電路與電子技術(shù)第一章

電路主講馮g0905@163.com電路分析的主要任務(wù)在于解得電路物理量，其中最基本的電路物理量就是電流、電壓和功率。

1.1電路和電路的基本物理量為了某種需要而由電源、導(dǎo)線、開關(guān)和負(fù)載按一定方式組合起來的電流的通路稱為電路。電路的主要功能：一：進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換、傳輸和分配。二：實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞、存儲(chǔ)和處理。

電路的作用與組成部分

(1)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換(2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒1.電路的作用

電路是電流的通路，是為了某種需要由電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。

發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線2.電路的組成部分電源:

提供電能的裝置負(fù)載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐...輸電線直流電源直流電源:

提供能源負(fù)載信號(hào)源:

提供信息2.電路的組成部分放大器揚(yáng)聲器話筒

電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等

電路模型手電筒的電路模型

為了便于用數(shù)學(xué)方法分析電路,一般要將實(shí)際電路模型化，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實(shí)際電路中的器件，從而構(gòu)成與實(shí)際電路相對(duì)應(yīng)的電路模型。例：手電筒

手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。

理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。+R0R開關(guān)EI電珠+U干電池導(dǎo)線手電筒的電路模型

電池是電源元件，其參數(shù)為電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻Ro；

燈泡主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻R；

筒體用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計(jì)，認(rèn)為是無電阻的理想導(dǎo)體。

開關(guān)用來控制電路的通斷。

今后分析的都是指電路模型，簡(jiǎn)稱電路。在電路圖中，各種電路元件都用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。+R0R開關(guān)EI電珠+U干電池導(dǎo)線

電流電荷的定向移動(dòng)形成電流。電流的大小用電流強(qiáng)度表示，簡(jiǎn)稱電流。電流強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體截面的電荷量。大寫I表示直流電流小寫i表示電流的一般符號(hào)正電荷運(yùn)動(dòng)方向規(guī)定為電流的實(shí)際方向。電流的方向用一個(gè)箭頭表示。任意假設(shè)的電流方向稱為電流的參考方向。

如果求出的電流值為正，說明參考方向與實(shí)際方向一致，否則說明參考方向與實(shí)際方向相反。

電壓、電位

電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓定義為單位正電荷由a點(diǎn)移至b點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功。

電路中某點(diǎn)的電位定義為單位正電荷由該點(diǎn)移至參考點(diǎn)電場(chǎng)力所做的功。

電路中a、b點(diǎn)兩點(diǎn)間的電壓等于a、b兩點(diǎn)的電位差。電壓的實(shí)際方向規(guī)定由電位高處指向電位低處。與電流方向的處理方法類似，可任選一方向?yàn)殡妷旱膮⒖挤较蚶?當(dāng)ua=3Vub=2V時(shí)u1=1V最后求得的u為正值，說明電壓的實(shí)際方向與參考方向一致，否則說明兩者相反。u2=－1V

對(duì)一個(gè)元件，電流參考方向和電壓參考方向可以相互獨(dú)立地任意確定，但為了方便起見，常常將其取為一致，稱關(guān)聯(lián)方向；如不一致，稱非關(guān)聯(lián)方向。

如果采用關(guān)聯(lián)方向，在標(biāo)示時(shí)標(biāo)出一種即可。如果采用非關(guān)聯(lián)方向，則必須全部標(biāo)示。

電功率電場(chǎng)力在單位時(shí)間內(nèi)所做的功稱為電功率，簡(jiǎn)稱功率。功率與電流、電壓的關(guān)系：關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p=ui非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：p=－uip＞0時(shí)吸收功率，p＜0時(shí)放出功率。例：求圖示各元件的功率.（a）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5×2=10W，P>0，吸收10W功率。（b）關(guān)聯(lián)方向，P=UI=5×(－2)=－10W，P<0，產(chǎn)生10W功率。（c）非關(guān)聯(lián)方向，P=－UI=－5×(－2)=10W，P>0，吸收10W功率?？偨Y(jié)電壓和電流的參考方向

