影像电子学基础

影像电子学基础物理（电工学部分）影像电子学基础第一章

直流电路影像电子学基础

第一节电路的基本概念第一章直流电路内容提要：本章介绍电路的基本概念和基本定律等。教学要求：

掌握电路的作用与组成部分、电路模型、电压和电流的参考方向、电路有载工作状态、开路与短路、电位等基本概念和欧姆定律、基尔霍夫定律等基本定律及其正确应用。影像电子学基础一.电路和模型电路电路：

就是电流所通过的路径。它是由电路元件按一定方式组合而成的。电路的作用：

实现电能的传输和转换，信号的传递和处理。电路的组成：

包括电源、负载、和中间环节三个组成部分。

1.电路的组成和作用影像电子学基础第一节电路的基本概念第二节基尔霍夫定律第三节电路的等效变换电路的基本定律与分析方法第一章第四节电路的基本定理第五节电容器及其充放电电路影像电子学基础电源：将非电能转换成电能的装置。例如：发电机、干电池负载：将电能转换成非电能的装置。例如：电动机、电炉、电灯中间环节：连接电源和负载的部分，起传输和分配电能的作用。例如：输电线路发电机

电灯电动机电炉

升压变压器

降压变压器

输电线

电源中间环节负载影像电子学基础

电子电路，即信号处理电路它的作用主要为传递和处理信号。放大器中间环节信号源问题讨论负载电源影像电子学基础干电池灯泡开关导线电源中间环节负载2.电路模型影像电子学基础2.电路模型

负载

电源理想电路元件：

在一定条件下，突出其主要电磁性能，忽略次要因素，将实际电路元件理想化（模型化）。主要有电阻、电感、电容元件。电路模型：由理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模型。E+_R0R电池灯泡+_影像电子学基础名称符号名称符号名称符号名称符号干电池或蓄电池电位器微调电容熔断丝理想电压源热敏电阻电解电容相连接导线理想电流源光敏电阻电感线圈不相连接导线固定电阻固定电容带铁心线圈接地可变电阻可变电容开关灯泡+_+_+部分元件的图形符号影像电子学基础二、电路的基本参量电路的基本参量电流电压电位功率电动势EIUR+_+_影像电子学基础物理量的方向：实际方向参考方向实际方向：物理中对电量规定的方向。参考方向：（正方向）：在分析计算时，对电量人为任意设定的方向。I正值I负值1.电流电流：电荷的定向移动形成了电流（电流的实际方向规定为：正电荷的运动方向）影像电子学基础正负号u_+ab

双下标箭头uab电压+-IR电流：从高电位指向低电位。电压：电场力把单位正电荷从a点移动到b所做的功称为ab两点间的电压（电压的实际方向规定为：电压降低的方向）ab2.电压和电位电路的基本参量Uab（高电位在前，低电位在后）影像电子学基础电路的基本参量电位：即电场中某点的电势。数值上等于电场力把单位正电荷从某点移动到无限远处所做的功。电路中两点的电压就是该两点间的电势差。ab在电路中任选一结点，设其电位为零0（用此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。标记），影像电子学基础Va=5V

a

点电位：ab15Aab15AVb=-5V

b

点电位：

参考点不同，各点电位即不同，但任意两点电位差（即电压值）不变。Uab＝Va－Vb＝5－0＝0－(－5)＝5V例在电路中任选一结点，设其电位为零0（用此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。标记），影像电子学基础Uab=610=60VUca=204=80VUda=56=30VUcb=140VUdb=90V以a点为参考点Vb-Va=UbaVb=Uba=-60VVc-Va=UcaVc=Uca=+80VVd-Va=UdaVd=Uda=+30V例以b点为参考点

Va=Uab=+60V

Vc=Ucb=+140V

Vd=Udb=+90VE1=140V+_E2=90V+_20564A6A10Acbda影像电子学基础

（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位为零）之间的电压；（2）参考点选的不同，电路中各点的电位值随着改变，但是任意两点间的电压值是不变的。所以各点电位的高低是相对的，而两点间的电压是绝对的。小结影像电子学基础电位在电路中的表示法：E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2R1R2R3E1E2影像电子学基础电位在电路中的表示法：影像电子学基础R1R2+15V-15V

参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-影像电子学基础电路分析中的参考方向（正方向）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+_+_影像电子学基础(1)在解题前先设定一个方向，作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；影像电子学基础例已知：E=2V,R=1Ω问：当U分别为3V和1V时，IR=?解：(1)假定电路中物理量的正方向如图所示；(2)列电路方程：IRURU+_+_E

Rab+_影像电子学基础(3)数值计算（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）E

IRRURabU+_+_+_影像电子学基础(4)为了避免列方程时出错，习惯上把

I

与U

的方向按相同方向假设。(1)方程式U/I=R

仅适用于正方向一致的情况。(2)“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“一个方向”

