電路與電子技術(shù)基礎(chǔ)第一章

第1頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月本章目錄1.1電路的組成及其作用1.2電路模型1.3電路的基本物理量1.4電氣設(shè)備的額定值1.5電路的工作狀態(tài)1.6無源電路元件1.7有源電路元件1.8電路中電位的概念返回總目錄2第2頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1電路的組成及其作用電路的概念電路是由用電設(shè)備或元器件（稱為負(fù)載）與供電設(shè)備（稱為電源）通過導(dǎo)線連接而構(gòu)成的提供給電荷流動的通路。電路是電場的一種特殊形式，當(dāng)電場被束縛在電荷流動的路徑周圍很小的范圍時，即形成電路，可用“路”的理論來分析處理。電路的組成為電路工作提供能量的電源；在電能作用下完成電路功能的用電設(shè)備或元器件；連接電源和用電設(shè)備的導(dǎo)線；控制電源接入的開關(guān)等；例如我們常用的照明電路。~220V電源開關(guān)燈泡

（用電設(shè)備）導(dǎo)線3第3頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1電路的組成及其作用（續(xù)）電路的功能客觀上電路提供了電荷流動的通路，電荷攜帶著電能在電路中流動，從電源帶走電能，而在用電元器件中又釋放電能，因此電路的工作伴隨著能量的運動。根據(jù)電路的工作場合和工作目的及我們的著眼點，電路主要有下列作用：能量傳輸將電源的電能傳輸給用電設(shè)備(負(fù)載)。能量轉(zhuǎn)換將傳輸?shù)截?fù)載的電能根據(jù)需要轉(zhuǎn)換成其它形式 的能量，如光、聲、熱、機械能等信息傳輸信息處理信息-->(載體)-->信號-->電路-->終端-->(去載體)--->信息(電流或電壓)信號(接受)--->電路----->信號(已經(jīng)放大、去噪、合成…)4第4頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2電路模型為什么要引入電路模型？構(gòu)成實際電路的元器件種類繁多，形狀各異，給分析和設(shè)計帶來困難。只有對各種元器件的特性建立了數(shù)學(xué)模型，才可能對電路進(jìn)行深入分析。例如，對于最簡單的手電筒，這樣一個電路，就包含了電池、電珠、開關(guān)、導(dǎo)體等部分。如果要把這個電路介紹給他人，一種方法是直接把實物展示給對方，另一種方法是十分逼真地將它畫下來給對方看，盡管如此，我們?nèi)匀徊荒苁置髁说貙⑦@個電路的工作情況表達(dá)出來（用語言或文字）。難以想象，如果每個電路都要如此處理，擺在我們面前的將是怎樣的情形！5第5頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2電路模型（續(xù)1）什么是電路模型？對實際電路的特性進(jìn)行分析、抽象，將電路的主要性能用數(shù)學(xué)方法表達(dá)出來，再利用一些具有特定、理想化特性的元件（理想元件）重構(gòu)出來的電路，稱為原電路的模型。電路模型反映了原電路工作的主要特性，并且這些特性是已經(jīng)數(shù)學(xué)化了的，便于用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析。電路模型中，構(gòu)成電路的不再是千差萬別的各種實際元器件，而是數(shù)量有限的理想元件，具有很好的規(guī)范性。有利于設(shè)計、交流。構(gòu)成電路模型的理想元件數(shù)量應(yīng)盡可能少，否則，電路模型將失去其存在的價值。6第6頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2電路模型（續(xù)2）怎樣建立電路模型？對電路中的每個元器件特性建立數(shù)學(xué)模型；用理想元件實現(xiàn)每個元器件的特性，構(gòu)成元器件的電路模型；把所有元器件的電路模型按照原電路結(jié)構(gòu)連接起來，形成電路的模型。注：對元器件數(shù)學(xué)模型的建立不是本課程的內(nèi)容范圍，有關(guān)的知識可參考相應(yīng)的資料或元器件生產(chǎn)廠提供的資料。7第7頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2電路模型（續(xù)3）常用理想元件種類電荷q磁通

電壓u電流i電阻元件電容元件電感元件憶阻元件8第8頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量電流電流及其表示方式電流的概念

電流是電路中電荷流動量的度量，它表示單位時間流過電路中某一截面的凈電荷量。電荷流動不僅有數(shù)量，也有方向，因此電流是具有方向的。規(guī)定正電荷流動的方向為電流的方向（稱為真實方向）。分析電路時用箭頭或雙下標(biāo)來指定電流的方向。正電荷流向負(fù)電荷流向電流的真實方向q+q-ab電路中的一條通路9第9頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)1）電流（續(xù)）電流的符號和單位電流的符號：電路中用

