电模第一章电路的基本概念

1、电模第一章电路的基本概念第1页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五目 录1、电路的基本概念4、交流电路分析2、电阻电路分析3、动态电路分析分析5、半导体二极管及其应用电路6、放大电路基础7、负反馈放大电路第2页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五前后续课程及联系数字逻辑单片机原理嵌入式系统微机原理传感器及电子测量高等数学线性代数积分变换大学物理复变函数电模组成原理生物医学电子学与医学仪器EDA技术第3页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五教学内容本课程共96学时，由电路原理和模拟电子技术两大模块组成。主要内容包括：（1）直流电路

2、分析，其中包括线性电路分析的主要内容，如基尔霍夫定理、叠加定理、戴维南定理等；（2）交流电路分析，主要使利用相量法分析动态电路； 第4页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五（3）三相电，主要分析三相电源、三相负载的电压、电流、功率特性；（4）分立原件,主要是介绍二极管、三极管的伏安特性，并能分析分立原件组成的放大电路的特性；（5）反馈电路，介绍反馈的类型及反馈的作用；（6）理想运放电路，主要使介绍运放的特性及分析理想运放的功能。第5页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五考核方式：课程结束考试方式：闭卷笔试总评成绩期末考试成绩40作业成绩20+ 平时表

3、现5% + 课堂笔记10%+ 阶段测验15%+ 课程论文10%注：总评成绩60分以上（包括60分）算考试通过。第6页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五第1章 电路的基本概念电路和电路模型1.1有源二端原件1.5电流和电压的参考方向1.2电功率和能量1.3受控源1.6无源二端原件1.4基尔霍夫定律1.7首 页本章重点第7页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五3. 基尔霍夫定律1. 电压、电流的参考方向2. 电路元件特性 重点： 难点：2. 受控源 3. 功率计算1. 参考方向的概念第8页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五1.1

4、 电路和电路模型 由实际元器件构成的电流所通过的路径称为电路。第9页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五 电路通常由电源、负载和中间环节三部分组成。 电路的组成1、电路的组成及其功能火线.零线电源连接导线和其余设备为中间环节负载第10页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五2 、电路的作用 1提供能量 2传送及处理信号 3测量 4存储信息供电电路电话电路音响放大电路万用表电路存储器电路第11页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五3、电气图用图形符号实际电路 电气图 电路图（电路模型） 第12页，共136页，2022年，5月20日，

5、23点45分，星期五 理想电路元件4、电路元件R+ US电阻元件只具耗能的电特性电容元件只具有储存电能的电特性理想电压源输出电压恒定，输出电流由它和负载共同决定理想电流源 输出电流恒定，两端电压由它和负载共同决定。L电感元件只具有储存磁能的电特性IS 理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其电特性单一、精确，可定量分析和计算。C第13页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五1.2 电路的基本物理量 电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。1.电流及其参考方向电流电流强度电荷有规则的定向运动单位时

6、间内通过导体横截面的电荷量下 页上 页返 回第14页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五方向 规定正电荷的运动方向为电流的实际方向单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能: 实际方向AB实际方向AB下 页上 页返 回第15页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五电路分析中的假设正方向（参考方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量 的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR第16页，共136页，2022年，5月20日，23点45分

7、，星期五参考方向 大小方向(正负）电流(代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。i 0i 0参考方向U+参考方向U+ 0 吸收正功率 (实际吸收)P0 发出正功率 (实际发出)P0:吸收功率P0:发出功率P0:吸收功率P0:发出功率P0, 电容吸收功率:电容充电。p 0, 电感吸收功率。当电流减小，p0, 电感元件接受能量; 第2个1/3周期中, p=0 电感元件既不发出能量, 也不接受能量; 第3个1/3周期中, p0, 电感元件发出能量。 第71页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五下 页上 页贴片型功率电感贴片电感返 回第72页，共136页，2022

8、年，5月20日，23点45分，星期五下 页上 页贴片型空心线圈可调式电感环形线圈立式功率型电感返 回第73页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五下 页上 页电抗器返 回第74页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五无源元件小结 理想元件的特性 （u 与 i 的关系）LCR第75页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五 1.5 有源二端元件电路符号一、理想电压源定义i+_下 页上 页其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流 i 无关的元件叫理想电压源。返 回第76页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，

9、星期五电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。理想电压源的电压、电流关系ui直流电压源的伏安关系下 页上 页例Ri-+外电路0返 回短路断路理想电压源不能短路！第77页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五电压源的功率电压、电流参考方向非关联；+_iu+_ 电流（正电荷 ）由低电位向高电位移动，外力克服电场力作功，电源发出功率。发出功率，起电源作用物理意义：下 页上 页+_iu+_电压、电流参考方向关联；物理意义：电场力做功，电源吸收功率吸收功率，充当负载返 回第78页，共136页，2022年，5月20

