模拟电路 补充电路-1

电子技术基础模拟部分中国矿业大学理学院物理系前言1.本课程的性质是一门技术基础课2.特点

非纯理论性课程

实践性很强

以工程实践的观点来处理电路中的一些问题3.研究内容以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原理、特点及性能指标等。4.教学目标能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。5.学习方法重点掌握基本概念、基本电路、基本方法。6.成绩评定平时： 作业20% 实验20%考试： 60%7.参考书康华光主编，《电子技术基础》模拟部分第三版，高教出版社童诗白主编，《模拟电子技术基础》第二版，高教出版社陈大钦主编，《模拟电子技术基础问答：例题•试题》，华工出版社8.课件下载：

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电路的基本概念与基本定律 本章主要内容: 1.电路的基本物理量 2.电路的基本定律 3.电路的工作状态 4.电压和电流的正方向§1-1电路的作用与组成部分电路:电路是电流的通道电路的作用:实现电能的传输和转换发电机升压变压器降压变压器负载(电灯)(电动机)(电炉)…输电线电路的另一作用：传递和处理信号放大器话筒扬声器声音信号图象信号测量信号或控制信号电路的结构电路=电源+中间环节+负载电力系统：(发电机)+(变压器、输电线…)+(电炉、电动机…)扩音机：(话筒)+(放大器…)+(扬声器)结构模型：激励——>响应即寻找xo=f(xi)的关系§1-2电路模型实际电路都是根据人们的需要将实际的电路元件或器件搭接起来，以完成人们的预想要求。如发电机、变压器、电动机、电阻器及电容器等。但是，实际元器件的电磁特性十分复杂。为便于对电路的分析和数学描述，常将实际元器件理想化（即模型化）由理想电路元件组成的电路就是电路的电路模型。电路与电路模型实际电路：电路模型：导线开关电池灯泡+R0R开关E干电池电珠S导线开关电池+R0R开关E干电池电珠SI

分析“电路”问题的

核心点任何电路，都是在电动势、电压或电流的作用下进行工作的，对于电路的分析和计算就是要讨论电压、电动势和电流状态以及它们之间的关系。即讨论响应的状态及与激励的关系电§1-3电路的基本物理量电流概念:电荷有规则的定向运动大小:单位时间通过导体横截面的电荷量方向:正电荷移动的方向单位:安培(A)

毫安(mA)微安(A)abSIab

i=dq/

dt

I=q/t

(直流)电流的正方向习惯上规定正电荷的运动方向(或负电荷运动的相反方向)为电流的正方向。电流的正方向是客观存在的！电路的基本物理量在分析问题前，有时无法预知电流的实际方向；而交流电路的电流方向又时刻发生变化，也无法指定其电流方向。在分析电路时，一般先选定某一方向作为电流的正方向——称为参考方向当所选电流正方向与实际电流正方向一致时，所得电流的数值为正，反之为负。电压概念：电荷在导体中作定向运动时，一定要受到力的作用。如果这个力源是电场，则电荷运动就要消耗电场能量，或者说电场力对电荷作了功。为衡量电场力对电荷作功的能力，引入一新的物理量——电压大小：a、b两点间电压Uab

在数值上等于电场力把单位正电荷从a点移到b点所作的功。也就是单位正电荷在移动过程中所失去的电能。电路的基本物理量方向：正电荷在电场的作用下，从高电位向低电位移动。规定这时正电荷的的移动方向为电压的正方向。在分析电路之前，可以任意选择某一方向为电压的参考方向。当实际电压方向与参考方向一致时，电压值为正，反之为负。单位：伏特(V)

千伏(kV)毫伏(mV)电路的基本物理量电压如图为关联方向定义的电压和电流电压关联方向

当a、b两点间所选择的电压参考方向由a指向b时，也选择电流的参考方向经电路由由a指向b，这种参考方向的定义方式称为关联方向。电路的基本物理量abIUabIU电动势正电荷从高电位a向低电位b移动，a端的正电荷逐渐减少会使其电位逐渐降低。

为维持导体中的电流能够连续不断地流过，且应使得导体a、b两端的电压不致丧失，就要将b端的正电荷移至a端。但电场力的作用方向恰好与此相反，因此就必须要有另一种力去克服电场力而使b端的正电荷移至a端。电源中必须具有这种力——电源力(非静电力)。电路的基本物理量IEabUab+_ab电源力电动势大小：电源电动势Eab的数值等于电源力把单位正电荷从电源的低电位b端经电源内部移到电源高电位b端所作的功，也就是单位正电荷从电源低电位端移到高电位端多获得得能量。方向：电动势的实际方向是由电源低电位端指向电源高电位端。在分析问题时可设参考方向。单位：电动势与电压的单位相同。为伏特(V)标量性：电动势与电压和电流都是标量。电路的基本物理量电动势例题电路的基本物理量+R0U=2.8VU=-2.8VI=0.28AI=-0.28A如图所示E=3V电动势为E=3V方向由负极指向正极电压为U=2.8V由指向电流为I=0.28A由流向其参考方向为关联方向。U

