-电路与电子技术课程是通信工程专业具入门性质的重要的专业基础课.pptx
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1、1电路与电子技术电路与电子技术课程是课程是通信通信工程专业具入门性质的重要的专业工程专业具入门性质的重要的专业基础课。基础课。1.课程性质课程性质 获得适应信息时代的电子技术方面的基本理论、基本知识和基本获得适应信息时代的电子技术方面的基本理论、基本知识和基本技能。培养分析和解决实际问题的能力,为以后深入学习电子技技能。培养分析和解决实际问题的能力,为以后深入学习电子技术及其相关学科和专业打好基础术及其相关学科和专业打好基础2.课程目标课程目标2上篇 电路基础下篇 模拟电子技术基础考核要求:卷面成绩(70%)+平时成绩(30%)平时成绩包括考勤、作业、实验 上篇上篇 电路基础电路基础第一章第一
2、章 直流电路直流电路第二章第二章 电路的过渡过程电路的过渡过程第三章第三章 交流电路交流电路1.1 电路与电路模型 实际电路实际电路 由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路,称为实际电路。路,称为实际电路。一、电路一、电路 定义:电流的通路。定义:电流的通路。由多个电气元件(或电器设备)为实现能量的传输,由多个电气元件(或电器设备)为实现能量的传输,或为实现信息传递和处理而连接成的整体。或为实现信息传递和处理
3、而连接成的整体。组成:负载、电源和中间环节三部分组成:负载、电源和中间环节三部分作用:作用:1.实现能量的传输、分配和转换实现能量的传输、分配和转换 2.实现信号的传输与处理实现信号的传输与处理 3.信息的存储信息的存储R 代表小灯泡代表小灯泡US 和和 RS S 代表电池代表电池 S 代表开关代表开关电路一词的两种含义电路一词的两种含义:(1)(1)实际电路实际电路;(2)(2)电路模型。电路模型。R+RSUSS+UI手电筒的电路模型手电筒的电路模型二、电路模型二、电路模型 电路模型是实际电路抽象而成,它近似地反映实际电路的电气特性。电路模型是实际电路抽象而成,它近似地反映实际电路的电气特性
4、。电路模型由一些理想电路元件用理想导线连结而成。用不同特性的电电路模型由一些理想电路元件用理想导线连结而成。用不同特性的电路元件按照不同的方式连结就构成不同特性的电路。路元件按照不同的方式连结就构成不同特性的电路。1.2 1.2 电流、电压、电位电流、电压、电位 1.2.1 电流和电流的参考方向电流和电流的参考方向或 Q 和和 q 表示电荷量,表示电荷量,t 表示时间。表示时间。直流电路电流用大写直流电路电流用大写 I 表示,时变电路电流用小写表示,时变电路电流用小写 i 表示。表示。单位:安(单位:安(A),其他常用其他常用 千安(千安(kA),毫安(毫安(mA),微安(微安(A)。)。电流
5、:电流:电荷有规则的定向移动形成电流,电荷有规则的定向移动形成电流,用符号用符号 I 或或 i 表示。表示。abRI 1kA=103 A,1 mA=103 A,1A=106 A 电流的实际方向:正电荷移动的方向。电流的实际方向:正电荷移动的方向。参考方向:参考方向:为了方便分析与运算,任意假定电流的为了方便分析与运算,任意假定电流的 方向。任意假定的方向称为参考方向,方向。任意假定的方向称为参考方向,简称方向。简称方向。电流参考电流参考电流参考电流参考方向方向的表示方法:的表示方法:的表示方法:的表示方法:abRI例例abRI下图中红色箭头表示的是电流下图中红色箭头表示的是电流 I 的参考方向
6、。的参考方向。若若 I=5A,则电流的实际方向是从则电流的实际方向是从 a 向向 b;电流的参考方向与实际方向电流的参考方向与实际方向实际方向与参考方向实际方向与参考方向一致一致,电流值为,电流值为正值正值;实际方向与参考方向实际方向与参考方向相反相反,电流值为,电流值为负值负值。若若 I=5A,则电流的实际方向是从,则电流的实际方向是从 b 向向 a。1.2.2 电压和电压的参考方向电压和电压的参考方向或或 Q 和和q 表示电荷量;表示电荷量;Wab 和和wab 表示电场力做的功;表示电场力做的功;t 表表示时间。直流电路电压用大写示时间。直流电路电压用大写 U 表示,时变电路用小写表示,时