10、日，23点45分，星期五例计算图示电路各元件的功率解发出吸收吸收满足：P（发）P（吸）下 页上 页i+_+_10V5V-+返 回第79页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五理想电压源的串联与并联串联US= USk 电压值相同的电压源才能并联，且每个电源的电流不确定。US2+_+US1注意参考方向US= US1 U S25V+_+_5VI5V+_I+_US并联第80页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。 电路符号二、理想电流源 定义u+_下 页上 页 理想电流源的电压

11、、电流关系电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。返 回u+_第81页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。ui直流电流源的伏安关系下 页上 页0例Ru-+外电路返 回电流源不能开路！第82页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五 可由稳流电子设备产生，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光电子被激发产生一定值的电流等。下 页上 页实际电流源的产生： 电流源的功率u+_电压、电流的参考方向非关联；发出功率，起电源作用电压、电流的参考方向关联；u+_吸收功率，充当负

12、载返 回第83页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五例计算图示电路各元件的功率解发出吸收满足：P（发）P（吸）下 页上 页u2Ai+_5V-+返 回第84页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五理想电流源的串联与并联 IS1 IS2 IS3 IS并联IS= ISk 注意参考方向IS= IS1+ IS2 IS3 电流相同的理想电流源才能串联，且每个恒流源的端电压均由它本身及外电路共同决定。串联第85页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五想想练练ISUS ISUS IS1 IS2US1US2？ US？ IS？ ISIs=Is2-Is1

13、 在电路等效的过程中，与理想电压源相并联的电流源不起作用！ 与理想电流源相串联的电压源不起作用！第86页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不 变 量变 化 量E+_abIUabUab = E （常数）Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对 Uab 无影响。IabUabIsI = Is （常数）I 的大小、方向均为恒定，外电路负载对 I 无影响。输出电流 I 可变 - I 的大小、方向均由外电路决定端电压Uab 可变 -Uab 的大小、方向均由外电路决定第87页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五三、实际电源的两种

14、模型及其等效变换 下 页上 页1. 实际电压源 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流很大，可能烧毁电源。usui0考虑内阻伏安特性：一个好的电压源要求i+_u+_注意返 回第88页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五 实际电流源也不允许开路。因其内阻大，若开路，电压很高，可能烧毁电源。isui02. 实际电流源考虑内阻伏安特性：一个好的电流源要求注意ui+_第89页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五直流稳压源变频器频率计函数发生器下 页上 页返 回第90页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五发电机组下 页上 页返

15、回第91页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五草原上的风力发电下 页上 页返 回第92页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五3.电压源和电流源的等效变换 实际电压源、实际电流源两种模型可以进行等效变换，所谓的等效是指端口的电压、电流在转换过程中保持不变。u=uS RS ii =iS GSui = uS/RS u/RS iS=uS /RS GS=1/RS实际电压源实际电流源端口特性_i+uSRS+u_iGS+u_iS比较可得等效条件第93页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五电压源变换为电流源：转换电流源变换为电压源：下 页上 页

16、_i+uSRS+u_转换_i+uSRS+u_小结返 回iGS+u_iSiGS+u_iS第94页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五等效变换的注意事项(1) “等效”是指“对外”等效（等效互换前后对外伏-安特性一致），对内不等效。IsaRObUabI RLaE+-bIUabRORLRO中不消耗能量RO中则消耗能量对内不等效对外等效例如：第95页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五(2) 注意转换前后 E 与 Is 的方向。aE+-bIROE+-bIROaIsaRObIaIsRObI第96页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五(3)

17、 恒压源和恒流源不能等效互换。abIUabIsaE+-bI（不存在）第97页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五 (4)进行电路计算时，恒压源串电阻和恒电流源并电阻两者之间均可等效变换。RO和 RO 不一定是电源内阻。(5)与理想电压源并联的支路对外可以开路等效；(6) 与理想电流源串联的支路对外可以短路等效。第98页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五10V+-2A2I讨论题哪个答案对?+-10V+-4V2第99页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五练习：利用等效变换概念化简下列电路。1、2、510V4A8第100页，共136

18、页，2022年，5月20日，23点45分，星期五例1:求下列各电路的等效电源解:+abU25V(a)+abU5V(c)+a+-2V5VU+-b2(c)+(b)aU 5A23b+(a)a+5V32U+a5AbU3(b)+第101页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五例2:试用电压源与电流源等效变换的方法计算2电阻中的电流。解:8V+22V+2I(d)2由图(d)可得6V3+12V2A6112I(a)2A3122V+I2A61(b)4A2222V+I(c)第102页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五例3： 解：统一电源形式试用电压源与电流源等效变换的方

19、法计算图示电路中1 电阻中的电流。2 +-+-6V4VI2A 3 4 6 12A362AI4211AI4211A24A第103页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五解：I4211A24A1I421A28V+-I4 11A42AI213A第104页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五例4: 电路如图。U110V，IS2A，R11，R22，R35 ，R1 。(1) 求电阻R中的电流I；(2)计算理想电压源U1中的电流IU1和理想电流源IS两端的电压UIS；解：(1)由电源的性质及电源的等效变换可得：aIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU

20、1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)第105页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五(2)由图(a)可得：理想电压源中的电流理想电流源两端的电压aIRISbI1R1(c)aIR1RIS+_U1b(b)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)IR1第106页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五利用电源转换简化电路计算例5:I=0.5AU=20V下 页上 页+15V_+8V77返 回5A3472AI？1.6A+_U=？5510V10V+_2.+_U2.52A6A第107页，共136页，2022年，5月

21、20日，23点45分，星期五例6:把电路转换成一个电压源和一个电阻的串连10V1010V6A+_1.70V10+_第108页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五106A1A107A1070V+_10V1010V6A+_1.第109页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五1.6 受控源 电路符号+受控电压源1.定义受控电流源 电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。下 页上 页返 回第110页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五电流控制的电流源 ( CCCS ) : 电流放

22、大倍数 根据控制量和被控制量是电压u 或电流i，受控源可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。2.分类四端元件输出：受控部分输入：控制部分下 页上 页b i1+_u2i2_u1i1+返 回第111页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五g: 转移电导 电压控制的电流源 ( VCCS )电压控制的电压源 ( VCVS ): 电压放大倍数 gu1+_u2i2_u1i1+下 页上 页i1u1+_u2i2_u1+_返 回第112页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五电流控制的电压源 ( CCVS )r : 转移

23、电阻 例电路模型ibicib下 页上 页ri1+_u2i2_u1i1+_返 回第113页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五3.受控源与独立源的比较独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电压或电流对另一处的电压或电流的控制关系，在电路中不能作为“激励”。下 页上 页返 回第114页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五例求：电压u2解5i1+_u2_i1+-3u1=6V下 页上 页返 回第115页，共136页，2

24、022年，5月20日，23点45分，星期五1.7 基尔霍夫定律 基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律 （KCL）和基尔霍夫电压定律( KVL )。它反映了电路中所有支路电压和电流所遵循的基本规律，是分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件特性构成了电路分析的基础。下 页上 页返 回第116页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五支路：电路中的流过同一电流的分支。 一条支路流过一个电流，称为支路电流。结点：三条或三条以上支路的联接点。回路：由支路组成的闭合路径。网孔：内部不含支路的回路。I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1123第117页，共136页，2022年，

25、5月20日，23点45分，星期五例支路：ab、bc、ca、 （共6条）回路：abda、abca、 adbca （共7 个）结点：a、 b、c、d (共4个）网孔：abd、 abc、bcd （共3 个）adbcE+GR3R4R1R2I2I4IGI1I3I第118页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五 基尔霍夫电流定律(KCL定律)1定律 在任一瞬间，流向任一结点的电流等于流出该结点的电流。 实质: 电荷守恒定理的体现。即: = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E1对结点 a：-I1-I2+I3= 0 基尔霍夫电流定律（KCL）反映了电路中任一结点处各支路电流间相

26、互制约的关系。注意： 流出节点的电流为正，流入节点的电流取负。第119页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五 电流定律可以推广应用于包围部分电路的任一假设的闭合面。2推广I =?例:广义结点I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2+_+_I51156V12V第120页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五KCL的推广应用 二端网络的两个对外引出端子，电流由一端流入、从另一端流出，因此两个端子上的电流数值相等。只有一条支路相连时： i=0ABi1i2i3IA = IAB ICAABi1i2ABi 图示B封闭曲面均可视为广义结点，第1

27、21页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五解I1I2I3I4由基尔霍夫电流定律可列出-I1+I2-I3+I40-2+（3）-（2）+I40可得 I43A已知：如图所示，I12A，I23A，I32A，试求I4。返回第122页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五uA = u B?ABi2i1i1 =i2jA = j B+_1+_113V1112Vi1 = i2?右封闭曲面可视为广义节点第123页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五 基尔霍夫电压定律（KVL定律)1定律即： U = 0 在任一瞬间，沿任一回路循行方向，回路中各段电压的

28、代数和恒等于零。对回路1：对回路2： I1 R1 +I3 R3 E1 = 0I2 R2+I3 R3 E2 = 0I1I2I3ba+-E2R2+ -R3R1E112注意： 与绕行方向一致（降压）的电压为正，否则取负。第124页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五1列方程前标注回路循行方向； 电位升 = 电位降 E2 =UBE + I2R2 U = 0 I2R2 E2 + UBE = 02应用 U = 0列方程时，项前符号的确定：3. 开口电压可按回路处理 注意：1对回路1：E1UBEE+B+R1+E2R2I2_第125页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星

29、期五例：对网孔abda：对网孔acba：对网孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 E = 0对回路 adbca，沿逆时针方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0应用 U = 0列方程对回路 cadc，沿逆时针方向循行： I2 R2 I1 R1 + E = 0adbcE+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I第126页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五KVL定律的推广应用 或写作对假想回路列 KVL：USIUR+_+_US IR U = 0U = US IR第127页，共136页，2022年，5月20日，23点45分，星期五KVL定律的推广应用 ABCUA+_UAB+_U