《电工电子技术》-单元一　电路分析基础

任务过程１感性认识的教学过程１.１电路中最基本的元器件１.１.１电路中的电阻器１.电阻器导体对电流的阻碍作用叫做电阻，电阻是导体的一种基本性质，其大小与导体的尺寸、材料和温度有关。利用导体的这些特性而制成的元件称为电阻器，简称为电阻，它是消耗电能的元件，用符号Ｒ表示，是英文Ｒｅｓｉｓｔｏｒ的缩写。在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，用符号Ω表示，还有千欧（ｋΩ）、兆欧（ＭΩ）、吉欧（ＧΩ）和太欧（ＴΩ），它们之间的换算关系为下一页返回任务过程１感性认识的教学过程２.常用电阻的图形符号常用电阻的图形符号和标注意义如图１.１－１所示。３.常见的固定电阻实物图常见的固定电阻实物图和特点见表１.１－１。１.１.２电路中的导线１.常用的导线材料选用工频导线材料时应考虑以下因素：（１）导电性能好，即电阻率小；（２）不容易氧化，耐腐蚀；（３）有较好的机械强度，能承受一定的拉力；（４）延伸性好，容易拉制成线材，方便焊接；（５）资源丰富，价格便宜。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程铝和铜符合上述基本要求，是优选的导电材料。２.常用的绝缘材料绝缘材料又称为电介质，是相对于导体、半导体而言的一类非导电材料，在正常情况下，电阻率很大，一般大于１０７Ω·ｍ，是不导电的。影响绝缘材料电阻率的因素有湿度、温度和杂质，为了提高设备的绝缘强度，应避免固体电介质受潮。常用的绝缘材料有绝缘油、绝缘胶、绝缘漆和绝缘制品。１）绝缘油绝缘油有天然的植物油、矿物油和合成油。植物油有蓖麻油、大豆油等；天然矿物油有开关油、电容器油、变压器油和电缆油等；合成油有甲基硅油、苯甲基硅油等。空气中的氧气和环境温度的升高是引起绝缘油老化的重要因素。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程２）绝缘胶常用的绝缘胶有环氧电缆胶、环氧树脂胶、环氧聚酯胶、黄电缆胶和黑电缆胶等。３）绝缘漆绝缘漆包括浸渍漆和涂覆漆两大类。浸渍漆包括有机溶剂浸漆和无机溶剂浸漆两种类型，涂覆漆有硅钢片漆、漆包线漆、放电晕漆和覆盖漆等。４）绝缘制品常用的绝缘制品有电工塑料、云母制品、石棉制品、绝缘薄膜及其复合制品、电工玻璃与陶瓷、电工橡胶、电绝缘包扎带、绝缘纤维制品、浸渍纤维制品和绝缘层压制品等。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程３.常用的绝缘导线型号用途“Ｒ”代表软铜线，“Ｖ”代表聚氯乙烯绝缘，“Ｓ”代表双绞，“Ｂ”代表扁型，“Ｐ”代表屏蔽。各种导线结构、型号、名称及用途见表１.１－２。１.１.３电路中的开关开关是一种在电路中起控制、选择和连接等作用的元件，大量应用于电子、电力设备中。在电路中开关用文字符号“Ｓ”或“ＳＡ”、“ＳＢ”（旧标准用“Ｋ”）等表示，开关的种类和图形符号如图１.１－２所示。常见开关的实物图及特点见表１.１－３。上一页返回下一页任务过程１感性认识的教学过程１.２几种实际的电路１.２.１面包板及其电路１.认识面包板面包板是实验室中用于搭接电路的重要工具，熟练掌握面包板的使用方法是提高实验效率、减少实验故障出现几率的重要基础之一。面包板的结构及其分布如图１.１－３所示。窄条上下两行之间电气不连通。图中，每５个插孔为一组，通常的面包板上有１０组或１１组。２.在面包实验板上接线根据图１.１－４中各元器件的连接方式，在面包板上完成接线。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程１.２.２印刷电路板及其电路１.