电子电路初级概念

电子电路初级概念第1页，课件共59页，创作于2023年2月第一章电路的基本概念

和基本定律第2页，课件共59页，创作于2023年2月主要内容：电路和电路模型电路的基本物理量及参考方向常用的元件电源及其特性基尔霍夫定律第3页，课件共59页，创作于2023年2月1.1电路与电路模型1.1.1电路用来实现电能的传输和转换用来实现信号的传递和处理实际电路是由电气设备和元器件按照一定的方式连接起来，为电流的流通提供路径的总体。电路根据其基本功能可以分为两大类:第4页，课件共59页，创作于2023年2月电路组成：电源：提供电能的设备和元器件负载：消耗电能的设备和元器件中间环节：连接电源和负载的电气部分1.1.2电路模型实际电路可以由一个或若干个理想化的电路元件经导体连接起来进行模拟，便构成了电路模型。第5页，课件共59页，创作于2023年2月图1.1手电筒电路及其电路模型

第6页，课件共59页，创作于2023年2月第7页，课件共59页，创作于2023年2月小测验题试计算以下电路中各电阻上的电流和电压US10VR13Ω3Ω6ΩR2R3第8页，课件共59页，创作于2023年2月在很多时候我们往往难以预先判断元件电流和电压的方向第9页，课件共59页，创作于2023年2月1.2电路的基本物理量1.2.1电流及其参考方向电荷的定向运动形成电流。电流的大小是用单位时间内通过导体某一横截面的电量进行衡量的，称为电流强度，用符号i表示：

单位：A(安)mA(毫安)μA(微安)当电流i的大小和方向均不变时，称为直流电流，简称为直流（DC），常用大写的I表示。第10页，课件共59页，创作于2023年2月习惯上规定正电荷运动的方向为电流的实际方向。当电流的实际方向与其参考方向一致时，则电流为正值；当电流的实际方向与其参考方向相反时，则电流为负值。电流的参考方向一般用箭头表示，也可用双下标表示。在分析与计算电路时，常可任意选定某一方向作为电流的参考方向，或称为正方向。第11页，课件共59页，创作于2023年2月例1：a)

b)

图1.2电流的参考方向与实际方向第12页，课件共59页，创作于2023年2月1.2.2电压及其参考方向在电路中任选一点做参考点，其他各点到参考点的电压叫做该点的电位，用符号V表示，通常选接地点作参考点，且电位为0。设电路中a、b两点的电位分别为Va和Vb，则a、b两点间的电压与这两点的电位的关系为：Uab=Va-Vb电压定义为单位正电荷由a点移到b点时电场力所做的功，用U(u)表示，单位为V(伏特)第13页，课件共59页，创作于2023年2月例:已知Uab=5V,求分别将a、b两点作为参考点时，a、b两点的电位Va、Vb第14页，课件共59页，创作于2023年2月电压与电位的区别：电路中任意两点间的电压，其数值是恒定不变的；而电路中某一点的电位是相对的，其值取决于参考点的选择。电压的方向：电压的实际方向习惯上规定为电位降低（从高电位点到低电位点）的方向；在分析电路时，也需要对未知电压任意规定电压“参考方向”，通常用”+”、”-”、双下标或箭头来表示。第15页，课件共59页，创作于2023年2月若电压参考方向与实际方向一致，则电压为正值；若不一致，则电压为负值。图1-3电压的参考方向与实际方向注：今后在求电压电流时，必须事先规定好参考方向，否则求出的值无意义。a)u>0

b)u<0

第16页，课件共59页，创作于2023年2月电压电流的关联参考方向：选定同一元件的电流参考方向与电压参考方向一致，即电流的参考方向从电压的正极性端流入该元件而从它的负极性端流出，称为关联参考方向。否则，为非关联参考方向图1-4

