電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)課件

第1章

電路的基本概念、定律和

分析方法

肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.1電路中的電流、電壓、電動勢及功率

1.1.1電路和電路模型電路是由電源、負載、導(dǎo)線和控制設(shè)備按一定方式連接組成的電流通路。電源是將非電能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，非電能有：化學(xué)能、機械能、原子能、太陽能等。負載吸收或轉(zhuǎn)換電能為非電能，常見的負載有：電燈、電熱器、電動機、家電等。2肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平電路的功能分為兩類：一類是實現(xiàn)電能的傳輸與轉(zhuǎn)換；另一類是實現(xiàn)信號的傳遞和處理。電路有三個基本狀態(tài)：通路、開路和短路。電路模型是用理想元件近似地替代實際元件所組成的電路。理想元件有電阻、電感、電容以及電壓源和電流源。3肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平表1-1理想元件交流電壓源直流電壓源4肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.1.2電流電荷在電場的作用下做有規(guī)則的定向運動形成了電流。大小和方向不變電流的是直流，用大寫字母I表示；變化的電流用小寫字母i表示。在1秒時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為1庫侖時，電流（強度）為1安培，即1安培＝1庫侖/秒。常用的電流單位有：1A=103mA=106μA1KA=103A5肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.1.3電壓與電動勢、電位與參考點電壓Uab等于電場力把單位正電荷從a點經(jīng)負載移到b點所做的功。電動勢Eab等于電場力把單位正電荷從負極b點經(jīng)電源內(nèi)部移到正極a點所做的功。大小和方向不變的電壓為直流電壓用大寫字母U表示。變化的電壓用小寫字母u表示。電壓和電動勢的單位相同，都是V。電場力把1庫侖的正電荷從a點移動到b點所做的功是1焦耳時,

Uab為1伏,1伏＝1焦耳/庫侖。常用的電壓單位有：1KV、1V=103mV=106μV6肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平參考點：選擇電路的某一點作為參考點并用接地符號┻表示，規(guī)定參考點的電壓為0伏。任意一點到參考點的電壓就是這一點的電位，兩點之間的電位差是這兩點之間的電壓。一個電路只能有一個參考點，參考點改變，各點電位也隨之改變，但兩點之間的電位差不變。7肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.1.4電流、電壓的參考方向參考方向：是分析電路時為每條線路上的電壓和電流假定的方向。若按照參考方向計算的電壓或電流是大于零的正數(shù)，說明參考方向與實際方向相同；若計算結(jié)果是小于零的負數(shù)，說明參考方向與實際方向相反。參考方向可以用雙下標、箭頭或極性表示。同一元件上的電壓參考方向與電流參考方向相同時稱作是關(guān)聯(lián)參考方向。見書P4,圖1-58肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.1.5電功率、電能及焦耳楞次定律電功率簡稱為功率，表示單位時間內(nèi)電路吸收的電能。直流電路功率為U和I的乘積，用大寫符號P表示：

U、I方向相同時P=UIU、I方向相反時P=－UI9肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平在變化的電壓、電流電路中，功率用小寫字母表示瞬時功率。當P＞0，表明電路吸收電功率，說明這是負載；

P＜0，表明電路發(fā)出電功率，說明這是電源。電功率的基本單位1W=1V×1A，其它單位有1KW、1W=103mW10肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平電阻在t時間內(nèi)消耗的電能W是用功率乘以時間計算W=P×t

電能的基本單位是1焦耳=1瓦×1秒，

1度電=1千瓦·小時(KWh)熱量Q與電能W的換算公式（焦耳—楞次定律）：

Q=0.239UIt

單位：卡11肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.1.6電氣設(shè)備的額定值額定值是電氣設(shè)備在規(guī)定的環(huán)境條件下和一定的時間范圍內(nèi)使用時的電壓、電流、電功率等允許值，額定值往往有一個富余量。12肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.2歐姆定律、電阻與電導(dǎo)電阻表示吸收電能且轉(zhuǎn)換成熱、光、聲等不可逆轉(zhuǎn)過程的電路元件。各種材料制作的電阻器在電路中起到限流、分流、分壓、電流～電壓變換等作用。用

R表示電阻的符號和參數(shù)，線性電阻的伏安特性是一條通過原點的直線。歐姆定律：線性電阻上同方向的電壓U與電流I之比為電阻的大小。13肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平或或

電阻的基本單位：1Ω(歐姆)=1V/1A，其它單位有1KΩ、1MΩ=106Ω電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，用G表示，G=1/R

電導(dǎo)的基本單位是西門子，簡稱西(S)14肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.3基爾霍夫定律概念：支路、節(jié)點、回路、網(wǎng)孔KCL（Kirchhoff’sCurrentLaw）指出：任一時刻，流入任一節(jié)點電流的代數(shù)和等于零，即ΣI=0。如果規(guī)定流入節(jié)點的電流為正時，則流出節(jié)點的電流為負。KVL（Kirchhoff’sVoltageLaw）指出：任一時刻，電路中任一回路沿繞行方向各元件電壓降的代數(shù)和等于零，即ΣU=0。元件的電壓降與繞行方向相同時為正、與繞行方向相反時為負。見P6,圖1－7見P7,圖1－9見P6,圖1－815肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.4電阻的串聯(lián)、并聯(lián)兩個或多個電阻通過同一電流的連接方式稱為電阻的串聯(lián)，n個電阻串聯(lián)的等效電阻是R=R1＋R2＋…＋Rn兩個電阻串聯(lián)的分壓公式是：

16肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平

兩個或多個電阻接在同一電壓下的連接方式稱為并聯(lián)。n個電導(dǎo)并聯(lián)的等效電導(dǎo)是：

G=G1＋G2＋…＋Gn

兩個電阻并聯(lián)的等效電阻是：

或17肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平兩個電阻并聯(lián)的分流公式是：

18肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平電路等效變換的原則：①等效前、后，電路在端口上的電壓和電流保持不變。②等效電路只能用來求解等效電路以外電路的電壓、電流，而不能求解等效電路內(nèi)部各部分的電壓和電流。計算電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電阻要注意其特點：短路線：短路線收緊后便重合為同一點，得到簡化電路；對稱性：根據(jù)對稱性判斷得到兩點電位相同時，這兩點之間的連線上就沒有電流，可以開路也可以短路。見P9,圖1－7（a）見P9,圖1－7（b）19肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.5等效電源定理在計算復(fù)雜電路中的某一個元件上的電壓或電流時，可以把這個元件以外的部分等效為一個電壓源電路或一個電流源電路，形成簡單電路后再求解。電壓源模型電路用恒壓源US和內(nèi)阻R0的串聯(lián)表示。恒壓源的輸出電壓不變、輸出電流由外電路決定。電流源模型電路用恒流源IS和內(nèi)阻R0的并聯(lián)表示。恒流源的輸出電流不變，輸出電壓由外電路決定。20肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平恒壓源與恒流源不可以等效轉(zhuǎn)換；但電壓源與電流源可以轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換條件是

21肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平計算復(fù)雜電路的電壓或電流戴維南定理：任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)（不含非線性的半導(dǎo)體器件）可以用一個恒壓源US和一個內(nèi)阻R0的串聯(lián)來等效，US等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，R0等于有源二端網(wǎng)絡(luò)除源后的等效電阻。諾頓定理：任何一個線性的有源二端網(wǎng)絡(luò)可以用一個恒流源IS和一個內(nèi)阻R0的并聯(lián)來等效，IS等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的短路電流，R0等于有源二端網(wǎng)絡(luò)除源后的等效電阻。除源：即令恒壓源電壓為0（用短路代替），以及恒流源電流為0（用開路代替），但要保留電源內(nèi)阻。見P12,圖1－2122肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平負載獲得最大功率的條件在戴維南等效電路或諾頓等效電路中，負載獲得最大功率又稱作阻抗匹配或功率匹配，其條件是RL=R0（見P13,求導(dǎo)數(shù)得到極值），此時傳輸效率為：η=PL/PE

=50％。負載獲得的最大功率為：23肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.6節(jié)點電壓法節(jié)點電壓法：特別適合于分析多支路少節(jié)點的電路。例如下圖的電路，以電路中的節(jié)點電壓為待求量，然后根據(jù)節(jié)點電壓就很容易的求出各支路的電流。（見下頁）24肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平例：兩個節(jié)點間電壓Ua式中：∑IS代表有源支路流入節(jié)點a的電流代數(shù)和，流入為正，流出為負；∑G代表電路除源后連接在a與地之間各支路的電導(dǎo)之和，各項均為正。此圖需作電源變換，見P14,圖1－23(b)25肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.7疊加原理疊加原理：線性電路中任何一個元件上的電流（或電壓）等于電路中各個獨立電源單獨作用時在該元件上產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和。注意:不能用疊加原理計算功率。26肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平用疊加原理分析電路的步驟是：第一步：規(guī)定電路中各元件上電壓和電流的參考方向；第二步：畫出各電源單獨作用時的分量電路，規(guī)定各元件上分量電壓、分量電流的參考方向，求解這些分量。第三步：根據(jù)分量電壓和分量電流計算給定電路中各元件上的總電壓和總電流。27肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平例：用疊加原理求4Ω電阻上電流電流源相當于開路電壓源相當于短路28肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平1.8受控源與二端口網(wǎng)絡(luò)受控源是輸出電壓或電流受電路輸入電壓或電流控制的四端（二對端口）元件。受控源分為四類：（參見書P15,圖1-25）電壓控制的電壓源、電壓控制的電流源、電流控制的電壓源、電流控制的電流源。分析受控源電路，關(guān)鍵要保留控制量的存在，所有在獨立源電路中使用的定律、規(guī)則和方法在受控源電路中仍適用。29肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平例：求左上圖的電流I和電壓U。解：1、在保留控制量I所在支路的前提下，將受控電流源的諾頓等效電路轉(zhuǎn)換成戴維南等效電路，如右上圖所示。I=U/4,另用節(jié)點電壓法求U和I的關(guān)系30肇慶學(xué)院計算機學(xué)院主講人：邵平2、利用節(jié)點電壓法求出電壓U及電流