电工电子技术导论课件

1电工电子技术导论

国防科学技术大学机电工程与自动化学院谢谢欣赏2019-7-221电工电子技术导论国防科学技术大学谢谢2第1章电路模型和电路定理第2章电路的分析方法第3章正弦交流电路第4章电路的暂态分析第5章半导体器件基础第6章基本逻辑运算与逻辑门第7章基本组态放大电路第8章数制与码制课程主要内容谢谢欣赏2019-7-222第1章电路模型和电路定理课程主要内容谢谢欣赏2019-73

第1章.电路模型和电路定理

1.1电路与电路模型1.2电路的基本物理量及参考方向

1.3无源电路元件1.4有源电路元件

1.5基尔霍夫定律1.6电路的基本状态

谢谢欣赏2019-7-2231.1电路与电路模型谢谢欣赏20194电路分析研究的对象是电路模型电路中的主要变量是电流和电压它们受到两种规律的约束（两类约束）一是元件本身伏安关系的约束（VAR）二是电路连接方式的约束（KVL、KCL）本章主要介绍几个基本元件（R、L、C、VS、IS、及受控电源）和KVL、KCL谢谢欣赏2019-7-224电路分析研究的对象是电路模型二是电路连接方式的约束（KVL5

1.1电路及电路模型、集总假设

1.1.1电路及电路模型电路：是由电工设备组合后的总称，并提供电流流过的路径。

功能及作用：

a.实现能量的转换和传输

b.信号的传递与处理

c.测量信息

d.存储信息谢谢欣赏2019-7-2251.1电路及电路模型、集总假设功能及作用：谢谢欣61.1.2电路模型与集总假设在一定条件下（集总假设）R----电能的消耗C----电场的储能L----磁场的储能集总假设的条件：

对于集总元件连接成的电路，不论其连接方式如何。只要其电路尺寸远小于电路工作最高频率所对应的波长，都称为集总电路。谢谢欣赏2019-7-2261.1.2电路模型与集总假设集总假设的条件：谢谢欣赏2017例：电力网的工作频率为50HZ，它的波长为6000KM

在本课程中所讨论的电路均满足此条件。电子技术----分布参数（1000HZ）高频电路----高频参数（1M以上）谢谢欣赏2019-7-227例：电力网的工作频率为50HZ，它的波长为6000KM在本8

1.2参考方向（Referencedirection）参考方向是电路理论中一个最基本的概念，分析电路之前，首先要假定电路中各电流，电压的参考方向。1.2.1电流（current）单位时间内通过导体横截面的电量定义为电流强度，用以衡量电流的大小,即:单位：μAmAA(103进位)谢谢欣赏2019-7-2281.2参考方向（Referencedirectio9说明实际方向与参考方向一致。说明实际方向与参考方向相反。1.2.2电压Voltage

电路中a、b两点间的电压表明了单位正电荷由a点转移到b点时所获得或失去的能量。谢谢欣赏2019-7-229说明实际方向与参考方向一致。说明实际方向与参考方向相反。110即：单位：μVmVVKV(103进位)正方向（参考方向），与电流一样。U>0与参考方向一致U<0与参考方向相反谢谢欣赏2019-7-2210即：单位：μVmVVKV111.2.3关联正方向（一致参考方向）

associatedheferencedirection

为了方便起见，常常采用关联的参考方向，即电流和电压降的方向一致。谢谢欣赏2019-7-22111.2.3关联正方向（一致参考方向）谢谢欣赏201121.2.4功率（Power）直流：单位：mwwkw

在一致参考方向下：P>0（消耗功率）

P<0（产生功率）若采用关联参考方向同样有：P>0消耗功率

P<0产生功率谢谢欣赏2019-7-22121.2.4功率（Power）直流：单位：mw13

1.3无源元件(nactiveelement)有源元件：其P<0（产生）电压源、电流源、受控源。无源元件：其P>0（消耗）线性R、L、C耦合元件（变压器）。1.3.1电阻元件（Resistor）用R表示（一致参考方向）谢谢欣赏2019-7-22131.3无源元件(nactiveelemen141.3.1.1线性电阻如果特性曲线是经过坐标原点的直线，则称之为线性电阻元件。伏安关系为欧姆定侓：U=I·R谢谢欣赏2019-7-22141.3.1.1线性电阻伏安关系为欧姆定侓：U=I·R151.3.1.2非线性电阻(non—linerResistor)如果特性曲线不是经过原点的直线则称为非线性电阻。谢谢欣赏2019-7-22151.3.1.2非线性电阻(non—linerR161.3.2电容元件1、定义：（q=c·u）一个二端元件如果在任一时刻t，它的电荷量q(t)与它的电压u(t)关系可以用u、q平面上的一条曲线来描述，则该元件称为电容元件。谢谢欣赏2019-7-22161.3.2电容元件1、定义：（q=c·u）17

