(xué)上規(guī)定：正電荷流動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较?。電流微觀表達(dá)式I=nesv,n為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷數(shù)，e為電子的電荷量，s為導(dǎo)體橫截面積，v為電荷速度。

1.2.2 電壓

電壓，也稱作電勢(shì)差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場(chǎng)中由于電勢(shì)不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。其大小等于單位 正電荷因受電場(chǎng)力作用從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所作的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國(guó)際單位制為伏特(V)，常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。此概念與水位高低所造成的“水壓”相似。需要指出的是，“電壓”一詞一般只用于電路當(dāng)中，“電勢(shì)差”和“電位差”則普遍應(yīng)用于一切電現(xiàn)象當(dāng)中。

1.2.3 關(guān)聯(lián)參考方向

1.3 電功率

作為表示電流做功快慢的物理量，一個(gè)用電器功率的大小數(shù)值上等于它在1秒內(nèi)所消耗的電能。如果在"t"（SI單位為s）這么長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)消耗的電能“W”（SI單位為J），那么這個(gè)用電器的電功率就是P=W/t（定義式）電功率等于導(dǎo)體兩端電壓與通過(guò)導(dǎo)體電流的乘積。

（P=U·I）。對(duì)于純電阻電路，計(jì)算電功率還可以用公式P=I^2 R和P=U^2 /R。

每個(gè)用電器都有一個(gè)正常工作的電壓值叫額定電壓，用電器在額定電壓

下正常工作的功率叫做額定功率，用電器在實(shí)際電壓下工作的功率叫做實(shí)際功率。

1瓦特（1W）=1焦/秒(1J/s)=1伏·安(V·A)

① W—電能—焦耳（J） ② 1kw·h=3.6×10^6J

t —時(shí)間—秒(s) t=1小時(shí)（h）=3600秒(s)

P—用電器的功率—瓦特（W） P=1kw=1000w

(兩套單位，根據(jù)不同需要，選擇合適的單位進(jìn)行計(jì)算)

W—能量表示符號(hào)。

W—瓦，功率單位　電功率(簡(jiǎn)稱功率)所表示的物理意義是電路元件或設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)吸收或發(fā)出的電能。兩端電壓為U、通過(guò)電流為I的任意二端元件(可推廣到一般二端網(wǎng)絡(luò))的功率大小為P = UI功率的國(guó)際單位制單位為瓦特(W)，常用的單位還有毫瓦(mW)、千瓦(kW)，它們與W的換算關(guān)系是：1 W = 1000 mW；1kw=1000W

吸收或發(fā)出：一個(gè)電路最終的目的是電源將一定的電功率傳送給負(fù)載，負(fù)載將電能轉(zhuǎn)換成工作所需要的一定形式的能量。即電路中存在發(fā)出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。習(xí)慣上，通常把耗能元件吸收的功率寫成正數(shù)，把供能元件發(fā)出的功率寫成負(fù)數(shù)，而儲(chǔ)能元件(如理想電容、電感元件)既不吸收功率也不發(fā)出功率，即其功率P = 0。通常所說(shuō)的功率P又叫做有功功率或平均功率

1.4 基爾霍夫定律

基爾霍夫定律Kirchhoff laws是電路中電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析和計(jì)算較為復(fù)雜電路的基礎(chǔ)，1845年由德國(guó)物理學(xué)家G.R.基爾霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824～1887）提出。它既可以用于直流電路的分析，也可以用于交流電路的分析，還可以用于含有電子元件的非線性電路的分析。運(yùn)用基爾霍夫定律進(jìn)行電路分析時(shí)，僅與電路的連接方式有關(guān)，而與構(gòu)成該電路的元器件具有什么樣的性質(zhì)無(wú)關(guān)?；鶢柣舴蚨砂娏鞫桑↘CL)和電壓定律(KVL)，前者應(yīng)用于電路中的節(jié)點(diǎn)而后者應(yīng)用于電路中的回路

1.4.1 電路中幾個(gè)常用名詞

1.4.2 基爾霍夫電流定律

1.4.3 基爾霍夫電壓定律

習(xí)題

第2章 電路元件

2.1 理想二端電路元件的分類

2.2 理想二端電路元件

2.2.1 二端電阻元件

2.2.2 二端電感元件

2.2.3 二端電容元件

2.3 獨(dú)立電源

2.3.1 獨(dú)立電源

2.3.2 實(shí)際電源

2.4 基本信號(hào)

2.4.1 復(fù)指數(shù)信號(hào)

2.4.2 階躍函數(shù)

2.4.3 沖激函數(shù)

2.5 多端元件

2.5.1 受控電源

2.5.2 回轉(zhuǎn)器

2.5.3 理想變壓器

2.5.4 耦合電感

2.6 運(yùn)算放大器

2.6.1 運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介

運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱“運(yùn)放”）是具有很高放大倍數(shù)的電路單元。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，大部分的運(yùn)放是以單芯片的形式存在。運(yùn)放的種類繁多，廣泛應(yīng)用于電子行業(yè)當(dāng)中。

2.6.2 理想運(yùn)算放大器的基本特性

2.6.3 理想運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)單應(yīng)用2100433B

本書是按照教育部本科生“電路分析”課程要求編寫而成的。全書系統(tǒng)地介紹了電路基礎(chǔ)知識(shí)，內(nèi)容包括:電路模型與基本規(guī)律,電阻電路分析的一般方法,電路定理,動(dòng)態(tài)電路的時(shí)域分析,線性電路的正弦穩(wěn)態(tài)分析,拉普拉斯變換和網(wǎng)絡(luò)函數(shù),雙口網(wǎng)絡(luò),線性電路矩陣分析,有源濾波器分析和快速設(shè)計(jì)等,在最后一章介紹了Multisim2001仿真軟件,并提供了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在電路教學(xué)中的范例應(yīng)用。本書的主要特點(diǎn)是從電路分析與后續(xù)課程的知識(shí)點(diǎn)銜接出發(fā),承上啟下,把二極管、晶體管、理想運(yùn)算放大器等知識(shí)貫穿在章節(jié)中,并在復(fù)習(xí)思考題中提供了相應(yīng)的練習(xí),為后續(xù)專業(yè)課打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。本書可用為高等院校電子信息、電氣工程、自動(dòng)化控制、通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的本科教材,也可作為成人教育的教材和相關(guān)專業(yè)科技人員的參考書。

2009年，電路理論課程被認(rèn)定為國(guó)家精品課程；

2016年，電路理論課程被認(rèn)定為國(guó)家級(jí)精品資源共享課；

2019年，電路理論課程被認(rèn)定為國(guó)家精品在線開放課程；

2020年，電路理論課程被教育部認(rèn)定為首批“國(guó)家級(jí)一流本科課程”（線上一流課程）。

電路理論預(yù)備知識(shí)

學(xué)習(xí)電路理論課程需要預(yù)備微分、積分、微分方程、復(fù)數(shù)運(yùn)算、線性代數(shù)方程組、矩陣、傅里葉級(jí)數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí)，以及高中物理的電磁學(xué)等物理知識(shí)。

電路理論學(xué)習(xí)資料