1、电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术原理原理第一章电路与定律 3:15:031第1章 电路与定律 p1.1 引言p1.2 电路变量 p1.3 电阻和欧姆定律 p1.4 电源 p1.5 基尔霍夫定律 p1.6 线性电路与叠加原理 p1.7 替代定理 p1.8 电路学习方法 3:15:0321.1 引言p1.1.1 电路及其组成p1.1.2 计量单位制 3:15:0331.1.1 电路及其组成p电路的基本功能可以分为两类：n电能的产生、传输、分配和转换，n电信号的产生、传输、存储和变换。p提供电能或信号的器件、装置称为电源；p使用电能或电信号，并将电能转换成其他形式能量的设备称为负载。3:15:0
2、34电路的几种表达方式 3:15:035电路模型 p电路模型n电路图是用实际元件的数学模型（即理想化电路元件）建立的 n通过使用理想化电路元件，可以对其进行精确的数学分析，并对实际中存在的种类繁多的实际元件进行统一分析。p电路理论分析的研究对象是电路模型 3:15:0461.1.2 计量单位制 p国际单位制建立在7种基本单位之上n米n千克n秒n安培n开尔文n摩尔n坎德拉p通过十进制与7个基本单位相联系 3:15:047第1章 电路与定律 p1.1 引言p1.2 电路变量 p1.3 电阻和欧姆定律 p1.4 电源 p1.5 基尔霍夫定律 p1.6 线性电路与叠加原理 p1.7 替代定理 p1.8
3、 电路学习方法 3:15:0481.2 电路变量 p电路分析的对象是3个基本物理量n电流n电压n功率 3:15:0491.2.1 电荷与电流p电荷量的国际单位是库仑（C）。n恒定电荷量用大写字母Q表示。n瞬间电荷量用q(t)表示，也常常简记为q。p电荷既不能创造，也不能消失，这种特性叫做电荷守恒性。p电荷的移动形成电流。3:15:04101.2.2 电流强度 p大小和方向均不随时间变化的电流称为直流电流，用大写字母I表示。p大小或方向随时间变化的电流则称为时变电流，用i(t)表示，简写为i。p电流强度的单位是安培(A)tqidddttdqti)()(3:15:04111.2.3 电流方向 p规
4、定正电荷的运动方向为电流方向，带负电的自由电子的运动方向与电流方向相反。p电流参考方向是任意指定的n如果根据这个参考方向进行计算的结果是正值，就说明实际电流方向与参考方向相同；n如果结果是负值，就说明实际电流方向与参考方向相反。3:15:0412电流参考方向例题p【例1-1】电流强度为1A的电流由A向B通过电路元件，实际方向如图1-5（a）和图1-5（b）中虚线箭头所示，电流参考方向如图中实线所示，求I1和I2的值。p【解】I11A I21A 3:15:04131.2.4 电压 1电势能n等量的电荷在相同的电场中的相同点具有相同的电势能，或者说电势能只与电荷量和电场的特性这两个因素有关。n为了
5、计量电势能的大小，必须设定一个电势能为零的位置，物理学上认为距离电场无限远处的电势能为零。n电势能是一个相对的量。3:15:04141.2.4 电压（续）2电势 n电势能与电荷量的比值称为电势 n由于电势能只与电荷在电场中的位置以及电荷量有关，所以可以用电势的分布来表征电场的特性。qwvdd3:15:04151.2.4 电压（续）-电势n电势的大小只与电场本身的特性有关，电场中的相同点具有相同的电势。n分析时可设定电路中某一点的电势为零，相应地电荷在该点的电势能也为零，称之为零参考点，其他点的电势都是相对于零参考点而言的。p电位是一个相对的量，当我们说“A点电位”时就是指A点相对于零参考点的电
6、位差 3:15:04161.2.4 电压（续）3电压 p由于电位（即电势）只与电荷在电场中的位置有关，因此任意两点之间的电位差是唯一的，即不论沿什么路径运动，电荷在两点间移动时发生的电势能的变化是相同的。p电场中A，B两点之间的电势差为A，B两点之间的电压，用符号uAB表示。于是有uABvAvB3:15:04171.2.4 电压（续）4电压的方向 n任意假定一个方向为电压的参考方向n关联参考方向：参考电流从元件参考电压的正极流向负极 3:15:04181.2.4 电压（续）5电动势n在电源内部，外力对电荷做功，使电荷具有了电势能；n在外电路中，具有了电势能的电荷在电场力的作用下运动，形成电流，
7、电荷失去电势能。3:15:04191.2.4 电压（续）-电动势n电动势在数值上等于外力将单位正电荷由电源负极移动到电源正极时所做的功。n电动势越大，表明外力移动单位正电荷做功越多，也就意味着将其他形式的能转化为电能的能力越强。n电动势由电源本身的性质决定，与外接电路无关，其大小等于电源的开路电压，即在没有接入电路时电源两极间的电压。3:15:04201.2.4 电压（续）-电动势p电动势的方向由电源负极指向正极，或者说是电位升高的方向。p为了分析方便，常常假定电流流过电源内部时没有能量损耗，并称这种电源为理想电源。p真实的电源在接入电路之后，由于电源内阻的存在，其两端电压会略微低于电源的电动
8、势。3:15:04211.2.4 电压（续）-电动势【例1-2】电路如图1-10所示，矩形框表示电路元件。已知电位VA5V，VB5V，VC2V，D为参考点，求电压UAB、UCD的值和实际极性。3:15:0422【解】根据 UABVAVB5(5)10V UCD(2)02V可知UAB0，电压实际方向由A指向B，或者A为高电位端，B为低电位端。UCD0，表明电压实际方向与参考方向相反，即D为高电位端，C为低电位端。3:15:04231.2.5 功率 p功率是能量随时间的变化率 p设电流和电压为关联参考方向，则元件吸收功率puip设电流和电压为非关联参考方向，则元件吸收功率puitwpdd3:15:0
