模擬電路 補充電路-1

電子技術基礎模擬部分中國礦業(yè)大學理學院物理系前言1.本課程的性質是一門技術基礎課2.特點

非純理論性課程

實踐性很強

以工程實踐的觀點來處理電路中的一些問題3.研究內容以器件為基礎、以信號為主線，研究各種模擬電子電路的工作原理、特點及性能指標等。4.教學目標能夠對一般性的、常用的電子電路進行分析，同時對較簡單的單元電路進行設計。5.學習方法重點掌握基本概念、基本電路、基本方法。6.成績評定平時： 作業(yè)20% 實驗20%考試： 60%7.參考書康華光主編，《電子技術基礎》模擬部分第三版，高教出版社童詩白主編，《模擬電子技術基礎》第二版，高教出版社陳大欽主編，《模擬電子技術基礎問答：例題?試題》，華工出版社8.課件下載：

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password：cumtac9.教學互動：

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電路的基本概念與基本定律 本章主要內容: 1.電路的基本物理量 2.電路的基本定律 3.電路的工作狀態(tài) 4.電壓和電流的正方向§1-1電路的作用與組成部分電路:電路是電流的通道電路的作用:實現(xiàn)電能的傳輸和轉換發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器負載(電燈)(電動機)(電爐)…輸電線電路的另一作用：傳遞和處理信號放大器話筒揚聲器聲音信號圖象信號測量信號或控制信號電路的結構電路=電源+中間環(huán)節(jié)+負載電力系統(tǒng)：(發(fā)電機)+(變壓器、輸電線…)+(電爐、電動機…)擴音機：(話筒)+(放大器…)+(揚聲器)結構模型：激勵——>響應即尋找xo=f(xi)的關系§1-2電路模型實際電路都是根據(jù)人們的需要將實際的電路元件或器件搭接起來，以完成人們的預想要求。如發(fā)電機、變壓器、電動機、電阻器及電容器等。但是，實際元器件的電磁特性十分復雜。為便于對電路的分析和數(shù)學描述，常將實際元器件理想化（即模型化）由理想電路元件組成的電路就是電路的電路模型。電路與電路模型實際電路：電路模型：導線開關電池燈泡+R0R開關E干電池電珠S導線開關電池+R0R開關E干電池電珠SI

分析“電路”問題的

核心點任何電路，都是在電動勢、電壓或電流的作用下進行工作的，對于電路的分析和計算就是要討論電壓、電動勢和電流狀態(tài)以及它們之間的關系。即討論響應的狀態(tài)及與激勵的關系電§1-3電路的基本物理量電流概念:電荷有規(guī)則的定向運動大小:單位時間通過導體橫截面的電荷量方向:正電荷移動的方向單位:安培(A)

毫安(mA)微安(A)abSIab

i=dq/

dt

I=q/t

(直流)電流的正方向習慣上規(guī)定正電荷的運動方向(或負電荷運動的相反方向)為電流的正方向。電流的正方向是客觀存在的！電路的基本物理量在分析問題前，有時無法預知電流的實際方向；而交流電路的電流方向又時刻發(fā)生變化，也無法指定其電流方向。在分析電路時，一般先選定某一方向作為電流的正方向——稱為參考方向當所選電流正方向與實際電流正方向一致時，所得電流的數(shù)值為正，反之為負。電壓概念：電荷在導體中作定向運動時，一定要受到力的作用。如果這個力源是電場，則電荷運動就要消耗電場能量，或者說電場力對電荷作了功。為衡量電場力對電荷作功的能力，引入一新的物理量——電壓大?。篴、b兩點間電壓Uab

在數(shù)值上等于電場力把單位正電荷從a點移到b點所作的功。也就是單位正電荷在移動過程中所失去的電能。電路的基本物理量方向：正電荷在電場的作用下，從高電位向低電位移動。規(guī)定這時正電荷的的移動方向為電壓的正方向。在分析電路之前，可以任意選擇某一方向為電壓的參考方向。當實際電壓方向與參考方向一致時，電壓值為正，反之為負。單位：伏特(V)

千伏(kV)毫伏(mV)電路的基本物理量電壓如圖為關聯(lián)方向定義的電壓和電流電壓關聯(lián)方向

當a、b兩點間所選擇的電壓參考方向由a指向b時，也選擇電流的參考方向經(jīng)電路由由a指向b，這種參考方向的定義方式稱為關聯(lián)方向。電路的基本物理量abIUabIU電動勢正電荷從高電位a向低電位b移動，a端的正電荷逐漸減少會使其電位逐漸降低。

為維持導體中的電流能夠連續(xù)不斷地流過，且應使得導體a、b兩端的電壓不致喪失，就要將b端的正電荷移至a端。但電場力的作用方向恰好與此相反，因此就必須要有另一種力去克服電場力而使b端的正電荷移至a端。電源中必須具有這種力——電源力(非靜電力)。電路的基本物理量IEabUab+_ab電源力電動勢大?。弘娫措妱觿軪ab的數(shù)值等于電源力把單位正電荷從電源的低電位b端經(jīng)電源內部移到電源高電位b端所作的功，也就是單位正電荷從電源低電位端移到高電位端多獲得得能量。方向：電動勢的實際方向是由電源低電位端指向電源高電位端。在分析問題時可設參考方向。單位：電動勢與電壓的單位相同。為伏特(V)標量性：電動勢與電壓和電流都是標量。電路的基本物理量電動勢例題電路的基本物理量+R0U=2.8VU=-2.8VI=0.28AI=-0.28A如圖所示E=3V電動勢為E=3V方向由負極指向正極電壓為U=2.8V由指向電流為I=0.28A由流向其參考方向為關聯(lián)方向。U

與I

的參考方向選擇亦為關聯(lián)方向的定義方式。而電壓U

與電流I

的參考方向為非關聯(lián)方向。§1-4

歐姆定律歐姆定律：

流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比?；蛘弑硎緸椋簹W姆定律的單位：

在SI中，電阻為歐姆()或者為千歐(k)、兆歐(M)

UIR歐姆定律的符號根據(jù)電路上所選電壓和電流方向的不同，歐姆定律的表達式有著不同的符號：當電流和電壓的正方向定義為關聯(lián)方向時，歐姆定律如(1)式

UIR歐姆定律當電流和電壓的正方向定義為非關聯(lián)方向時歐姆定律如(2)式

(1)(2)UIR應用歐姆定律對如下各圖列出表達式，并求出電阻值。例題(1-1)：歐姆定律UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V2A歐姆定律的符號對于(a)圖例題(1-1)分析歐姆定律的應用UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)對于(b)圖UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V2A例題(1-1)分析歐姆定律的應用對于(c)圖對于(d)圖例題(1-2)：計算圖中電阻R的值，已知Uab=-12V歐姆定律的應用I=-2ARnmUnmE1=5VE2=3Vab解：a點電位比b點電位低12Vn點電位比b點電位低7V

m點電位比b點電位高3V于是：

n點電位比m

點電位低7+3=10V即

Unm

=-10V第一章§1-5電路的工作狀態(tài)最簡單的電路為直流電路，本節(jié)討論電路的工作狀態(tài)、開路狀態(tài)和短路狀態(tài)，所討論的內容有電流、電壓及功率等方面的特性。本節(jié)討論問題的理論依據(jù)是歐姆定律R0EUabR如圖電路：E為電源的電動勢U為電源的端電壓R0為電源的內阻R為電路負載電阻一.有載工作狀態(tài)當開關閉合，電源與負載接通，即電路處于有載工作狀態(tài)。電路狀態(tài)UabR0ERI電路中的電流為I=E/(R0+R)負載電阻兩端的電壓為

U=IR當電源電動勢E和內阻R0一定時負載電阻R愈小，則電流I愈大?；驅懗蒛=E-IR0可見電源端電壓小于電動勢，二者之差為電源內阻的電壓降IR0即U=E-IR0

