電模第一章電路的基本概念

1、電模第一章電路的基本概念第1頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五目 錄1、電路的基本概念4、交流電路分析2、電阻電路分析3、動態(tài)電路分析分析5、半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路6、放大電路基礎(chǔ)7、負(fù)反饋放大電路第2頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五前后續(xù)課程及聯(lián)系數(shù)字邏輯單片機(jī)原理嵌入式系統(tǒng)微機(jī)原理傳感器及電子測量高等數(shù)學(xué)線性代數(shù)積分變換大學(xué)物理復(fù)變函數(shù)電模組成原理生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)與醫(yī)學(xué)儀器EDA技術(shù)第3頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五教學(xué)內(nèi)容本課程共96學(xué)時，由電路原理和模擬電子技術(shù)兩大模塊組成。主要內(nèi)容包括：（1）直流電路

2、分析，其中包括線性電路分析的主要內(nèi)容，如基爾霍夫定理、疊加定理、戴維南定理等；（2）交流電路分析，主要使利用相量法分析動態(tài)電路； 第4頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五（3）三相電，主要分析三相電源、三相負(fù)載的電壓、電流、功率特性；（4）分立原件,主要是介紹二極管、三極管的伏安特性，并能分析分立原件組成的放大電路的特性；（5）反饋電路，介紹反饋的類型及反饋的作用；（6）理想運放電路，主要使介紹運放的特性及分析理想運放的功能。第5頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五考核方式：課程結(jié)束考試方式：閉卷筆試總評成績期末考試成績40作業(yè)成績20+ 平時表

3、現(xiàn)5% + 課堂筆記10%+ 階段測驗15%+ 課程論文10%注：總評成績60分以上（包括60分）算考試通過。第6頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五第1章 電路的基本概念電路和電路模型1.1有源二端原件1.5電流和電壓的參考方向1.2電功率和能量1.3受控源1.6無源二端原件1.4基爾霍夫定律1.7首 頁本章重點第7頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五3. 基爾霍夫定律1. 電壓、電流的參考方向2. 電路元件特性 重點： 難點：2. 受控源 3. 功率計算1. 參考方向的概念第8頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五1.1

4、 電路和電路模型 由實際元器件構(gòu)成的電流所通過的路徑稱為電路。第9頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五 電路通常由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三部分組成。 電路的組成1、電路的組成及其功能火線.零線電源連接導(dǎo)線和其余設(shè)備為中間環(huán)節(jié)負(fù)載第10頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五2 、電路的作用 1提供能量 2傳送及處理信號 3測量 4存儲信息供電電路電話電路音響放大電路萬用表電路存儲器電路第11頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五3、電氣圖用圖形符號實際電路 電氣圖 電路圖（電路模型） 第12頁，共136頁，2022年，5月20日，

5、23點45分，星期五 理想電路元件4、電路元件R+ US電阻元件只具耗能的電特性電容元件只具有儲存電能的電特性理想電壓源輸出電壓恒定，輸出電流由它和負(fù)載共同決定理想電流源 輸出電流恒定，兩端電壓由它和負(fù)載共同決定。L電感元件只具有儲存磁能的電特性IS 理想電路元件是實際電路器件的理想化和近似，其電特性單一、精確，可定量分析和計算。C第13頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五1.2 電路的基本物理量 電路中的主要物理量有電壓、電流、電荷、磁鏈、能量、電功率等。在線性電路分析中人們主要關(guān)心的物理量是電流、電壓和功率。1.電流及其參考方向電流電流強(qiáng)度電荷有規(guī)則的定向運動單位時

6、間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量下 頁上 頁返 回第14頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五方向 規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向單位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(導(dǎo)線)中電流流動的實際方向只有兩種可能: 實際方向AB實際方向AB下 頁上 頁返 回第15頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五電路分析中的假設(shè)正方向（參考方向）問題的提出：在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量 的實際方向，電路如何求解？電流方向AB？電流方向BA？E1ABRE2IR第16頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分

7、，星期五參考方向 大小方向(正負(fù)）電流(代數(shù)量)任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。i 0i 0參考方向U+參考方向U+ 0 吸收正功率 (實際吸收)P0 發(fā)出正功率 (實際發(fā)出)P0:吸收功率P0:發(fā)出功率P0:吸收功率P0:發(fā)出功率P0, 電容吸收功率:電容充電。p 0, 電感吸收功率。當(dāng)電流減小，p0, 電感元件接受能量; 第2個1/3周期中, p=0 電感元件既不發(fā)出能量, 也不接受能量; 第3個1/3周期中, p0, 電感元件發(fā)出能量。 第71頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五下 頁上 頁貼片型功率電感貼片電感返 回第72頁，共136頁，2022