9、424功率（续）p吸收正功率，说明元件消耗功率p吸收负功率，说明元件释放功率3:15:0425功率（续）【例1-3】电路如图1-12所示，矩形框表示电路元件，电压和电流方向如图所示，求图1-12所示3种情况下每个元件的吸收功率。3:15:0426功率（续）【解】图1-12（a）中的U，I为关联方向，所以PUI236（W）说明元件A吸收功率为6W。图1-12（b）中的U，I为关联方向，所以PUI2（3）6（W）说明元件B吸收功率为6W，这实际上意味着该元件向电路中其他元件提供了6W功率。图1-12（c）中的U，I为非关联方向，所以PUI248（W）说明元件C吸收功率为8W，这实际上意味着该元件向
10、电路中其他元件提供了8W功率。3:15:0427千瓦小时（kWh）作为电能的单位 p使用千瓦小时（kWh）作为电能的单位，1kWh又称1度，它等于功率为1千瓦的元件工作1小时所消耗的电能。3:15:0428第1章 电路与定律 p1.1 引言p1.2 电路变量 p1.3 电阻和欧姆定律 p1.4 电源 p1.5 基尔霍夫定律 p1.6 线性电路与叠加原理 p1.7 替代定理 p1.8 电路学习方法 3:15:04291.3 电阻和欧姆定律 p设电压和电流为关联参考方向，R为线性电阻，则UIR3:15:0530电阻和欧姆定律（续）p设电压和电流为非关联参考方向，R为线性电阻，则UIR p非线性电阻
11、的阻值定义 didur 3:15:0531电阻和欧姆定律（续）3:15:0532电阻金属膜电阻瓷壳电阻3:15:0533电阻贴片电阻 功率型热敏电阻3:15:05341.3.3 电阻的功率 p电阻为耗能元件，在电路中，电阻起着吸收功率的作用。puii2Ru2/R p显然，电阻吸收的功率必定是正的。3:15:05351.3.4 电导 p电导导电的能力，表明电流流过某个元件的难易程度，用符号G表示。p 电导等于电阻的倒数。曾被称为“姆欧”，并且用一个倒写的字母来表示。p电导的单位是西门子（S）。1iGuR 3:15:05361.3.5 开路与短路 p开路：两点之间的电阻为无穷大。n根据欧姆定律ui
12、R，此时无论电压多大，这两点间的电流恒等于0。p短路：两点之间的电阻为零n此时无论电流多大，这两点间的电压恒等于0。p由于导线电阻通常被忽略，因此以导线相连的两点可视为短路。3:15:0537第1章 电路与定律 p1.1 引言p1.2 电路变量 p1.3 电阻和欧姆定律 p1.4 电源 p1.5 基尔霍夫定律 p1.6 线性电路与叠加原理 p1.7 替代定理 p1.8 电路学习方法 3:15:05381.4 电源 p为了一般性地讨论电源的特性，可以从各种不同的实际电源中抽取出人们关心的共性，并建立其理想化的模型。p理想化的数学模型是实际电源在通常工作情况下的一种近似。3:15:05391.4.
13、1 理想独立电源 p独立电源在电路中独立地提供能量，在特定情况下有时也被称为信号源或激励源。n理想（或独立）电压源p独立决定自身电压n理想（或独立）电流源：p独立决定自身电流3:15:05401、独立电压源 p独立电压源的特性是在任何时刻，无论通过该电源的电流多大，其端电压永远等于电源的电动势。3:15:0541独立电压源的特性表达式p独立电压源的特性表达式u=uS p回顾：线性电阻的特性表达式是什么？3:15:0542独立电压源的内阻 p根据非线性电阻阻值 的计算公式，对于独立电压源p上面的计算表明，独立电压源的内阻为0，独立电压源对电流没有任何阻碍作用。0didudidurs3:15:05
14、432独立电流源 p独立电流源输出电流iS仅取决于其自身特性，与其端电压的大小和方向无关。3:15:0544独立电流源的特性表达式p独立电流源的特性表达式pi=iSp回顾1：独立电压源的特性表达式是什么？p回顾2：线性电阻的特性表达式是什么？p题外话，如何携带理想电流源？3:15:0545独立电流源的内阻 p根据非线性电导的计算公式来计算独立电流源的电导：p独立电流源的内电导为0，内阻无穷大n不论外加的端电压多大，都不会因该外加电压而增加或减少任何电流，独立电流源只流过自己所确定的电流。p外加电压对通过电流没有任何影响，对电压而言，理想独立电流源相当于开路。0sdudidudig3:15:05
15、461.4.2 受控电源 p受控源具有外接端口（四个外接端子）n输入端口（控制信号）：u1，i1n输出端口（受控信号）：u2，i2p四类受控源n电压控制电压源（VCVS）：u2ku1n电压控制电流源（VCCS）：i2gu1n电流控制电压源（CCVS）：u2i1n电流控制电流源（CCCS）：i2ki13:15:0547四类受控源3:15:05481.4.3 无源元件和有源元件 p有源元件（Active Element）能够在无限长的时间里向外界提供电能n有源电路元件（包括独立电源和受控源）n既能向电路中的其他部分提供电能，也能从电路吸收电能，n能够吸收功率，也能够释放功率3:15:0549无源元件和有源元件（续）p无源元件（Passive Element）不能在无限长的时间里向外界提供电能，或者说无源元件不能在无限长的时间里向外界提供大于零的平均功率。p无源符号规则n因为在功率分配关系上，无源元件主要是吸收功率，所以通常在计算无源元件的功率时，都是按吸收功率来计算的。3:15:0550