為電源外特性關系式有載工作狀態(tài)一般常見電源的內阻都很小當R0?R時，則UE此時當電流(負載)變動時，電源的端電壓變化不大。電路狀態(tài)R0EUabRI有載工作狀態(tài)當式U=E-IR0各項乘以電流I時，得到

UI=EI-I2R0或P=PE+P電路狀態(tài)R0EUabRI式中：PE=EI

為電源產(chǎn)生的功率

P=I2R0

為電源內阻上消耗的功率

P=UI

為電源輸出的功率單位：在SI中功率的單位是瓦特(W)或千瓦(kW)1W功率的含義是：在1s時間內，轉換1J的能量。例題1-3.R01E1UI有載工作狀態(tài)已知:電路中，U=220V，I=5A，內阻R01=R02=0.6。求:(1)電源的電動勢E1和負載的反電動勢E2

；(2)說明功率的平衡關系。R02E2例題1-3.R01E1UI有載工作狀態(tài)解：(1)對于電源

U=E1-U1=E1-IR01即

E1=U

+IR01

=220+50.6=223VU=E2+U2=E2+IR02即

E2=U

-IR01

=220-50.6=217VR02E2例題1-3.有載工作狀態(tài)(2)由上面可得，E1=E2+IR01+IR02等號兩邊同時乘以

I，則得

E1I

=E2I

+I2R01+I2R02代入數(shù)據(jù)有2235=2175+52

0.6+5+52

0.61115W=1085W+15W+15W。R01E1UIR02E2其中E1I是電源產(chǎn)生的功率；E2I是負載取用的功率；I2R01是電源內阻上損耗的功率；I2R02是反電動勢電源(負載)內阻上損耗的功率?？梢婋娐肪哂泄β势胶馓匦浴?/p>

能量的傳輸和電源/負載的判定有載工作狀態(tài)對于電阻R，其消耗的功率P=UI

或P=U2/R=I2R0

作為負載其電流與電壓方向相同，符合關聯(lián)定義方向。由此，功率值的正負與電流、電壓的參考方向的選擇有關。電源：U與I的實際方向相反，I從“+”端流出，發(fā)出功率。負載：U與I的實際方向相同，I從“+”端流入，取用功率。R01E1UIR02E2電源負載二.開路工作狀態(tài)如圖電路：當開關斷開時，電路則處于開路(空載)狀態(tài)。R0EU=U0abRI=0開路時，外電路的電阻為無窮大，電路中的電流I為零。電源的端電壓(稱為開路電壓或空載電壓U0)等于電源的電動勢，電源不輸出電能。電路開路時的特征為I=0U=U0=EP=0三.短路工作狀態(tài)當電源兩端由于某種原因而聯(lián)在一起時，稱電源被短路。R0EabRIScd短路時，可將電源外電阻視為零，電流有捷徑流過而不通過負載。由于R0很小，所以此時電流很大，稱之為短路電流Is

。U=0I=Is=E/R0P=P=I2R0電路短路時的特征為【思考與練習】額定值為1W、100的碳膜電阻，在使用時電流和電壓不得超過多大值？答：由功率P與電阻R的關系公式P=I2R或P=U2/R可得：電流I=√P/R=(1/100)1/2=0.1A同理：電壓U=√PR=(1×100)1/2=10V§1-6基爾霍夫定律(Kirchhoff’slaw)根據(jù)歐姆定律分析電路，已是中學物理中常用的分析方法，但對某些電路有時是無能為力的，基爾霍夫定律分為兩個部分，即：1.基爾霍夫電流定律(KCL)——應用于節(jié)點2.基爾霍夫電壓定律(KVL)——應用于回路為此本節(jié)討論基爾霍夫定律，它亦是分析與計算電路的基本方法。名詞、概念1.支路：電路中的每一個分支，稱為支路。它是由若干個二端元件串聯(lián)而成。2.節(jié)點：電路中三條或三條以上的支路相聯(lián)結的點稱為節(jié)點?；鶢柣舴蚨蒩bcdI2I3一條支路中各部分都流過一個相同的電流，稱為支路電流。如圖中的ab、acb及adb共3條支路。I1如圖中的I1、I2及I3共3個電流。圖中共有a、b兩個節(jié)點。名詞、概念(2)回路：是由一條或多條支路所組成的閉合電路。網(wǎng)孔：網(wǎng)孔是回路，但認定的網(wǎng)孔一定要比其他網(wǎng)孔包含有新的支路。如圖電路:adbca、abca

