电路分析基础教案.docx

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电路分析基础教案

．组织教学

起立、清点人数

向各位同学致以新春的问好，同时祝贺同学们新的一年，新春快乐，学习进步，事事顺心。

向全班同学自我介绍，并留下相关联系方式。

1．本门课教师的要求

（1）要求同学们要按时上课，按时下课，课堂上不得扰乱课堂秩序。

（2）作业每周教一次，并认真完成

（3）考试成绩构成：

平时成绩平时占40％期末占60％，平时成绩作业占20％，表现及考勤占20％如果课堂上因为违纪被点名一次扣1分，直到扣完为止。

作业缺一次扣一分直到扣完为止。

2．希望同学们有问题主动和任课教师交流

．复旧引新：

1．高中和初中物理中有关的电路知识

．授新课：

（第一次课）

第1章电路的基本概念和基本定律

本章介绍电路模型，电路的基本物理量、基本定律和基本元件，以及电路模型的应用实例。

通过本章的学习，了解实际电路的功能和特点，电路模型的概念和意义，实际电路与电路模型内在的联系和区别。

电流和电压参考方向是电路分析中最基本的概念，基尔霍夫电流定律和电压定律是电路理论的基石，应熟练掌握和运用。

要理解和掌握电路基本元件的定义和元件方程与参考方向的关系，以及功率和能量的计算。

学习电路理论应注重与实际应用的结合。

1.1电路与电路模型

1.1.1电路

1、电路的构成

（1）电源：

提供电能的装置

（2）负载：

消耗电能的装置

（3）中间环节：

用来连接电源和负载，起传递和控制电能的作用。

如下图：

2、电路的分类及作用

（1）电力电路：

实现电能传输和转换功能的电路

（2）信号电路：

实现信号的传递和处理功能的电路

实际上在同一电路中又可能将同时包含这两种电路，比如电视机

1．1．2电路模型：

图1-3电路模型图

通过模型化的方法研究客观世界是人类认识自然的一个基本方法。

为了能对模型进行定量分析研究，通常是将实际条件理想化、具体事物抽象化、复杂系统简单化。

建立起来的模型应能反映事物的基本特征，以便对实际事物本质的了解。

研究电路问题也不例外的采用模型化的方法。

1．1．3有关电路的一些名词

支路、节点、串联、并联、回路、网孔

1．2电路中的主要物理量

1.2.1电流及其参考方向

1、电流

（1）定义

（2）表达式

（3）电流的方向

电流的实际方向——规定为正电荷运动的方向。

电流的参考方向——假定正电荷运动的方向。

1．2．2电压、电位、电动势及其参考方向

1、电压

（1）电压的定义：

电压——即电路中两点之间的电位差，用u表示。

即

将单位正电荷由a点移至b点电场力所做的功或能量w，称为a、b两点间

的电压u，可描述为

（1-2）

若设无穷远点为参考点，将单位正电荷分别从a点和b点移至参考点，电

场力所做的功分别称为a点电位（记为ua）和b点电位（记为ub），a、b两

点之间的电压（记为uab）等于a、b两点的电位差，即

（1-3）

当电压的大小和方向不随时间变化时，称为直流（恒定）电压，通常用

大写字母U表示。

若功的单位为焦耳（J），电荷的单位为库仑（C），则电

压的单位为伏特（V）。

电压的实际方向——电位真正降低的方向。

电压的参考方向——即为假设的电位降低的方向。

（2）在电流和电压参考方向相关联的条件下，可得如下判断：

当p大于零时，表明该元件是吸收（消耗）功率；当p小于零时，表明该元件是发出功率（或吸收负功率）。

若电流和电压参考方向非关联时，如图1-8（b）所示，则利用式（1-5）计算功率时要加负号：

p=-ui。

关联参考方向——电流的流向是从电压的“+”极流向“-”极；反之为非关联参考方向。

2、电位：

（1）电位与电位参考点

م①电路中a点与参考点o之间的电压称为该点的电位

②电位参考点：

（2）电位与电压的关系

3、电动势

1.2.3电功率

物理上定义，单位时间所做的功称为功率p，数学上的描述为

（1-4）

当时间的单位为秒（s），功的单位为焦耳（J）时，功率的单位为瓦特（W）。

设元件中的电流和电压参考方向相关联，如图1-8（a）所示，应用式（1-1）和式（1-2）,可将式（1-4）改写为

（1-5）

上式表明，电路元件所吸收的电功率等于元件中的电压和电流的乘积，当电压和电流的单位分别取伏特（V）和安培（A）时，功率的单位为瓦特（W）。

例1-1各元件电流和电压参考方向如图1-9所示。

已知U1=3V，U2=5V，U3=U4=-2V，I1=-I2=-2A，I3=1A，I4=3A。

试求各元件的功率，并指出是吸收功率还是发出功率，整个电路的总功率是否满足能量守恒定律

00

小结：

本堂课学习的内容

作业：

1、课堂上集体作业1.1\1.2\1.3\1.4

2课后作业:

1.5/1.6/1.7/1.8/1.9/1.11

教学后记:

．组织教学

1、起立、清点人数，对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒

2、提醒上堂课做得不够好的同学，进一步鼓励同学们认真学习

．复旧引新：

1、电路的有关知识

2、电路中的主要物理量

．授新课：

上一堂课我们学习了电路中有关电压的知识，我们知道作为电路的必要组成部件，还有电阻，电容电感，今天我们就将学习的内容是电阻无件

1．3电阻元件

⏹电阻是电路中阻止电流流动和表示能量损耗大小的参数。

⏹电阻元件是用来模拟电能损耗或电能转换为热能等其他形式能量的理想元件。

电阻元件习惯上也简称为电阻，故，“电阻”一词有两种含义，应注意区别。

⏹从元件特性上可分为线性、非线性、时不变和时变电阻；从功率的发出或吸收角度，可分为有源和无源电阻；从端接点数上讲，又可分为二端电阻和多端电阻。

若一个二端元件在任一时刻其端电压u和流经的电流i二者之间的关系，可由u-i平面上的一条曲线来确定，则此二端元件称为二端电阻元件。

该曲线称为电阻的伏安特性曲线，它反映了电阻的电压与电流的关系（VoltageCurrentRelation，简称VCR）。

例如：

线性电阻的伏安特性曲线是u-i平面上一条通过原点的直线，电阻值的大小与直线的斜率成正比。

直线的斜率随时间变化时称为线性时变电阻，否则称为线性时不变电阻（简称线性电阻或电阻）。

图1-12示出了线性电阻的伏安特性曲线及元件的符号。

由特性曲线可知，线性电阻是双向元件。

设电流和电压参考方向相关联，线性时不变电阻的VCR约束方程由欧姆定律决定

，或（1-10）

式中，电阻R是与电流和电压大小无关的常数，当电流单位为安培（A），电压单位为伏特（V）时，电阻的基本单位为欧姆（W）；电导G是电阻的倒数，即。

电导的基本单位为西门子（S）。

由电功率的定义及欧姆定律可知，电阻吸收的功率为

（1-11）

这表明正电阻总是吸收（消耗）功率的，称为无源元件。

所谓“有源元件”是指元件可向外部电路提供大于零且无限长时间的平均功率的一类元件。

1．4电感元件

图1-17示出了线性电感元件的特性曲线和元件符号（设磁通与电流方向符合右手螺旋法则）。

其数学关系为

（1-17）

当磁通链的单位为韦伯（Wb），电流的单位为安培（A）时，电感的单位为亨（H）。

如同电阻、电容一样，“电感”一词

既表示元件，又表示元件参数大小的度量。

如上所述，随时间变化的磁场将产生电压，设电感电压和电流的参考方向相关联，则有式

由式（1-18）可知，电感电压与电流的关系还可表达为积分关系，即

（1-19）

式中，，是电感电流的初始值。

此式说明，任意时刻t的电感电流不仅取决于［0,t］间的电压波形，而且还取决于（-∞，0）间的电压，即零时刻电感电流的初值。

这一性质与电容相似，所以，电感也是“记忆元件”

在电感电流与电压参考方向关联时，电感吸收的功率为

（1-20）

则在[t1，t2]区间内电感中储存的磁场能量为

（1-21）

1．5电容元件

⏹电容是储存电场能量或储存电荷能力的度量。

⏹电容元件是用来模拟一类能够储存电场能量的理想元件模型。

⏹实际电容器，简单地讲，是由两片平行导体极板，其间填充绝缘介质而构成的储存电场能量的器件。

图1-14所示为几种实际电容器。

一个二端元件在任一时刻，其上电荷q与两端电压u之间的关系可由

q-u平面上的一条不随时间变化，且通过零点的直线来确定，则此二端

元件称为线性时不变电容元件，简称电容C，其特性曲线及符号如图

1-15所示。

按图中的参考方向可得电容元件的特性方程

式中，参数C与直线的斜率成正比。

当电荷单位为库仑，电压单位为

伏特时，电容的单位为法拉（F）

图1-15线性电容特性曲线及符号

在电路理论中，更多的是讨论元件电压与电流的关系（VCR）。

由，并考虑到式（1-12），则有

（1-13）

式（1-13）表明，电容的电流与其端电压的变化率成正比，与其电压的数值大小无关。

读者可自行分析在电容电压随时间的变化率分别等于零、有限值和无限值这三种情况下电容电流和电压的对应关系。

由式（1-13）可得

（1-14）

式中，，称为电容电压在时刻的初始值。

这说明任一时刻的电容电压不仅与该时刻的电流有关，而且还与此时刻以前的“历史状态”有关（从-∞开始），与电阻的电压只取决于即时的电流有着截然不同，故电容称为“记忆元件”。