7、变电路用小写 u 表表示。示。单位:伏(单位:伏(V),),其他常用:千伏(其他常用:千伏(kV),毫伏(),毫伏(mV)电电压压:电场力把单位正电荷从电场力把单位正电荷从a点移动到点移动到b点所做的点所做的功称为功称为a、b两点之间的电压。用符号两点之间的电压。用符号 U 或或 u 表示表示。参考极性:参考极性:电压还可以用参考极性表示,简称极性。电压还可以用参考极性表示,简称极性。参考极性与参考方向的关系为:参考方向是由参考极性与参考方向的关系为:参考方向是由 正极性指向负极性。正极性指向负极性。abRUab+1kV=103 V,1 mV=103 V,1V=106 V参考方向:参考方向:为
8、了方便分析与运算,任意假定电压的为了方便分析与运算,任意假定电压的 方向。任意假定的方向称为参考方向方向。任意假定的方向称为参考方向.简称方向。简称方向。abRUab电压的参考方向与参考极性电压的参考方向与参考极性实际实际极性与参考与参考极性一致一致,电压值为,电压值为正值正值;实际实际极性与参考与参考极性相反相反,电压值为,电压值为负值负值。例例abRU+下图中若下图中若 U=5V,则电压的实际方向,则电压的实际方向从从 a 指向指向 b;若;若 U=5V,则电压的实,则电压的实际方向从际方向从 b 指向指向 a。abRU电压的参考方向与参考极性电压的参考方向与参考极性12关联参考方向关联参
9、考方向 一个元件或者一段电路中电压和电流的方向均可以一个元件或者一段电路中电压和电流的方向均可以任意选定,二者可以一致,也可以不一致。如果一致称任意选定,二者可以一致,也可以不一致。如果一致称为关联参考方向;如果不一致称为非关联方向。为关联参考方向;如果不一致称为非关联方向。IUIUIU+IU +(c)关联参考方向关联参考方向(a)关联参考方向关联参考方向(b)非关联参考方向非关联参考方向(d)非关联参考方向非关联参考方向关联参考方向与非关联参考方向关联参考方向与非关联参考方向131.2.3 电位电位 在电路中选取一点在电路中选取一点O作为电位参考点,参考点的电位作为电位参考点,参考点的电位V
10、O为零。某点为零。某点P的电位的电位VP即为即为P点与点与O点之间的电压点之间的电压UPO。两点之间的电压等于两点之间的电位差。两点之间的电压等于两点之间的电位差。两点之两点之间的电压与电位参考点的选取无关。间的电压与电位参考点的选取无关。141.3 电功率电功率 电功率是指单位时间内元件吸收或发出的电能,简称电功率是指单位时间内元件吸收或发出的电能,简称功功率率。左图中电路电压与电流为关联参左图中电路电压与电流为关联参考方向,电阻元件吸收的电功率为考方向,电阻元件吸收的电功率为如果是直流电压和电流,则用大写如果是直流电压和电流,则用大写+ui 一个元件或者一段电路可能吸收电功率,也可能发一个
11、元件或者一段电路可能吸收电功率,也可能发出电功率。出电功率。15+ui+ui 左侧上图中电压与电流为关联参考左侧上图中电压与电流为关联参考方向,电压与电流的乘积方向,电压与电流的乘积 p=ui 表示的表示的是吸收的电功率。是吸收的电功率。如果如果 p=ui 的的数值为数值为5W,吸收的,吸收的电功率为电功率为5W,就是说实际上是发出,就是说实际上是发出了电功率了电功率+5W。左侧下图中电压与电流为非关联参左侧下图中电压与电流为非关联参考方向,电压与电流的乘积考方向,电压与电流的乘积 p=ui 表示表示的是发出的电功率。的是发出的电功率。如果如果 p=ui 的数值为的数值为8W,发出的电,发出的
12、电功率为功率为8W,表明实际上是吸收了,表明实际上是吸收了电功率电功率8W。16例例 图中有图中有A、B和和C三个元件,其中有发出电功率的电池,三个元件,其中有发出电功率的电池,也有吸收电功率的小灯泡。试判断出分别是什么元件。也有吸收电功率的小灯泡。试判断出分别是什么元件。解:解:图中电流为顺时针方向。图中电流为顺时针方向。PA=UAIA=62=12(W)吸收电功率吸收电功率12W,表明元,表明元件件A是小灯泡。是小灯泡。(2)元件)元件B电压与电流方向相电压与电流方向相反,为非关联参考方向反,为非关联参考方向PB=UBIB=32=6(W)发出电功率发出电功率6W,表明元件表明元件B 是是电池
13、。电池。(1)元件)元件A电压与电流方向相同,为关联参考方向电压与电流方向相同,为关联参考方向CB2A+3V+3VA+6V 例题用图例题用图17CB2A+3V+3VA+6V PC=UCIC=(3)2=6(W)吸收电功率吸收电功率6W,就是,就是发出发出+6W,表明元件,表明元件C 是是电池。电池。(3)元件)元件C电压与电流的参考方向都是由上向下,为关电压与电流的参考方向都是由上向下,为关联参考方向。关联参考方向时电压与电流的乘积为吸收的联参考方向。关联参考方向时电压与电流的乘积为吸收的电功率电功率例题用图例题用图181.4 电阻元件Ri+u 有些实际部件如电阻器、电灯、电炉等在电有些实际部件