与I

的参考方向选择亦为关联方向的定义方式。而电压U

与电流I

的参考方向为非关联方向。§1-4

欧姆定律欧姆定律：

流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。或者表示为：欧姆定律的单位：

在SI中，电阻为欧姆()或者为千欧(k)、兆欧(M)

UIR欧姆定律的符号根据电路上所选电压和电流方向的不同，欧姆定律的表达式有着不同的符号：当电流和电压的正方向定义为关联方向时，欧姆定律如(1)式

UIR欧姆定律当电流和电压的正方向定义为非关联方向时欧姆定律如(2)式

(1)(2)UIR应用欧姆定律对如下各图列出表达式，并求出电阻值。例题(1-1)：欧姆定律UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V2A欧姆定律的符号对于(a)图例题(1-1)分析欧姆定律的应用UIR6V2A(a)UIR6V-2A(b)对于(b)图UIR-2A-6V(d)UIR(c)-6V2A例题(1-1)分析欧姆定律的应用对于(c)图对于(d)图例题(1-2)：计算图中电阻R的值，已知Uab=-12V欧姆定律的应用I=-2ARnmUnmE1=5VE2=3Vab解：a点电位比b点电位低12Vn点电位比b点电位低7V

m点电位比b点电位高3V于是：

n点电位比m

点电位低7+3=10V即

Unm

=-10V第一章§1-5电路的工作状态最简单的电路为直流电路，本节讨论电路的工作状态、开路状态和短路状态，所讨论的内容有电流、电压及功率等方面的特性。本节讨论问题的理论依据是欧姆定律R0EUabR如图电路：E为电源的电动势U为电源的端电压R0为电源的内阻R为电路负载电阻一.有载工作状态当开关闭合，电源与负载接通，即电路处于有载工作状态。电路状态UabR0ERI电路中的电流为I=E/(R0+R)负载电阻两端的电压为

U=IR当电源电动势E和内阻R0一定时负载电阻R愈小，则电流I愈大。或写成U=E-IR0可见电源端电压小于电动势，二者之差为电源内阻的电压降IR0即U=E-IR0

为电源外特性关系式有载工作状态一般常见电源的内阻都很小当R0«R时，则UE此时当电流(负载)变动时，电源的端电压变化不大。电路状态R0EUabRI有载工作状态当式U=E-IR0各项乘以电流I时，得到

UI=EI-I2R0或P=PE+P电路状态R0EUabRI式中：PE=EI

为电源产生的功率

P=I2R0

为电源内阻上消耗的功率

P=UI

为电源输出的功率单位：在SI中功率的单位是瓦特(W)或千瓦(kW)1W功率的含义是：在1s时间内，转换1J的能量。例题1-3.R01E1UI有载工作状态已知:电路中，U=220V，I=5A，内阻R01=R02=0.6。求:(1)电源的电动势E1和负载的反电动势E2

；(2)说明功率的平衡关系。R02E2例题1-3.R01E1UI有载工作状态解：(1)对于电源

U=E1-U1=E1-IR01即

E1=U

+IR01

=220+50.6=223VU=E2+U2=E2+IR02即

E2=U

-IR01

=220-50.6=217VR02E2例题1-3.有载工作状态(2)由上面可得，E1=E2+IR01+IR02等号两边同时乘以

I，则得

E1I

=E2I

+I2R01+I2R02代入数据有2235=2175+52

0.6+5+52

0.61115W=1085W+15W+15W。R01E1UIR02E2其中E1I是电源产生的功率；E2I是负载取用的功率；I2R01是电源内阻上损耗的功率；I2R02是反电动势电源(负载)内阻上损耗的功率。可见电路具有功率平衡特性。

能量的传输和电源/负载的判定有载工作状态对于电阻R，其消耗的功率P=UI

或P=U2/R=I2R0

作为负载其电流与电压方向相同，符合关联定义方向。由此，功率值的正负与电流、电压的参考方向的选择有关。电源：U与I的实际方向相反，I从“+”端流出，发出功率。负载：U与I的实际方向相同，I从“+”端流入，取用功率。R01E1UIR02E2电源负载二.开路工作状态如图电路：当开关断开时，电路则处于开路(空载)状态。R0EU=U0abRI=0开路时，外电路的电阻为无穷大，电路中的电流I为零。电源的端电压(称为开路电压或空载电压U0)等于电源的电动势，电源不输出电能。电路开路时的特征为I=0U=U0=EP=0三.短路工作状态当电源两端由于某种原因而联在一起时，称电源被短路。R0EabRIScd短路时，可将电源外电阻视为零，电流有捷径流过而不通过负载。由于R0很小，所以此时电流很大，称之为短路电流Is