(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.提示影像电子学基础（1）电功电功—电场力推动自由电荷发生定向移动所做的功。在纯电阻电路中，电功的公式也可可写成电流做功的过程实际上就是电能转化成其它形式的能的过程。电能作了多少功，就有多少其它形式的能转换成其它形式的能。3.电功率影像电子学基础（2）电功率电功率—电流所做的功跟完成这些功所用的时间的比值。电功率的单位是瓦特，代号W。在纯电阻电路中，电功的公式也可写成3.电功率影像电子学基础电动势：从电源内部由低电位指向高电位。EIUR+_+_4.电动势影像电子学基础物理量实际方向的表示方法正负号u_+abUab（高电位在前，低电位在后）

双下标箭头uab电压+-IR电流：从高电位指向低电位。IRUabE+_ab+_电池灯泡+_电动势：从电源内部由低电位指向高电位。影像电子学基础物理量的实际方向影像电子学基础3.支路、节点和回路节点：三个或三个以上支路的连接点支路：没有分支的部分电路回路：电路中任一个闭合路径网孔：内部不含支路的回路名词注释：影像电子学基础节点：2个

ac支路：3个

abcadcac回路：3个

abcdaacdaabca网孔：2个

acdaabca不含支路的回路影像电子学基础用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。

第二节基尔霍夫定律一、电路的概念节点：三个或三个以上支路的连接点支路：没有分支的部分电路回路：电路中任一个闭合路径网孔：内部不含支路的回路名词注释：影像电子学基础节点：2个

ac支路：3个

abcadcac回路：3个

abcdaacdaabca网孔：2个

acdaabca不含支路的回路例例影像电子学基础

对任何节点，在任一瞬间，流入结点的电流等于流出结点的电流。或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为0。I1I2I3I4I=0即：例或：二、基尔霍夫电流定律I入

=I出即：影像电子学基础电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0基尔霍夫定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_R影像电子学基础CABIAIBICIacIbaIcbIA+IB+IC=0例影像电子学基础

对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或：电压的代数和为

0。例如：回路a-d-c-a电位升电位降即：或：I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1I2I5I6I4-三、基尔霍夫电压定律影像电子学基础U4E2E1U1R1U2U1R2I1I2R3abcd应用基尔霍夫电压定律前，先确定回路电压的参考方向，和饶行方向电阻上电流的方向和饶行方向一致，取正号电源上沿饶行方向，先看到正号，取正；先看到负号，取负饶行方向abcda:回路方程为：+I1R1+-I2R2+E2-E1=0例影像电子学基础E+_RabUabI基尔霍夫电压定律也适合开口电路。例+_电位升电位降或：影像电子学基础UAB+UBCUCDUDAABCD+++____例已知：UAB=5VUBC=-4VUDA=-3V解：(1)5+（-4）+UCD+(-3)=0UAB+UBC+UCD+UDA=0UCD=-5+4+3=2(V)(2)ABCA不是闭合回路，也可应用基尔霍夫电压定律求：（1）UCD；（2）UCAUAB+UBC+UCA=05+（-4）+UCA=0UCA=-5+4=-1（V）影像电子学基础四、全电路欧姆定律

(支路中含有电动势时的欧姆定律)E+_R0RIU或外电路U内电路UO影像电子学基础E+_R0RIU已知：E=3V,U=2.9V，R=8.7Ω求：

RO

和

I。解：例影像电子学基础作业：P17、18复习思考题1-101-11退出第一帮助回退前进开始最后返回影像电子学基础一、电阻的串并联及其等效变换1.串联电阻的等效变换定义:若干个电阻一个接一个顺序相连,并且流过同一个电流。

2.

等效电阻:R=R1+R2+…+Rn=UR_+UU1U2R1R2+_++__II

第三节电路的等效变换影像电子学基础3.分压公式:各段电压降与阻值成正比。并且：UR_+UU1U2R1R2+_++__4.作用:分压、限流II影像电子学基础2.并联电阻的等效变换1.定义:若干个电阻都连接到同一对节点上，并联时各电阻承受同一电压。2.等效电阻:…R1R2RnI1I2InIU+_影像电子学基础3.分流公式:

即电流分配与电阻成反比。功率：4.应用：分流

负载大多为并联运行。影像电子学基础1.电压源伏安特性电压源模型IUERo越大斜率越大主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。UIRO+-E+_二、电压源及电流源的等效变换影像电子学基础理想电压源（恒压源）:RO=0时的电压源.特点：(1）输出电压不变，其值恒等于电动势。即Uab

E；

（2）电源中的电流由外电路决定。伏安特性IUabEEI+_abUab+_影像电子学基础恒压源中的电流由外电路决定设:

E=10V当R1

R2

同时接入时：I=10A例

当R1接入时：I=5A则：IE+_abUab2R1R22+_影像电子学基础恒压源特性中不变的是：_____________E恒压源特性中变化的是：_____________I_________________会引起I的变化。外电路的改变I的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向+_I恒压源特性小结EUababR+_影像电子学基础2.电流源IsUabI外特性

电流源模型RORO越大特性越陡ISROabUabI+_影像电子学基础理想电流源（恒流源):

RO=

时的电流源.特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流IS；

IUabIS伏安特性（2）输出电压由外电路决定。abIUabIs+_影像电子学基础恒流源两端电压由外电路决定设:IS=1AR=10

时，U=10

VR=1

时，U=1

V则:例IUIsR+_影像电子学基础恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：_____________Is恒流源特性中变化的是：_____________Uab_________________会引起Uab