基本内容印刷电路板，又称印制电路板、印刷线路板，简称线路板，常使用英文缩写ＰＣＢ或ＰＷＢ，它以绝缘板为基材，将绝缘板切成一定尺寸，其上至少附有一个导电图形，并布有孔（如元件孔、紧固孔、金属化孔等），用来代替以往装置电子元器件的底盘，并实现电子元器件之间的相互连接。由于这种板是采用电子印刷术制作的，故被称为印刷电路板。印刷电路板按照线路板层数可分为单面板、双面板、四层板、六层板以及其他多层线路板。在印刷电路板出现之前，电子元器件之间的相互连接依靠电线直接连接实现，而现在，印刷电路板在电子工业中已经占据了绝对统治的地位。上一页下一页返回任务过程１感性认识的教学过程２.ＰＣＢ设计印刷电路板的设计以电路原理图为根据，实现电路设计者所需要的功能，印刷电路板的设计主要指版图设计，需要考虑外部连接布局、内部电子元件的优化布局、金属连线和铜孔的优化布局、电磁保护和热损耗等各种因素；优秀的版图设计可以节约生产成本，达到良好的电路性能和散热性能。印刷电路板实物图如图１.１－５所示。３.直流稳压电源的制作直流稳压电源的原理图如图１.１－６所示。目标电路焊接图如图１.１－７所示。上一页返回任务过程２理论教学过程１.３电路的基本物理量及参考方向１.３.１电流及其参考方向电流是电荷在电场作用下做定向运动产生的。计算电流大小的物理量称为电流强度，简称电流。电流强度定义为单位时间内流过导体横截面的电荷量，其表达式为一般情况下，电流大小和方向随时间变化的电流称为交变电流，交变电流用小写字母ｉ表示。如果电流不随时间而变，即ｄｑ／ｄｔ＝常数，则这种电流称为恒定电流，简称直流，可写成下一页返回任务过程２理论教学过程在分析简单的直流电路时，可以从电源给定的正负极性判断电流的方向。然而，在分析和计算较为复杂的电路时，往往难以事先判断某些支路电流或元件端电压的实际方向和真实极性，造成我们在对电路列写方程式时，无法判断电压、电流在方程式中的正负号。为了解决这个难题，电工学中通常采用参考方向，即在待分析的电路模型图中预先假定各支路电流或各元件两端电压的方向和极性。支路电流的参考方向一般用带箭头的线段表示，依据参考方向，可以方便地确定出各支路电流在方程式中的正负号。在分析与计算电路时，可以任意假定某一个方向作为电流的参考方向。电流的参考方向是指电流为正值时的电流方向。如果电流计算结果为正值，表明电流的实际方向与参考方向相同；若计算结果为负值，则表明电流的实际方向与参考方向相反。如图１.２－１所示。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.３.２电压、电动势及其参考方向１.电压和电动势电场力把单位正电荷从ａ点移到ｂ点所做的功，定义为ａ、ｂ两点间的电压Ｕａｂ，电压的大小显然反映了电路中电场力做功的本领。式中，电功Ｗ的单位是焦耳（Ｊ），电量Ｑ的单位是库仑（Ｃ），电压Ｕ的单位是伏特（Ｖ）。电路中任意两点间的电位差就是这两点间的电压，即上一页下一页返回任务过程２理论教学过程若ａ点为高电位，ｂ点为低电位，则Ｕａｂ为正值。电压的方向规定为由高电位指向低电位，即电位降低的方向。在大小和方向都不随时间变化的直流电路中，电压用“Ｕ”表示。电工学中规定电压的实际方向由电位高的“＋”端指向电位低的“－”端，即电位降低的方向。强电领域中的电压通常用伏和千伏表示，弱电领域中的电压通常用伏和毫伏表示，换算关系为１Ｖ＝１０－３ｋＶ＝１０３ｍＶ２.电压及电动势的参考方向在分析与计算电路时，同电流一样，电压也可以任意选定其参考方向。按照所选定的参考方向分析电路，得出的电压为正值（ｕ＞０），表明电压的实际方向与参考方向一致；反之，若得出的电压为负值（ｕ＜０），则表明电压的实际方向与参考方向相反。