电路与电子技术 第1章 电路基本概念

负反馈电路 信号的运算与处理电路
数字电子技术-分析和设计
逻辑代数 组合逻辑电路 时序逻辑电路
二、课程结构和任务 前序课程
高等数学，大学物理
后续课程
计算机组成原理，微机原理等
课程任务
理论学习 实验学习
四、实验内容
1、基尔霍夫定律验证 2、戴维南，诺顿定理验证 3、仪器仪表的使用 4、单级放大电路
U ab
dW dq
(1.3)
式中dW是电场力所作的功，单位是焦耳（J）。
4、电位
点的电位，用符号V表示。
定义：电路中任选一点作为参考点，则其他各点与参考点的电压叫做该
例如，电路中a、b两点的电位分别表示为Va和Vb ，并且a、b两点间的电压 与该两点电位有以下关系： Uab = Va - Vb （1.4）
注意：对关联欧姆定律表达式写成I=U/R；对非关联欧姆定律表 达式写成I=-U/R（两套正负号：一是公式本身的，二是U.I的正负）
1.2.3 功率与能量
1、电功率
电能对时间的变化率即为电功率，简称功率。用p或P表示。功率的表达式 为： dW dW d q p u i (1.5)
dt
dq dt
解： 根据题目所给已知条件可得 P1 = U1 I1 = 1×1 = 1 W （吸收功率1 W，负载） P1+ P2 + P3= P4 + P5=35W P2 = U2 I2 = （-6）×（-3） = 18 W 结论：电路中各元件发出的功率 （吸收功率18 W，负载） 总和等于吸收功率总和，这就是 P3 = -U3 I3 = -（-4）×4 = 16 W 电路的“功率平衡”。 （吸收功率16W，负载） 功率平衡是能量守恒定律在电路 P4 = U4 I4 = 5×（-1） = -5 W 中的体现。 （发出功率5 W，电源） P5 = -U5 I5 = -（-10）×（-3） = -30 W （发出功率 30W，电源）
程，而时变电路是由变系数的代数方程或微积分方程描述的电路。
2）电路的功能
1）实现电能的传输和转换；
例如电力网络将电能从发电厂输送 到各个工厂、广大农村和千家万户， 供各种电气设备使用
电路的功能
2）实现电信号的传输、处理和存储。
发电厂 升压变 压器
例如电视接收天线将接收到的含有声音和 图像信息的高频电视信号，通过高频传输线送 到电视机中，这些信号经过选择、变频、放大 和检波等处理，恢复出原来的声音和图像信号， 在扬声器发出声音并在显像管屏幕上呈现图像
任务：学生通过本课程的学习，获得电工电子技术必要的基本理论、基本
知识和基本技能，并会用电工电子技术的“三基”和模块的集成技术解决 本专业的实际问题，了解电工电子技术的最新发展概况，为今后的再学习 以及从事与本专业有关的工程技术工作打下一定的基础。
1.1.2 电路和电路模型
1、电路 1）电路的分类
① 集总参数电路和分布参数电路：将实际电路的几何尺寸d与其
dq i dt
Q I t
(1.1)
其中：i 表示电流强度，单位是安[培]，用A表示，在计量微小电流时， 通常用毫安（mA）或微安（μA）作电位； dq为微小电荷量，单位是库[仑]，用C表示； dt为微小的时间间隔，单位是秒，用s表示。 按照电流的大小和方向是否随时间变化，分为恒定电流（简称直流DC） 和时变电流，分别用符号I和i表示。。 我们平时所说的交流（AC）是时变电流的特例，它满足两个特点，一是周 期性变化，二是一个周期内电流的平均值等于零。
规定对其他物理量一般也用大写字母代表恒定量，用小写字母代表变化的量 在分析电路时往往不能事先确定电流的实际方向，而且时变电流的实际方 向又随时间不断变化。因此在电路中很难标明电流的实际方向。为此，我们引 入电流的“参考方向”这一概念。 参考方向的选择具有任意性（任意假设的方向）。在电路中通常用实线箭 头或双字母下标表示，实线 箭头可以画在线外，也可以画在线上。为了区别， 电流的实际方向通常用虚线箭头表示，如图1.4所示。
中的工信号波长λ比较，满足d＜＜λ的称为集总参数电路，不满足 d＜＜λ的称为分布参数电路
② 线性电路和非线性电路：若描述电路特征的所有方程都是线
性代数方程或线性微积分方程，则称为线性电路，否则就是非线 性电路。 ③ 时不变电路和时变电路：时不变电路中元件参数不随时间变 化，描述其电路的方程是常系数的代数方程或常系数的微积分方