8、年，5月20日，23點45分，星期五下 頁上 頁貼片型空心線圈可調(diào)式電感環(huán)形線圈立式功率型電感返 回第73頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五下 頁上 頁電抗器返 回第74頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五無源元件小結(jié) 理想元件的特性 （u 與 i 的關(guān)系）LCR第75頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五 1.5 有源二端元件電路符號一、理想電壓源定義i+_下 頁上 頁其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與流過它的電流 i 無關(guān)的元件叫理想電壓源。返 回第76頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，

9、星期五電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與流經(jīng)它的電流方向、大小無關(guān)。通過電壓源的電流由電源及外電路共同決定。理想電壓源的電壓、電流關(guān)系ui直流電壓源的伏安關(guān)系下 頁上 頁例Ri-+外電路0返 回短路斷路理想電壓源不能短路！第77頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五電壓源的功率電壓、電流參考方向非關(guān)聯(lián)；+_iu+_ 電流（正電荷 ）由低電位向高電位移動，外力克服電場力作功，電源發(fā)出功率。發(fā)出功率，起電源作用物理意義：下 頁上 頁+_iu+_電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；物理意義：電場力做功，電源吸收功率吸收功率，充當(dāng)負(fù)載返 回第78頁，共136頁，2022年，5月20

10、日，23點45分，星期五例計算圖示電路各元件的功率解發(fā)出吸收吸收滿足：P（發(fā)）P（吸）下 頁上 頁i+_+_10V5V-+返 回第79頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五理想電壓源的串聯(lián)與并聯(lián)串聯(lián)US= USk 電壓值相同的電壓源才能并聯(lián)，且每個電源的電流不確定。US2+_+US1注意參考方向US= US1 U S25V+_+_5VI5V+_I+_US并聯(lián)第80頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u 無關(guān)的元件叫理想電流源。 電路符號二、理想電流源 定義u+_下 頁上 頁 理想電流源的電壓

11、、電流關(guān)系電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；與它兩端電壓方向、大小無關(guān)。返 回u+_第81頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定。ui直流電流源的伏安關(guān)系下 頁上 頁0例Ru-+外電路返 回電流源不能開路！第82頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五 可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電子被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。下 頁上 頁實際電流源的產(chǎn)生： 電流源的功率u+_電壓、電流的參考方向非關(guān)聯(lián)；發(fā)出功率，起電源作用電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)；u+_吸收功率，充當(dāng)負(fù)

12、載返 回第83頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五例計算圖示電路各元件的功率解發(fā)出吸收滿足：P（發(fā)）P（吸）下 頁上 頁u2Ai+_5V-+返 回第84頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五理想電流源的串聯(lián)與并聯(lián) IS1 IS2 IS3 IS并聯(lián)IS= ISk 注意參考方向IS= IS1+ IS2 IS3 電流相同的理想電流源才能串聯(lián)，且每個恒流源的端電壓均由它本身及外電路共同決定。串聯(lián)第85頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五想想練練ISUS ISUS IS1 IS2US1US2？ US？ IS？ ISIs=Is2-Is1

13、 在電路等效的過程中，與理想電壓源相并聯(lián)的電流源不起作用！ 與理想電流源相串聯(lián)的電壓源不起作用！第86頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五恒壓源與恒流源特性比較恒壓源恒流源不 變 量變 化 量E+_abIUabUab = E （常數(shù)）Uab的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對 Uab 無影響。IabUabIsI = Is （常數(shù)）I 的大小、方向均為恒定，外電路負(fù)載對 I 無影響。輸出電流 I 可變 - I 的大小、方向均由外電路決定端電壓Uab 可變 -Uab 的大小、方向均由外電路決定第87頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五三、實際電源的兩種

14、模型及其等效變換 下 頁上 頁1. 實際電壓源 實際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。usui0考慮內(nèi)阻伏安特性：一個好的電壓源要求i+_u+_注意返 回第88頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五 實際電流源也不允許開路。因其內(nèi)阻大，若開路，電壓很高，可能燒毀電源。isui02. 實際電流源考慮內(nèi)阻伏安特性：一個好的電流源要求注意ui+_第89頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五直流穩(wěn)壓源變頻器頻率計函數(shù)發(fā)生器下 頁上 頁返 回第90頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五發(fā)電機(jī)組下 頁上 頁返

