第一章 電路的基本概念與定律_54048

1、電工學(xué)電子電工教研室李亞一章 電路的基本概念和定律o第一節(jié)第一節(jié) 電路與電路模型電路與電路模型第一節(jié)第一節(jié) 電路與電路模型電路與電路模型主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、電路一、電路二、電路模型二、電路模型 一、電路一、電路 1.1.電路的組成電路的組成 電路電路由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)等元器件按一定方式連接起來(lái)，由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)等元器件按一定方式連接起來(lái)，為電流的流通提供路徑的總體，也稱為網(wǎng)絡(luò)。為電流的流通提供路徑的總體，也稱為網(wǎng)絡(luò)。 如圖如圖1-11-1為手電筒電路，它由負(fù)載、電源、聯(lián)接導(dǎo)體三部分組成。為手電筒電路，它由負(fù)載、電源、聯(lián)接導(dǎo)體三部分組成。 圖圖11 手電筒電路

2、手電筒電路 (a) 實(shí)際電路實(shí)際電路 (b) 電原理圖電原理圖 (c) 電路模型電路模型（1）電源）電源（2）負(fù)載）負(fù)載（3）中間環(huán)節(jié)）中間環(huán)節(jié)電路中電能或電信號(hào)的發(fā)生器稱為電源。電路中電能或電信號(hào)的發(fā)生器稱為電源。電路中的用電器稱為負(fù)載。電路中的用電器稱為負(fù)載。其作用是將電源和負(fù)載連接起來(lái)，形成其作用是將電源和負(fù)載連接起來(lái)，形成閉合路徑，并實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電路的控制、閉合路徑，并實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電路的控制、保護(hù)和測(cè)量。主要包括：連接導(dǎo)線、控保護(hù)和測(cè)量。主要包括：連接導(dǎo)線、控制電器（如開(kāi)關(guān)、繼電器等）、保護(hù)電制電器（如開(kāi)關(guān)、繼電器等）、保護(hù)電器（如熔斷器）、測(cè)量?jī)x表（如電壓表、器（如熔斷器）、測(cè)量?jī)x表（如

3、電壓表、電流表等）。電流表等）。激勵(lì)和響應(yīng)、輸入和輸出激勵(lì)和響應(yīng)、輸入和輸出2.2.電路的作用電路的作用(1)(1)電能的傳輸與轉(zhuǎn)換電能的傳輸與轉(zhuǎn)換 例如：電力網(wǎng)絡(luò)將電能從發(fā)電廠輸送到各個(gè)工廠、廣大農(nóng)村和千例如：電力網(wǎng)絡(luò)將電能從發(fā)電廠輸送到各個(gè)工廠、廣大農(nóng)村和千家萬(wàn)戶，再通過(guò)負(fù)載把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。家萬(wàn)戶，再通過(guò)負(fù)載把電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。(2)(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸、處理和存貯實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸、處理和存貯 例如：電視接收天線將含有圖像和聲音信息的高頻電視信號(hào)通過(guò)例如：電視接收天線將含有圖像和聲音信息的高頻電視信號(hào)通過(guò)高頻傳輸線送到電視機(jī)中，經(jīng)過(guò)選擇、變頻、放大和檢波等處理，高頻傳輸線

4、送到電視機(jī)中，經(jīng)過(guò)選擇、變頻、放大和檢波等處理，恢復(fù)出原來(lái)的圖像和聲音信息，在顯像管上呈現(xiàn)圖像并在揚(yáng)聲器恢復(fù)出原來(lái)的圖像和聲音信息，在顯像管上呈現(xiàn)圖像并在揚(yáng)聲器中發(fā)出聲音。中發(fā)出聲音。二、電路模型二、電路模型 實(shí)際器件的應(yīng)用中一般同時(shí)存在以下三種現(xiàn)象： （1）電能的消耗現(xiàn)象 （2）電磁能存貯現(xiàn)象 （3）電場(chǎng)能量的儲(chǔ)存 實(shí)際電阻器電阻與電感的性質(zhì) 實(shí)際電源含有內(nèi)阻 實(shí)際電感器電感、電阻、電容(二端元件)理想元件實(shí)際元件的理想化模型 實(shí)際元件的理想化滿足一定條件、忽略次要性質(zhì)、突出主 要性能 1、理想電路元件、理想電路元件常用理想元件及符號(hào)常用理想元件及符號(hào)(a)實(shí)際電路實(shí)際電路 (b)電原理圖電

5、原理圖 (c)電路模型電路模型 2、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，它由理想元件組成。的電氣特性，它由理想元件組成。如圖為晶體管放大電路。如圖為晶體管放大電路。第二節(jié)第二節(jié) 電路變量電路變量主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、電流一、電流二、電壓二、電壓三、電功率和電能三、電功率和電能 電路的特性是由電流、電壓和電功率等物理量來(lái)描述的。電路分析的電路的特性是由電流、電壓和電功率等物理量來(lái)描述的。電路分析的基本任務(wù)是計(jì)算電路中的電流、基本任務(wù)是計(jì)算電路中的電流、 電壓和電功率。電壓和電功率。 一、電流一、電流 1.1.電流電流 單位時(shí)間

6、內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷定義為電流（電流強(qiáng)度），用符號(hào)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷定義為電流（電流強(qiáng)度），用符號(hào)i i 表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 ) 11 (dd tqi 電流的SI單位是安培(A)。分類：恒定電流、時(shí)變電流、交變電流恒定電流恒定電流: :量值和方向均不隨時(shí)間變化的電流，量值和方向均不隨時(shí)間變化的電流， 稱為稱為恒定電流恒定電流，簡(jiǎn)稱為，簡(jiǎn)稱為 直流直流(dc(dc或或DC)DC)，一般用符號(hào)，一般用符號(hào)I I表示。表示。時(shí)變電流時(shí)變電流: :量值和方向隨時(shí)間變化的電流，稱為時(shí)變電流，一般用符號(hào)量值和方向隨時(shí)間變化的電流，稱為時(shí)變電流，一般用符號(hào)i i表示。時(shí)表

7、示。時(shí)變電流在某一時(shí)刻變電流在某一時(shí)刻t t的值的值i i ( (t t) ) ，稱為瞬時(shí)值。，稱為瞬時(shí)值。交流電流交流電流: :量值和方向作周期性變化且平均值為零的時(shí)變電流，稱為交流電流，量值和方向作周期性變化且平均值為零的時(shí)變電流，稱為交流電流，簡(jiǎn)稱為交流簡(jiǎn)稱為交流(ac(ac或或AC)AC)。 2.電流的參考方向 為了電路分析和計(jì)算的需要，我們?nèi)我庖?guī)定一個(gè)電流參考方向，用為了電路分析和計(jì)算的需要，我們?nèi)我庖?guī)定一個(gè)電流參考方向，用箭頭標(biāo)在電路圖上。若電流實(shí)際方向與參考方向相同，電流取正值；箭頭標(biāo)在電路圖上。若電流實(shí)際方向與參考方向相同，電流取正值；若電流實(shí)際方向與參考方向相反，電流取負(fù)值若

8、電流實(shí)際方向與參考方向相反，電流取負(fù)值。根據(jù)電流的參考方向以及電流量值的正負(fù)，就能確定電流的實(shí)際方向。+-IR電流電流：從高電位：從高電位 指向低電位。指向低電位。 今后，在分析電路時(shí)，必須事先規(guī)定電今后，在分析電路時(shí)，必須事先規(guī)定電流變量的參考方向。所計(jì)算出的電流流變量的參考方向。所計(jì)算出的電流i i( (t t)0)0，表明該時(shí)刻電流的實(shí)際方向與參考方向相同；表明該時(shí)刻電流的實(shí)際方向與參考方向相同；若電流若電流i i( (t t)0)0)0，表明該時(shí)，表明該時(shí)刻刻a a點(diǎn)的電位比點(diǎn)的電位比b b點(diǎn)電位高；若電壓點(diǎn)電位高；若電壓u uab(ab(t t)0)0吸收；p0吸收；p0 (或或G

9、0)時(shí)，時(shí)，p 0，這表明，這表明正電阻總是吸收功率，正電阻總是吸收功率，不可能發(fā)出功率不可能發(fā)出功率。當(dāng)。當(dāng)R0 (或或G0，實(shí)際吸收功率。當(dāng)p0，實(shí)際發(fā)出功率。 電壓源和電流源的電壓與電流采用非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，其功率為 p=-uiRS越大越大斜率越大斜率越大1 1、實(shí)際電壓源模型、實(shí)際電壓源模型-由理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻組成由理想電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻組成伏安特性伏安特性IUUSUIRS+-USRLU = US IRS當(dāng)當(dāng)RS = 0 時(shí)，時(shí)，電壓源電壓源模型就變成模型就變成恒壓源恒壓源模型模型R RS S稱為電源的內(nèi)阻或輸出電阻稱為電源的內(nèi)阻或輸出電阻四、實(shí)際電源的電路模型四、實(shí)際電源的電路

10、模型ISRSabUabIIsUabI外特性外特性 2、實(shí)際電流源模型、實(shí)際電流源模型RSR RS S越大越大特性特性越越陡陡I = IS Uab / RS-由理想電流源并聯(lián)一個(gè)電阻組成由理想電流源并聯(lián)一個(gè)電阻組成當(dāng)當(dāng) 內(nèi)阻內(nèi)阻R RS S = = 時(shí)，時(shí)，電流源電流源模型就變成模型就變成恒流源恒流源模型模型主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、受控源的引入一、受控源的引入二、四種受控源二、四種受控源第七節(jié)第七節(jié) 受控源受控源一、受控一、受控源的引入源的引入 受控源是用來(lái)表示電路的某一器件中所發(fā)生的物理現(xiàn)象的一種模型，它反映了電路中某處的電壓或電流能控制另一處的電壓或電流的關(guān)系。獨(dú)立源和非獨(dú)立源的異同獨(dú)立源和非獨(dú)

11、立源的異同相同點(diǎn)：相同點(diǎn)：兩者性質(zhì)都屬電源，均可向電路提供電壓或電流。兩者性質(zhì)都屬電源，均可向電路提供電壓或電流。不同點(diǎn)：不同點(diǎn)：獨(dú)立電源的電動(dòng)勢(shì)或電流是由非電能量提供的，其大小、方獨(dú)立電源的電動(dòng)勢(shì)或電流是由非電能量提供的，其大小、方向和電路中的電壓、電流無(wú)關(guān)；向和電路中的電壓、電流無(wú)關(guān)； 受控源的電動(dòng)勢(shì)或輸出電流，受電路中某個(gè)電壓或電流的控受控源的電動(dòng)勢(shì)或輸出電流，受電路中某個(gè)電壓或電流的控制。它不能獨(dú)立存在，其大小、方向由控制量決定。制。它不能獨(dú)立存在，其大小、方向由控制量決定。 如電子電路中的晶體管，就可以用電流控制電流源來(lái)描述集電極電流與基極電流之間的工作性能ic=ibibiciei1

12、i2i1U11 UU電壓控制電壓源電壓控制電壓源+-1 UU+-U電壓控制電流源電壓控制電流源U112 UgI I212 UgI 電流控制電流源電流控制電流源12 III2I112 III1+-1 IrU電流控制電壓源電流控制電壓源1 IrU +-U二、四種受控源二、四種受控源例1-17 計(jì)算1-37電路中的US和受控源的功率。6IUS0.1I10.98I5 9.8V+_解 流過(guò)5電阻的電流即流過(guò)CCCS的電流58 . 998. 0IAIII04. 096. 1298. 01VIIUS004.1204. 01 . 0261 . 061I=2A根據(jù)KCL，在節(jié)點(diǎn)a處所以 0.1電阻兩端電壓為 0.10.04=0.004V 受控源功率 p=(0.98I)u=(0.982)(0.004-9.8)=1.96(-9.796)=-19.2W 例：如圖所示電路，求例：如圖所示電路，求u u、i i1 1。 解：該電路含有一個(gè)電壓為解：該電路含有一個(gè)電壓為4 4i i1 1的受控源，在求解含有