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程电路中表示ａ、ｂ两点间电压的参考方向的方法有三种：一是用箭头表示；二是用“＋”“－”表示；三是书写时用双下标的Ｕａｂ表示，如图１.２－２所示。电动势在数值上等于电场力把单位正电荷由负极经电源内部移到正极所做的功。显然，电动势的单位也是伏特（Ｖ）。通常规定电动势的实际方向是由电源的负极指向电源的正极。同电流和电压一样，在电路中所标出的电动势的方向也是它的参考方向。电源的端电压与电动势之间的关系如图１.２－３所示。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程原则上，参考方向可以任意假定，因此，参考方向不一定与各电流、电压的实际方向相符，这并不影响我们求解电路的结果。依据电路图上标出的电压、电流的参考方向，列写出相关的电路方程式对电路进行分析、计算，如果计算结果为正值，表明选定的参考方向与其实际方向相同；若计算结果为负值，则表示电路图上假设的参考方向与其实际方向相反，这是计算电路的一条基本原则。注意，只有在电压、电流参考方向选定之后，方程式中各物理量的正负取值才有意义。对一个元件或一段电路上的电压参考方向和电流参考方向可以独立地任意选定。若电压和电流的参考方向相同，则把电压和电流的参考方向称为关联参考方向，如图１.２－４所示。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.３.３电位１.参考点就像人们以海平面作为衡量地理位置所处高度的参考平面一样，在计算电位时，也必须选定电路中某一点作为参考点，并规定该点的电位为零，即Ｖ０＝０，参考点就是零电位点，电路图中的参考点用符号“⊥”表示。在电力工程中规定大地为零电位的参考点，在电子电路中则选择若干导线连接的公共点或机壳作为参考点。电路分析时，计算电位需要有参考点，参考点的选择是任意的，但一经选定，各点电位的计算即以参考点为准。参考点发生变化时，各点的电位也随之改变，即电位随参考点的选择不同而异，但任意两点间的电位差不变。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.电位电位是度量电路中各点所具有的电位能大小的物理量，它在数值上等于电场力将单位正电荷从该点移到参考点所做的功。电路中某点电位等于该点与参考点之间的电压，而电路中任意两点的电压就是这两点的电位之差。如电路中任意两点ａ、ｂ之间的电压为Ｕａｂ＝Ｖａ－Ｖｂ在电子电路中，电源的一端通常是接地的，为了作图方便，保证电路图的清晰，习惯上常常不画电源，而在电源的非接地端标出极性及电位的值，如图１.２－５所示。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.３.４电功率功率是电路分析中的一个常用物理量，用ｐ或Ｐ表电功率示。在国际单位制中，电压的单位是伏特（Ｖ），电流的单位是安培（Ａ），电荷的单位是库仑（Ｃ），时间的单位是秒（ｓ），电能的单位是焦耳（Ｊ），功率的单位是瓦特（Ｗ）。当电压和电流采用关联参考方向时，计算功率的公式为上一页下一页返回任务过程２理论教学过程元件上的电能与电功率有发出和吸收两种可能。进行电路分析时，电压和电流采用的是参考方向，两者之间可能是关联参考方向，也可能是非关联参考方向，确定元件是发出功率还是吸收功率可作如下规定：（１）电压和电流取关联参考方向时，ｐ＝ｕ（ｔ）ｉ（ｔ）；（２）电压和电流取非关联参考方向时，ｐ＝－ｕ（ｔ）ｉ（ｔ）。１.４电路的工作状态１.４.１有载工作状态１.电路电路是为了实现某种需要、由若干电工元器件按一定方式相互连接起来的组合。电气工程中会遇到各种各样的电路，有些比较简单，有些很复杂，通常把比较复杂的电路称为网络，电路与网络没有本质上的差异。