14、如电阻器、电灯、电炉等在电路中工作时要消耗电能,并将电能不可逆地转换路中工作时要消耗电能,并将电能不可逆地转换成热能、光能、机械能等。反映电能消耗的电路成热能、光能、机械能等。反映电能消耗的电路参数叫作电阻。参数叫作电阻。实际部件的电阻特性在电路中用电阻元件来实际部件的电阻特性在电路中用电阻元件来模拟。电阻元件常常简称为电阻。模拟。电阻元件常常简称为电阻。通常通常“电阻电阻”一词以及大写字母一词以及大写字母 R 既表示电阻元件,也表示该既表示电阻元件,也表示该元件的参数。元件的参数。电阻元件的图形符号是一电阻元件的图形符号是一个矩形框,文字符号是大个矩形框,文字符号是大写字母写字母 R。见左图
15、。见左图。电阻元件电阻元件19iuO线性电阻的伏安特性线性电阻的伏安特性 按左图所示,电压与电流取关按左图所示,电压与电流取关联参考方向,电压与电流之间满联参考方向,电压与电流之间满足欧姆定律:足欧姆定律:电阻元件电压与电流电阻元件电压与电流之间的关系称为伏安关系,之间的关系称为伏安关系,或称伏安特性(或称伏安特性(VAR)。根。根据欧姆定律,在坐标上电据欧姆定律,在坐标上电阻元件的伏安特性是过原阻元件的伏安特性是过原点的一条直线。见右图。点的一条直线。见右图。电阻元件电阻元件Ri+u 20 有的电阻元件不遵循欧姆定律,电压与电流有的电阻元件不遵循欧姆定律,电压与电流的比值不是常数。伏安关系也
16、就不是过原点的一的比值不是常数。伏安关系也就不是过原点的一条直线。这样的电阻称为非线形电阻。条直线。这样的电阻称为非线形电阻。伏安关系是过原点的一条直线的电阻元件称为线伏安关系是过原点的一条直线的电阻元件称为线性电阻;伏安关系不是过原点的一条直线的电阻称为性电阻;伏安关系不是过原点的一条直线的电阻称为非线性电阻。下图为非线性电阻的符号和一个非线性非线性电阻。下图为非线性电阻的符号和一个非线性电阻元件的伏安特性曲线。电阻元件的伏安特性曲线。非线性电阻的伏安特性非线性电阻的伏安特性iuO非线性电阻的符号非线性电阻的符号Ri+u 21电导:电导:电阻的倒数称为电导,用大写字母电阻的倒数称为电导,用大
17、写字母G表示。表示。欧姆定律表示为欧姆定律表示为电阻元件的功率电阻元件的功率在电压与电流不随时间变化的直流电路中用大写字母表示在电压与电流不随时间变化的直流电路中用大写字母表示221.5 电压源与电流源电压源与电流源1.5.1 电压源电压源 理想电压源简称电压源,是一个二端元件。电压源输理想电压源简称电压源,是一个二端元件。电压源输出的电压恒定,与外接的电路无关;其输出的电流与外接出的电压恒定,与外接的电路无关;其输出的电流与外接的电路有关。的电路有关。电压源的符号见下面图(电压源的符号见下面图(a)。习惯上也有用图。习惯上也有用图(b)中符号的。图()中符号的。图(c)是电压源的伏安特性。)
18、是电压源的伏安特性。+UIUS+UIUSUUsOI(a)(b)(c)23特点:(1)输出电压恒定U=US(2)输出电流取决于外电路(3)内阻Rs=0241.5.2 电流源电流源 理想电流源简称电流源,是一个二端元件。电流源输理想电流源简称电流源,是一个二端元件。电流源输出的电流恒定,与外接的电路无关;其输出的电压与外接出的电流恒定,与外接的电路无关;其输出的电压与外接的电路有关。的电路有关。电压源的符号见下面图(电压源的符号见下面图(a),也可以画成图(),也可以画成图(b)。图(。图(c)是电流源的伏安特性。)是电流源的伏安特性。(c)UIsOI+UIIS(a)+UIIS(b)25特点;(1
19、)输出电流恒定I=IS,与端电压无关(2)输出端电压取决于外电路(3)内阻RS=26 电压源的输出电流可以是负值。实际电源的输出电流电压源的输出电流可以是负值。实际电源的输出电流也可以是负值,在给蓄电池充电时,蓄电池的输出电流也可以是负值,在给蓄电池充电时,蓄电池的输出电流就是负值。就是负值。电压源的电压可以为零,电压源的电压可以为零,电压为零的电压源相当于电压为零的电压源相当于短路线,短路线,而不是相当于断路。而不是相当于断路。电流源的电流可以为零,电流源的电流可以为零,电流为零的电流源相当于电流为零的电流源相当于断路断路,而不是相当于短路。,而不是相当于短路。显然,下面图(显然,下面图(a
