电路和电路模型

1、电路(dinl)共八十一页 电 路 18周：周三第三大节：逸夫楼104 周五第四大节：IV-C104 模拟电子线路 614周：周一第一大节：待定 914周：周三第二大节：逸夫楼104共八十一页 本 人 简 介Phone:础(jch)实验楼339email: cxl_蔡小玲共八十一页 参 考 书 目 邱关源编著(binzh)，电路（第4版），高等教育出版社，2000年. 钱建平主编电路学习指导与习题详解 机械(jxi)工业出版社， 2008年.黄锦安主编，电路（第2版），机械工业出版社，2007年.黄锦安等主编，电路与模拟电子技术，机械工业出版社，2008年.共八十一页

2、 课 程 的 性 质 电路课程是电气信息类各专业的一门(y mn)专业基础课程，是研究电网络的基本规律及其计算的一门(y mn)技术基础课。共八十一页 电路的研究(ynji)对象电路的研究对象是从实际电路中抽象出来(ch li)的理想化电路，即实际电路的模型，研究其中的电压、电流和功率等物理量的变化规律.共八十一页 课 程 的 重 要 性 本课程是模拟电子技术、数字电子技术等课程的必要(byo)先修课，是构架硬件知识体系的重要环节。共八十一页 课 程 的 目 标 学习和掌握电路的基本理论(lln)和分析方法，并掌握初步的实验技能，为后续专业课程的学习打下坚实的基础.共八十一页1. 直流电阻电路

3、(dinl)分析（14学时） 2. 正弦(zhngxin)稳态电路分析（20学时）3. 动态电路分析（6学时）4. 实验（8学时） 课 程 安 排 共八十一页1. 直流电阻电路分析(fnx)（14学时） 电路模型和电路定律 （4学时）电路模型 （2 学时）电路定律 （2 学时）电阻电路的分析 （10学时）简单电阻电路的分析 （2学时）电阻电路的一般分析 （4 学时）电路定理 （4 学时）共八十一页2. 正弦(zhngxin)稳态电路分析（20学时）正弦交流电路基础 （4 学时）正弦稳态电路的分析 （8 学时）三相电路 （4 学时）电路的频率特性 （4 学时）共八十一页3. 动态电路(dinl)

4、分析（6学时）一阶电路的分析 （4学时）微分电路与积分电路 （2学时）共八十一页 电 路 实 验带预习(yx)报告，带鞋套.各班班长与实验室张老师（基础(jch)实验楼140）联系.地点：基础实验楼，电话： 84315593.共八十一页 作 业 要 求独立按时(nsh)完成；每周五上课(shng k)前交作业；小的作业本。共八十一页 成 绩 评 定作业、出勤(ch qn)、实验等计30分;卷面(jun min)考试计70分。共八十一页第1章 电路(dinl)的基本概念与基本定律1.1 电路和电路模型1.2 电路的基本物理量及其参考方向1.3 电阻元件1.4 独立电源1.5 基尔霍夫定律1.6

5、电位(din wi)的计算1.7 受控源共八十一页1.1 电路(dinl)和电路(dinl)模型电路(dinl)的概念 电路是由用电设备或元器件（称为负载）与供电设备（称为电源）通过导线连接而构成的提供给电荷流动的通路.共八十一页电阻器电容器线圈(xinqun)电池(dinch)运算放大器晶体管1.1 电路和电路模型共八十一页1.1 电路(dinl)和电路(dinl)模型共八十一页电路(dinl)的作用 进行信号(xnho)的处理和传递（弱电系统）. 进行能量的转换和传输（强电系统）. 进行信息的存储.1.1 电路和电路模型共八十一页 负载(fzi)：利用电能或电信号. 电源：产生(chnsh

6、ng)电能或提供电信号. 中间环节：电源至负载的中间部分. 电路的组成1.1 电路和电路模型共八十一页电 源负 载中间环节激励(jl)（输入）响应(xingyng)（输出）1.1 电路和电路模型共八十一页 只有(zhyu)对各种元器件的特性建立了数学模型，才可能对电路进行深入分析. 构成实际电路的元器件种类繁多(fndu)，形状各异，给分析和设计带来困难. 引入电路模型的原因1.1 电路和电路模型电路电路模型共八十一页 对实际电路的特性进行分析、抽象，将电路的主要性能用数学方法表达出来，再利用一些具有(jyu)特定、理想化特性的元件（理想元件）重构出来的电路，称为原电路的模型. 什么(shn

7、me)是电路模型1.1 电路和电路模型共八十一页电路(dinl)模型1.1 电路(dinl)和电路(dinl)模型+_R.SUSRS共八十一页 理想电路(dinl)元件 电阻(dinz)元件R 电感元件L 电容元件C 无源元件消耗电能.R存储电场能量.C存储磁场能量.L1.1 电路和电路模型共八十一页 理想电路(dinl)元件 电压(diny)源 电流源 有源元件 独立电源.Us.us(t)+_.is(t).Is1.1 电路和电路模型共八十一页 电路的特性是由电流(dinli)、电压和功率等物理量描述的. 电路分析(fnx)的基本任务是计算电路中的电流、 电压和功率.1.2 电路的基本物理量及