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程电路一般由电源（信号源）、负载和中间环节三部分组成，其中，电源（信号源）是将其他形式的能量或信号转换为电能或电信号的装置，例如发电机将机械能转换为电能，传感器将非电量信息转换为电信号等；负载是取用电能、将电能转换为其他形式能量的装置，例如电动机将电能转换为机械能，扬声器将音频信号转换为声音等；连接电源与负载之间的中间环节是传送、控制电能或电信号的部分，它包括连接导线、控制电器和保护元件（开关、熔断器）等。如图１.２－８所示是一个最简单的手电筒电路，电池将化学能转换为电能，是电源，灯泡将电能转换为光能，是负载，开关和导线是连接电池与灯泡的中间环节。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.电路模型由于组成电路的电气设备和器件种类繁多，即使是很简单的电气设备或器件，在工作时所发生的物理现象也是很复杂的，这给电路分析带来了很大困难。但是，这些复杂的物理现象都是由一些基本的物理现象综合而成的，因此，我们可以将电气设备或器件的基本物理性质用一个对应的理想元件来表示。电路分析的直接对象并不是那些由实际的电工器件构成的电路，而是分析从实际电路抽象出来的电路模型。这些电路模型是由表示实际器件的基本物理性质的理想元件组成的。图１.２－８（ｂ）所示的电路即为图１.２－８（ａ）所示实际电路的电路模型，其中，干电池用电压源Ｅ和内电阻Ｒ０两个理想元件的串联组合表示；消耗电能的灯泡用理想元件电阻Ｒ表示；连接电池与灯泡的开关Ｓ和金属导线的电阻很小，可忽略不计，故作为没有电阻的理想开关和导体处理。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程基本的理想元件有电阻、电容、电感、电压源和电流源等，如图１.２－９所示。１.４.２电路的工作方式电路在工作时，对于电源来说，通常处于以下三种方式之一：有载、开路和短路。１.有载负载与电路接通，负载中有电流通过，该电流称为负载电流，负载电流的大小与负载电阻有关。负载通常都是并联的，它们的两端接在一定的电压下，因此，当负载增加时，负载电阻减小，负载电流增大，即功率增大。一般所说的负载大小，指的是负载电流或功率的大小，而不是指负载电阻的大小。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.开路负载与电源未接通，电路断开，电路中电流为零，此时电源的端电压叫做空载电压或者开路电压，如图１.２－１０所示，如果开关Ｋ置于触点２，电路处于断开状态，称为开路或者断路。开路时，外电路电阻无穷大（空气不导电），电路中没有电流，电源的端电压等于电动势，电源不输出电能，即Ｉ＝０，Ｕ＝Ｅ。３.短路如果将图１.２－１０开关Ｋ置于触点３处，负载电阻为零（不考虑导线电阻）。好比直接将电源的正极接到负极上，此时电路处于短路状态（俗称连火）。短路是指由于某种原因使电源直接接通，这时电源两端的外电阻等于零，电源输出的电流仅由电源内阻限制，此电流称为短路电流。电源内阻一般很小，所以短路电流将很大，以至烧毁电源、导线等。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.５理想电路元件１.５.１电阻元件１.电阻元件在导体中，电荷作定向运动时会受到一定的阻力，反映导体对电流运动呈现阻碍作用的电路参数称为电阻。电阻元件是经过科学抽象后定义出的三种元件中最基本的理想元件之一，它代表消耗电能的理想电路元件，具有阻碍电流流动的作用。电阻元件的特性可以用元件电压与元件电流的代数关系表示，这种关系称为电压－电流关系（缩写为ＶＣＲ），也称为伏安特性。