计算机电子电路技术--电路与模拟电子部分CH1

w(t )
t

p( )d 0
t
则称该元件（或电路）是无源的，否则就称其为有源的。
例 U1=10V， U2=5V。 分别求电源、电阻的功率。
I 5 U1 + UR – U2
I=UR/5=(U1–U2)/5=(10–5)/5=1 A
PR= URI = 51 = 5 W PU1=- U1I = 101 = －10 W PU2= U2I = 51 = 5 W P发= 10 W， P吸= 5+5=10 W P发=P吸 (功率守恒)
+
实际方向
实际方向
+
+
参考方向 U 实际方向
–
+
参考方向 U 实际方向 U<0
–
+
+
U> 0
电压参考方向的三种表示方式：
(1) 用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向
U
(2) 用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压 (降低)的参考方向
+
A
U
(3) 用双下标表示：如 UAB , 由A指向B的方向为电压 (降)的参考方向
结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位参考
时，电路中各点电位均不同，但任意两点间电压保持不变。
四、电压、电流的参考方向(reference direction) 1. 电流的参考方向
+
10V 10k

不正确
电流为1mA
元件(导线)中电流流动的实际方向有两种可能: 实际方向


实际方向
五、 能量和功率
能量对时间的导数称为功率，记为p(t)或p,
dw p dt
dw u dq
dq i dt
dw dw d q p ui dt dq dt
功率的单位：W (瓦) (Watt，瓦特)
能量的单位： J (焦)
(Joule，焦耳)
当 u,i 的参考方向一致时，p表示元件吸收的功率；
(2) 电阻的电压和电流的参考方向相反
i
R
u
+
则欧姆定律写为
u –Ri
或
i –Gu
公式必须和参考方向配套使用！
三. 开路与短路 + i R
对于一电阻R，
当R=0，视其为短路。
i为有限值时，u=0。
u –
当R=，视其为开路。
u为有限值时，i=0。 * 理想导线的电阻值为零。
四. 功率和能量 功率： i +
当 u,i 的参考方向相反时，p表示元件发出的功率。
二、功率的计算和判断
1. u, i 关联参考方向
2. u, i 非关联参考方向
+
i
p = ui 表示元件吸收的功率
P>0 吸收正功率 (吸收)
u
– + u i
P<0 吸收负功率
(发出)
p = －ui
P>0 吸收正功率
P<0 吸收负功率
(吸收)
(发出)
i uS _
+
2. 伏安特性
参考方向：任意选定一个方向即为电流的参考方向。 i 参考方向
A
电流(代数量)
大小
方向
B
电流的参考方向与实际方向的关系：
i
参考方向 实际方向
i
参考方向
实际方向
i>0
电流参考方向的两种表示：
i<0
用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。 用双下标表示：如 iAB , 电流的参考方向由A指向B。
以减少公式中负号，称之为关联参考方向。反 之，称为非关联参考方向。 i + u u = Ri – +
i u
u = –Ri
–
(4) 参考方向也称为假定方向、正方向，以后讨论
均在参考方向下进行，不考虑实际方向。
例1 电路如图1.6所示，图中矩形框表示电路元件。已知电流I1=-1A,I2=2A,I3=-3A, 其参考方向如图中所标；d为参考点，电位Ua=5V,Ub=-5V,Uc=-2V。求 (1)电流I1、I2、I3的实际方向和电压Uab、Ucd的实际极性。 (2)若欲测量电流I1和电压Ucd的数值，则电流表和电压表应如何接入电路?
为什么要引入参考方向 ？
(a) 有些复杂电路的某些支路事先无法确定实 际方向。为分析方便，只能先任意标一方 向（参考方向），根据计算结果，才能确 定电流的实际方向。
(b) 实际电路中有些电流是交变的，无法标出 实际方向。标出参考方向，再加上与之配 合的表达式，才能表示出电流的大小和实 际方向。
2. 电压(降)的参考方向
前例
a b 仍设c点为电位参考点， c=0 Uac = a ， Udc = d d c Uad= Uac –Udc= a–d
结论：电路中任意两点间的电压等于该两点间的
电位之差。
例. a 1.5 V b 1.5 V c
已知 Uab=1.5 V，Ubc=1. V
(1) 以a点为参考点，a=0 Uab= a–b b = a –Uab= –1.5 V
例:如图所示电路，已知i=1A, u1=3V, u2=7V, u3=10 V, 求ab、bc、
ca三部分电路上各吸收的功率p1, p2, p3。
p1 u1i 3 1 3W p2 u2i 7 1 7W
p3 u3i 10 1 10W
1.3 电阻元件 一、线性电阻 电阻元件是电能消耗器件的理想化模型，用来描述电路 中电能消耗的物理现象。
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日常生产、生活电路的工作频率为 f=50 MHz 则： 周期 T = 1/f = 0.0210–6 s = 0.02 ns 波长 = 3×105 0.0210–6 = 6 m
电路基本概念和定律 1.2 电路变量 电路中的主要物理量：
主要有电压、电流、电荷、磁链等。在线性电路分析中 常用电流、电压、功率等。
R u R + p吸 ui i2R u2 / R
i
p吸 –ui –(–Ri)i i2 R –u(–u/ R) u2/ R
u 上述结果说明电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。
能量：可用功率表示。从 t 到t0电阻消耗的能量：
W R pdξ uidξ
t t0 t t0
二、电压 为了计量电场力作功的能力，引入电压物理量，记为u(t)或u。
电路中a、b两点间的电压，在数值上等于单位正电荷从a 点沿电路约束的路径移至b点时电场力所作的功。
dw(t ) u (t ) dq(t )
电压的单位是伏特(V)。
def
U AB
W AB q
常用单位:千伏(kV)、毫伏(mV)或微伏(μV)
–
上述功率计算不仅适用于元件，也使用于任意二端 网络。 电阻元件在电路中总是消耗(吸收)功率，而电源在电 路中可能吸收，也可能发出功率。
若已知元件吸收功率为p(t)，并设w(-∞)=0,则
w(t )
t

