第一章电路的基本概念PPT讲稿.ppt
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1、第一章电路的基本概念2022/10/121第1页,共52页,编辑于2022年,星期一绪论一、电路理论一、电路理论 电路理论主要研究电路中发生的电磁现象,并用电流(或电荷)、电压电路理论主要研究电路中发生的电磁现象,并用电流(或电荷)、电压(或磁通)等物理量来描述其中的过程。它的目标是计算电路中各元件的端(或磁通)等物理量来描述其中的过程。它的目标是计算电路中各元件的端电压和端电流,一般不涉及器件内部的物理过程。先看几个概念:电压和端电流,一般不涉及器件内部的物理过程。先看几个概念:1 1、电路:由电气元件(或部件)和传输导线为实现某种功能而连接、电路:由电气元件(或部件)和传输导线为实现某种功
2、能而连接组成的电流通路。其研究方向大体可分为以下三类:组成的电流通路。其研究方向大体可分为以下三类:(1)、电力:研究产生电能和充分利用电能的科学。)、电力:研究产生电能和充分利用电能的科学。(2)、电子:研究新型电子器件及其应用的科学。)、电子:研究新型电子器件及其应用的科学。(3)、无线电:研究通讯(信)、导航、遥控等的一门科学。)、无线电:研究通讯(信)、导航、遥控等的一门科学。电路理论,就是从三电最基本的共性出发,研究电路和磁路的基本电路理论,就是从三电最基本的共性出发,研究电路和磁路的基本规律和分析方法的一门学科。规律和分析方法的一门学科。2022/10/122第2页,共52页,编辑
3、于2022年,星期一2、集总电路、集总电路 集总元件:外形尺寸远远小于工作频率波长集总元件:外形尺寸远远小于工作频率波长的电路元件。若工作频的电路元件。若工作频率为率为50Hz,则,则为:为:集总参数电路:由集总参数元件组成的电路。集总参数电路:由集总参数元件组成的电路。对音频电路:工作频率对音频电路:工作频率f25kHzf25kHz,最小的波长,最小的波长=12km=12km 对计算机系统:工作频率对计算机系统:工作频率f=500kHzf=500kHz,最小的波长,最小的波长=0.6km=0.6km 对于微波电路,由于对于微波电路,由于=1mm 10cm=1mm 10cm,所以,一般不是集总
4、电路,不,所以,一般不是集总电路,不宜用我们常用的电路分析方法来分析。宜用我们常用的电路分析方法来分析。集总电路的性质:集总电路的性质:流入电流流入电流i i1 1=流出电流流出电流i i2 2 元件两端的电压和电流满足一定的规律元件两端的电压和电流满足一定的规律基尔霍夫电流、电压定律,只适应于集总电路。基尔霍夫电流、电压定律,只适应于集总电路。2022/10/123第3页,共52页,编辑于2022年,星期一二、电子技术二、电子技术1 1、电子技术:是研究电子器件,电子电路与系统及其应用的一门科学、电子技术:是研究电子器件,电子电路与系统及其应用的一门科学技术。技术。2 2、分类:、分类:(1
5、 1)模拟电子技术:研究模拟信号的放大和处理;)模拟电子技术:研究模拟信号的放大和处理;(2 2)数字电子技术:研究数字信号的逻辑变化。)数字电子技术:研究数字信号的逻辑变化。3 3、电子技术的发展:经历了、电子技术的发展:经历了3 3个时代(个时代(1 1)电子管时代)电子管时代 (2 2)晶体管时代()晶体管时代(3 3)集成电路时代)集成电路时代IC IC 三、三、本课程的地位和作用本课程的地位和作用 本课程是对高等工科院校非电专业学生进行专业基础教育的技术基本课程是对高等工科院校非电专业学生进行专业基础教育的技术基础课。通过本课程的学习,使学生掌握电路分析与电子技术方面的基本础课。通过