I表示不隨時間變化的電流

或

i表示隨時間變化的電流電流的單位是安培（A），是國際實用單位制（SI）中的七個基本單位之一。它表示：每秒鐘流過1庫侖的凈電荷。10第10頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)2）電流（續(xù)）電流的參考方向電流作為電路的基本物理量，是我們分析電路所需要確定的，因此在分析電路之前，電流的真實方向一般是未知的。在電路中，每條通路的電流方向只有兩個可能的選擇，因此，我們可以用代數(shù)量來表示有方向的電流。符號表示方向，絕對值表示大小。為了用代數(shù)量表示電流，我們必須事先規(guī)定一個參考（即符號為正時電流的方向），稱為電流的參考方向。電路中用箭頭標(biāo)示。11第11頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)3）電流（續(xù)）電流的參考方向電流的參考方向是人為定義的，

而電流的真實方向則是受電路

約束客觀存在并確定的。當(dāng)參考方向設(shè)得與真實方向一致時，

電流的代數(shù)值符號為正；反之為負(fù)。若分析電路后確定的電流符號為正，則

表明電流的真實方向就是參考方向；反之亦然。ab電路中的一條通路i電流i

的參考方向12第12頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)4）電流（續(xù)）電流的測量實驗和工程中采用電流表測量電流，電流表必須串接在被測電路中。電流的參考方向由電流表接線方式?jīng)Q定

“+”接線柱指向“-”接線柱i電流表+_被測支路斷開通路串接電流表13第13頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)5）電壓電壓的概念電路是電場的一種特殊形式。電場是一種位場，類似引力場，電荷在電場中具有電位能。單位正電荷在電場中某點所具有的電位能稱為該點的電位。它表示外力將單位正電荷從參考點（0電位）移動到該點所作的功。單位為伏特(V)=1焦耳(J)/庫侖(C)，用v或V表示a點電位b點電位14第14頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)6）電壓（續(xù)）電壓的概念電路（電場）中兩點（如a與b）之間的電位差稱為電壓，用u或U表示，單位也是伏特(V)ab兩點之間電壓電壓uab表示單位正電荷從a

點移動到b點所失去的電位能，因此也常稱為電壓降。abWaWb失去電位能Wa-Wb15第15頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)7）電壓（續(xù)）電壓的方向（極性）電路（電場）中，只有定義了參考點，電位才有意義。電壓是一個相對量，與參考點的選取無關(guān)。電壓表示的是電位下降，也存在方向（又稱為極性），規(guī)定電位下降的方向為電壓的真實方向。電位實際上是電路中某點到參考點之間的電壓。16第16頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)8）電壓（續(xù)）電壓的參考方向電壓具有方向性，不能單用數(shù)值來表示，必須同時標(biāo)定其方向。在對電路分析之前顯然不能確定電壓的真實方向。兩點之間電壓只可能有兩個方向，可先假設(shè)電壓的方向，數(shù)值的正、負(fù)表示真實方向與假設(shè)方向之間的關(guān)系。稱此假設(shè)的方向為電壓的參考方向。電壓的參考方向用箭頭（或+/

號）在電路中標(biāo)出。有了參考方向，帶方向的電壓變量就轉(zhuǎn)變成了代數(shù)量。abuab+-u或17第17頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)9）電壓（續(xù)）電壓的測量實驗和工程中采用電壓表測量電壓，電壓表必須和被測支路并聯(lián)。電壓的參考方向由電壓表接線方式?jīng)Q定

“+”接線柱指向“

”接線柱電壓表+_被測支路+_u18第18頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)10）關(guān)聯(lián)參考方向同一電路元件上既有電流參考方向，也有電壓參考方向。作為參考方向，都是人為假設(shè)出來的，兩者之間沒有實際聯(lián)系。電路分析中，在一個元件上定義兩個獨立的參考方向是不合適的。為了分析方便，同一電路元件或電路部分，電壓和電流的參考方向采用一致的方向，稱為關(guān)聯(lián)參考方向。如無特別需要，一般采用關(guān)聯(lián)參考方向。這樣在電路中只需要標(biāo)出一個參考方向。19第19頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)11）電功率電功率的概念、符號與單位電功率是電路元件消耗電能快慢的度量，它表示單位時間內(nèi)電路元件消耗的電場能量。電路中用P或p表示電功率，按照定義，

