电路与模拟电子技术

本课程是一门实践性较强的专业基础课。学习目的：掌握电路基础知识和模拟电子的基本理论及分析方法，为后续课打基础，为工程实践培养操作技能。

《电路与模拟电子技术》

电路是学习电子技术的基础。本章主要介绍：三个物理量（电流、电压、功率）三种状态（开路、负载和短路）三个定律（欧姆定律、电流定律和电压定律）一个概念（电位）上篇电路基础知识

第1章

电路的基本概念和基本定律

电路是电流流通的路径1.1.1电路的作用

电路的作用是进行电能的传输和转换，或是实现信号的传递和处理。

1.1.2电路的组成

电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。电路可分成电源、负载和中间环节三个部分电源是提供电能或电信号的设备，是电路工作的能源，电源的作用是将非电能转换成电能。负载是用电或输出电信号的设备，是电路中的主要耗电器件。负载的作用是将电能转换成非电能。中间环节是指电源与负载之间的部分。传输电能或传输处理电信号，最复杂部分。

1.1电路

图1.1.1电路组成

忽略电路元器件的次要因素，将其理想化，并用规定的电气图形符号表示所组成的电路，称为电路图1.1.2手电筒电路模型

1.2.1电流

电荷的定向运动形成电流。电流的方向不变为直流I。方向和大小都变化为交流

i。

1A＝103mA＝106μA，1kA＝103A

规定：正电荷运动的方向为电流的实际方向。假设的电流流向称为电流的参考方向。1.2电流、电压、功率

图1.2.1电流的实际方向与参考方向

电场力将单位正电荷从电场中的a

点移到b点所做的功，称其为a、b两点间的电压。直流电压Uab，交流电压uab。

1V＝103mV＝106

V，

1kV＝103V

习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向。电压实际方向和电压参考方向1.2.2电压

1.电压图1.2.1电压的实际方向与参考方向图1.2.2关联参考方向与非关联参考方向

电压等于电路中两点间的电位差Uab＝Ua－Ub

电位是电路中某点到参考点之间的电压参考点是任意选择的一点“⊥”（零电位点，“接地”点），选b点为参考点Ub＝0，Uab＝Ua－Ub＝Ua。2.电压与电位

电场力在单位时间内所做的功，单位：瓦(W)。关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向一致。

P＝UI（1.1）

非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致。

P＝－UI

（1.2）

P＞0

吸收功率（消耗功率）为负载；

P＜0

发出功率（产生功率）为电源。1.2.3功率图1.2.4元件的电功率I=2A，

U1＝4V，P2＝16W，U3＝6V，求P1、P3、U2。1.3电阻、电容、电感元件

元件分类：有源元件，无源元件无源元件：如果电子元器件工作时，其内部没有任何形式的电源，则这种器件叫做无源器件。（1）自身或消耗电能，或把电能转变为不同形式的其他能量。（2）只需输入信号，不需要外加电源就能正常工作。电阻、电容、电感；二极管、变压器、开关、按键、连接器等。有源器件：如果电子元器件工作时，其内部有电源存在，则这种器件叫做有源器件。（1）

自身也消耗电能。（2）

除了输入信号外，还必须要有外加电源才可以正常工作。分立器件；模拟集成电路；数字集成电路；由此可知，有源器件和无源器件对电路的工作条件要求、工作方式完全不同。1.3.1电阻元件：电压u与电流i由代数关系确定。单位为欧姆

。u=Ri

电导：电阻的倒数。单位：西门子(S)种类：碳质电阻、碳膜电阻、金属陶瓷电阻、金属膜电阻、线绕电阻。功率W：1/16、1/8、1/4、1/2、1、2、3、5、10、20、50。误差%：0.1、0.25、0.5、1、

5

、10、20。

10%：101/12，5%：101/24。可变电阻器。1.3.2电感元件：

存储磁场能量特性的元件。电流通过线圈产生磁场，产生磁通，存储磁场能量。磁通

，磁链

=N。线圈电感：电流变化，产生阻止电流变化的感应电动势。电感单位：亨利(H)磁通单位：韦伯(Wb)线性电感：空心线圈；非线性电感：铁芯线圈功率：磁场能：只与最终电流值有关；与电流建立过程无关1.3.3

电容元件：存储电场能量特性的元件。电容量：C与外加电压无关—线性电容。电容单位：法拉(F)；电荷单位：库仑(C)电流：功率：电场能：只与最终电压值有关；与电压建立过程无关。种类：电解电容(铝、钽)、云母电容、陶瓷电容、薄膜电容、微调电容。耐压(V)：6.3、10、16、25、50、63、100、160、250、500、630、1000、3300、4700。