1.3.2.1电容元件的伏安特性。（VAR）谢谢欣赏2019-7-22171.3.2.1电容元件的伏安特性。（VAR）谢谢欣赏218当u≠0，但=0

→i=0这就是说明电容器不能通过直流电。

当u=0，但≠0

→i≠0说明：在某一时刻电容的电流取决于该时刻电容电压的变化率。i(t)有限→有限→u不能改变

用数学知识可以证明：如果通过线性电容器的电流i(t)在闭区间[O，T]有界。则在开区间（O，T）内，u(t)是一个连续函数。不能突变。

t=0时u(o)=0称为电压连续性原理。谢谢欣赏2019-7-2218当u≠0，但=0→i=0这就是说明电容器不19由可得：=∵电容上电压与电荷有关。与历史有关，故也称为电容电压。具有记忆功能。

（记忆是电流）当to=0时；（一般取法）uc(o)称为电容的初始值。谢谢欣赏2019-7-2219由可得：=∵电容上201.3.2.1 电容的贮能②

储能;==若uc(to)=0

则：谢谢欣赏2019-7-22201.3.2.1 电容的贮能②储能;==若uc(t21例题：将C=2F，初始电压为-0.5V，接上电源。已知电源的电流波形i(t)。试求uc(t)。解：采用分段积分法：1).t<o时

i(t)=0uc(t)=-0.5v2)

1≥t≥0时i(t)=2A3)当t=1s时uc(1)=0.5(v)（上升段）

2≥t≥1时i(t)=-2A(注意初始值变化)4)当t=2时uc(2)=-0.5(v)下降段

t>2时i(t)=0uc(t)=-0.5(v)记忆（保持）见uc(t)波形谢谢欣赏2019-7-2221例题：将C=2F，初始电压为-0.5V，接上电源。已知电221.3.3电感元件定义：一个二端元件如果在任一时刻t，它的磁通ψ(t),同它的电流

i（t）之间的关系可以用i，ψ平面上一条曲线来确定，则此元件称电感元件。由物理中可知：ψ=L·I由电磁感应定律可知：由变化的磁通就会产生电压。谢谢欣赏2019-7-22221.3.3电感元件由电磁感应定律可知：由变化的磁谢谢23当i=0若≠0则u≠0交流当i≠0若=0则u=0直流（短路）若u(t)为有限值，则i(t)不能突变。即：电感上电流不能突变。（uc、iL不能突变）同样：=故电感是个记忆元件，它记忆电压。

贮能：谢谢欣赏2019-7-2223当i=0若≠024

1.4有源元件电压源（Voltagesource）电流源（currentsource）受控源（Controlledsource）1.4.1电压源基本特性：

1)电压源端电压是一个恒定的数值Us，（或保持按一定规律变化的时间函数us(t)），与通过电流无关。

2)输出电流的大小与外部电路有关。谢谢欣赏2019-7-22241.4有源元件基本特性：谢谢欣赏201925以上表明电压源端电压不变（符合第1条特性）。输出电流大小与外电路有关（符合第2条特性）。用理想电压源和理想电阻元件串联可以来构成实际电源。谢谢欣赏2019-7-2225以上表明电压源端电压不变（符合第1条特性）。谢谢欣赏20261.4.2电流源基本特性：

a.输出电流是一个恒定值Is或者一定规律变化的时间函数is(t)，与端电压无关。

b.电流源两端的电压与外电路有关。谢谢欣赏2019-7-22261.4.2电流源基本特性：谢谢欣赏2019-7-2227实际电流源可用理想电流源与电阻并联来表示谢谢欣赏2019-7-2227实际电流源可用理想电流源与电阻并联来表示谢谢欣赏2019281.4.3两种实际电源模型的等效变换等效是一个什么概念。（对外电路而言）二端网络（单口网络）：有源二端网络：电路内部含有独立电源时为有源二端网络N无源二端网络：电路内部不含有独立电源时为无源二端网络No。由定义可知：一个电阻、电容、电感、电源都是二端网络的最简