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.线性电阻及欧姆定律当流过电阻的电流或加在电阻两端的电压发生变化时，电阻的阻值恒定不变，则称该电阻为线性电阻，其伏安特性曲线为一条通过坐标原点的直线，如图１.２－１１所示。只含有线性元件的电路称为线性电路，否则称为非线性电阻元件，二极管的伏安特性曲线如图１.２－１２所示。３.电阻的串联若电路中有两个或两个以上的电阻首尾相接、中间没有分支，在电源的作用下，各元件流过同一个电流，则称该连接方式为电阻的串联。ｎ个线性电阻串联的电路如图１.２－１３（ａ）所示，设电压和电流的参考方向如图１.２－１３（ａ）所示，根据ＫＶＬ和欧姆定律有：上一页下一页返回任务过程２理论教学过程４.电阻的并联若电路中有两个或两个以上的电阻，其首尾两端分别连接于两个节点之间，每个电阻两端的电压都相同，则称这种连接方式为电阻的并联。图１.２－１４（ａ）为ｎ个电阻并联电路。并联电路的基本特点是各元件两端的电压相同。根据ＫＣＬ有Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２＋…＋Ｉｎ把图１.２－１４（ａ）等效为图１.２－１４（ｂ）的形式。此时，两电路的端口电压与电流关系完全相同，所以两电路等效。显然，当有ｎ个电阻并联时，其等效电阻的倒数等于ｎ个电阻倒数之和。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.５.２电感元件１.线性电感元件实际电感器是由导线绕制而成的线圈，如图１.２－１５所示，当电流通过线圈时，线圈周围就建立了磁场。若穿过一匝线圈的磁通量为Φ，线圈的匝数为Ｎ，那么穿过线圈的磁链为Ψ＝ＮΦ，磁通量Φ、磁链Ψ的ＳＩ单位为韦伯（Ｗｂ）。若线圈中电流和磁链之间的关系可以由Ψ－ｉ平面上一条不随时间变化且通过零点的直线来确定，则该电感线圈称为线性时不变电感元件，简称电感元件。电感元件的磁链Ψ与电流ｉ的关系为Ψ＝Ｌｉ上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.电感元件电压、电流关系当通过电感的电流ｉ发生变化时，电感中会产生感应电动势ｅ，其两端就存在感应电压ｕＬ，在电流、电动势、电压取如图１.２－１５（ｂ）所示的参考方向时，３.电感元件的磁场能量在电压、电流取关联参考方向时，电感元件吸收的瞬时功率为上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.５.３电容元件１.线性电容元件电容元件的图形符号如图１.２－１６（ａ）所示，电容元件极板存储的电荷量ｑ与其电压ｕＣ成正比，即ｑ＝ＣｕＣ（１.２－９）式中，Ｃ是电容元件的参数，称为电容，单位为法拉（Ｆ），简称法。２.电容元件的电压－电流关系在电容元件上，若电压、电流取关联参考方向，如图１.２－１６（ａ）所示，根据电流的定义及式（１.２－３）得上一页下一页返回任务过程２理论教学过程３.电容元件的电场能量在电压与电流取关联参考方向时，电容元件吸收的瞬时功率为则从时间ｔ１到ｔ２内，电容元件存储的能量为上一页下一页返回任务过程２理论教学过程４.电容元件的充、放电前面介绍的电路中的电流和电压在给定条件下达到某一稳态值的状态称为稳态。在直流电路中，稳态的特征是电路各部分电流和电压的大小和方向不随时间变化；在交流电路中，稳态的特征是电路各部分电流和电压的初相位、角频率和最大值一定。电路从一种稳态转到另一种新的稳态往往不能跃变，而是需要一定的过程（时间），这个物理过程称为过渡过程。电路的过渡过程往往是短暂的，所以电路在过渡过程中的工作状态又称为暂态。