p(或P)=dW/dt功率的單位為瓦特（W）=焦耳(J)/秒(s)。功率的計算采用關(guān)聯(lián)參考方向時采用非關(guān)聯(lián)參考方向必須加上負(fù)號！20第20頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)12）電源和負(fù)載的概念若某元件電功率大于零，在電路中消耗電能，表現(xiàn)為負(fù)載。若某元件電功率小于零，向電路提供電能，表現(xiàn)為電源。舉例：由5個元件組成的電路如圖，各元件上電壓、電流參考方向采用關(guān)聯(lián)參考方向，標(biāo)在圖上如下。確定各元件的功率，

指出哪些是電源、哪些是負(fù)載？1234521第21頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3電路的基本物理量（續(xù)13）元件1是負(fù)載元件2是負(fù)載元件3是電源元件4是負(fù)載元件5是電源注意：電路中所有元件的功率之和為0！這一規(guī)則稱為功率平衡原理。常用作對分析結(jié)果的檢驗準(zhǔn)則。功率平衡實際上是能量守恒的體現(xiàn)，任意時刻，電源發(fā)出的電能恰為負(fù)載所消耗。22第22頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4電氣設(shè)備的額定值電氣設(shè)備的額定值：電氣設(shè)備的安全使用值額定電流IN

：電氣設(shè)備在長期連續(xù)運行或規(guī)定工作制下允許通過的最大電流。額定電壓UN

：

根據(jù)電氣設(shè)備所用絕緣材料的耐壓程度和容許溫升等情況規(guī)定的正常工作電壓。額定功率PN

：電氣設(shè)備在額定電壓、額定電流下工作時的功率。額定值表明了電氣設(shè)備的正常工作條件、狀態(tài)和容量，使用電氣設(shè)備時，要注意不要超出其額定值，避免出現(xiàn)不正常的情況和發(fā)生事故。注意：使用中，電氣設(shè)備的實際電壓、電流、功率不一定等于其額定值。23第23頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5電路的工作狀態(tài)工作時，根據(jù)所接負(fù)載不同，電路的工作狀態(tài)分為三種：開路、短路、負(fù)載狀態(tài)。開路工作狀態(tài)含源電路+_iu電路外接端未接任何負(fù)載，端電流i=0（開路）。此時，端口電壓由電路內(nèi)部電源與結(jié)構(gòu)決定，稱為開路電壓，記作

uOC或UOC=UOC24第24頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5電路的工作狀態(tài)（續(xù)1）短路工作狀態(tài)含源電路+_iu電路外接端直接用導(dǎo)線連接，端口電壓u=0（短路）此時，端電流由電路內(nèi)部電源與結(jié)構(gòu)決定，稱為短路電流，記作

iSC或ISC

ISC25第25頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5電路的工作狀態(tài)（續(xù)2）負(fù)載工作狀態(tài)含源電路+_iu電路外接一定負(fù)載，電路中有電流流過，此時的狀態(tài)稱為負(fù)載狀態(tài)。負(fù)載對于確定的電路，電流的大小取決于負(fù)載的大小。當(dāng)電路中的電流等于額定電流時，叫做“滿載”（額定狀態(tài)）；當(dāng)電路中的電流大于額定電流時，叫做“過載”；當(dāng)電路中的電流小于額定電流時，叫做“欠載”。一般來說電路不能工作在過載狀態(tài)，但短時少量的過載還是可以的，長時過載可能會引起事故的發(fā)生，是絕不允許的。為保證電路安全工作，一般需在電路中接入必要的過載保護(hù)裝置。26第26頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6無源電路元件電阻元件電阻元件的概念

由代數(shù)關(guān)系聯(lián)系端電壓u和電流i的二端元件稱為電阻元件，簡稱電阻。

電阻元件的特性由u-i平面上的一條曲線表示，Oiu當(dāng)這條曲線是一條過原點的直線時，稱為線性電阻。本課程中如無特別聲明電阻元件均指線性電阻。線性電阻元件非線性電阻27第27頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6無源電路元件（續(xù)1）電阻元件（續(xù)）電阻元件的符號、參數(shù)

電阻元件的參數(shù)為特性曲線的斜率，記作R稱為電阻元件的電阻（值），單位歐姆（

）uiR電阻元件的符號電阻元件的特性——歐姆定律

在關(guān)聯(lián)參考方向下，電阻兩端電壓與流過電阻的電流成正比，比例系數(shù)為電阻元件的參數(shù)——電阻值如果電阻R不隨時間變化，電阻元件稱為時不變電阻。本課只討論時不變元件。28第28頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6無源電路元件（續(xù)2）電容元件電容元件的概念