单的形式。谢谢欣赏2019-7-22281.4.3两种实际电源模型的等效变换等效是一个什么概29例:注意：等效是对外电路而言。电路内部并不相等谢谢欣赏2019-7-2229例:注意：等效是对外电路而言。电路内部并不相等谢谢欣赏230例:二个电路端口的VAR完全相同，则二个电路等效。谢谢欣赏2019-7-2230例:二个电路端口的VAR完全相同，则二个电路等效。谢谢欣31回到实际电源模型上来那么这二个电源（实际）可以互换，已知电压源参数（Us、Rs）谢谢欣赏2019-7-2231回到实际电源模型上来那么这二个电源（实际）可以互换，已知32若已知：Is、Rs由等效原则：谢谢欣赏2019-7-2232若已知：Is、Rs由等效原则：谢谢欣赏201933例1:例2:谢谢欣赏2019-7-2233例1:例2:谢谢欣赏2019-7-2234接前例谢谢欣赏2019-7-2234接前例谢谢欣赏2019-7-2235例：化简等效电路：谢谢欣赏2019-7-2235例：化简等效电路：谢谢欣赏2019-7-2236谢谢欣赏2019-7-2236谢谢欣赏2019-7-2237

1.4.4受控电源(ControlledSource)定义：受控源是一个具有两条支路的元件，其中支路2不是电压源就是电流源，而支路1不是开路就是短路。支路2中的电源受支路

1中的电压或电流的控制。

（支路1,开、短；支路2,电流、电压；）1.4.4.1电压受控源（支路2是电压源时）固定支路2a.VCVS(VoltageControlledVoltageSource)谢谢欣赏2019-7-22371.4.4受控电源(Cont38b.CCVS（CurrentControlledVoltageSource）支路2是电压源。支路1是短路。

1.4.4.2电流受控源（支路2是电流源）

a.VCCS(支路1，开路)谢谢欣赏2019-7-2238b.CCVS（CurrentControlled39b.CCCS(CurrentControlledCurrentSource)R1=0u1=0∵i2=аi1电流放大系数受控源的应用谢谢欣赏2019-7-2239b.CCCS(CurrentControl401.5额定值和电功率(自学)1.6克希荷夫定律（基尔霍夫定律）第2个约束1.6.1几个名词1.支路(branch):电路中的每个分支称为支路,且通过同一电流。2.节点(node):电路中三条或三条以上支路的联接点称为节点。3.回路(loop):电路中任一闭合路径称为回路。4.网孔(mesh):电路中未被其它支路分割的最简回路。谢谢欣赏2019-7-22401.5额定值和电功率(自学)1.支路(branch)41我们研究的对象是：支路电流和支路电压支路电流和支路电压必须受到两类约束，一类是元件的特性对本元件上的电流和电压造成的约束，另一类是元件之间的连接给支路电流和支路电压造成的约束。表示这类约束关系的基本规律是基尔霍夫定律。它与元件的性质无关，只与连接方式有关。1.6.2克希荷夫定律（电流定律）KCL（kirchkhoff’sCurrentlaw）KCL表述为：对于任一集总电路的任一节点，在任一时刻，流入该节点的所有支路电流的代数和为零。（且为线性相关）数学表达式：谢谢欣赏2019-7-2241我们研究的对象是：支路电流和支路电压1.6.2克希荷42流入=流出；

i1+i2=i3KCL也可以推广运用电路中的任一假设的闭合面。即：+i1+i2-i3=0谢谢欣赏2019-7-2242流入=流出；i1+i2=i3即：+i1+i2-431.6.3克希荷夫电压定律KVL（Kirchhoff’sVoltageLaw）KVL：对于任一集总电路中的任一回路，在任一时刻沿该回路的所有支路电压降的代数和为零。即：谢谢欣赏2019-7-22431.6.3克希荷夫电压定律KVL即：谢谢欣赏44讲到独立电源等效的问题，那么受控源呢，是不是也存在等效变换的问题呢。答案是肯定的。U=-500I+2000I+10=1500I+10（v）找出具有相同VAR的电路。谢谢欣赏2019-7-2244讲到独立电源等效的问题，那么受控源呢，是不是也存在等效变451.6.4两类约束及KCL、KVL方程的独立性

当把元件相互接成具有一定几何结构形成的电路后，电路中出现了节点和回路。其各部分电压和电流将受到两类约束：其一，来自于元件的联接方式，与一个节点相连接的支路；其电流必受到KCL的约束，与一个回路相联系的各支路，其电压必受到KVL的约束。这种只取决于互联接形式的约束称为拓扑约束（topoligicalconstraints）其二，来自元件的性质VAR对于电阻元件：这类约束关系称为元件性质的约束。谢谢欣赏2019-7-22451.6.4两类约束及KCL、KVL方程的独立性这类约46

下面我们来讨论一下如何根据两类约束，列出分析这类电路所需的方程。即求解出电路所有支路电压和电流。根据电路结构、元件特性、独立源数据求解。看一个电路：已知各个电压源，各个电阻值。us1、us2、us3、us4、R1、R2、R3、R4、R5、R6求解各支路电压和支路电流。谢谢欣赏2019-7-2246下面我们来讨论一下如何根据两类约束，列出47

按给定的支路电流下