物理中對(duì)基本物理量規(guī)定的方向1.電路基本物理量的實(shí)際方向物理量實(shí)際方向電流I正電荷運(yùn)動(dòng)的方向電動(dòng)勢(shì)E

(電位升高的方向)

電壓U(電位降低的方向)高電位

低電位

單位kA、A、mA、μA低電位

高電位kV、V、mV、μVkV、V、mV、μV(2)參考方向的表示方法電流：Uab

雙下標(biāo)電壓：(1)參考方向I

在分析與計(jì)算電路時(shí)，對(duì)電量任意假定的方向。Iab

雙下標(biāo)2.電路基本物理量的參考方向箭標(biāo)abRI正負(fù)極性+–abUU+_+R0E3V注意：

在參考方向選定后,電流(或電壓)值才有正負(fù)之分。實(shí)際方向與參考方向一致，電流(或電壓)值為正值；實(shí)際方向與參考方向相反，電流(或電壓)值為負(fù)值。(3)

實(shí)際方向與參考方向的關(guān)系I=0.28AI=–0.28A

電動(dòng)勢(shì)為E=3V方向由負(fù)極指向正極；U++R0E3VU′+例:電路如圖所示。

電流I的參考方向與實(shí)際方向相同，I=0.28A,由流向,反之亦然。

電壓U′的參考方向與實(shí)際方向相反,U′=–2.8V;即:U

=–U′

電壓U的參考方向與實(shí)際方向相同,U

=2.8V,方向由指向；2.8V–2.8V

歐姆定律U、I參考方向相同時(shí)U、I參考方向相反時(shí)RU+–IRU+–I

表達(dá)式中有兩套正負(fù)號(hào)：

(1)式前的正負(fù)號(hào)由U、I

參考方向的關(guān)系確定；(2)U、I

值本身的正負(fù)則說明實(shí)際方向與參考方向之間的關(guān)系。

通常取

U、I

參考方向相同。U=IR

U=–IR

解:對(duì)圖(a)有,U=IR

例:應(yīng)用歐姆定律對(duì)下圖電路列出式子，并求電阻R。對(duì)圖(b)有,U=–IR注意負(fù)號(hào)與P=–UI的負(fù)號(hào)相同RU6V+–2AR+–U6VI(a)(b)I–2A電流的參考方向與實(shí)際方向相反電壓與電流參考方向相反1.2電路基本元件

常見的電路元件有電阻元件、電容元件、電感元件、電壓源、電流源。電路元件在電路中的作用或者說它的性質(zhì)是用其端鈕的電壓、電流關(guān)系即伏安關(guān)系（VAR）來決定的。1.2.1無源元件伏安關(guān)系（歐姆定律）：關(guān)聯(lián)方向時(shí)：u=Ri非關(guān)聯(lián)方向時(shí)：u=－Ri1．電阻元件符號(hào)：功率：電阻元件是一種消耗電能的元件。電路端電壓與電流的關(guān)系稱為伏安特性。

遵循歐姆定律的電阻稱為線性電阻，它表示該段電路電壓與電流的比值為常數(shù)。I/AU/Vo線性電阻的伏安特性線性電阻的概念：

線性電阻的伏安特性是一條過原點(diǎn)的直線。伏安關(guān)系：2．電感元件符號(hào)：電感元件是一種能夠貯存磁場(chǎng)能量的元件，是實(shí)際電感器的理想化模型。Ｌ稱為電感元件的電感，單位是亨利（Ｈ）。只有電感上的電流變化時(shí)，電感兩端才有電壓。在直流電路中，電感上即使有電流通過，但ｕ＝０，相當(dāng)于短路。3．電容元件電容元件是一種能夠貯存電場(chǎng)能量的元件，是實(shí)際電容器的理想化模型。伏安關(guān)系：符號(hào)：只有電容上的電壓變化時(shí)，電容兩端才有電流。在直流電路中，電容上即使有電壓，但ｉ＝０，相當(dāng)于開路，即電容具有隔直作用。C稱為電容元件的電容，單位是法拉（F）。1.2.2有源元件電壓源與電流源（1）伏安關(guān)系電壓源：u=uS