设电容的电压和电流参考方向相关联，电容吸收的功率为

（1-15）

则在t1～t2内电容中所储存的电场能量为

（1-16）

当时，表明电容从外部电路吸收能量，并以电场形式储存能量（充电）；反之，当时，表明电容将原先已储存的电场能量向外部电路释放（放电）。

由于电容具有能量储存能力，通常称为储能元件。

小结：

本堂课学习的内容

作业：

1、课堂上集体作业1.1\1.2\1.3\1.4

2课后作业:

1.5/1.6/1.7/1.8/1.9/1.11

教学后记:

．组织教学

1、起立、清点人数，对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒

2、提醒上堂课做得不够好的同学，进一步鼓励同学们认真学习

．复旧引新：

1、电感的有关知识

2、电容的有关知识

．授新课：

上一堂课我们学习了电路中有关的电阻，电容电感知识，我们知道作为电路的必要组成部件，还有，今天我们就将学习的内容是最后一个知识电源无件

1．6理想电压源和理想电流源

1、理想电压源：

⏹任何实际电路正常工作必须要有提供能量的电源。

⏹为了对实际电源进行模拟，理论上定义了两种理想的独立电源：

独立电压源和独立电流源

2、理想电流源

1．7授控源

⏹受控源也称不独立电源，可用它来建立电子元器件的模型。

⏹受控源与独立电源不同，它不能给电路提供能量，而是描述了电路中不同之处的电压与电流之间的关系，即同一电路中某处的电压或电流受另一处的电压或电流控制。

⏹本书限于讨论控制量与被控制量之间呈线性关系的受控源，亦称线性受控源。

小结：

本堂课学习的内容

作业：

1、课堂上集体作业

2课后作业:

教学后记:

．组织教学

1、起立、清点人数，对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒

2、提醒上堂课做得不够好的同学，进一步鼓励同学们认真学习

．复旧引新：

1、理想电压源和理想电流源的有关知识

2、复习受控源的有关知识

．授新课：

前面我们学习了电路的有关知识，那么作为电路必然要遵循一定的规律，那么今天我们就开始研究电路的有关规律之一：

1．8基尔霍夫定理

1．8．1基尔霍夫电流定律（kCL）

其基本内容是：

对于集总电路的任一节点，在任一时刻流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。

例如对图1-11所示电路a节点，有i1=i2+i3+i4

或i1-i2-i3-i4=0

1．8．2基尔霍夫电压定律（KVL）

KVL的基本内容是：

对于任何集总电路中的任一回路，在任一瞬间，沿回路的各支路电压的代数和为零。

如图1-12，从a点开始按

顺时针方向（也可按逆时针方向）绕行一周，有：

u1-u2-u3+u4=0

当绕行方向与电压参考方向

一致（从正极到负极），电

压为正，反之为负。

例题：

1.5/1.6/1.7/1.8

小结：

本堂课学习的内容

作业：

1、课堂上集体作业

2、课后作业:

教学后记:

．组织教学

1、起立、清点人数，对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒

2、提醒上堂课做得不够好的同学，进一步鼓励同学们认真学习

．复旧引新：

1、中学里面对实验的要求

2、实验室中安全用电的知识

．授新课：

前面我们学习了电路的有关知识，那么作为电路必然要遵循一定的规律，那么今天我们就开始通过实验来研究电路的有关规律

实验一：

认识实验

一、实验目的

1．熟悉实验台的布局及直流电压源、直流电压表电流表的使用方法。

2．学会用电流插头、插座测量各支路电流

二实验原理

各种电子仪表的使用方法

三、实验电路

四、实验仪器

序号

名称

型号与规格

备注

1

直流稳压电源

0-30V可调

DG04

2

直流数字电压表

0-200V

D31

3

直流数字毫安表

0-200mV

D31

4

迭加原理实验电路板

DG05

五、实验内容

1．按电路图连接实验线路，将两路稳压源的输出分别调

节为12V和6V，接入U1和U2处。

2．令U1电源单独作用，数据记入表1-1。

3．令U2电源单独作用，数据记入表1-1。

4．令U1和U2共同作用，数据记入表1-1。

5．将U2的数值调至＋12V，数据记入表1-1。

6．将R5（330Ω）换成二极管1N4007，数据记入

表1-2。

．组织教学

1、起立、清点人数，对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒

2、提醒上堂课做得不够好的同学，进一步鼓励同学们认真学习

．复旧引新：

1、中学里面对实验的要求

2、实验室中安全用电的知识

．授新课：

前面我们学习了电路的有关知识，那么作为电路必然要遵循一定的规律，那么今天我们就开始通过实验来研究电路的有关规律

实验二：

验证基尔霍夫定律

一、实验目的

1．进一步熟悉实验台的布局及直流电压源、直流电压表电流表的使用方法。

2．进一步掌握用电流插头、插座测量各支路电流

3、利用实验巩固对基尔霍夫定律

二实验原理

1、基尔霍夫电流定律（KCL）：

ΣI＝0

2、基尔霍夫电压定律（KVL）：

ΣU＝0

三、实验电路

四、实验仪器

序号

名称

型号与规格

备注

1

直流稳压电源

0-30V可调

DG04

2

直流数字电压表

0-200V

D31

3

直流数字毫安表

0-200mV

D31

4

迭加原理实验电路板

DG05

五、实验内容

1．按电路图连接实验线路，将两路稳压源的输出分别调

节为12V和6V，接入U1和U2处。

2．令U1电源单独作用，数据记入表1-1。

3．令U2电源单独作用，数据记入表1-1。

4．令U1和U2共同作用，数据记入表1-1。

5．将U2的数值调至＋12V，数据记入表1-1。

6．将R5（330Ω）换成二极管1N4007，数据记入

表1-2。

表1-1

实验内容

U1（V）

U2（V）

I1（mA）

I2（mA）

I3（mA）

UAB（V）

UCD（V）

UAD（V）

UDE（V）

UFA（V）

U1单独作用

U2单独作用

U1、U2共同作用

2U2单独作用

表1-2

实验内容

U1（V）

U2（V）

I1

（mA）

I2

（mA）

I3

（mA）

UAB（V）

UCD（V）

UAD（V）

UDE（V）

UFA（V）

U1单独作用

U2单独作用

U1、U2共同作用

2U2单独作用

作业

教学后记

．组织教学

1、起立、清点人数，对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒

2、提醒上堂课做得不够好的同学，进一步鼓励同学们认真学习

Ⅱ．授新课：

前面我们学习了电路的有关知识，那么作为电路必然要遵循一定的规律，那么今天我们对本章知识作一个小结

一、小结本章知识

本章介绍电路模型，电路的基本物理量、基本定律和基本元件，以及电路模型的应用实例。

通过本章的学习，了解实际电路的功能和特点，电路模型的概念和意义，实际电路与电路模型内在的联系和区别。

电流和电压参考方向是电路分析中最基本的概念，基尔霍夫电流定律和电压定律是电路理论的基石，应熟练掌握和运用。

要理解和掌握电路基本元件的定义和元件方程与参考方向的关系，以及功率和能量的计算。

学习电路理论应注重与实际应用的结合。

1.1实际电路与电路模型

1.2电路的基本物理量

1.3基尔霍夫定律

1.4电路的基本元件及方程

1.5应用

二、评讲作业

作业：

．组织教学

1、起立、清点人数，对上一堂课迟到和旷课的同学提出告戒

2、提醒上堂课做得不够好的同学，对学生请假的要求

．复旧引新：

上一章我们学习了有关电路的基本知识，在中学里面也学习了有关的电阻和电路，那么我们今天开始学习新的内容，用大学里面的相关知识研究电阻电路的相关知识

．授新课：

前面我们学习了电路的有关知识，那么作为电路必然要遵循一定的规律，那么今天我们就开始通过实验来研究更高层次的电阻电路的有关规律

第二章电阻电路

一、实际电源的两种模型之间的等效变换

图a：

u=us–Ri图b：

i=iS-Gu

等效变换条件:

G=1/RiS=Gus

（1）等效变换时us和is的参考方向：

is的参考方向由us的负极指向正极。

（2）等效变换是对外电路而言的，对电源内部并不等效。

图（a）：

i=0，P=0

图（b）：

i=0，但P=iS2/G，全部被内阻消耗。

对外电路，均不发出功率。

二、电阻的串联和并联

1.电阻的串联

2.电阻的并联

两个电阻的并联：

2．2．3电阻的混联

小结本堂课的内容

作业2.1

后记: