電路與電子技術(shù)第1章-直流電路課件

1、1.1 電路的基本物理量 圖1-1-1 手電筒電路活動1 電路的組成和作用研究圖1.1.1（a）為一個簡單的手電筒電路，圖（b）為手電筒電路的電路模型，通過電路的鏈接來分析電路的組成和作用。 1.1 電路的基本物理量 活動1 電路的組成和作用研究1. 電路的組成電池給燈泡供電，但只有在開關(guān)閉合的前提下，才會發(fā)亮。所以電池相當(dāng)于電源，燈泡是供電的對象，稱為負載，開關(guān)和導(dǎo)線稱為中間環(huán)節(jié)，它的作用是鏈接電源盒負載，使整個電路成為一閉合回路。電源、負載、中間環(huán)節(jié)為組成電路的三要素。 1.1 電路的基本物理量 活動1 電路的組成和作用研究2. 電路的作用（1）能量的傳輸和轉(zhuǎn)換。 （2）信號的傳遞和處理。

2、如圖1.1.2所示擴音機電路，放大器用來放大電信號，而后傳遞到揚聲器，把電信號還原為語言或音樂，實現(xiàn)“聲-電-聲”的放大、傳輸和轉(zhuǎn)換作用。話 筒放大器揚聲器圖1.1.2 擴音機電路 活動2 電流的研究圖1-2 電流測試電路電流表的“+”端接D點，電流表的“”端接A點，測量電流IAD .電流表的“+”端接A點，電流表的“”端接D點，測量電流IDA的值，比較兩次測量結(jié)果，列表分析。1.1 電路的基本物理量 測量對象測量結(jié)果IADIDA1mA-1mA兩次測量得到的電流值大小相等，符號相反。從測量結(jié)果我們能得到什么結(jié)論嗎？1.1 電路的基本物理量 1. 電流的方向規(guī)定正電荷運動的方向為電流的實際方向。

3、2. 電流的定義由電荷（帶電粒子）有規(guī)則地定向運動而形成。（1）交流電流：在dt 時間內(nèi)，通過導(dǎo)體橫截面S的電荷為dq，則電流為：（2）直流電流：電流的大小和方向不隨時間變化而變化。學(xué)一學(xué)1.1 電路的基本物理量 電流是有方向的，正電荷的運動方向是規(guī)定方向?qū)嶋H中可以規(guī)定電流的方向，稱為參考方向電流的公式： （交流電）或 （直流電）電流的單位為“安培”符號為“A” 結(jié)論1.1 電路的基本物理量 活動3 電壓研究1.電壓的方向電壓的方向規(guī)定為由高電位端（+）指向低電位端（-）。2.電壓定義：電荷的電勢差在電學(xué)名詞中稱為電壓，符號為U。電壓定義為單位正電荷（Q），在電場力作用下，沿外電路從一點移動到

4、另一點所做的功。 3. 電壓的單位：伏特，簡稱伏，用英文字母V表示。1.1 電路的基本物理量 活動3 電壓研究圖1-3 電壓測試電路按圖測量4K電阻兩端電壓UAB，電壓表“+”接電阻的A端，“-”接電阻的B端。按圖測量4K電阻兩端電壓UBA,電壓表“+”接電阻的B端，“-”接電阻的A端。兩次測量結(jié)果列表分析。1.1 電路的基本物理量 1.1 電路的基本物理量測量對象測試結(jié)果UABUBA3V-3V兩次測量得到的電壓值大小相等，符號相反。從測量結(jié)果我們能得到什么結(jié)論嗎？ 電壓是有方向的，規(guī)定從高電勢端到低電勢端為正方向可以人為規(guī)定電壓的方向，稱為電壓的參考方向電壓的公式： 是衡量電場力移動電荷做功

5、大小的量 電壓的單位 是“伏特” ，符號是“V”1.1 電路的基本物理量結(jié)論 活動4 電位的研究1. 電位的定義電路中某點的電位就是該點到參考點之間的電壓。參考點電位我們可以把它看作是零電位點，一般選擇接地點為參考點。從該定義我們可以得出電位就是電壓的結(jié)論，這兩個物理量的本質(zhì)是相同的。因此電位的單位也為伏特（V）。1.1 電路的基本物理量 活動4 電位的研究2. 電位與電壓（1）電位與電壓的聯(lián)系電路中某兩點之間的電壓等于這兩點之間的電位差，即UAB=VA-VB。（2）電位與電壓的區(qū)別 從電位與參考點有關(guān)，是個相對值。參考點不同，電位的值也不同，電位隨參考點的變化而變化。而電壓是個絕對值，與參考

6、點無關(guān)。1.1 電路的基本物理量 活動4 電位的研究圖1-4 電位測量電路分別取C點和A點作為參考點，測量其余點相對于參考點的電壓。得到某點相對于參考點的電位。1.1 電路的基本物理量 活動5 認識電動勢 （a）水泵與水流的關(guān)系 （b）電動勢與電流的關(guān)系圖1.1.7 認識電動勢圖1.1.7（a）說明了水泵與水流的關(guān)系：要保持水持續(xù)流動，需要不斷用水泵向水槽A中抽水。圖1.1.7（b）說明了電池與電流的關(guān)系：要使電流持續(xù)流動，徐考電池不斷提供電能。1.1 電路的基本物理量 電位/參考點VAVBVCUABUBCUCAC點A點從表格中可以看出：參考點不同，其他點電位數(shù)值也不同但是兩點之間的電位差數(shù)值

7、大小是不變的。5V1V0V4V1V-5V0V-4V-5V-4V1V-5V1.1 電路的基本物理量 電位的定義 電路中某點的電位就是該點到參考點之間的電壓。 參考點電位我們可以把它看作是零電位點。 電位與電壓的聯(lián)系電路中某兩點之間的電壓等于這兩點之間的電位差電位與電壓的區(qū)別電位與電路的參考點有關(guān)，參考點不同;電位大小也不同，因此電位是個相對值。但電壓與電路的參考點無關(guān)，可見電壓是個絕對值 1.1 電路的基本物理量 1.2 電阻活動1 認識電阻圖1.2.1 常用固定電阻器電阻元件除了圖中所示封裝形式外還有貼片式封裝，它在手機，MP3等設(shè)備中被廣泛采用。一般來說，電阻元件的封裝和它所消耗的功率有關(guān)，

8、功率小的電阻元件體積較小，功率大的體積也較大 1.2 電阻活動1 認識電阻電阻符號如圖1.2.2（a）所示，單位為歐姆，簡稱歐，用字母表示。 1.2 電阻活動1 認識電阻電阻器的類別、標(biāo)稱阻值及誤差、額定功率一般均標(biāo)注在電阻器外表面上。目前常用的標(biāo)注方法有兩種：指標(biāo)法與色標(biāo)法。本書只介紹色標(biāo)法。色標(biāo)法：是將電阻器類別及主要技術(shù)參數(shù)的數(shù)值用顏色（色環(huán)或色點）標(biāo)注在它的表面上，如圖1.2.2（b）所示。各種顏色表示的數(shù)值見表1.2.1。 1.2 電阻活動1 認識電阻表1.2.1 色標(biāo)法中個色環(huán)顏色標(biāo)識的數(shù)值 活動2 歐姆定律的研究圖1-6 歐姆定律驗證電路圖按照圖1-6連接電路，改變直流穩(wěn)壓電源的

9、輸出電壓將測得的電流和電壓值填入表格中，分析表格數(shù)據(jù)有何特點。1.2 電阻 U(v) 135791113 I(mA)通過分析表格的數(shù)據(jù)可以看出：電阻兩端的電壓和流過電阻電流的比值等于電阻的阻值，電阻的阻值不隨電阻兩端電壓的變化而變化這種電阻稱為線性電阻。線性電阻的伏安特性曲線是一條通過原點的直線。1.2 電阻圖1-7 線性電阻放入伏安特性曲線 歐姆定律通過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，這就是歐姆定律 ，用公式表示就是：電阻的作用根據(jù)歐姆定律，加在電阻兩端電壓越小，通過電阻的電流越小電阻的單位電阻的基本單位是歐姆()，實際應(yīng)用中還用千歐(k)和兆歐(M)等單位用來標(biāo)稱大阻值的電阻 。 1.2

10、 電阻 活動3 電阻串聯(lián)的研究圖1-8 電阻串聯(lián)實驗電路圖用數(shù)字直流電流表測量電阻R1流過的電流I1，R2流過的電流I2；用數(shù)字直流電壓表測量電阻R1兩端電壓U1，R2兩端電壓U2。填入表格，分析測量值。1.2 電阻 II1I2RUU1U2分析結(jié)果表明，流過兩個電阻的電流相等，電阻兩端的電壓之和等于外加電壓U，電阻的這種連接方式稱為串聯(lián)連接。串聯(lián)電路的兩點之間只有一條電流通路，所以通過每個電阻的電流是相等的。串聯(lián)電路的總電阻R等于電路中各個串聯(lián)電阻阻值的總和。串聯(lián)電阻公式： 1119K9V3V6V1.2 電阻 1.2 電阻根據(jù)歐姆定律可推導(dǎo)出R1、R2上的電壓分別為：該公式可以推廣到多個電阻串

11、聯(lián)的電路，即：串聯(lián)電路中任意電阻或電阻組合上的電壓降，等于該電阻值占總電阻的比例和電源電壓的乘積。 活動4 電阻并聯(lián)的研究圖1-9電阻并聯(lián)實驗電路 用數(shù)字直流電流表測量電阻R1流過的電流I1，R2流過的電流I2；用數(shù)字直流電壓表測量電阻R1兩端電壓U1，R2兩端電壓U2。填入表格，分析測量值。1.2 電阻 II1I2RUU1U2分析結(jié)果表明，兩個電阻兩端電壓相等，流過電阻的電流之和等于外電源輸入電流，電阻的這種連接方式稱為并聯(lián)聯(lián)連接。并聯(lián)電路的兩個電阻外加的電壓是相等的，而電阻阻值不同，所以流過兩個電阻的電流也是不同的。根據(jù)表格數(shù)據(jù)可推出：兩個電阻并聯(lián)，總阻值減小。并聯(lián)電路總電阻小于兩個并聯(lián)電

12、阻中的任意一個。1.2 電阻 1.3 基爾霍夫定律簡單電路可以用電阻的串并聯(lián)及歐姆定律來求解線性電阻元件的電流、電壓，而復(fù)雜電路就不能用元件的串、并聯(lián)化簡的方式求解電路的參數(shù)。解決這一類問題可以用基爾霍夫定律。 基爾霍夫定律有兩部分，分別是基爾霍夫電流定律闡述節(jié)點電流之間的關(guān)系和基爾霍夫電壓定律闡述回路電壓之間的關(guān)系。通過基爾霍夫電流、電壓定律，可以求解線性和非線性電路中某個元件的電流和電壓參數(shù)。 三條或三條以上直流的交匯點支路的概念一段包含電路元件的無分支電路一條支路節(jié)點的概念節(jié)點回路的概念電路中任意一條由直流做成的閉合路徑回路網(wǎng)孔的概念中間沒有支路穿過的回路網(wǎng)孔1.3 基爾霍夫定律及應(yīng)用

13、活動1 基爾霍夫電流定律（KCL）的研究 圖1-10 按照圖1-10連接電路，用電流表分別測量電阻R1所在支路電流，電阻R2和電阻R3所在支路電流，填入表格中，分析表格數(shù)據(jù)有何特點。1.3 基爾霍夫定律及應(yīng)用 I1I2I3分析表格中數(shù)據(jù)可以看出：在任一瞬間，流入節(jié)點的電流總和等于流出節(jié)點的電流總和 。這就是基爾霍夫電流定律。用公式表示就是：1.3 基爾霍夫定律及應(yīng)用 基爾霍夫電流定律通常應(yīng)用于節(jié)點，但也可以把它推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面 。如圖1-11所示：圖1-11用基爾霍夫電流定律，寫出A、B、C三個節(jié)點的電流關(guān)系，從而推導(dǎo)出流入閉合面的電流關(guān)系： 根據(jù)基爾霍夫電流定律有：

14、IA=IABICA IB=IBCIAB IC=ICAIBC 把上列三式相加即得IAIBIC=0 =I=0可見任一瞬間，通過任一閉合面的電流的代數(shù)和也恒等于零。 1.3 基爾霍夫定律及應(yīng)用 活動2 基爾霍夫電壓定律研究圖 1-12按照圖1-12連接電路，用數(shù)字萬用表分別測量A,B,C,D,E,F點任意兩點的電壓，填入表格中，分析表格數(shù)據(jù)有何特點。1.3 基爾霍夫定律及應(yīng)用 UFE(V)UBC(V)UFA(V)UAB(V)UAD(V)UCD(V)UDE(V)分析表格中數(shù)據(jù)可以看出：按照ADEF方向循行一周，根據(jù)電壓的參考方向可列出： UFAUADUDE=UFE或?qū)⑸鲜礁膶憺?UFAUADUDEUF

15、E=0 即 U=0沿任一回路循行，電壓的代數(shù)和恒等于零。這就是基爾霍夫電壓定律。1.3 基爾霍夫定律及應(yīng)用 基爾霍夫電壓定律的推廣應(yīng)用 圖1-13對于沒有閉合的回路，同樣可以應(yīng)用基爾霍夫電壓定律，如圖1-13所示：因此可以應(yīng)用基爾霍夫電壓定律求解任意兩點的電壓，而不管這個回路是否閉合。1.3 基爾霍夫定律及應(yīng)用 基爾霍夫定律小結(jié)基爾霍夫定律從整體上揭示了電路個部分電壓電流之間 所必須遵守的規(guī)律 應(yīng)用基爾霍夫定律前要設(shè)定好各支路的電流及各回路元件 兩端的電壓的參考方向。 基爾霍夫定律的使用具有普遍性，既可應(yīng)用于線性電路， 又可應(yīng)用于非線性電路。1.3 基爾霍夫定律及應(yīng)用 活動1 理想電壓源特性的

16、研究1.4電源理想電壓源的輸出電壓不隨外接負載的變化而變化，就是說它的內(nèi)阻為0。按照右圖連接好電路，調(diào)節(jié)電阻R2,測量電路的電流和電源兩端電壓值。 U(V)I(mA)當(dāng)電路的外接負載發(fā)生變化時，理想電壓源輸出端兩端之間的電壓總保持不變（U=US），即理想電壓源輸出端兩端之間的電壓與外接負載無關(guān)。但輸出電流與外接負載有關(guān)，當(dāng)負載變化時理想電流源的輸出電流值隨之變化。 1.4電源 活動2 實際電壓源的研究實際的電壓源都是有內(nèi)阻的，因此實際的電壓源可以表示為一個理想的電壓源和一個電阻的串聯(lián)。1.4電源 活動2 實際電壓源的研究按照右圖連接電路，其中的電阻R0是理想電壓源的內(nèi)阻，改變R2的值測量電路的

17、電流，電壓源US和R0串聯(lián)后的電壓U。列表分析測量數(shù)據(jù)。1.4電源 U(V)I(mA)當(dāng)負載電阻變化時，實際電壓源輸出端的兩端之間的電壓會發(fā)生變化，輸出電流也隨之變化。由于實際電壓源存在內(nèi)阻，這個內(nèi)阻也要消耗一部分電能，導(dǎo)致實際電壓源在連接負載時輸出端的電壓降低。1.4電源 活動3 理想電流源特性的研究理想電流源的輸出電流不隨外接負載的變化而變化。恒流源的內(nèi)阻是無窮大的，恒流源內(nèi)部沒有電阻分流它的輸出，它的輸出電流是恒定的。1.4電源 活動3 理想電流源特性的研究按圖連接電路，調(diào)節(jié)電阻R2的值觀察理想電流源的輸出電流是否變化，電阻兩端電壓是否變化列表分析。1.4電源 U(V)I(mA)理想電流

18、源的輸出電流與外接負載無關(guān)，但理想電流源輸出端之間的電壓與外接負載有關(guān)，負載變化電壓值隨之變化。 根據(jù)歐姆定律，外接負載電阻變化了，必須負載兩端電壓相應(yīng)變化才能使流過負載的電流恒定。這就是電流源恒流的原理。1.4電源結(jié)論 活動4 實際電流源的研究現(xiàn)實世界不存在理想的電流源，電流源也有內(nèi)阻，它的作用是在電流源內(nèi)部分流電流源的輸出電流。實際的電流源內(nèi)阻很大，因此它的分流作用很小，一般可以忽略不計。1.4電源 活動4 實際電流源的研究實際的電流源可以用理想電流源并聯(lián)一個電阻來表示，如右圖，調(diào)節(jié)電阻R2的阻值，測量電路電流和R2兩端電壓，列表分析數(shù)據(jù)。1.4電源 U(V)I(mA)負載電阻變化時，電流

19、源輸出端兩端之間的電壓會發(fā)生變化，輸出電流也隨之變化。1.4電源 學(xué)習(xí)任務(wù)五 學(xué)習(xí)任務(wù)五 1.5 疊加定律的驗證及應(yīng)用按照圖1-14搭接電路，根據(jù)要求撥動轉(zhuǎn)換開關(guān)S1,S2,S3到合適的位置，測量電路參數(shù)，分別列表格。圖1-14 I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V) UCD(V) UAD(V) UDE(V) UFE(V) E1單獨作用 E2單獨作用 E1、E2共同作用 項目實驗內(nèi)容撥動開關(guān)S3將電阻R5接入電路中，分析表格中的電流和電壓數(shù)值在“E1單獨作用” ，“E2單獨作用”時的代數(shù)和是否等于“E1、E2共同作用”時的值。1.5 疊加定律的驗證及應(yīng)用 I1(mA)I2(mA)I3(mA)UAB(V)UCD(V) UAD(V)UDE(V) UFE(V)E1單獨作用 E2單獨作用 E1、E2共同作用 撥動開關(guān)S3將二極管接入電路中，分析表格中的電流和電壓數(shù)值在“E1單獨作用” ，“E2單獨作用”時的代數(shù)和是否等于“E1、E2共同作用”時的值。實驗內(nèi)容項