8、其参考方向共八十一页 电 流 量纲(lin n)：安培（A） 电流(dinli)是由电荷（带电粒子）有规则的定向运动形成的. 1kA=103A ；1mA=10-3A；1A=10-6A 1安培 = 1库仑/秒 电流在数值上等于单位时间内通过某一导体横截面的 电荷量：1.2 电路的基本物理量及其参考方向共八十一页 一些常用的十进制倍数的表示(biosh)方法：符号 T G M k c m n p中文(zhngwn) 太 吉 兆 千 厘 毫 微 纳 皮数量 1012 109 106 103 10-2 10-3 10-6 10-9 10-121.2 电路的基本物理量及其参考方向共八十一页 恒定电流 量

9、值和方向均不随时间变化的电流，称为恒定电流，简称(jinchng)为直流电流(dc或DCDirect current)，一般用符号I表示. 时变电流 量值和方向(fngxing)随时间变化的电流，称为时变电流，一般用符号i表示。时变电流在某一时刻t的值i (t) ，称为瞬时值. 交流电流 量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电流，称为交流电流，简称为交流(ac或ACAlternating current).1.2 电路的基本物理量及其参考方向共八十一页 为什么引入参考(cnko)方向？ 有些复杂电路的某些支路事先无法(wf)确定实际方向。 为分析方便，只能事先任意标定一方向（参考方向），

10、根据计算结果，才能确定电流的实际方向. 实际电路中有些电流是交变的，无法标出实际方向。 标出参考方向，再加上与之配合的表达式，才能表示 出电流的大小和实际方向.1.2 电路的基本物理量及其参考方向共八十一页 电流的参考(cnko)方向 标定方式：在连接导线(doxin)上用箭头表示； 约定： 是一种任意选定的方向 当i0时参考方向与实际方向一致. 当i0时参考方向与实际方向一致； 当u0时，吸收(xshu)功率 量纲(lin n)：瓦特（W） 当p0时，发出功率 1.2 电路的基本物理量及其参考方向共八十一页 功 率 的 计 算.iABu+_.iABu+_1.2 电路的基本(jbn)物理量及其

11、参考方向共八十一页 功 率 的 计 算 解： （吸收(xshu)功率）1.2 电路(dinl)的基本物理量及其参考方向 例：.2AAB5V+_共八十一页 能 量 电路从0到t时刻所吸收(xshu)的电能为： 单位(dnwi)：焦耳 (J)1.2 电路的基本物理量及其参考方向共八十一页 电路中所有元件(yunjin)的功率之和为0 ！这一规则称为功率 平衡原理，常用作对分析结果的检验准则. 功率平衡实际上是能量守恒的体现，任意(rny)时刻，电源 发出的电能恰为负载所消耗.1.2 电路的基本物理量及其参考方向共八十一页 (二端(r dun) 电 阻 元 件 若一个(y )二端元件的电压与电流之间

12、的关系可以 用u-i平面上的一条曲线表征时称之为电阻. 过原点的直线对应的电阻称为 线性电阻. 0iu 隧道二极管为非线性电阻. 1.3 电阻元件共八十一页 常用(chn yn)的各种二端电阻器件 电阻器晶体(jngt)二极管1.3 电阻元件共八十一页0iu 线 性 电 阻.iu+_R（关联(gunlin)） 量纲(lin n)：欧姆（） 1k =103 1.3 电阻元件共八十一页实验表明： 在低频(dpn)工作条件下，电阻器的电压电流关系是u-i平面上通过坐标原点的一条直线.用晶体管特性图示器测量(cling)二端电阻器的电压电流关系：共八十一页实验表明： 在低频工作条件下，晶体二极管的电压

13、电流关系是u-i平面上通过(tnggu)坐标原点的一条曲线.用晶体管特性图示器测量晶体二极管的电压(diny)电流关系：共八十一页 在电子设备中使用的碳膜电位器、实心电位器和线绕电位器是一种三端电阻器件，它有一个滑动接触端和两个固定端图(a)。在直流和低频工作(gngzu)时，电位器可用两个可变电阻串联来模拟图(b)。电位器的滑动端和任一固定端间的电阻值，可以从零到标称值间连续变化，可作为可变电阻器使用. 1.3 电阻(dinz)元件共八十一页 欧 姆 定 律.iu+_R.iu+_R 只有(zhyu)线性电阻才遵守欧姆定律. 1.3 电阻(dinz)元件共八十一页 欧 姆 定 律的另一种(y

