电路第一章-电路的基本概念与基本定律.ppt

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1、电路与电子学,邱关源编著，电路（第4版），高等教育出版社，2000年,J.E.Kemmerly,S.M.Durbin,Engineering Circuit Analysis(Sixth Edition),2002潘双来等编著，电路学习指导与习题精解，清华大学出版社，2004年,周玉坤编译，电路（第7版），电子工业出版社，2005年,参考书目,黄锦安主编，电路与模拟电子技术，机械工业出版社，2008年,本课程是数字电子技术、数字逻辑、计算机组成等课程的必要先修课，是构建硬件知识体系的重要环节,现代社会的各个方面无不与电子技术有着密切的联系，学好电子技术很重要！,电路与电子学是计算机类专业的一门

2、技术基础课，主要学习电路基本理论和模拟电子电路的原理和应用,课程的性质与重要性,1785年 法国科学家G.A库仑确定库仑定律1826年德国科学家G.S.欧姆提出欧姆定律1831年法拉第发现电磁感应现象，并制作了第一台发 电机模型1845年德国科学家G.R.基尔霍夫提出关于电路网络的 基尔霍夫定律1864年英国A.G.C.麦克斯韦提出了电磁波理论1877年 T.A.爱迪生发明了留声机(改进了电话)，1879年 发明了白炽灯，1883年发明了热电子发射现象（爱迪生效应）1904年 英国人J.A.弗莱明发明了电子二极管,电子电工技术的发展,1904年 美国德.福雷斯特发明了电子三极管1948年 第一

3、只晶体管诞生1958年 美国基尔比制成第一块集成电路，6个月后诺伊 斯制成第一块硅集成电路1971年 美国M.E.霍夫制成第一台四位微处理器40041975年 美国莱因哈特和洛发明集成光路1976年 美国S.克雷制成第一部微型计算机“克雷-I”1983年 我国研制成功第一台速度为1亿次的“银河”巨型 计算机1984年 我国成功发射第一颗通信卫星,水立方建筑学、电子学、光学的结合,电路基本概念电路基本定理电路基本分析方法,本学期课程的重点,遵循从简到繁、从易到难的原则 体系上先静态（直流电路分析定理）后稳态（正弦和非正弦周期电路相量）再暂态（过渡过程分析）,纵览一至六章内容,电路的基本概念与基本

4、定律 电路的分析方法（支路电流法、网孔电流法、节点电压法等）正弦交流电路 三相交流电路 电路的频率特性（RC、LC、RLC电路）电路的暂态分析,本学期课程的主要内容,1.1 电路与电路模型1.2 电路的基本物理量及其参考方向1.3 电阻元件1.4 独立电源（电压源、电流源）1.5 基尔霍夫定律1.6 电位的计算1.7 非独立电源受控源,第1章 电路的基本概念及基本定律,进行信号的处理和传递,进行能量的转换和传输,进行信息的存储,1.1 电路与电路模型,1.1.1 电路的作用,1.1 电路与电路模型,电路的概念,电路是由用电设备或元器件（称为负载）与供电设备（称为电源）通过导线等（中间环节）连接

5、而构成的提供给电荷流动的通路，电路是构成电流通路的一切设备总和。,当电场被束缚在电荷流动的路径周围很小的范围时，即形成电路，可用“路”的理论来分析处理。,电阻器,电容器,电池,运算放大器,晶体管,1.1 电路与电路模型,电路元器件,开关,实际电路是为完成某种预期的目的而设计的，具有传输电能、处理信号、测量、控制、计算等功能。我们课程的研究对象不是实际电路，而是从实际电路中抽象出来的理想化的电路，即实际电路的模型，研究其中的电压、电流和功率分配等。电路模型将电路的主要性能用数学方法表达出来，电路模型反映了原电路工作的主要特性，并且这些特性是已经数学化了的，便于用数学方法进行分析。,1.1 电路与