15、回第91頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五草原上的風(fēng)力發(fā)電下 頁上 頁返 回第92頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五3.電壓源和電流源的等效變換 實際電壓源、實際電流源兩種模型可以進(jìn)行等效變換，所謂的等效是指端口的電壓、電流在轉(zhuǎn)換過程中保持不變。u=uS RS ii =iS GSui = uS/RS u/RS iS=uS /RS GS=1/RS實際電壓源實際電流源端口特性_i+uSRS+u_iGS+u_iS比較可得等效條件第93頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五電壓源變換為電流源：轉(zhuǎn)換電流源變換為電壓源：下 頁上 頁

16、_i+uSRS+u_轉(zhuǎn)換_i+uSRS+u_小結(jié)返 回iGS+u_iSiGS+u_iS第94頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五等效變換的注意事項(1) “等效”是指“對外”等效（等效互換前后對外伏-安特性一致），對內(nèi)不等效。IsaRObUabI RLaE+-bIUabRORLRO中不消耗能量RO中則消耗能量對內(nèi)不等效對外等效例如：第95頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五(2) 注意轉(zhuǎn)換前后 E 與 Is 的方向。aE+-bIROE+-bIROaIsaRObIaIsRObI第96頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五(3)

17、 恒壓源和恒流源不能等效互換。abIUabIsaE+-bI（不存在）第97頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五 (4)進(jìn)行電路計算時，恒壓源串電阻和恒電流源并電阻兩者之間均可等效變換。RO和 RO 不一定是電源內(nèi)阻。(5)與理想電壓源并聯(lián)的支路對外可以開路等效；(6) 與理想電流源串聯(lián)的支路對外可以短路等效。第98頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五10V+-2A2I討論題哪個答案對?+-10V+-4V2第99頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五練習(xí)：利用等效變換概念化簡下列電路。1、2、510V4A8第100頁，共136

18、頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五例1:求下列各電路的等效電源解:+abU25V(a)+abU5V(c)+a+-2V5VU+-b2(c)+(b)aU 5A23b+(a)a+5V32U+a5AbU3(b)+第101頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五例2:試用電壓源與電流源等效變換的方法計算2電阻中的電流。解:8V+22V+2I(d)2由圖(d)可得6V3+12V2A6112I(a)2A3122V+I2A61(b)4A2222V+I(c)第102頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五例3： 解：統(tǒng)一電源形式試用電壓源與電流源等效變換的方

19、法計算圖示電路中1 電阻中的電流。2 +-+-6V4VI2A 3 4 6 12A362AI4211AI4211A24A第103頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五解：I4211A24A1I421A28V+-I4 11A42AI213A第104頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五例4: 電路如圖。U110V，IS2A，R11，R22，R35 ，R1 。(1) 求電阻R中的電流I；(2)計算理想電壓源U1中的電流IU1和理想電流源IS兩端的電壓UIS；解：(1)由電源的性質(zhì)及電源的等效變換可得：aIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU

20、1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)第105頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五(2)由圖(a)可得：理想電壓源中的電流理想電流源兩端的電壓aIRISbI1R1(c)aIR1RIS+_U1b(b)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)IR1第106頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五利用電源轉(zhuǎn)換簡化電路計算例5:I=0.5AU=20V下 頁上 頁+15V_+8V77返 回5A3472AI？1.6A+_U=？5510V10V+_2.+_U2.52A6A第107頁，共136頁，2022年，5月

21、20日，23點45分，星期五例6:把電路轉(zhuǎn)換成一個電壓源和一個電阻的串連10V1010V6A+_1.70V10+_第108頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五106A1A107A1070V+_10V1010V6A+_1.第109頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五1.6 受控源 電路符號+受控電壓源1.定義受控電流源 電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個地方的電壓(或電流)控制的電源，稱受控源。下 頁上 頁返 回第110頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五電流控制的電流源 ( CCCS ) : 電流放