1.4

电压源与电流源

端电压或流出的电流保持一恒定值或确定的时间函数的一种元件—电源独立源，受控源。1.电压源端电压与流过的电流无关—理想电压源

us为定值的电压源—恒压源Us

流过恒压源的电流与电压值无关，由外电路决定，即可提供电能，也可吸收电能。理想压源及其伏安特性

实际电压源：端电压随着输出电流的增大而减小。主要由于电源的内阻引起。等效为恒压源与内阻串联2.电流源理想电流源：电源流出的电流与两端的电压大小无关。端电压由外电路决定，可正可负。即可提供电能，也可吸收电能。恒流源：电流源为定值Is。电压源及其伏安特性理想流源及其伏安特性实际电流源：输出电流随着电压的增大而减小。等效为：恒流源与内阻并联。电源的功率：恒流源、恒压源一般认为是在电路中做电源，选择电压与电流为非关联参考方向，因此功率为

PS>0吸收功率，PS<0提供功率。电流源及其伏安特性例1：IS=2A，US=4V，求R分别为4

、2

、1时R和IS上的电压以及各元件上的功率。

流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻本身成反比。

I＝

(1.4)

式中R为电阻，单位为欧姆

，常用的单位还有k

和M

（兆欧），1M

＝106

。电阻一定时，电压愈高电流愈大；电压一定，电阻愈大电流就愈小。根据欧姆定律可以推导出功率与电阻的关系式为：

1.5欧姆定律

在电路分析时，如果电流与电压的参考方向不一致，既为非关联参考方向时，如图1.12(b)、(c)所示，欧姆定律的表达式为：

I＝－或U＝－IR

已知图1.12中的电阻为6Ω，电流为2A，求电阻两端的电压U。解：图1.12（a）关联U＝IR＝2A×6Ω＝12V

图1.12（b）非关联U＝－IR＝－2A×6Ω＝－12V

图1.12（c）非关联U＝－IR＝－2A×6Ω＝－12V

计算结果图1.12（a）电压是正值，说明图1.12（a）中的电压实际方向与所标的参考方向一致；图1.12（b）、（c）电压为负值，说明图1.12（b）、（c）中的电压实际方向与所标的参考方向相反。【例2】

利用电位的概念可将图a所示的电路简化为图b所示的形式，不画电源，只标出电位值。这是电子电路惯用的画法。开路、负载和短路1.6.1开路状态电源与负载断开，称为开路状态,又称空载状态。开路状态电流为零，负载不工作U＝IR＝0，而开路处的端电压U0＝US。1.6电路的三种状态

电源与负载接通，构成回路，称为有载状态。U＝IR＝US－IR0(1.8)有载状态时的功率平衡关系为：电源电动势输出的功率PS＝USI电源内阻损耗的功率PR0＝I2R0负载吸收的功率P＝I2R＝PS－PR0

功率平衡关系PS＝P＋PR0

（1.9）用电设备都有限定的工作条件和能力，称为额定值。使用值等于额定值为额定状态；实际电流或功率大于额定值为过载；小于额定值为欠载。1.6.2有载状态例3

一个100W的灯泡，额定电压为220V，求:(1)灯泡的额定电流和电阻；

(2)若将其接到110V的电源上，此时的实际电流和功率是多少？解：

电源两端没有经过负载而直接连在一起时,称为短路状态。短路是电路最严重、最危险的事故，是禁止的状态。短路电流IS＝US/R0很大，如果没有短路保护，会发生火灾。产生短路的原因主要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。***********1.6.3短路状态

基尔霍夫定律分为电流定律和电压定律。四个术语：支路：电路中流过同一电流的分支，称为支路。图1.19中共有三条支路。结点：三条或三条以上支路的连接点，称为结点。图1.19中共有两个结点。回路：电路中任一闭合的路径，称为回路。图1.19中共有三个回路。网孔：内部不包含支路的回路。图1.19有两个网孔。网孔是回路，但回路不一定是网孔。

1.7基尔霍夫定律

在任一瞬间流入任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。对结点a可以写出：

I1＋I2＝I3

（1.10）改写成：

I1＋I2－I3＝0

即：

ΣI＝0

（1.11）这说明在任一瞬间，一个结点上电流的代数和等于零。KCL解题，首先应标出各支路电流的参考方向，列ΣI＝0表达式时，流入结点的电流取正号，流出结点的电流取负号。

1.7.1基尔霍夫电流定律(KCL)例1.5.1如图所示电路中，I1=6A，I2=3A，I3=5A，求I4。解：根据KCL，电流流入为正，流出为负，I1+I2-I3+I4=06+3-5+I4=0I4=-4A

KCL也可以推广应用于电路中任何一个假定的闭合面。对虚线所包围的闭合面可视为一个结点，而面外三条支路的电流关系可应用KCL得：IB＋IC＝IE，或IB＋IC－IE＝01.7.2基尔霍夫电压定律(KVL)

在任一瞬间沿任一回路绕行一周，回路中各个元件上电压的代数和等于零。可用公式表示为

U=0

（1.12）

KVL解题，先标出回路中各个支路的电流方向、各个元件的电压方向和回路的绕行方向（顺时针方向或逆时针方向均可），然后列

U=0表达式。在列

U=0

表达式时，电压方向与绕行方向一致取正号，