6、电路模型,电路模型,电路模型中，构成电路的不再是千差万别的各种实际元器件，而是数量有限的理想元件，具有很好的规范性。有利于设计、交流。,1.1 电路与电路模型,建立电路模型的意义,2）用理想元件实现每个元器件的特性，构成元器件的模型,1）对电路中的每个元器件特性建立数学模型,3）把所有元器件的电路模型按照原电路结构连接起来，形成电路的模型,怎样建立电路模型,1.1 电路与电路模型,电路的组成,电源：产生电能或提供电信号,负载：消耗电能或取用电信号,中间环节：对电能或电信号进行控制、分配、处理等,1.1 电路与电路模型,电路模型,1.1 电路与电路模型,实际电路,R,L,s,C,us,电路模型,

7、1.1 电路与电路模型,理想电路元件与模型,电阻元件R,电感元件L,电容元件C,无源元件与模型,1.1 电路与电路模型,1.1 电路与电路模型,理想电路元件及模型,电压源,电流源,有源元件与模型,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,电路的特性是由电流、电压和功率等物理量描述的,电路分析的基本任务是计算电路中的电流、电压和功率,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,(一)电 流,量纲：安培（A）,电流（电流强度）是由电荷（带电粒子）有规则的定向运动形成的。,1kA=103A；1mA=10-3A；1A=10-6A,1安培=1库仑/秒,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,一些常用的十进制倍数的表

8、示方法：,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,恒定电流 量值和方向均不随时间变化的电流，称为恒定电流，简称为直流电流(dc或DCDirect current)，一般用符号I表示,时变电流 量值和方向随时间变化的电流，称为时变电流，一般用符号i表示。时变电流在某一时刻t的值i(t)，称为瞬时值,交流电流 量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电流，称为交流电流，简称为交流(ac或ACAlternating current),1.2 电路的基本物理量及其参考方向,电流的参考方向,标定方式：在连接导线上用箭头表示,约定：,是一种任意选定的方向,当i0时参考方向与实际方向一致,当i0时参考方向与实

9、际方向相反,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,（二）电 位,电荷在电路中移动，就会有能量的交换,单位：伏特（V）,某点的电位（电势）是单位正电荷在该点具有的电位 能，在数值上等于电场力将单位正电荷沿任意路径从 该点移动到参考点所作的功,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,（三）电 压,单位：伏特（V）,电路中a、b两点之间的电位差（电压）uab：将单位正电荷从a点移到b点所需的能量或功,1kV=103V；1mV=10-3V；1V=10-6V,失去电位能Wa-Wb,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,恒定电压 量值和方向均不随时间变化的电压，称为恒定电压，简称为直流电压，一般用符号U表示

10、,时变电压 量值和方向随时间变化的电压，称为时变电压，一般用符号u表示。时变电压在某一时刻t的值u(t)，称为瞬时值,交流电压 量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电压,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,电压的参考方向,标定方式,约定：,是一种任意选定的方向,当u0时参考方向与实际方向一致,当u0时参考方向与实际方向相反,“+”为高电位端“”为低电位端,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,电压与电流的关联参考方向,若选定的电流参考方向从标有与电压“”极性的一端流入，从电压“”极性的一端流出，则称电流和电压的参考方向一致则称为关联参考方向，反之则为非关联参考方向,强调：关联参考方向一定

11、是针对某一段电路而言,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,电压与电流的关联参考方向,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,（四）电 动 势,电动势表征电源中外力（非电场力）作功的能力，其值等于外力克服电场力把单位正电荷从负极移动 到正极所作的功，其方向从负极指向正极，即电位 升高的方向。E（e）表示。,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,（五）功 率,功率：单位时间内吸收或释放的能量。在关联参考方向下瞬时功率：,若u(t)与i(t)在非关联参考方向下：,必须加上负号！,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,功 率,当p0时，吸收功率,量纲：瓦特（W）,当p0时，发出功率,1.2 电路的基本

12、物理量及其参考方向,功 率 的 计 算,例1.2.1 求图中元件的功率，并判断该元件是吸收还是产生功率？,1.2 电路的基本物理量及其参考方向,功 率 的 计 算,例1.2.2 图中方框泛指元件，已知四个元件电压均为5V，IA1A，IB2A，PC吸20W，PD吸10W，试求元件A和B的功率及C和D的电流？,1.3 电阻元件,常用的各种二端电阻器件,电阻器,晶体二极管,1.3 电阻元件,金属膜电阻器 METAL FILM FIXED RESISTOR（MF TYPE）,金属氧化物电阻器 METAL OXIDE FILM RESISTOR(MOF TYPE),碳膜电阻器 CARBON FILM F