6、本课程的学习,使学生掌握电路分析与电子技术方面的基本理论和基本分析方法,了解电路电子技术的应用和发展概况,并受到必理论和基本分析方法,了解电路电子技术的应用和发展概况,并受到必要的实验技能训练。在培养学生认真严肃的工作作风和创新精神、思维要的实验技能训练。在培养学生认真严肃的工作作风和创新精神、思维能力、分析和解决实际问题能力等方面具有重要意义。实验课突出能力能力、分析和解决实际问题能力等方面具有重要意义。实验课突出能力训练,为学习后续课程以及从事与本专业有关的工程技术等工作奠定一训练,为学习后续课程以及从事与本专业有关的工程技术等工作奠定一定的基础。定的基础。2022/10/124第4页,共
7、52页,编辑于2022年,星期一电子管电子管收音机晶体管集成电路2022/10/125第5页,共52页,编辑于2022年,星期一四、课程特点与要求四、课程特点与要求1 1、特点:理论性;实践性,工程性,应用性、特点:理论性;实践性,工程性,应用性2 2、分析方法:定量计算;定性分析,定量估算,实验调整、分析方法:定量计算;定性分析,定量估算,实验调整3 3、学习要求:听,记,做,问、学习要求:听,记,做,问五、参考书目五、参考书目1 1、邱关源,电路(第四版),高等教育出版社、邱关源,电路(第四版),高等教育出版社2 2、康华光,电子技术(模拟、康华光,电子技术(模拟),),高等教育出版社高等
8、教育出版社3 3、童诗白,模拟电子技术,清华大学出版社、童诗白,模拟电子技术,清华大学出版社六、关于考试:六、关于考试:(1 1)上课出勤:)上课出勤:0.20.2(5 5次点名)次点名)(2 2)课后作业:)课后作业:0.30.3(1010次作业)次作业)(3)(3)实验实验:0.5:0.5(4 4)期末考试:)期末考试:0.70.7(一次考试)(一次考试)2022/10/126第6页,共52页,编辑于2022年,星期一电路理论电路理论第一章第一章 电路的基本概念和基本定律电路的基本概念和基本定律2022/10/127第7页,共52页,编辑于2022年,星期一一、实际电路一、实际电路1 1、
9、定义、定义:由电路部件(电阻器,蓄电池等)和电路由电路部件(电阻器,蓄电池等)和电路器件器件(晶体管,集成电路等晶体管,集成电路等)相互连接而成的电流通相互连接而成的电流通路装置。具有传输电能或信号,处理信号,控制计路装置。具有传输电能或信号,处理信号,控制计算等功能。算等功能。如:电力系统中的输电电路、通信系统电路如:电力系统中的输电电路、通信系统电路(电话、收音机、电视机、计算机网络电话、收音机、电视机、计算机网络)、各种机、各种机器设备控制电路等。器设备控制电路等。111 1 电路和电路模型电路和电路模型请看下面的例子请看下面的例子2022/10/128第8页,共52页,编辑于2022年
10、,星期一 信号发生器的电路结构信号发生器的电路结构2022/10/129第9页,共52页,编辑于2022年,星期一 电路器件:电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管电路器件:电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池。、运算放大器、传输线、电池。电阻器电阻器电容器电容器线圈线圈电池电池运算放大器运算放大器晶体管晶体管2022/10/1210第10页,共52页,编辑于2022年,星期一 实际电路种类繁多、各式各样,但它们是否具实际电路种类繁多、各式各样,但它们是否具有一些共同的特点或者规律呢?这些特点或规律又有一些共同的特点或者规律呢?这些特点或规律又是什么呢?我们通过一个简单
11、的例子来进行讨论。是什么呢?我们通过一个简单的例子来进行讨论。小灯泡电路小灯泡电路2022/10/1211第11页,共52页,编辑于2022年,星期一电池电池 产生电能或电信号的部件产生电能或电信号的部件 电源电源灯泡灯泡 消耗电能(转化为其它形式的能量)消耗电能(转化为其它形式的能量)的部的部件件 负载负载开关、导线开关、导线提供电流通路的部件提供电流通路的部件传输环节传输环节实际电路特点:包含:包含:电源、负载、传输环节电源、负载、传输环节2022/10/1212第12页,共52页,编辑于2022年,星期一二、理想电路元件和电路模型二、理想电路元件和电路模型 实际电路由实际电气部件组成,种