电路分析欧姆定律和基尔霍夫定律信号的运算与处理电路二课程结构和任务前序课程高等数学大学物理后续课程计算机组成原理微机原理等课程任务理论学习实验学习22戴维南诺顿定理验证戴维南诺顿定理验证11基尔霍夫定律验证基尔霍夫定律验证55集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用44单级放大电路单级放大电路33仪器仪表的使用仪器仪表的使用66组合逻辑电路半组合逻辑电路半全加器全加器77译码器和数据选择器译码器和数据选择器88触发器触发器99计数器与寄存器计数器与寄存器1010multisimmultisim数字电路仿真数字电路仿真计数器电路的基本概念11电路和电路模型12电路的基本物理量13常用元件介绍14电源重点
注意：在求电压、电流时，必须事先规定好参考方向，否则求 出的值无意义。
6、关联参考方向
通常，对于一个元件或在一段电路中，电流参考方向和电压参考方向都是可 以任意选定的，彼此独立无关。但为了分析方便，习惯上将某一元件或某段电路 的电压和电流的参考方向选得一致，即选定电流从标以电压“+”极性端流入而 从标以“-”极性端流出，这样选定的电压和电流的参考方向称为关联参考方向， 简称关联方向，如图1.6（a）和（b）所示。否则，称非关联方向，如图1.6（c） 和（d）所示。
注意：两点间电压就是该两点的电位之差。电位与电压既有联系又有区别。
其主要区别在于：电路中任意两点间的电压，其数值是绝对的，与该两点间 的路径无关；而电路中某一点的电位是相对的，其值取决于参考点的选择。
今后如未说明，通常选接地点作参考点，并且参考点的电位为零。
5、方向 电压的参考方向（也称参考极性）的选择同样具有任意性， 在电路中可以用“+”、“-”号表示，也可用双字母下标或实线 箭头表示。如图1.5所示。电压正负值的规定与电流一样。
1.1.3 计算机辅助分析
对电路进行计算机辅助分析的软件很多，如
OrCAD,Multisim,Electuonic,PSpice,Matlab等，用
相应的软件对电路方程进行建模、求解；对线性和非线 性交、直流电路的频域和时域的分析进行虚拟仿真及计 算，实现其最优化设计。是目前大规模集成电路的一些 新的分析方法。
降压变 压器
放 大 器
用户
3） 电路的定义 所有的实际电路是由电气设备和元器件按照一定的方式连接 起来，为电流的流通提供路径的总体，也称网络。 电源：产生电能的设备统称为电源 4)电路的组成 中间环节： 用以连接电源和负载的部分称为中 间环节。如开关，导线等 负载： 用电设备统称为负载
电源又称为激励源简称激励 由激励而在电路中产生的电压和电流称为响应
规定：若电流的实际方向与所选的参考方向一致（关联方向），则电流为 正值，即i＞0；若电流的实际方向与所选的参考方向相反 （非关联方向） ， 则电流为负值，即i＜0。如图1.4所示。这样以来，电流就成为一个具有正负的 代数量。
1.2.2 电压
1、定义：在数值上，电路中任意a、b两点之间的电压等于电场力把单位正电 荷由a点移到b点所作的功。 2、表示：直流电压用大写字母U表示，交流电压用小写字母u表示，单位为 伏[特]，用V表示。为了便于计量，还可以用毫伏（mV）、微伏（μV）和千 伏（kV）等作为单位。 3、表达式
1.2 电路的基本物理量
在电路理论中，电路的基本物理量有4个：电流、电压、电荷和磁通，其 中最常用的是电流和电压。电路的基本复合物理量为电功率和电能。电路分 析的基本任务是计算电路中的电流、电压和功率。
1.2.1 电流
电荷的定向运动形成电流。电流的实际方向习惯上指正电荷运动的方向。 电流的大小用电流强度来衡量，电流强度指单位时间内通过导体横截面积的 电荷量，电流强度简称电流，其数学表达式为
一、课程主要内容

电路分析-欧姆定律和基尔
霍夫定律


模拟电子技术-微变等效电路
半导体二极管及其基本电路 半导体三极管及其放大电路基础 放大电路基础 集成运算律 等效变换 电阻电路的一般分析

瞬态电路 一阶动态电路方程建立 零输入响应 零状态响应 全响应 交流电路 正弦稳态电路分析 相量图 功率分析 三相电路
电 池
R
US
变压器
扬声器
传声器
晶体管 电池
电阻 器
今后如未加特殊说明，所说的电路均指电路模型。
建模