20、)中的电压源不允许短路,在断)中的电压源不允许短路,在断路时输出电流等于零路时输出电流等于零;类似的,图(;类似的,图(b )中的电流源)中的电流源不允许断路,在短路时输出电压流等于零。不允许断路,在短路时输出电压流等于零。+UIIS(b)R+UIUS(a)271.5.3 电压源与电流源的等效变换电压源与电流源的等效变换US1USUS2(a)(b)当图当图(b)与图与图(a)中满足中满足US=US1+US2时,图时,图(b)与图与图(a)有同有同样的伏安特性。在电路中他们可以互相替代,不影响电路中其样的伏安特性。在电路中他们可以互相替代,不影响电路中其他的响应。这称为他的响应。这称为图图(b)
21、与图与图(a)等效。等效。例如:例如:US1=6V,US2=3V,US=6+3=9V。图。图(b)与图与图(a)分别在端分别在端口处接一个口处接一个5的电阻,图的电阻,图(b)与与图图(a)所接电阻的电流都是所接电阻的电流都是1.8A,方向都是由上向下。,方向都是由上向下。(一)(一)等效电压源与等效电流源等效电压源与等效电流源如果两个电源对任何负载提供的电压和电流都相等,则称两电源等效。28(c)当图当图(d)与图与图(c)中满足中满足IS=IS1+IS2时,图时,图(d)与与图图(c)有同样的伏安特性。在电路中他们可以互相有同样的伏安特性。在电路中他们可以互相替代,不影响电路中其他的响应。
22、这称为图替代,不影响电路中其他的响应。这称为图(d)与与图图(c)等效。等效。例如:例如:US1=2A,US2=3A,US=2+3=5A。图。图(b)与图与图(a)分别在端口处接一个分别在端口处接一个5的电阻,图的电阻,图(b)与图与图(a)所接电阻的电流都是所接电阻的电流都是5A,方向都是由上向下。每,方向都是由上向下。每个电阻的电压都是个电阻的电压都是25V。(d)ISIS2IS15529(a)(d)(c)(b)等效电路等效电路3V3V3V3V3V2A2A2A2A2A5530(二)实际电源的两个电路模型及其等效变换(二)实际电源的两个电路模型及其等效变换(二)实际电源的两个电路模型及其等效
23、变换(二)实际电源的两个电路模型及其等效变换 U U=U US S R RS S I I若若若若 R R R R S S S S=0=0=0=0,即为理想电压源。,即为理想电压源。,即为理想电压源。,即为理想电压源。实际电源的端口特性实际电源的端口特性实际电源的端口特性实际电源的端口特性I IR RL LR RS S+-U US SU U+实际电源实际电源实际电源实际电源模型可以模型可以模型可以模型可以由由由由电压源电压源电压源电压源 U US S和内阻和内阻和内阻和内阻 R RS S 串联串联串联串联组成。其端口伏安特性可组成。其端口伏安特性可组成。其端口伏安特性可组成。其端口伏安特性可表示
24、为表示为表示为表示为 U U0C0CI IU UO OISC U U0C 0C 称为开路电压,称为开路电压,称为开路电压,称为开路电压,ISC称为短路电流。这里称为短路电流。这里31I I 实际电源实际电源实际电源实际电源模型可以模型可以模型可以模型可以由电流源是由电流源是由电流源是由电流源是 I IS S 和内阻和内阻和内阻和内阻 R RS S 并联组成。并联组成。并联组成。并联组成。若若若若 R R S S=,则为,则为,则为,则为理想电流源。理想电流源。理想电流源。理想电流源。R RL LR RS SU UR RS SU UI IS S+U U0C0C I IU UO OI ISCSC实
25、际电源的端口特性实际电源的端口特性实际电源的端口特性实际电源的端口特性其端口伏安特性可表示为其端口伏安特性可表示为其端口伏安特性可表示为其端口伏安特性可表示为 其开路电压和短路电流分别为其开路电压和短路电流分别为32实际电源两种模型的等效变换实际电源两种模型的等效变换由左图由左图由左图由左图 U U=U US SR RS S I I由右图由右图由右图由右图 U U=I IS SR R0 0 IRIR0 0I IR RL LR RS S+U US SU U+电压源模型电压源模型电压源模型电压源模型等效变换条件等效变换条件等效变换条件等效变换条件:U US S =I IS SR R0 0R RL
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