12、类繁多、千变万化,实际电路由实际电气部件组成,种类繁多、千变万化,非常复杂,给分析研究带来不便。因此,我们构造了一些非常复杂,给分析研究带来不便。因此,我们构造了一些假想的电气元件来近似代替实际的电气元件,这就是:假想的电气元件来近似代替实际的电气元件,这就是:1.1.理想电路元件理想电路元件:元件具有特定的电磁性质并有精确的数学定义元件具有特定的电磁性质并有精确的数学定义作用作用:理想电路元件及其组合可用来模拟或代替实际的电理想电路元件及其组合可用来模拟或代替实际的电气元件气元件几种理想电路元件:电阻电感电容电压源电流源几种理想电路元件:电阻电感电容电压源电流源理想电阻:只消耗电能,可模拟灯
13、理想电阻:只消耗电能,可模拟灯泡、发热器等。比如泡、发热器等。比如R=10R=102022/10/1213第13页,共52页,编辑于2022年,星期一理想电感:只贮存磁场能,可模拟电感元件比如:理想电感:只贮存磁场能,可模拟电感元件比如:L=2H L=2H 或或10mH10mH理想电容:只贮存电场能,可模拟电容元件比理想电容:只贮存电场能,可模拟电容元件比如:如:C=100FC=100F理想导线:只传输电流,认为其电阻为理想导线:只传输电流,认为其电阻为0 0。2 2、理想电路模型:由理想元件代替实际元件而组成的、理想电路模型:由理想元件代替实际元件而组成的电路。电路。代替实际的具有一定电阻的
14、电感线圈。代替实际的具有一定电阻的电感线圈。代替实际的具有一定电阻的电容器。代替实际的具有一定电阻的电容器。代替实际的具有内阻的电压源,比如电池等。代替实际的具有内阻的电压源,比如电池等。代替所有纯耗能型负载或电器,比如灯泡、电热器等。代替所有纯耗能型负载或电器,比如灯泡、电热器等。2022/10/1214第14页,共52页,编辑于2022年,星期一三、电路模型三、电路模型实际电路实际电路实际电气元件实际电气元件实际导线实际导线(传输环节传输环节)=+电路模型电路模型理想电路元件理想电路元件理想导线理想导线(传输环节传输环节)+=无无损耗导线损耗导线注意:注意:本课程今后所讨论的对象就是本课程
15、今后所讨论的对象就是电路模型电路模型,而非实,而非实 际电际电路。为方便起见,并把路。为方便起见,并把电路模型电路模型简称为简称为电路。电路。实际电路电路模型分析电气特性综合 建模建模电路模型主要任务主要任务本课程研究任务本课程研究任务2022/10/1215第15页,共52页,编辑于2022年,星期一结论:1.理想电路元件(简称:元件)是假想的,它可模拟或理想电路元件(简称:元件)是假想的,它可模拟或代替实际元件,电路模型由一些理想电路元件用理想导代替实际元件,电路模型由一些理想电路元件用理想导线连结而成。线连结而成。2.2.研究实际电路必须从先建立研究实际电路必须从先建立电路模型再进行分析
16、,电路模型再进行分析,而电路模型具有多种形式,应合理选择。而电路模型具有多种形式,应合理选择。3.3.今后理想电路元件简称元件,电路模型简称电路今后理想电路元件简称元件,电路模型简称电路2022/10/1216第16页,共52页,编辑于2022年,星期一 1-2 电电路的基本物理量路的基本物理量 电流、电压、功率是电路中最基本的物理量,称电流、电压、功率是电路中最基本的物理量,称为为电路变量电路变量,是我们分析计算的主要目标。,是我们分析计算的主要目标。一、电流参考方向一、电流参考方向1.1.实际方向实际方向正电荷运动方向正电荷运动方向但采用实际方向在电路分析中非常不便,原因:但采用实际方向在
17、电路分析中非常不便,原因:(1)(1)电流的实际方向随时变化电流的实际方向随时变化;(2)(2)实际方向往往无法预先确定;实际方向往往无法预先确定;举例说明:举例说明:2022/10/1217第17页,共52页,编辑于2022年,星期一2.参考方向参考方向预先假定的一个方向预先假定的一个方向若若i0,则则:i或:或:或:或:iiab实际方向实际方向图图1 14a4ai实际方向实际方向图图1 14b4b若若i0P0,元件吸收功率(电能),元件吸收功率(电能)P0 P0,元件发出功率(电能),元件发出功率(电能)非关联参考方向下:非关联参考方向下:P0P0 P0,元件发出功率(电能),元件发出功率
