第1章 电路的基础知识

电子电路
第1章 电路的基础知识


王俊峰
玉溪师范学院信息技术工程学院
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第1章
电路的基础知识
教学目的 了解电路及其组成，理解电流、电 压参考方向。 理解常用负载元件特性及应用。 理解基尔霍夫定理，掌握叠原理和 戴维南定理。
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第1章 电路的基础知识
1.1 电路的基本概念 1.2 电路的分析方法
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1.1.4 常用电路负载元件介绍
iL/A
0.5
0 -0.5
1
2
3
4 t/ms
(b) uR/v
2.5
0 -2.5
1
2
3
4 t/ms
(a)
(c)
图1.1.10 例1.2的图
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1.1.5 电压源和电流源
一、 电压源 不论外部电路如何变化,其两端电压 总能保持定值或一定的时间函数的电 源定义为理想电压源,简称电压源。 它有两个基本性质:


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1.1.4 常用电路负载元件介绍
“四色环”读数规则 :
红 紫 棕 金 2 7 1个0 5％ 第一环：红——代表2 第二环：紫——代表7 第三环：棕——代表1个0，但是第三环的“1”并不 是“有效数字”，而是表示在前面两个有效数字后 面添加“零”的个数,即10n。 这个电阻的阻值应该 是270，单位一律默认为“欧姆”（Ω）。 第四环：表示电阻的“精度”，也就是阻值的误差。 金色代表误差±5％，银色代表误差±10％。
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1.1.4 常用电路负载元件介绍



金色和银色也会出现在第三环中： 第三环——金色：把小数点向前移动1位； 第三环——银色：把小数点向前移动2位。 举两个例子： 1、色环排列：橙灰金 金 阻值是3.9Ω 2、色环排列：绿黄银 金 阻值是：0.54Ω
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1.1.4 常用电路负载元件介绍
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1.1 电路的基本概念
1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 电路及其组成 电流、电压与电动势 功率与电能 常用电路负载元件 电压源和电流源
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1.1.1 电路及其组成

电路就是电流的通路。它是由一些电气 设备或元件为了实现某一功能而按一定 方式组合起来的。
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1.1.1 电路及其组成
+
u1
1
_
b
_ 2
u2
+
3 +
u3
_
c
图1.2.4 电路中的一个回路
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1.2.1 基尔霍夫定律

例1.4 在如图所示电路中，若已知R1＝2 Ω， R2＝4 Ω，R3＝3 Ω，R4＝1 Ω，US1=12V， US2=8V。试求电路中电流I和UAB。
图1.2.5
(例1.4的图)
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1.2.2 叠加原理
1. 电流的定义 电流是由电荷的定向运动形成的。 电流强度是指在电场作用下，单位时间内通 过某一导体截面的电荷［量］。
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1.1.2 电流、电压与电动势
i dQ dt

dQ/dt=常数，简称直流
I Q t

电荷量单位：库[仑]（C），电流单位：安 [培]（A）
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1.1.2 电流、电压与电动势
U
0
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KVL的基本内容是：对于任何集总电路中的任 一回路，在任一瞬间，沿回路的各支路电压的代数 和为零。
如图1.2.4，从a点开始按 a 顺时针方向(也可按逆时针方向） _ 绕行一周，有： u4 4 u1- u2- u3+ u4=0 + 当绕行方向与电压参考方向 一致（从正极到负极），电压 d 为正，反之为负。
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1.2.1 基尔霍夫定律
其基本内容是：对于 集总电路的任一节点， 在任一时刻流入该节点 的电流之和等于流出该 节点的电流之和。例如 对图1.2.2所示电路a点， 有 i1= i2+i3+ i4 或 i1-i2-i3-i4=0
i1
1
i2 i3
2
a
3
4
i4
图1.2.2 说明KCL
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1.2.1 基尔霍夫定律


二、电容元件（通交流、隔直流）
C＝Q/U 即Q＝CU 电容单位为法[拉]（F）
6 12
1 F 10 F 10 i dQ dt C
pF
du c ( t ) dt
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1.1.4 常用电路负载元件介绍
u c (t )

1 C
i ( t ) dt
t 0

电容应用：滤波电容、高频旁路电容及启动电 容等。 [例1.1] 已知电容器充电后的电压变化规律如 图所示，电容器的容量C=10μF，求向电容器 充电的电流随时间变化的规律，并作出波形图。
w

t
p ( ) d
t0
上式中τ是为了区别积分上限t 而新设的一个表示 时间的变量。
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1.1.4 常用电路负载元件介绍