電容元件的原型是平板電容器，基本特性是存儲在極板上的電荷量q與兩極板之間的電壓u滿足代數(shù)關(guān)系。用q-u平面上的一條曲線fC(q,u)=0描述。++++++++--------+q-quOuq非線性電容線性電容元件當(dāng)這條曲線是一條過原點的直線時，稱為線性電容。本課程中如無特別聲明電容元件均指線性電容。29第29頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6無源電路元件（續(xù)3）電容元件（續(xù)）電容元件的符號、參數(shù)

電容元件的參數(shù)為特性曲線的斜率，記作C，稱為電容元件的電容（量），單位法拉（F），法拉的單位很大，實用中常采用微法

F(10-6F)和皮法pF(10-12F)。iuC電容元件的符號30第30頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6無源電路元件（續(xù)3）電容元件（續(xù)）電容元件的電壓-電流關(guān)系——伏安特性

動態(tài)元件記憶元件31第31頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6無源電路元件（續(xù)3）電容元件（續(xù)）電容元件的功率與儲能

功率儲能功率可正可負(fù)，有時吸收能量，有時放出能量，但本身不消耗能量（無損）。與電流無關(guān)儲能元件以電場方式儲存關(guān)聯(lián)參考方向32第32頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6無源電路元件（續(xù)4）電感元件電感元件的概念

電感元件的原型是空心線圈，基本特性是線圈中的磁通量

與流過線圈的電流i滿足代數(shù)關(guān)系。用

-i平面上的一條曲線fL(

,i)=0描述。Oi

非線性電感線性電感元件當(dāng)這條曲線是一條過原點的直線時，稱為線性電感。本課程中如無特別聲明電感元件均指線性電感。i+_uN

匝磁通F+_eL

33第33頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6無源電路元件（續(xù)5）電感元件（續(xù)）電感元件的符號、參數(shù)

電感元件的參數(shù)為特性曲線的斜率，記作L，稱為電感元件的電感（量），單位亨利（H），亨利的單位很大，實用中常采用毫亨mH(10-3H)和微亨

H(10-6H)。Liu電感元件的符號34第34頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6無源電路元件（續(xù)6）電感元件（續(xù)）電感元件的電壓-電流關(guān)系——伏安特性

動態(tài)元件記憶元件35第35頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6無源電路元件（續(xù)7）電感元件（續(xù)）電感元件的功率與儲能

功率儲能功率可正可負(fù)，有時吸收能量，有時放出能量，但本身不消耗能量（無損）。儲能元件以磁場方式儲存關(guān)聯(lián)參考方向儲能與電壓無關(guān)36第36頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.7有源電路元件理想（獨立）電壓源若二端元件兩端電壓不隨流過它的電流變化，保持固定的數(shù)值（或變化規(guī)律），稱此元件為理想（獨立）電壓源。理想電壓源的伏安特性為一條平行于電流軸的直線。uSuiuiuSOu=uS不隨電流變化+-US一般電壓源符號直流電壓源或恒壓源理想電壓源兩端的電壓值不隨電流變化，因此，理想電壓源的兩端不能被短路（電阻值為0），否則，將流過無窮大電流。常用的電池在正常工作范圍內(nèi)近似為理想電壓源（恒壓源）。使用中不能將其兩個電極短路，否則將損壞。37第37頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.7有源電路元件（續(xù)1）理想（獨立）電流源若流過二端元件的電流不隨它兩端電壓變化，保持固定的數(shù)值（或變化規(guī)律），稱此元件為理想（獨立）電流源。理想電流源的伏安特性為一條平行于電壓軸的直線。電流源符號i=iS不隨電壓變化uiOiSiSui理想電流源的參數(shù)用流過它的電流值（iS）表示。如果理想電流源的參數(shù)不隨時間變化（恒定），又稱為直流電流源或恒流源。流過理想電流源的電流值不隨電壓變化，因此，理想電流源的兩端不能被開路（電阻值為

），否則，將產(chǎn)生無窮大電壓。現(xiàn)實世界中理想電壓源和理想電流源都是不存在的，它們只是實際電源在一定條件下的近似（模型）。38第38頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月1.7有源電路元件（續(xù)2）實際電源的模型：電壓源模型

理想的電壓源和電流源