18、(电能)2022/10/1222第22页,共52页,编辑于2022年,星期一n例题:指出下列各元件是发出还是吸收功率。例题:指出下列各元件是发出还是吸收功率。关联方向关联方向 P0 P0 P0吸收功率吸收功率关联方向关联方向 P0 P0吸收功率吸收功率非关联方向非关联方向 P0 P0 发出功率发出功率2022/10/1223第23页,共52页,编辑于2022年,星期一1-31-3常用元件介绍常用元件介绍 理想线性理想线性二端元件二端元件一、线性电阻(简称电阻)一、线性电阻(简称电阻)R R 1 1、定义:任何时刻,元件两端电压电流服从欧姆定律的元件、定义:任何时刻,元件两端电压电流服从欧姆定律
19、的元件2 2、伏安特性及其曲线、伏安特性及其曲线 在关联参考方向下在关联参考方向下3 3、功率、功率电阻是无源元件,在电路中只能吸收功率。电阻是无源元件,在电路中只能吸收功率。2022/10/1224第24页,共52页,编辑于2022年,星期一4 4、开路、开路 短路短路 开路情况:基本特征是:开路情况:基本特征是:R Rabab=,相当于回路中接入一个,相当于回路中接入一个 R=R=的电阻。如图所示。的电阻。如图所示。短路情况:基本特征是:短路情况:基本特征是:R Rabab=0=0,相当于回路中接入一个,相当于回路中接入一个R=0R=0的电阻,如图所示。的电阻,如图所示。2022/10/1
20、225第25页,共52页,编辑于2022年,星期一当给电容器加上电压源后,电容极板上会聚集电荷当给电容器加上电压源后,电容极板上会聚集电荷q q;当把电源从电容;当把电源从电容器器上移开后,电荷并不消失。上移开后,电荷并不消失。作用:储存电场能。作用:储存电场能。特点:特点:存在一定的电荷量存在一定的电荷量,且且q q+=q_=q_ 电容器电容器两端电压两端电压u u 电荷量电荷量q q 有一定的漏电和介质损耗有一定的漏电和介质损耗2 2、理想电容:、理想电容:认为绝缘电阻为认为绝缘电阻为,即介质损耗即介质损耗=0=0,漏电流,漏电流=0=0的电容。元的电容。元件特性:电路物理量电荷件特性:电
21、路物理量电荷q q与电压与电压u u呈线性关系。呈线性关系。二、电容元件二、电容元件1 1、实际电容器、实际电容器结构结构:两块导电金属板两块导电金属板,用介质绝缘隔开用介质绝缘隔开,引出导线引出导线,形成电容器形成电容器 q=Cq=Cu u2022/10/1226第26页,共52页,编辑于2022年,星期一3 3、伏安特性:在关联参考方向下、伏安特性:在关联参考方向下(1 1)i ic c(t)(t)与与duduc c/dt/dt成正比,即电流和电压的变成正比,即电流和电压的变化率成正比,而与化率成正比,而与t t时刻时刻ucuc本身的大小无关,当本身的大小无关,当d duc/dt/dt发生
22、巨变时,电流很大,当电压不随时间发生巨变时,电流很大,当电压不随时间变化时,电流为零。故电容在直流情况下其两端变化时,电流为零。故电容在直流情况下其两端电压恒定,相当于开路电压恒定,相当于开路.即即电容具有通高频电容具有通高频,阻低阻低频频,通交流隔直流的作用。通交流隔直流的作用。(2 2)u uc c(t)(t)不但与不但与 t t 时刻的电流有关,还与时刻的电流有关,还与t t0 0时刻时刻u uc c(t t0 0)有关,即有关,即电容是记忆元件。电容是记忆元件。表示:用表示:用“C”表示,表示,C为电容常数为电容常数,表征电容器储存表征电容器储存能量的能力。能量的能力。量纲:法拉(量纲
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