电压和电流的关联和非关联参考方向

第17页，课件共59页，创作于2023年2月例2：如图所示电路中，已知：I1=-2A，I2=6A，I3=8A，U1=140V，U2=-90V，U3=60V，试标出各电流电压的实际方向或极性。第18页，课件共59页，创作于2023年2月1.2.3电功率当元件的电压、电流为关联参考方向时有：

p=ui当元件的电压、电流为非关联参考方向时有：

p=-ui定义：单位时间内能量的变化率，用P或p表示，单位为W(瓦)：第19页，课件共59页，创作于2023年2月无论关联或非关联参考方向，都有：当计算结果为正值，即p>0时，则元件吸收（消耗）功率；当计算结果为负值，即p<0时，则元件发出（产生）功率。例3：如图1-5所示电路中，已知U=220V，I=-1A，试问哪个元件为负载？哪个元件为电源？第20页，课件共59页，创作于2023年2月解：a)P=UI=220×(-1)=-220W，P为产生功率，元件性质为电源；b)P=-UI=-220×(-1)=220W，P为消耗功率，元件性质为负载；图1-5第21页，课件共59页，创作于2023年2月例4：二端元件所标明的方向均为参考方向，已知它们是耗能元件。试选取电压（电流）参考方向，并说明其实际方向。第22页，课件共59页，创作于2023年2月1.3常用元件介绍1.3.1电阻元件第23页，课件共59页，创作于2023年2月1.3常用元件介绍电阻指导体对电子运动呈现的阻力；电阻上的电压与电流有确定的对应关系，可以用u-i平面上的伏安特性曲线表示；1.3.1电阻元件线形电阻的伏安关系是一条通过原点的直线，电压、电流的关系式为：R(电阻)单位为Ω，G(电导)单位为S(西门子)或第24页，课件共59页，创作于2023年2月线性电阻的功率：若u、i为关联参考方向，则电阻R上消耗的功率为：

p=ui=（Ri）i=若u、i为非关联参考方向，则:p=-ui=-(-Ri)i=可见，p>0，说明电阻总是消耗(吸收)功率，而与其上的电流、电压极性无关。第25页，课件共59页，创作于2023年2月含源支路欧姆定律I支路电压方程:U=Uac=Uab+Ubc=RI+Us支路电压方程:U=Uac=Uab+Ubc=－RI－Us第26页，课件共59页，创作于2023年2月例4：根据图示电路中的电流、电压的参考方向，求支路电压U。a)b)解：a）U=-IR+Usb）U=IR+Us第27页，课件共59页，创作于2023年2月1.3.2电容元件第28页，课件共59页，创作于2023年2月1.3.2电容元件电容器是一种能够储存电场能量的元件，储存能量的多少通常用电容量C(简称电容)来表征。电容的单位为F(法拉)，此外还有μF(微法)、nF(纳法)和pF(皮法)，它们之间的关系是：电容具有充放电的特性，电容放电时，相当于一个电压源。第29页，课件共59页，创作于2023年2月图1-6电容元件a)电路符号b)库-伏特性电容元件的图形符号如图1-6a)所示，图中极板上储存的电荷量q与两极板间的电压u成线性关系，表达式为：此式对应的库-伏特性如图1-6b)所示。第30页，课件共59页，创作于2023年2月如图所示，当电压、电流选为关联方向时，其伏安关系为：上式说明电容电流与电压的变化率呈正比，电压变化越大，电流越大；如果电压不变化（即为直流电压），则i=0，电容相当于开路。第31页，课件共59页，创作于2023年2月设t=0时，电容两端电压u=0，则：同时得电容储能公式为：由上式可以看出：任意时刻电容的储能总是大于或等于零，所以电容是一个储能元件，同时又是一个无源元件。第32页，课件共59页，创作于2023年2月1.3.3电感元件第33页，课件共59页，创作于2023年2月1.3.3电感元件电感同样具有储存和释放能量的特点，它反映了电场与磁场之间能量的转换；图1-7电感元件a)电路符号b)韦-安特性第34页，课件共59页，创作于2023年2月1.3.3电感元件a)电路符号b)韦-安特性电感储存能量的多少通常用电感系数(简称电感)L来表示，其单位为H(亨)，此外还有mH、μH：