。U=0I=Is=E/R0P=P=I2R0电路短路时的特征为【思考与练习】额定值为1W、100的碳膜电阻，在使用时电流和电压不得超过多大值？答：由功率P与电阻R的关系公式P=I2R或P=U2/R可得：电流I=√P/R=(1/100)1/2=0.1A同理：电压U=√PR=(1×100)1/2=10V§1-6基尔霍夫定律(Kirchhoff’slaw)根据欧姆定律分析电路，已是中学物理中常用的分析方法，但对某些电路有时是无能为力的，基尔霍夫定律分为两个部分，即：1.基尔霍夫电流定律(KCL)——应用于节点2.基尔霍夫电压定律(KVL)——应用于回路为此本节讨论基尔霍夫定律，它亦是分析与计算电路的基本方法。名词、概念1.支路：电路中的每一个分支，称为支路。它是由若干个二端元件串联而成。2.节点：电路中三条或三条以上的支路相联结的点称为节点。基尔霍夫定律abcdI2I3一条支路中各部分都流过一个相同的电流，称为支路电流。如图中的ab、acb及adb共3条支路。I1如图中的I1、I2及I3共3个电流。图中共有a、b两个节点。名词、概念(2)回路：是由一条或多条支路所组成的闭合电路。网孔：网孔是回路，但认定的网孔一定要比其他网孔包含有新的支路。如图电路:adbca、abca

和abda

共三个回路。abcdI2I3I1基尔霍夫定律如图电路:当认定adbca和abca

是网孔时，abda

就不能认为是网孔，它所包含的支路都已被前两个网孔所包含。名词、概念(3)基尔霍夫定律acdI2I1I3当然，当认定adba和abca

是网孔时，acbda

就不是网孔，因其支路都已被前两个网孔所包含。同样，当认定acbda

和adba

是网孔时，abca

就不再认定是网孔，其支路也已被前两个网孔所包含。因此，不能认为所有的回路都是网孔。b定律(1)——KCL基尔霍夫定律acdI2I1I3KCL也可表述为，在任一瞬时，流入某一节点的电流代数和恒为零。基尔霍夫第一定律：在任一瞬时，流向某一节点的电流之和等于由该节点流出的电流之和。如图对于节点a：

流入电流=

流出电流

I1+I2=I3或I1+I2-I3=0bc基尔霍夫第一定律：在任一瞬时，流向某一节点的电流之和等于由该节点流出的电流之和。由此，KCL亦可表示为：定律(1)——KCL基尔霍夫定律如图：3个电阻的节点A、B和C可看成为广义节点。ABCIABICAIBCIAIBIC对于节点A、B及C，可分别列出KCL方程：IA＝IAB－ICAIB＝IBC－IABIC＝ICA－IBCIA+IB+IC=0即I=0定律(2)——KVL如电路中dabd回路，沿逆时针绕行方向da段电阻上为电压降

Uda=I2R2ab段电阻上亦为电压降

Uab=I3R3

而bd段电源部分为电压升，即Ubd=E2由KVL可得：E2=I2R2+I3R3

基尔霍夫电压定律(KVL)是用来确定回路中各段电压间关系的。它应用于回路。基尔霍夫定律基尔霍夫第二定律(KVL)：在任一瞬时，电路的任何一个回路中电压降的代数和等于电压升的代数和。acdI2I1I3bcR1R2R3E2电压升：电动势电压降：电阻与电流的乘积基尔霍夫电压定律还可以叙述为：沿任一回路绕行一周，回路各段的电压降代数和恒为零。KVL的应用基尔霍夫定律acdI2I1I3bcR1R2R3E2E1ac段(+

I1R1),cb段(-

E1),bd段(+

E2),da段(-

I2R2)表达式为:Va=Va+I1R1-E1++E2-I2R2即(EIiRi)＝０

应用上式的方法之一为数电压法：从回路中任一点a数起，沿回路绕行一周再数回到a点，电位值不变(如adbca回路):公式为:末点电位=起点电位+数电压一周(上升+,下降-)如图电路：UAB=VA-VB数电压法还可以应用于任意的部分电路。基尔霍夫定律KVL的应用“数电压法”公式为:

末点电位=起点电位+数电压一周(上升“+”,下降“-”)公式为:

末点电位=起点电位+从起点数电压到末点。ABCUAUBUABVB=VA–UA+UB即：UAB=VA-VB=U