22、大倍數(shù) 根據(jù)控制量和被控制量是電壓u 或電流i，受控源可分四種類型：當(dāng)被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；當(dāng)被控制量是電流時，用受控電流源表示。2.分類四端元件輸出：受控部分輸入：控制部分下 頁上 頁b i1+_u2i2_u1i1+返 回第111頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo) 電壓控制的電流源 ( VCCS )電壓控制的電壓源 ( VCVS ): 電壓放大倍數(shù) gu1+_u2i2_u1i1+下 頁上 頁i1u1+_u2i2_u1+_返 回第112頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五電流控制的電壓源 ( CCVS )r : 轉(zhuǎn)移

23、電阻 例電路模型ibicib下 頁上 頁ri1+_u2i2_u1i1+_返 回第113頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五3.受控源與獨立源的比較獨立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其它電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓(或電流)由控制量決定。獨立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的電壓或電流的控制關(guān)系，在電路中不能作為“激勵”。下 頁上 頁返 回第114頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五例求：電壓u2解5i1+_u2_i1+-3u1=6V下 頁上 頁返 回第115頁，共136頁，2

24、022年，5月20日，23點45分，星期五1.7 基爾霍夫定律 基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律 （KCL）和基爾霍夫電壓定律( KVL )。它反映了電路中所有支路電壓和電流所遵循的基本規(guī)律，是分析集總參數(shù)電路的基本定律?；鶢柣舴蚨膳c元件特性構(gòu)成了電路分析的基礎(chǔ)。下 頁上 頁返 回第116頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五支路：電路中的流過同一電流的分支。 一條支路流過一個電流，稱為支路電流。結(jié)點：三條或三條以上支路的聯(lián)接點?；芈罚河芍方M成的閉合路徑。網(wǎng)孔：內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1123第117頁，共136頁，2022年，

25、5月20日，23點45分，星期五例支路：ab、bc、ca、 （共6條）回路：abda、abca、 adbca （共7 個）結(jié)點：a、 b、c、d (共4個）網(wǎng)孔：abd、 abc、bcd （共3 個）adbcE+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I第118頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五 基爾霍夫電流定律(KCL定律)1定律 在任一瞬間，流向任一結(jié)點的電流等于流出該結(jié)點的電流。 實質(zhì): 電荷守恒定理的體現(xiàn)。即: = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1對結(jié)點 a：-I1-I2+I3= 0 基爾霍夫電流定律（KCL）反映了電路中任一結(jié)點處各支路電流間相

26、互制約的關(guān)系。注意： 流出節(jié)點的電流為正，流入節(jié)點的電流取負(fù)。第119頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五 電流定律可以推廣應(yīng)用于包圍部分電路的任一假設(shè)的閉合面。2推廣I =?例:廣義結(jié)點I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V第120頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五KCL的推廣應(yīng)用 二端網(wǎng)絡(luò)的兩個對外引出端子，電流由一端流入、從另一端流出，因此兩個端子上的電流數(shù)值相等。只有一條支路相連時： i=0ABi1i2i3IA = IAB ICAABi1i2ABi 圖示B封閉曲面均可視為廣義結(jié)點，第1

27、21頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五解I1I2I3I4由基爾霍夫電流定律可列出-I1+I2-I3+I40-2+（3）-（2）+I40可得 I43A已知：如圖所示，I12A，I23A，I32A，試求I4。返回第122頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五uA = u B?ABi2i1i1 =i2jA = j B+_1+_113V1112Vi1 = i2?右封閉曲面可視為廣義節(jié)點第123頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五 基爾霍夫電壓定律（KVL定律)1定律即： U = 0 在任一瞬間，沿任一回路循行方向，回路中各段電壓的

28、代數(shù)和恒等于零。對回路1：對回路2： I1 R1 +I3 R3 E1 = 0I2 R2+I3 R3 E2 = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E112注意： 與繞行方向一致（降壓）的電壓為正，否則取負(fù)。第124頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五1列方程前標(biāo)注回路循行方向； 電位升 = 電位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02應(yīng)用 U = 0列方程時，項前符號的確定：3. 開口電壓可按回路處理 注意：1對回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_第125頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星

29、期五例：對網(wǎng)孔abda：對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0對回路 adbca，沿逆時針方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應(yīng)用 U = 0列方程對回路 cadc，沿逆時針方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I第126頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五KVL定律的推廣應(yīng)用 或?qū)懽鲗傧牖芈妨?KVL：USIUR+_+_US IR U = 0U = US IR第127頁，共136頁，2022年，5月20日，23點45分，星期五KVL定律的推廣應(yīng)用 ABCUA+_UAB+_U