13、IXED RESISTOR,熔断涂覆电阻器 FUSIBLE FILM RESISTOR,线绕涂覆电阻器 WIRE WOUND RESISTOR(KNP TYPE),绕涂覆电阻器 WIRE WOUND RESISTOR(KNH TYPE),1.3 电阻元件,(二端)电 阻 元 件,若一个二端元件的电压与电流之间的关系可以 用i-u平面上的一条曲线表征时称之为电阻,过原点的直线对应的电阻称为线性电阻,隧道二极管为非线性电阻,1.3 电阻元件,线 性 电 阻,（关联）,1.3 电阻元件,欧 姆 定 律,1.3 电阻元件,欧 姆 定 律的另一种形式,电导（S）,1.3 电阻元件,电阻功率的计算,电源在

14、电路中可能吸收功率，也可能发出功率,1.3 电阻元件,例 已知u1=1V,u2=-3V,u4=-4V,u5=1V,u6=-3V,i1=2A,i2=1A,i3=-1A,求uab和uad及各段电路的功率并指明吸收还是发出功率。,1.3 电阻元件,解：uab=uac+ucb=-u1+u2=-(1)+(-3)=-4V,2,i1,u2,+,_,c,b,1,u1,+,_,4,u4,+,_,i2,6,u6,+,_,5,u5,+,_,i3,d,f,a,e,.,.,uad=u6=-3V;p1=-u1i1=-2W0(发出),p2=u2i1=-6W0(发出);,p4=u4i2=4W0(吸收);p5=u5i3=1W0

15、(吸收),p6=u6i3=3W0(吸收),1.3 电阻元件,电路中所有元件的功率之和为0！这一规则称为功率 平衡原理，常用作对分析结果的检验准则,功率平衡实际上是能量守恒的体现，任意时刻，电源 发出的电能恰为负载所消耗,1.4 电压源和电流源,独 立 电 源,指电源输出的电压（电流）仅由独立电源本身性质决定,与电路中其余部分的电压（电流）无关,电压源,电流源,1.4 电压源和电流源,独 立 电 源,1.4 电压源和电流源,1.4.1 电 压 源,若一个二端元件输出电压恒定则称为理想电压源,电路符号,1、理 想 电 压 源,1.4 电压源和电流源,直流稳压电源,1.4 电压源和电流源,基本性质,

16、理 想 电 压 源,输出电压恒定，和外电路无关,其流过的电流由外电路决定,1.4 电压源和电流源,伏安曲线,理 想 电 压 源,1.4 电压源和电流源,若一个二端元件所输出的电压随流过它的电流 变化而变化就称为实际电压源。,电路模型,1.4.2 实 际 电 压 源,1.4 电压源和电流源,伏安曲线,实 际 电 压 源,1.4 电压源和电流源,三种工作状态,实 际 电 压 源,加载:,Rs越小越好,实际应用中，电压源不允许短路,1.4 电压源和电流源,1.4.2 电 流 源,若一个二端元件输出电流恒定则称为理想电流源,电路符号,1、理 想 电 流 源,1.4 电压源和电流源,基本性质,理 想 电

17、 流 源,输出电流恒定，和外电路无关,其两端电压由外电路决定,1.4 电压源和电流源,伏安曲线,理 想 电 流 源,1.4 电压源和电流源,若一个二端元件所输出的电流随其端电压变化 而变化称为实际电流源,电路模型,1.4.2 实 际 电 流 源,1.4 电压源和电流源,伏安曲线,实 际 电 流 源,1.4 电压源和电流源,三种工作状态,实 际 电 流 源,加载:,短路:,开路:,Rs越大越好,实际应用中，电流源不允许开路,1.4 电压源和电流源,电压源和电流源,实际应用中，电压源不允许短路,实际应用中，电流源不允许开路,1.4 电压源和电流源,例1.4.1 请确定下图中电路各元件的电压、电流和功率，并指出各元件是吸收功率还是发出功率，校核功率平衡关系。,电 子 线 路 板,