色环电阻基本识别法
颜色和数字的对应关系： 颜色: 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑 数字 :1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 容易记忆： 棕 红 橙 黄 绿 兰紫灰白黑
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三、电感元件（通直流、隔交流）
电感：由导线绕制成的线圈。

uL L
di L dt
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1.1.4 常用电路负载元件介绍

电感L单位为亨[利]（H）。
iL

1 L
u L (t ) d (t )
t2 t1
[例1.2] 如图所示的电路，已知R=2mH，外 加电流的波形如图所示，请画出uR和uL的波形 图。

叠加原理：在线性电路中，几个电源在某一条 支路中共同产生的电压或电流，都可看成每个 电源单独作用在该支路中产生的电压或电流的 代数和。
图1.2.6 叠加原理
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1.2.2 叠加原理

电源单独作用，就是将其他电源看成零， 即电压源短路（ES=0），电流源开路 （IS=0）代替。
I1 I I
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例1.6 用戴维南定理求图1.2.9所示电路中的电流 I。
图1.2.9
解: (1)将待求支路电阻R作为负载断开，电路的 剩 余部分构成有源二端网络，如图2-9(b)所示。 （2）求解网络的开路电压UOC。该例用叠加定 理求解较简便，电源单独作用时的电路如图2-9 (c)、(d)所示。
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1.2.1 基尔霍夫定律

支路：没有分支的电路。 节点：3条或3条以上的交点。 回路：电路中任意一个闭合路径。 网孔：回路平面上不含支路的回路。
图1.2.1 基尔霍夫定理
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1.2.1 基尔霍夫定律


一、基尔霍夫电流定律(KCL)
KCL：流经任意一个节点上的电流的代 数和恒等于零。
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1.1.2 电流、电压与电动势
i + _ u i _ u +
图1.1.4 u、i 关联参考方向
图1.1.5 u、i 非关联参考方向
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思考题

下图中的电压与电流关联方向是 （ ）。
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1.1.3 功率与电能


功率：单位时间内电路吸收或释放的电能定 义为该电路的功率（P）。
P dW dt

2. 电流的方向
规定正电荷运动方向或者负电荷移动 的相反方向为电流的实际方向。



电流的实际方向：规定为正电荷运动的 方向。 电流的参考方向：假定为正电荷运动的 方向。 并且规定：若二者方向一致，电流为正 10 值，反之则相反。
1.1.2 电流、电压与电动势
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1.1.2 电流、电压与电动势

对线性电阻
R l S l
S



电导 G＝I/U 是电阻R的倒数，单位是西[门子]（S）。 电阻元件消耗的功率为
P IU I R U
2 2
/R
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1.1.4 常用电路负载元件介绍
1 R吸收的功率为:
p ui i R
2
对于正电阻来说，吸收的功率总是大于 或等于零。 2 设在to-t区间R吸收的能量为w(t)、它等于从 t0- t对它吸收的功率作积分。即：
[例1.3] 已知I1=0.2A,I2=-0.3A,I3=-0.1A,I4=-0.7A,求I5。
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二、基尔霍夫电压定律(KVL)
基尔霍夫电压定律(英文缩写KVL)：在任一瞬间，沿任 一闭合回路绕行一周，在绕行方向上各元件电位降低的总 和等于电位升高的总和。即
U
流入

U
流出
该定律可用电位的唯一性（单值性）来解释，从电路 的某点出发沿闭合回路绕行一周，中途虽电位有降有升， 但回到出发点电位不变。这与图中所示人沿BACDB绕行一 周下楼再上楼回到出发点高度的变化量为零的道理类似。 因此KVL还可表述为：在任一瞬间，沿任一闭合回路绕行 一周，在绕行方向上各元件的电位降（即电压）代数和等于零。


二、电压与电动势
1. 电压 电压：电场力将单位正电荷从a点移动到b 点所做的功定义为a点到b点间的电压。
u ab dW ab dQ
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1.1.2 电流、电压与电动势
在直流电路中
U ab W ab Q

电场内两点间的电压也称为两点间的电位差
U ab V a V b
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1.1.2 电流、电压与电动势
2. 电动势 电动势：电源力在电源内部把单位正电 荷从电源的低电位端移动到高电位端 所做的功。 电压、电位、电动势的单位都是伏[特] （V）