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(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平1肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)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(fù)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(jī)械能、原子能、太陽能等。負(fù)載吸收或轉(zhuǎn)換電能為非電能，常見的負(fù)載有：電燈、電熱器、電動機(jī)、家電等。2肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平電路的功能分為兩類：一類是實(shí)現(xiàn)電能的傳輸與轉(zhuǎn)換；另一類是實(shí)現(xiàn)信號的傳遞和處理。電路有三個(gè)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(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(yùn)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(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量為1庫侖時(shí)，電流（強(qiáng)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(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平1.1.3電壓與電動勢、電位與參考點(diǎn)電壓Uab等于電場力把單位正電荷從a點(diǎn)經(jīng)負(fù)載移到b點(diǎn)所做的功。電動勢Eab等于電場力把單位正電荷從負(fù)極b點(diǎn)經(jīng)電源內(nèi)部移到正極a點(diǎn)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(diǎn)移動到b點(diǎn)所做的功是1焦耳時(shí),

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(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平參考點(diǎn)：選擇電路的某一點(diǎn)作為參考點(diǎn)并用接地符號┻表示，規(guī)定參考點(diǎn)的電壓為0伏。任意一點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就是這一點(diǎn)的電位，兩點(diǎn)之間的電位差是這兩點(diǎn)之間的電壓。一個(gè)電路只能有一個(gè)參考點(diǎn)，參考點(diǎn)改變，各點(diǎn)電位也隨之改變，但兩點(diǎn)之間的電位差不變。7肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)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(shí)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(jì)算的電壓或電流是大于零的正數(shù)，說明參考方向與實(shí)際方向相同；若計(jì)算結(jié)果是小于零的負(fù)數(shù)，說明參考方向與實(shí)際方向相反。參考方向可以用雙下標(biāo)、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(shí)稱作是關(guān)聯(lián)參考方向。見書P4,圖1-58肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)P=UIU、I方向相反時(shí)P=－UI9肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)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(shí)功率。當(dāng)P＞0，表明電路吸收電功率，說明這是負(fù)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(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平電阻在t時(shí)間內(nèi)消耗的電能W是用功率乘以時(shí)間計(jì)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(shí)(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(jì)算機(jī)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(shí)間范圍內(nèi)使用時(shí)的電壓、電流、電功率等允許值，額定值往往有一個(gè)富余量。12肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)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(diǎn)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平1.3基爾霍夫定律概念：支路、節(jié)點(diǎn)、回路、網(wǎng)孔KCL（Kirchhoff’sCurrentLaw）指出：任一時(shí)刻，流入任一節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和等于零，即ΣI=0。如果規(guī)定流入節(jié)點(diǎn)的電流為正時(shí)，則流出節(jié)點(diǎn)的電流為負(fù)。KVL（Kirchhoff’sVoltageLaw）指出：任一時(shí)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(shí)為正、與繞行方向相反時(shí)為負(fù)。見P6,圖1－7見P7,圖1－9見P6,圖1－815肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平1.4電阻的串聯(lián)、并聯(lián)兩個(gè)或多個(gè)電阻通過同一電流的連接方式稱為電阻的串聯(lián)，n個(gè)電阻串聯(lián)的等效電阻是R=R1＋R2＋…＋Rn兩個(gè)電阻串聯(lián)的分壓公式是：

16肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平

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

G=G1＋G2＋…＋Gn

兩個(gè)電阻并聯(lián)的等效電阻是：

或17肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平兩個(gè)電阻并聯(lián)的分流公式是：

18肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)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(jì)算電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電阻要注意其特點(diǎn)：短路線：短路線收緊后便重合為同一點(diǎn)，得到簡化電路；對稱性：根據(jù)對稱性判斷得到兩點(diǎn)電位相同時(shí)，這兩點(diǎn)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(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平1.5等效電源定理在計(jì)算復(fù)雜電路中的某一個(gè)元件上的電壓或電流時(shí)，可以把這個(gè)元件以外的部分等效為一個(gè)電壓源電路或一個(gè)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平計(jì)算復(fù)雜電路的電壓或電流戴維南定理：任何一個(gè)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(gè)恒壓源US和一個(gè)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(gè)線性的有源二端網(wǎng)絡(luò)可以用一個(gè)恒流源IS和一個(gè)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(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平負(fù)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(fù)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(shí)傳輸效率為：η=PL/PE

=50％。負(fù)載獲得的最大功率為：23肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平1.6節(jié)點(diǎn)電壓法節(jié)點(diǎn)電壓法：特別適合于分析多支路少節(jié)點(diǎn)的電路。例如下圖的電路，以電路中的節(jié)點(diǎn)電壓為待求量，然后根據(jù)節(jié)點(diǎn)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(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平例：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間電壓Ua式中：∑IS代表有源支路流入節(jié)點(diǎn)a的電流代數(shù)和，流入為正，流出為負(fù)；∑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(xiàng)均為正。此圖需作電源變換，見P14,圖1－23(b)25肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)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(gè)元件上的電流（或電壓）等于電路中各個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用時(shí)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(jì)算功率。26肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)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(dú)作用時(shí)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(jì)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(jì)算機(jī)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(dāng)于開路電壓源相當(dāng)于短路28肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)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(dú)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(jì)算機(jī)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(diǎn)電壓法求U和I的關(guān)系30肇慶學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院主講人：邵平2、利用節(jié)點(diǎn)電壓法求出電壓U及電流