14、zhn)形式.iu+_R (G)量纲(lin n)：西门子 (S)G 电导1.3 电阻元件共八十一页 电阻功率(gngl)的计算.iu+_R.iu+_R , 电阻元件始终不产生功率. 电源在电路中可能(knng)吸收功率，也可能(knng)发出功率. 1.3 电阻元件共八十一页1.4 独立电源电路中的耗能器件或装置有电流流动时，会不断(bdun)消耗能量，电路中必须有提供能量的器件或装置电源.常用(chn yn)的直流电源有干电池、蓄电池、直流发电机、直流稳压电源和直流稳流电源等.常用的交流电源有电力系统提供的正弦交流电源、交流稳压电源和产生多种波形的各种信号发生器等.共八十一页1.4 独立电

15、源 常用(chn yn)的干电池和可充电电池共八十一页1.4 独立电源 实验室使用(shyng)的直流稳压电源 用示波器观测(gunc)直流稳压电源的电压随时间变化的波形示波器稳压电源共八十一页1.4 独立电源 电 压 源 若一个(y )二端元件输出电压恒定则称为理想电压源. 理 想 电 压 源 电路(dinl)符号: .us(t)+_.Us为了得到各种实际电源的电路模型，定义两种理想的电路元件理想电压源和理想电流源.共八十一页1.4 独立电源 基本(jbn)性质: 理 想 电 压 源Us+_IU+_ 输出(shch)电压恒定，和外电路无关. 其流过的电流由外电路决定. 伏安特性曲线: 0UI

16、Us思考：什么情况下U的曲线会出现在第二象限？共八十一页1.4 独立电源 若一个二端元件所输出的电压随流过它的电流 变化而变化就称为(chn wi)实际电压源. 一般(ybn)地讲，实际电压源输出电压都会随其电流的 增大而降低，故可用一个电压源Us和一个电阻Rs的 串联组合作为其电路模型. 实 际 电 压 源 电路模型: Us+_RsI.U+_重点共八十一页1.4 独立电源 伏安(f n)特性曲线: 实 际 电 压 源0UIUsUs+_RsI.U+_共八十一页1.4 独立电源 三种工作(gngzu)状态 实 际 电 压 源 加载: Us+_RsI.U+_R共八十一页1.4 独立电源 三种工作(

17、gngzu)状态 实 际 电 压 源 开路(kil): open circuit (Uoc: 开路电压) Us+_Rs.+_I = 0Uoc共八十一页1.4 独立电源 三种工作(gngzu)状态 实 际 电 压 源 短路(dunl): short circuit (Isc: 短路电流) Us+_RsIscU = 0+_ 实际电压源器件不允许短路! 共八十一页1.4 独立电源 加载: 开路: 短路: Us+_RsI.U+_RUs+_Rs.+_I = 0UocUs+_RsIscU = 0+_共八十一页1.4 独立电源 电 流 源 若一个二端元件输出电流恒定则称为(chn wi)理想电流源. 电路(

18、dinl)符号: 理 想 电 流 源.is(t).Is共八十一页1.4 独立电源 基本(jbn)性质: 理 想 电 流 源 输出电流(dinli)恒定，和外电路无关. 其两端电压由外电路决定. IsIU+_ 伏安特性曲线: 0UIIs共八十一页1.4 独立电源 若一个二端元件所输出的电流随其端电压变化(binhu) 而变化称为实际电流源. 一般地讲，实际电流源输出电流都会随着其电压的 升高而降低，故可用一个电流源Is和一个电导(din do)Gs的 并联组合作为其电路模型. 实 际 电 流 源 电路模型: IsGsI.U+_共八十一页1.4 独立电源 伏安特性(txng)曲线 实 际 电 流

19、源0UIIsIsGsI.U+_共八十一页1.4 独立电源 三种(sn zhn)工作状态 实 际 电 流 源 加载: IsGsI.R+_U共八十一页1.4 独立电源 三种(sn zhn)工作状态 实 际 电 流 源 开路(kil): open circuit (Uoc: 开路电压) IsGs.Uoc+_.I = 0 实际电流源器件不允许开路! 共八十一页1.4 独立电源 三种工作(gngzu)状态 实 际 电 流 源 短路(dunl): short circuit (Isc: 短路电流) IsGs.+_.IscU = 0共八十一页1.4 独立电源 加载: 开路: 短路: IsGsI.R+_UIs

20、Gs.Uoc+_.I = 0IsGs.+_.IscU = 0共八十一页1.4 独立电源 电压(diny)源和电流源 实际电流(dinli)源的产生：可由稳流电子设备产生。有些 电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电 流与负载无关；光电池在一定光线照射下被激发产生 一定值的电流等.共八十一页 例：求uab和uad及各段电路的功率， 并指明吸收(xshu)还是发出功率。例题(lt)12+_cb11V+_4+_6-3V+_5+_dfae.3+_-3V-4V8V7V2A1A-1A共八十一页 解：uab= uac + ucb = -(1) + (-3) = -4Vuad= -3V; p1= -2W0 (发出(fch)p