的变化。外电路的改变Uab的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向abIUabIsR+_影像电子学基础恒流源举例IcIbUce

当I

b

确定后，Ic

就基本确定了。在IC

基本恒定的范围内，Ic

可视为恒流源(电路元件的抽象)。晶体三极管:cebIb+-E+-UceIc影像电子学基础电压源中的电流如何决定？电流源两端的电压等于多少？例IER_+abUab=?Is原则：Is不能变，E不能变。电压源中的电流I=IS恒流源两端的电压+_影像电子学基础恒压源与恒流源特性比较恒压源恒流源不变量变化量Uab的大小、方向均为恒定，外电路负载对Uab

无影响。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E+_abIUabUab=E

（常数）+_aIbUabIsI=Is

（常数）+_影像电子学基础3.电压源和电流源的等效互换等效互换的条件：对外的电压电流相等。I=I'Uab

=Uab'即：IRO+-EbaUab+_ISabUab'I'RO'+_影像电子学基础等效互换公式IRO+-EbaUab则I=I'Uab=Uab'若ISabUab'I'RO'+_+_影像电子学基础电压源ab电流源Uab'RO'IsI'+_aE+-bIUabRO_+影像电子学基础等效变换的注意事项“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。(1)时：例如：RO中不消耗能量RO'中则消耗能量对内不等效对外等效aE+-bIUabRORL+_IsaRO'bUab'I'RL+_影像电子学基础注意转换前后E

与Is

的方向(2)aE+-bIROE+-bIROaIsaRO'bI'aIsRO'bI'影像电子学基础(3)恒压源和恒流源不能等效互换aE+-bI（不存在）abI'Uab'Is+_影像电子学基础

进行电路计算时，恒压源串电阻和恒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。(4)影像电子学基础R1R3IsR2R5R4I3I1I应用举例-+IsR1E1+-R3R2R5R4IE3I=?影像电子学基础IsR5R4IR1//R2//R3I1+I3R1R3IsR2R5R4I3I1I影像电子学基础+RdEd+R4E4R5I--ISR5R4IR1//R2//R3I1+I3影像电子学基础

在多个电源同时作用的线性电路(电路参数不随电压、电流的变化而改变)中，任何支路的电流或任意两点间的电压，都是各个电源单独作用时所得结果的代数和。+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_原电路I2''R1I1''R2ABE2I3''R3+_E2单独作用一、叠加定理+_AE1BI2'R1I1'R2I3'R3E1单独作用

第四节电路的基本定理影像电子学基础I2'I1'AI2''I1''+BI2R1I1E1R2AE2I3R3+_+_E1+B_R1R2I3'R3R1R2ABE2I3''R3+_影像电子学基础应用迭加定理要注意的问题1.迭加定理只适用于线性电路（电路参数不随电压、电流的变化而改变）。2.迭加时只将电源分别考虑，电路的结构和参数不变。暂时不予考虑的恒压源应予以短路，即令E=0；暂时不予考虑的恒流源应予以开路，即令Is=0。3.解题时要标明各支路电流、电压的正方向。原电路中各电压、电流的最后结果是各分电压、分电流的代数和。=+影像电子学基础4.迭加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功率。如：5.运用迭加定理时也可以把电源分组求解，每个分电路的电源个数可能不止一个。

设：则：I3R3=+影像电子学基础例+-10I4A20V1010用叠加原理求：I=?I'=2AI"=-1AI=I'+I"=1A+10I´4A1010+-10I"20V1010解：影像电子学基础有源二端网络REdRd+_R注意：“等效”是指对端口外等效概念：有源二端网络用电压源模型等效。

二、戴维南定理二端网络：若一个电路只通过两个输出端与外电路相联，则该电路称为“二端网络”。影像电子学基础等效电压源的内阻等于有源二端网络相应的无源二端网络的输入电阻。（有源网络变无源网络的原则是：电压源短路，电流源断路）等效电压源的电动势（Ed

）等于有源二端网络的开端电压；有源二端网络R相应的无源二端网络ABABEdRd+_RAB有源二端网络AB+_影像电子学基础P12例1-4影像电子学基础一、电容器及电容电容器是储存电荷的容器。电容器由两块金属板和极板间的绝缘介质以及两根引线构成。++++----+q-qui+-（单位：F,F,pF）1F=106

F=1012pF第五节电容器及其充放电路1、电容器影像电子学基础+电容符号有极性无极性_影像电子学基础2、电容器的串联和并联（1）各个电容器的带电量都相等

Q=Q1=Q2

U=U1+U2（2）总电压等于各分电压之和+UC1+QU1-QC2U2+Q-Q-（a）+UC+Q-Q-（b）（1）电容器的串联影像电子学基础由于 Q=CU则两个电容串联时，各电容两端的电压与其电容量成反比，即：容量较小的电容，承受的电压较高（3）总电容的倒数等于各分电容之和由于

所以或影像电子学基础U（a）-