电路的基本概念和分析方法-第1讲.ppt
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1、电子技术基础,参考教材:计算机电路基础(第二版)(张虹主编,电子工业出版社),主讲:宁波工程学院电信学院包蕾(QQ:178083516)622774,学什么(what)?,1.基本电路知识2.模拟电子电路知识3.数字电路知识,这三部分是相互关联的,第一部分是分析电路的基本知识和基础理论,只有在掌握了第一部分内容的基础上,才能学好第二部分内容;第二部分的半导体器件又是学习数字电路的基础,由于现在数字电路使用越来越多,所以数字电路部分讲授时间较多。因此,学习过程中,一定要学好每一部分内容,否则,会影响到后面的学习。,我们要学习最现代的技术,必须掌握最基本的知识,否则的话,我们很难掌握最先进的技术。
2、特别是现今社会,我们无时无刻地与电打交道,电能是最主要的能源,如果不掌握有关电路和器件的特性,我们根本无法很好的应用它,也无法开发出更多适合我们要求的新装置。学习计算机硬件的基础就是电路,随着计算机技术飞速发展,电子技术的应用越来越广泛,而这方面的人才越来越缺乏。,为什么(why)?,五方面上课练习实验提问阅读,由于课时少、内容多。要学好该门课程必须予以足够重视,遇到学习困难不要放弃。尽力而为还不够。,怎样学(how)?,在美国西雅图的一所著名教堂里,有一位德高望重的牧师戴尔泰勒。有一天,他向教会学校一个班的学生们讲了下面这个故事。有一年冬天,猎人带着猎狗去打猎。猎人一枪击中了一只兔子的后腿,
3、受伤的兔子拼命逃生,猎狗在其后穷追不舍。可是追了一阵子,兔子跑得越来越远了。猎狗知道实在追不上了,只好悻悻地回到猎人的身边。猎人气急败坏地说:“你真没用,连一只受伤的兔子都追不到!”猎狗听了很不服气地辩解道:“我已尽力而为了呀!”兔子带着枪伤成功地逃生回家后,兄弟都围过来惊讶地问它:“那只猎狗很凶呀,你又带了伤,是怎么甩掉它的呢?”兔子说:“它是尽力而为,我是竭尽全力呀!它没追上我,最多挨一顿骂,而我若不竭尽全力地跑,可就没命了呀!”泰勒牧师讲完故事后,又向全班郑重其事地承诺:谁要是能背出圣经马太福音中第五章到第七章的全部内容,他就邀请谁去西雅图的“太空针”高塔餐厅参加免费聚餐会。圣经马太福音
4、中第五到第七章的全部内容有几万字,而且不压韵,要背诵其全文有相当大的难度。尽管参加免费聚餐会是许多学生梦寐以求的事情,但几乎所有的人都望而却步了。几天后,班上一个11岁的男孩,胸有成竹地站在泰勒牧师的面前,从头到尾按要求背了下来,竟然一字不差,到了最后,简直成了声情并茂的朗诵。泰勒牧师比别人更清楚,就是在成年信徒中,能背诵这些篇幅的人也是罕见的,何况是一个孩子。泰勒牧师在赞叹男孩那惊人的记忆力的同时,不仅好奇地问:“你为什么能背下这么长的文字呢?”男孩不假思索地回答:“我竭尽全力。”16年后,那个男孩成了世界著名软件公司的老板,他就是比尔盖茨。泰勒牧师讲的故事和比尔盖茨成功背诵对人很有启示:每
5、个人都有极大的潜能。正如心理学家所指出的,一般人的潜能只开发了2%8%左右,像爱因斯坦那样伟大的科学家,也只开发了12%左右。一个人如果开发了50%的潜能,就可以背诵400本教科书,可以学完十几所大学的课程,还可以掌握二十来种不同国家的语言。这就是说,我们还有90%的潜能处于沉睡状态。谁要想创造奇迹,仅仅做到尽力而为还不够,必须竭尽全力才行。,第1章 电路的基本概念和基本定律,1.1 电路和电路模型 1.2 电路的基本物理量 1.3 电阻元件和电源 1.4 基尔霍夫定律 1.5 支路电流法 1.6 等效变换法 1.7 节点电压法 1.8 网络定理分析法 1.9 应用惠斯登电桥测电阻,本章内容提
6、要重点:(1)电路模型的概念;(2)电压、电流的参考方向;(3)电路的各种分析方法;难点:(1)关联参考方向的判断;(2)灵活、熟练选用最佳分析电路的方法。,1.1 电路和电路模型 1.2 电路的基本物理量 1.3 电阻元件和电源 1.4 基尔霍夫定律 1.5 支路电流法,第一讲,要求,1.理解理想电路元件和电路模型的概念;2.深刻理解和掌握参考方向在电路分析中的作用;3.理解和掌握基尔霍夫定律的内容及其应用。,电路的概念,由实际电气设备和元器件按照一定的方式连接起来,为电流的流通提供路径的总体,称为电路也称网络。,1.1.1 电路,1.1 电路和电路模型,电路通常由电源、负载和中间环节三部分
7、组成。,电路的组成,电源,连接导线和其余设备为中间环节,负载,电源又称激励(输入),电路中的电压、电流又称响应(输出)。,电路的功能,电路可以实现电能的传输、分配和转换。,电力系统中,电子技术中,电路可以实现电信号的传递、变换、存储和处理。,实体电路,负载,电源,开关,电路模型,电源,负载,中间环节,将实际电路器件理想化(或称模型化),用抽象的理想电路元件及其组合,近似地代替实际的器件,从而构成了与实际电路相对应的电路模型。,1.1.2 电路模型,电路模型,例:晶体管放大电路,理想电路元件在一定条件下,突出实际电路器件主要的电磁性质,忽略其次要因素,将其近似地看做理想电路元件,并用规定的图形符