p( )d
W UIT
表示从-∞开始至时刻t元件所吸收的电能。
一个元件，如果对于任意时刻t,均有
UABΒιβλιοθήκη B小结：(1)电压和电流的参考方向是任意假定的。分析前必须标明。 (2) 参考方向一经确定，必须在图中相应位置标注 (包括方向和 符号），在计算过程中不得任意改变。参考方向不同时，其 表达式符号也不同，但实际方向不变。
i +
R
u – +
i
R u –
u Ri
u Ri
(3) 元件或支路的u，i通常采用相同的参考方向，
Ubc= b–c c = b –Ubc= –1.5–1.5= –3 V
Uac= a–c = 0 –(–3)=3 V
(2) 以b点为参考点，b=0 Uab= a–b Ubc= b–c
a = a +Uab= 1.5 V c = b –Ubc= –1.5 V
Uac= a–c = 1.5 –(–1.5) = 3 V
电路基本概念和定律
采用集总电路模型意味着不考虑电路中电场与磁场的相 互作用，不能考虑电磁波的传播现象，认为电能的传送是瞬 间完成的。当电路的尺寸大于最高频率所对应的波长或两者 属于同一数量级时，便不能作为集总电路处理，应作为分布 (distributed)参数电路处理。
3 108 调频接收机(100M Hz): c 3m f 100 106
线性定常电阻元件：任何时刻端电压与其电流成正比的电 阻元件。
(a)电路符号；(b)伏安特性
二. 欧姆定律 (Ohm’s Law)
(1) 电压与电流的参考方向设定为一致的方向 i R
+
uRi
u
R 称为电阻 1kΩ=103Ω 1MΩ=103kΩ=106Ω
令 G 1/R
G称为电导
则 欧姆定律表示为 i G u . 电阻的单位： (欧) 电导的单位： S (西) (Ohm，欧姆) (Siemens，西门子)
计算机电子电路技术——电路与模拟电子部分
学习方法：
1、基本概念、基本定理（律）； 2、基本方法、典型电路； 3、多练。
第1章 电路基本概念和定律
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 电路模型 电路变量 电阻元件 电源元件 基尔霍夫定律 电阻的串联和并联 实际电源模型
电路基本概念和定律
电路基本概念和定律
部分电气图用图形符号
电路基本概念和定律
(a)实际电路
(b)电气图
(c)电路模型(电路图)
当实际电路的尺寸远小于使用时其最高工作频率所对 应的波长时，可以定义出几种“集总参数元 件”(lumped parameter element)，用来构成实际部、 器件的模型。每一种集总参数元件(以后简称为元件)只反 映一种基本电磁现象，且可由数学方法精确定义。