端電壓為us，與流過電壓源的電流無關(guān)，由電源本身確定，電流任意，由外電路確定。電流源：

i=iS流過電流為is，與電源兩端電壓無關(guān)，由電源本身確定，電壓任意，由外電路確定。（2）特性曲線與符號(hào)電壓源電流源電源的兩種模型及其等效變換電壓源模型

電壓源模型由上圖電路可得:U=E–IR0

若R0=0理想電壓源:U

EUO=E

電壓源的外特性IUIRLR0+-EU+–

電壓源是由電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻R0串聯(lián)的電源的電路模型。

若R0<<RL，U

E，可近似認(rèn)為是理想電壓源。理想電壓源O電壓源理想電壓源（恒壓源）例1：(2)輸出電壓是一定值，恒等于電動(dòng)勢(shì)。對(duì)直流電壓，有U

E。(3)恒壓源中的電流由外電路決定。特點(diǎn):(1)內(nèi)阻R0

=0IE+_U+_設(shè)

E=10V，接上RL

后，恒壓源對(duì)外輸出電流。RL

當(dāng)RL=1時(shí)，U=10V，I=10A

當(dāng)RL=10時(shí)，U=10V，I=1A外特性曲線IUEO電壓恒定，電流隨負(fù)載變化電流源模型IRLU0=ISR0

電流源的外特性IU理想電流源OIS

電流源是由電流IS和內(nèi)阻R0并聯(lián)的電源的電路模型。由上圖電路可得:若R0=理想電流源:I

IS

若R0>>RL，I

IS

，可近似認(rèn)為是理想電流源。電流源電流源模型R0UR0UIS+－理想電流源（恒流源)例1：(2)輸出電流是一定值，恒等于電流IS

；(3)恒流源兩端的電壓U由外電路決定。特點(diǎn):(1)內(nèi)阻R0

=；設(shè)

IS=10A，接上RL

后，恒流源對(duì)外輸出電流。RL當(dāng)RL=1時(shí)，I=10A，U=10V當(dāng)RL=10時(shí)，I=10A，U=100V外特性曲線

IUISOIISU+_電流恒定，電壓隨負(fù)載變化。

基爾霍夫定律支路：電路中的每一個(gè)分支。一條支路流過一個(gè)電流，稱為支路電流。結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的聯(lián)接點(diǎn)?；芈罚河芍方M成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I3123ba+-E2R2+-R3R1E1例：支路：ab、bc、ca、…（共6條）回路：abda、abca、adbca…

（共7個(gè)）結(jié)點(diǎn)：a、b、c、d

(共4個(gè)）網(wǎng)孔：abd、abc、bcd

（共3個(gè)）adbcE–+GR3R4R2I2I4IGI1I3IR1

基爾霍夫電流定律(KCL定律)1．定律

即:Ｉ入=

Ｉ出

在任一瞬間，流向任一結(jié)點(diǎn)的電流等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流。

實(shí)質(zhì):電流連續(xù)性的體現(xiàn)。或:Ｉ=0對(duì)結(jié)點(diǎn)a：I1+I2=I3或I1+I2–I3=0

基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結(jié)點(diǎn)處各支路電流間相互制約的關(guān)系。ba+-E2R2+-R3R1E1I1I2I3

在任一瞬時(shí)，流入任一節(jié)點(diǎn)的電流之和必定等于從該節(jié)點(diǎn)流出的電流之和。

在任一瞬時(shí)，通過任一節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和恒等于零。表述一表述二可假定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正，流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)；也可以作相反的假定。所有電流均為正。

電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。2．推廣I=?例:I=0IA+IB+IC=02+_+_I51156V12VIAIBICAIBCIABACBIC廣義結(jié)點(diǎn)