以上用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件的过程称为建 模。建模时必须考虑工作条件，并按不同精确度的要求把给定工 作情况下的主要物理现象及功能反映出来。需要注意的是，在不 同的条件下，同一实际器件可能采用不同模型。例如图1-2（a） 所示的线圈，在低频交流工作条件下，用一个电阻和电感的串联 结构进行模拟，如图（b）所示；在高频交流工作条件下，则要再 并联一个电容来模拟，如图（c）所示。
注意：功率的分析与计算要和电压、电流参考方向配合使用，关联方向与非 关联方向两种情况下，公式前相差一个负号。
在SI制中，电压单位为伏（V），电流单位为安（A），则功率单位为瓦 特，简称瓦，用符号W表示，1 kW = 103 W。
例1.1 在图所示电路中，已知U1 = 1 V，U2 = -6 V，U3 = -4 V，U4 = 5 V， U5 = -10 V，I1 = 1 A，I2 = -3 A，I3 = 4 A，I4 = -1 A，I5 = -3 A。试求各元 件的功率，并判断实际吸收还是发出功率。
电阻元件分：线性电阻和非线性电阻
2） 电阻元件的符号及电压、电流关系
电阻元件电压与电流之间的关系称为伏安关系，或称伏安特性（VAR)。 根据欧姆定律，在坐标上电阻元件的伏安特性是过原点的一条直线。见右图。
i i R i G u
u
电阻单位： 欧姆 、Ω
u 定义： 电导G=1/R
线性电阻 伏安特性
欧姆定律： u、i 关联参考方向
应用（1.5）式计算元件功率时，首先需要判断u、i的参考方向是否为关 联方向。 p＞0时，元件实际吸收或消耗功率（负载） 关联方向： p = u i； 功率p
P <0时，元件实际发出或者释放功率（电源）
非关联方向：p = -u i；
p＞0时，元件实际吸收或消耗功率（负载）
P <0时，元件实际发出或者释放功率（电源）
5、集成运算放大器的应用
6、组合逻辑电路（半/全加器）) 7、译码器和数据选择器
8、触发器 9、计数器与寄存器 10、Multisim数字电路仿真 （计数器）
第一篇 电路分析
第1章 电路的基本概念
1.1 电路和电路模型 1.2 电路的基本物理量
1.3 常用元件介绍
1.4 电源
本章内容提要
重点：
（1）电路模型的概念及科学建模； （2）电压、电流的参考方向； （3）电位的概念；
难点：
（1）关联参考方向的判断； （2）电路模型的建立；
1.1 电路理论基础
1.1.1本课程的地位、作用和任务
地位：电路理论是关于电器件的模型建立、电路分析、电路综合及设计等
方面的理论，电路理论是物理学、数学和工程技术等多方面成果的融合。
是高等学校本科非电类专业的一门技术基础课程。 作用：目前，电工电子技术应用十分广泛，发展非常迅速，并且日益渗透 到其他学科领域，促进其发展，在我国社会主义现代化建设中占有重要的 地位。
u=Ri
G单位： 西门子、S
u、i 非关联参考方向
u=－Ri
开路R
∞， G
0
短路R
0 ，G
∞
总之：欧姆定律揭示了线性电阻电压与电流的约束关系。
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。 伏安关系也就不是过原点的一条直线。这样的电阻称为非线形电
2、能量
能量是功率对时间的积累。其表达式可写成W = P· t。电 能的单位是焦[耳]（J），定义为：功率为1 W的设备在1 s时间内转换的电能。 工程上常采用千瓦小时（kW· h）作为电能的单位，俗称1
度电，定义为：功率为1 kW的设备在1 h内所转换的电能。
1.3 常用元件介绍 1.3.1 电阻元件 1 电阻元件的电压、电流关系及功率 1）定义：导体对电子运动呈现的阻力称为电阻。对电流呈现阻 力的元件称为电阻器，如下图（a）和（b）电路中的灯泡，在电 路中可用下列所示的模型—电阻元件来代替，字母符号为R。
1.1.2 电路和电路模型
将实际电路器件理想化（或称模型化），即在一定条件下， 突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素，将其近似地看做理想 电路元件，并用规定的图形符号表示。电阻、电感、电容又称无 源元件。常见电路元件和符号如表1.1所列。 开关 灯泡 Ri 导线
图1.1手电 筒电路
s
10BASE-T wall plate