为了了解电容器的充、放电过程，并研究它们的特点及规律，我们来分析其实验电路，如图１.２－１７所示。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１）充电过程开关Ｋ的原始位置为２，此时电容器Ｃ两端的电压ＵＣ＝０。在ｔ＝０时刻，开关Ｋ由位置２扳向位置１，电容器Ｃ开始充电，根据测得电压、电流随时间变化的数据，画出ｕＣ－ｔ及ｉＣ－ｔ的变化曲线如图１.２－１８所示。２）放电过程开关Ｋ的原始位置为１，这时Ｃ已充满电荷，其电压值ＵＣ＝０。在ｔ＝０时刻，Ｋ由位置１扳至位置２，Ｃ开始放电，根据测得电压、电流随时间变化的数据，画出ｕＣ－ｔ及ｉＣ－ｔ的变化曲线，如图１.２－１９所示。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程３）时间常数τ图１.２－１７电路无论是充电还是放电，都是一个串联形式的ＲＣ电路。在充电时，起始电流就是最大的充电电流，其值为Ｅ／Ｒ。电容器的容量Ｃ越大，产生一定的ＵＣ所需的电荷量越多，电荷充满所需的时间越长；电容电压小，则形成同样的电压所需的电荷越少，电荷充满所需的时间越短。现在将Ｃ固定，Ｒ值增大时，充电电流变小，形成某一电压值所需电荷积累的时间变长；而当Ｒ值流小时，则充电电流变大，形成同一电压值所需的时间变短。可见，Ｒ和Ｃ值变大时，充电变慢，反之则变快。为了全面地考虑Ｒ、Ｃ对充、放电的影响，在实际中用Ｒ、Ｃ两者的乘积来描述Ｒ－Ｃ电路充、放电的快慢，其Ｒ·Ｃ值称为时间常数τ，即τ＝Ｒ·Ｃ（１.２－１０）上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.５.４电压源１.理想电压源不管外部电路状态如何，理想电压源两端的电压总保持定值ＵＳ或者是一定的时间函数，而与流过它的电流无关。理想电压源的符号及直流伏安特性如图１.２－２０所示。２.实际电压源理想电压源实际上是不存在的，实际的电压源两端电压会随着流过它的电流的变化而有所变化，可以用一个理想电压源和电阻相串联的模型来表征，如图１.２－２１所示。电阻Ｒ０称为电压源的内阻，从电压源模型可求出电压源的端电压为Ｕ＝ＵＳ－ＩＲ０。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.５.５电流源１.理想电流源不管外部电路状态如何，理想电流源的输出电流总保持定值ＩＳ或为一定的时间函数，而与端电压无关。理想电流源的符号及直流伏安特性如图１.２－２２所示。２.实际电流源理想电流源实际上是不存在的，实际电流源内部也有能量消耗，可以用一个理想电流源和电阻并联的模型来表征实际电流源，如图１.２－２３（ａ）所示，电阻Ｒ０为电流源的内阻。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程３.受控源以上介绍的电压源和电流源都是独立电源，还有一种电源叫做受控源，受控电压源的电压受其他支路的电压或电流的控制，受控电流源的电流受其他支路的电压或电流的控制。受控源又称为非独立源。根据控制量的不同，受控源可以分为以下四种：电压控制电压源（ＶＣＶＳ）、电压控制电流源（ＶＣＣＳ）、电流控制电压源（ＣＣＶＳ）、电流控制电流源（ＣＣＣＳ）。它们的电路符号如图１.２－２４所示。上述四种受控源的特性方程分别为上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.６基尔霍夫定律１.６.１电路常用术语常用的电路术语有支路、节点、回路和网孔。１.支路（Ｂｒａｎｃｈ）电路中通过相同的电流而不具有任何分支的一段电路称为支路。２.节点（Ｎｏｄｅ）三条或三条以上支路的结合点称为节点。３.回路（Ｌｏｏｐ）电路中任意一条或多条支路组成的闭合路径称为回路。