和abda

共三個回路。abcdI2I3I1基爾霍夫定律如圖電路:當認定adbca和abca

是網(wǎng)孔時，abda

就不能認為是網(wǎng)孔，它所包含的支路都已被前兩個網(wǎng)孔所包含。名詞、概念(3)基爾霍夫定律acdI2I1I3當然，當認定adba和abca

是網(wǎng)孔時，acbda

就不是網(wǎng)孔，因其支路都已被前兩個網(wǎng)孔所包含。同樣，當認定acbda

和adba

是網(wǎng)孔時，abca

就不再認定是網(wǎng)孔，其支路也已被前兩個網(wǎng)孔所包含。因此，不能認為所有的回路都是網(wǎng)孔。b定律(1)——KCL基爾霍夫定律acdI2I1I3KCL也可表述為，在任一瞬時，流入某一節(jié)點的電流代數(shù)和恒為零?；鶢柣舴虻谝欢桑涸谌我凰矔r，流向某一節(jié)點的電流之和等于由該節(jié)點流出的電流之和。如圖對于節(jié)點a：

流入電流=

流出電流

I1+I2=I3或I1+I2-I3=0bc基爾霍夫第一定律：在任一瞬時，流向某一節(jié)點的電流之和等于由該節(jié)點流出的電流之和。由此，KCL亦可表示為：定律(1)——KCL基爾霍夫定律如圖：3個電阻的節(jié)點A、B和C可看成為廣義節(jié)點。ABCIABICAIBCIAIBIC對于節(jié)點A、B及C，可分別列出KCL方程：IA＝IAB－ICAIB＝IBC－IABIC＝ICA－IBCIA+IB+IC=0即I=0定律(2)——KVL如電路中dabd回路，沿逆時針繞行方向da段電阻上為電壓降

Uda=I2R2ab段電阻上亦為電壓降

Uab=I3R3

而bd段電源部分為電壓升，即Ubd=E2由KVL可得：E2=I2R2+I3R3

基爾霍夫電壓定律(KVL)是用來確定回路中各段電壓間關系的。它應用于回路?；鶢柣舴蚨苫鶢柣舴虻诙?KVL)：在任一瞬時，電路的任何一個回路中電壓降的代數(shù)和等于電壓升的代數(shù)和。acdI2I1I3bcR1R2R3E2電壓升：電動勢電壓降：電阻與電流的乘積基爾霍夫電壓定律還可以敘述為：沿任一回路繞行一周，回路各段的電壓降代數(shù)和恒為零。KVL的應用基爾霍夫定律acdI2I1I3bcR1R2R3E2E1ac段(+

I1R1),cb段(-

E1),bd段(+

E2),da段(-

I2R2)表達式為:Va=Va+I1R1-E1++E2-I2R2即(EIiRi)＝０

應用上式的方法之一為數(shù)電壓法：從回路中任一點a數(shù)起，沿回路繞行一周再數(shù)回到a點，電位值不變(如adbca回路):公式為:末點電位=起點電位+數(shù)電壓一周(上升+,下降-)如圖電路：UAB=VA-VB數(shù)電壓法還可以應用于任意的部分電路。基爾霍夫定律KVL的應用“數(shù)電壓法”公式為:

末點電位=起點電位+數(shù)電壓一周(上升“+”,下降“-”)公式為:

末點電位=起點電位+從起點數(shù)電壓到末點。ABCUAUBUABVB=VA–UA+UB即：UAB=VA-VB=U