8、号表示。理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似,其电特性单一、精确。,电阻元件只具耗能的电特性,电容元件只具有储存电能的电特性,理想电压源输出电压恒定,输出电流由它和负载共同决定,理想电流源 输出电流恒定,两端电压由它和负载共同决定。,电感元件只具有储存磁能的电特性,注意:电路模型与实际电路并不完全相同,它只是近似反映实际电路;在不同的条件下,同一实际器件可能采取不同模型。,实际电感元件在不同应用条件下之模型,1.2.1 电流,1.2 电路的基本物理量,电路分析的基本任务是计算电路中的电流、电压和功率。,电流的大小:称电流强度,1A=103mA=106A=109nA,单位换算,I 直流电流(
9、DC),电流的方向,电荷的定向运动形成电流,习惯上规定以正电荷移动的方向为电流的实际正方向。,分析电路时往往不能事先确定电流的实际方向,电路图上标示的电流方向为参考方向,参考方向是为列写方程式提供依据的,具有任意性,通常用实线箭头或双字母下标表示;实际方向根据计算结果来定。,参考方向与实际方向的关系在规定参考方向下:若计算结果i0 电流的参考方向与实际方向一致 i0 电流的参考方向与实际方向相反,电压的定义 电路中任意a、b两点之间的电压等于电场力由a点移动单位正电荷到b点所作的功。即,1.2.2 电压,单位,1 kV=1000V=106 mV=109V,电压的方向实际方向:高电位指向低电位参
10、考方向:任意指定电压的某一方向作为正方向,称参考方向。参考方向与实际方向的关系在规定参考方向下:若计算结果u0 电压的参考方向与实际方向一致 u0 电压的参考方向与实际方向相反,电压的参考方向表示在电路中可以用“+”、“-”号表示,也可用双字母下标或实线箭头表示。,【注意】:在求电压、电流时,必须事先规定好参考方向,否则求出的值无意义。,电位 在电路中任选一点作为参考点,则其他各点到参考点的电压叫做该点的电位,用符号V表示。例如,电路中a、b两点的电位分别表示为Va和Vb,并且a、b两点间的电压与该两点电位有以下关系:Uab=Va-Vb 两点间电压就是该两点的电位之差。通常选接地点作参考点,并
11、且参考点的电位为零。,电压、电流的关联参考方向电压u参考方向和电流i的参考方向一致,称为关联参考方向;电压u的参考方向和电流i的参考方向相反,称为非关联参考方向。,关联参考方向,非关联参考方向,关于参考方向的有关注意事项,参考方向一经选定,在计算过程中不得任意改变。参考方向是列写方程式的需要,是待求值的假定方向而不是真实方向,因此不必追求它们的物理实质是否合理。,电阻、电抗或阻抗一般选取关联参考方向,电源上一般选取非关联参考方向。,某一个元件或一段电路在单位时间内所吸收或释放的电能量。功率一般用p或P表示,单位为瓦特(简称W)。,直流电路:P=UI,当某元件电压和电流关联关联参考方向时:,当某
12、元件电压和电流关联关联参考方向时:,1.2.3 电功率,若求出p0,说明元件实际在吸收功率,一定是负载若求出p0,说明元件实际在发出功率,一定是电源,仔细理解下面的例题,图示电路,若已知元件吸收功率为20W,电压U为5V,求电流I。,解,图示电路,已知元件中通过的电流为100A,电压U为10V,电功率P。并说明元件性质。,解,元件吸收正功率,说明元件是负载。,例,例,1.3 电阻元件和电源1.3.1 电阻元件电阻元件是一种表示消耗电能(转换为热能或其它形式能量)的理想电路元件。一、欧姆定律(Ohms Law)对于线性电阻而言,其电压、电流成正比。若电压、电流的参考方向为关联参考方向,则有 u=
13、R i 或 i=G u 式中R和G是电阻的两个重要参数,分别叫电阻和电导,单位分别是欧姆()和西门子(S)。注意:线性电阻元件可简称为电阻,这样,“电阻”一词及其符号R既表示电阻元件也表示该元件的参数。,二、非线性电阻 如果电阻的伏安关系不是一条直线,则称为非线性电阻,半导体二极管就是一个非线性电阻器件。,三、开路和短路 当一个二端元件(或电路)的端电压不论为何值时,流过它的电流恒为零值,就把它称为开路。开路相当于R=或G=0。当流过一个二端元件(或电路)的电流不论为何值时,它的端电压恒为零值,就把它称为短路。短路相当于R=0或G=。四、电阻元件的功率 对于线性电阻元件来说,在任何时刻,电阻元
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