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程４.网孔（Ｍｅｓｈ）电路中不包含其他任何支路的回路称为网孔。１.６.２基尔霍夫电流定律（ＫｉｒｃｈｏｆｆｓＣｕｒｒｅｎｔＬａｗ，ＫＣＬ）ＫＣＬ指出：在电路中，任何时刻对任一节点流出（流入）该节点的全部支路电流的代数和恒等于零，即∑ｉ＝０列写ＫＣＬ方程时，必须首先约定电路中每一支路电流的参考方向，才能根据其流出或流入节点来确定它在代数和中取正号或负号。如对于图１.２－２５中的节点ａ，在图示各电流的参考方向下，由ＫＣＬ有上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.６.３基尔霍夫第二定律（ＫｉｒｃｈｏｆｆｓＶｏｌｔａｇｅＬａｗ，ＫＶＬ）ＫＶＬ指出：在电路中，任何时刻沿着任一规定的回路方向，所有支路电压的代数和恒等于零，即∑ｕ＝０（１.２－１３）应用ＫＶＬ时，回路的绕行方向是任意设定的，当各支路电压的参考方向和回路方向一致时取正号，相反时取负号。如图１.２－２８所示电路，根据ＫＶＬ可对电路列出如下ＫＶＬ方程：ＫＶＬ不仅应用于电路中的任意闭合回路，同时也可推广应用于回路的部分电路。如图１.２－２９所示，Ｕ＝Ｕ１＋Ｕ２－Ｕ３。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.７电路的基本定律１.７.１叠加定理在线性电路中，多个激励共同作用时，在任一支路中产生的响应等于各个激励单独作用时在该支路所产生响应的代数和。这一定理的含义如图１.２－３１所示。在图１.２－３１（ａ）所示电路中，Ｉ１和Ｉ２可以看成由电压源ＵＳ、电流源ＩＳ分别单独作用下产生电流的代数和。１.７.２戴维南定理戴维南定理又称为等效电源定理，它提供了分析含独立源的二端网络等效电路的一般方戴维南宁定理法，是分析电路的重要工具。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程１.戴维南定理任何一个线性有源二端网络对外电路而言，都可以用一个电压源和一个电阻的串联组合来代替，如图１.２－３３（ｂ）所示。电压源的电压等于该网络Ｎ的开路电压Ｕｏｃ，如图１.２－３３所示；其串联电阻等于该网络Ｎ中所有独立源置零时的输入电阻Ｒｉｎ，如图１.２－３３（ｄ）所示。独立源置零即理想电压源短路，理想电流源开路。上述电压源和电阻的串联支路为戴维南等效电路，等效电路中的电阻有时称为戴维南等效电阻。当二端网络用戴维南等效电路代替后，端口以外的电路（以后称为外电路或负载支路）中的电压、电流均保持不变。这种等效变换称为对外等效。上一页下一页返回任务过程２理论教学过程２.等效电阻应用戴维南定理需要求出等效电阻（或称输入电阻），等效电阻的求解方法如下：（１）将网络内所有的独立源置零，即电压源用短路代替，电流源用开路代替，用电阻串、并联或星形与三角形等效变换进行化简，计算ａ、ｂ端口的等效电阻；（２）将网络内所有的独立源置零，在ａ、ｂ端口处施加电压Ｕ，计算或测量输入端口的电流Ｉ，则等效电阻Ｒ０＝Ｕ/Ｉ，如图１.２－３７（ａ）所示；（３）用实验方法测量或用计算方法求出该二端网络的开路电压Ｕｏｃ和短路电流Ｉｓｃ，根据图１.２－３７（ｂ）和１.２－３７（ｃ）可以看出，等效电阻为上一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程１.８知识拓展１.８.１电桥电路对于非常微弱的被测量必须用专门的电路来测量，最常用的电路是各种电桥电路，主要有直流电桥电路和交流电桥电路。电桥电路的作用是把电阻变化率ΔＲ／Ｒ转换成电压输出，然后提供给放大电路放大后进行测量。１.