在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的代數(shù)和恒等于零。

基爾霍夫電壓定律（KVL定律)1．定律即：U=0

在任一瞬間，從回路中任一點(diǎn)出發(fā)，沿回路循行一周，則在這個(gè)方向上電位升之和等于電位降之和。對(duì)回路1：對(duì)回路2：

E1=I1R1+I3R3I2R2+I3R3=E2或I1R1+I3R3–E1=0或I2R2+I3R3–E2=012

基爾霍夫電壓定律（KVL）反映了電路中任一回路中各段電壓間相互制約的關(guān)系。I1I2I3ba+-E2R2+-R3R1E1表述一表述二

在任一瞬時(shí)，在任一回路上的電位升之和等于電位降之和。

在任一瞬時(shí)，沿任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。電壓參考方向與回路繞行方向一致時(shí)取正號(hào)，相反時(shí)取負(fù)號(hào)。所有電壓均為正。1．列方程前標(biāo)注回路循行方向；

電位升=電位降

E2=UBE+I2R2U=0

I2R2–E2+

UBE

=02．應(yīng)用

U=0列方程時(shí)，項(xiàng)前符號(hào)的確定：

如果規(guī)定電位降取正號(hào)，則電位升就取負(fù)號(hào)。3.開口電壓可按回路處理

注意：1對(duì)回路1：E1UBEE+B+–R1+–E2R2I2_

KVL通常用于閉合回路，但也可推廣應(yīng)用到任一不閉合的電路上。例：列出下圖的KVL方程例：對(duì)網(wǎng)孔abda：對(duì)網(wǎng)孔acba：對(duì)網(wǎng)孔bcdb：R6I6R6–I3R3+I1R1=0I2R2–

I4R4–I6R6=0I4R4+I3R3–E=0對(duì)回路adbca，沿逆時(shí)針方向循行：–I1R1+I3R3+I4R4–I2R2=0應(yīng)用U=0列方程對(duì)回路cadc，沿逆時(shí)針方向循行：–I2R2–I1R1+E

=0adbcE–+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I

開關(guān)閉合,接通電源與負(fù)載。負(fù)載端電壓U=IR

電源有載工作或U=E–IRoUI=EI–I2RoP=PE

–P負(fù)載取用功率電源產(chǎn)生功率內(nèi)阻消耗功率(3)電源輸出的功率由負(fù)載決定。負(fù)載大小的概念:

負(fù)載增加指負(fù)載取用的電流和功率增加(電壓一定)。R0ER+–I1.電壓電流關(guān)系2.功率與功率平衡3.電源與負(fù)載的判別U、I參考方向不同，P=UI

0，電源；

P=UI

0，負(fù)載。U、I參考方向相同，P=UI0，負(fù)載；

P=UI

0，電源。

(1)根據(jù)U、I的實(shí)際方向判別(2)根據(jù)U、I的參考方向判別電源：

U、I實(shí)際方向相反，即電流從“+”端流出，（發(fā)出功率）

負(fù)載：

U、I實(shí)際方向相同，即電流從“-”端流出。（吸收功率）例:已知:電路中U=220V，I=5A，內(nèi)阻R01=R02=0.6。求:(1)電源的電動(dòng)勢(shì)E1和負(fù)載的反電動(dòng)勢(shì)E2

；

(2)說明功率的平衡關(guān)系。R01E1UI+–+–R02E2+–解：(1)對(duì)于電源

U=E1-U1=E1-IR01即

E1=U

+IR01

=220+50.6=223V

U=E2+U2=E2+IR02

即

E2=U

-IR01=220-50.6=217V(2)由上面可得，E1=E2+IR01+IR02

等號(hào)兩邊同時(shí)乘以

I，則得

E1I

=E2I

+I2R01+I2R02代入數(shù)據(jù)有2235=2175+520.6+5+520.61115W=1085W+15W+15W。

電氣設(shè)備的額定值

額定值:電