图1-7电感元件第35页，课件共59页，创作于2023年2月1.3.3电感元件a)电路符号b)韦-安特性图1-7电感元件在图1-7a)所示的关联参考方向下，元件中电感的磁链与电流成线性关系，即：第36页，课件共59页，创作于2023年2月1.3.3电感元件a)电路符号b)韦-安特性图1-7电感元件根据电磁感应定律，有：所以电感元件上的电压和电流关系为：第37页，课件共59页，创作于2023年2月当i(0)=0时，上式可以写成：电感的储能公式：由上式可以看出：任意时刻电感的储能总是大于或等于零，所以电感也是一个无源元件。第38页，课件共59页，创作于2023年2月1.3.4电容、电感的串并联图1-8电容的串联图1-9电容的并联电感串并联时等效电感的求解方法与电阻的一致，与电容的相反。第39页，课件共59页，创作于2023年2月1.4电源1.4.1电压源理想电压源端电压为恒定值Us或固定的时间函数us(t)通过电压源的电流i由外电路决定特性：图1-10电压源的电路符号第40页，课件共59页，创作于2023年2月实际电压源a)电路模型b)电压、电流关系图1-11实际电压源实际电压源的端电压为：输出电压随着外电路电流的变化而变化。第41页，课件共59页，创作于2023年2月1.4.2电流源理想电流源图1-12电流源电路符号特点：端电流（即输出电流）不变电流源两端的电压由外电路决定第42页，课件共59页，创作于2023年2月实际电流源a)电路模型b)电压、电流关系图1-13实际电流源实际电流源可以用一个理想电流源和内阻并联的模型来表示，它的输出电流I为：第43页，课件共59页，创作于2023年2月1.4.3受控源独立电源指电源参数都由电源本身因素决定，不因电路的其他因素而改变。受控源指某条支路的电压或电流要受到本支路以外的其他因素（电压或电流）的控制；受控源描述电路中两条支路电压和电流间的一种约束关系，本质上相当于电阻。第44页，课件共59页，创作于2023年2月1.5基尔霍夫定律基尔霍夫定律反映电路连接特性的定律，包括：基尔霍夫电流定律：描述电路中各电流之间的约束关系基尔霍夫电压定律：描述电路中各电压之间的约束关系第45页，课件共59页，创作于2023年2月几个基本概念：支路：同一电流流过的一个或几个二端元件互相连接起来组成的分支。节点：电路中3条或3条以上支路的连接点称为节点。回路：电路中任一闭合路径。网孔：内部不包含支路的回路第46页，课件共59页，创作于2023年2月1.5.1基尔霍夫电流定律（KCL）KCL内容：对电路中任一个节点，在任一时刻，流入该节点的所有支路电流的代数和恒等于零，即∑i=0KCL是电荷守恒的必然放映。注：“代数和”是根据电流流入节点还是流出节点来判断的，在列写KCL方程时，可以规定流入节点的电流为正，则流出节点的自然为负（也可作相反的规定）。第47页，课件共59页，创作于2023年2月例5：图1-14KCL用图对节点a列写KCL方程：此式还可以写成:对于任一节点，在任一时刻，流入该节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。第48页，课件共59页，创作于2023年2月KCL的推广应用：对任意封闭面S，流入（或流出）封闭面的电流代数和等于零。图1-15KCL的推广用图KCL方程为：第49页，课件共59页，创作于2023年2月1.5.2基尔霍夫电压定律（KVL）KVL内容：对电路中任一闭合回路，在任一时刻，沿该回路各段电压的代数和恒等于零。其一般表达式为：

∑u=0公式中各电压符号的指定：首先要选定回路上的绕行方向（顺时针或逆时针）,然后将回路上各段电压参考方向与回路绕行方向比较，若两个方向一致，则该电压前面取正号，否则取负号。第50页，课件共59页，创作于2023年2月例6：图1-16KVL用图KVL方程为：第51页，课件共59页，创作于2023年2月习惯上对于电阻只标注其电压或电流的参考方向第52页，课件共59页，创作于2023年2月KVL的推广应用：KVL不仅适用于电路中的任一闭合回路，还可推广应用于任一非闭合回路，但要注意将开口处的电压列入方程。KVL方程为：第53页，课件共59页，