桥路形式常用的电阻电桥由四个电阻组成桥臂，一个对角接电源，另一个对角作为输出，如图１.３－１所示。下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程２.工作方式电桥的工作方式有单臂工作、双臂工作和全桥方式三种方式。电桥中只有一个臂接入被测量，其他三个臂采用固定电阻，称为单臂工作电桥；如果电桥两个臂接入被测量，另外两个为固定电阻就称为双臂工作电桥，又称为半桥形式；如果四个桥臂都接入被测量则称为全桥形式。３.输出方式电桥的输出方式有电流型和电压型两种，主要根据负载情况而定。１）电流输出型当电桥的输出信号较大，输出端又接入电阻值较小的负载进行测量时，如检流计或光线示波器，电桥将以电流形式输出。上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程２）电压输出型当电桥输出端接有放大器时，由于放大器的输入阻抗很高，所以可以认为电桥的负载电阻无穷大，这时电桥以电压的形式输出。１.８.２敏感型电阻电阻器是组成各种电子线路的主要元件之一，目前绝大多数电子产品都离不开电阻。电阻的种类很多，在此仅对敏感型电阻作简单的介绍。敏感型电阻的电阻值对外界条件变化十分敏感，因此利用它们可以将许多非电量的信息转换成电信号，如温度、湿度、光照、速度、加速度、位移、压力、磁场等。敏感型元件应该具备下列条件：（１）灵敏度高；（２）测量范围宽；上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程（３）准确可靠，重复性好；（４）响应速度快；（５）能在复杂的环境中使用；（６）老化效应小；（７）有良好的互换性，体积小；（８）制造工艺简单，成本低；（９）使用方便。上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程１.９科技小制作１.９.１扩大电流表量程的设计与制作微安表是一种小量程的电流表，测量范围比较小，有时不能满足实际电路中电流的测量，这就需要扩大微安表的量程；我们知道，并联电路电流的分配与电阻的大小成反比，电阻越小，通过电阻的电流越大，电路的总电流为各支路电流之和。微安表表头结构如图１.３－２所示。上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程１.电流表的量程扩大原理基本参数：表头内阻ＲＧ，表头的满偏电流ＩＧ。给微安表并联一个电阻，如图１.３－３所示。当改装的电流表的量程为Ｉ时，即通过电流表的电流为Ｉ时，表头指正应指向满刻度，微安表中通过的电流为ＩＧ，并联电阻中通过的电流为Ｉ－ＩＧ，此时ＩＧＲＧ＝（Ｉ－ＩＧ）ＲＡ，这样在知道总量程时，可计算出并联分流电阻ＲＡ＝（Ｉ=ＲＧ）／（Ｉ－Ｉ=）。由此可得出，微安表改装为电流表的原理是利用并联电阻的分流作用。２.实验验证电路实验电路如图１.３－４所示。上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程３.改装制作微安表ＩＧ＝１００μＡ，ＲＧ＝２ｋΩ，要求将其改装为量程分别为１０ｍＡ和１００ｍＡ的电流表。１）微安表量程电流扩大为Ｉ＝１０ｍＡ方法：给微安表并联分流电阻ＲＡＲＡ＝ＵＡ／ＩＡ＝ＩｇＲｇ／Ｉ－Ｉｇ＝０.２／９.９×１０－３≈２０.２（Ω）实做：（１）给微安表并联２０.２Ω的分流电阻，将基本表改装为１０ｍＡ的电流表；（２）按项目实施电路，将改装电流表和标准电流表接在一起，在电路中接入一个１ｋΩ的电阻；上一页下一页返回任务过程３理论与实践相结合的教学过程（３）调节输入电压，使标准电流表的读数如下表所示，读取改装电流表的读数，并记录之。２）微安表量程电流扩大为Ｉ＝１００ｍＡ方法：给微安表并联分流电阻Ｒ′１.９