电路与模拟电子技术第一章殷瑞祥

作为参考方向，都是人为假设出来的，两者之间没有实
际联系。
• 电路分析中，在一个元件上定义两个独立的参考方向是 不合适的。为了分析方便，同一电路元件或电路部分， 电压和电流的参考方向采用一致的方向，称为关联参考 方向。
• 如无特别需要，一般采用关联的参考方向。这样在电路
中只需要标出一个参考方向。
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1kA=103A 1A=103mA=106μA
1
1A
→ →
is 10V 4 2
→ ↓
i
3
电流方向：规定为正电荷运动 方向。实际应用时可任意指定 一种方向作为参考方向。参考 方向与实际方向区别? 电流的正负：参考方向与实际 方向一致为正，否则为负。 电流表示：带箭头的符号标在 电路中；也可以用双下标。如 iab表示参考方向为由a指向b。
电工电子学
(电路与模拟电子技术)
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课程介绍
1. 课程性质：专业基础课
2. 课程要求：
（1）掌握一定的理论知识，抓住基础知识和基本分 析方法；
（2）认真独立完成课后作业；
（3）认真做好每一个实验，以加深 对理论知识的理 解和掌握。
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第1章 电路的基本概念与基本定律
• 实验和工程中采用电流表测量电流，电流表必须串接 在被测电路中。 电流的参考方向由电流表接线方式决定 “+”接线柱指向“-”接线柱
电流表
+ _
•
i
被测支路 断开通路 串接电流表
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电流单位为安培 (A) 。在电力系 统中，通过设备的电流较大， 采用安或千安(kA)作单位。而电 子电路中的电流则较小，常用 毫安 (mA) 或微安 (μA) 作单位， 其换算关系是
1A
→ +
1
→
i 3
+
-2 →
is 10V
-↓
↓
+
4
图1.5 电流、电压的关联与非关联参考方向
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1.3 电路中的基本物理量（续12）
电功率
电功率的概念、符号与单位
• 电功率是电路元件消耗电能快慢的度量，它表示单位 时间内电路元件消耗的电场能量。 • 电路中用 P 或 p 表示电功率，按照定义 必须加上 p (或 P )=dW/dt 负号！ • 功率的单位为瓦特（W）= 焦耳( J ) / 秒 ( s )。
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1.1.2 电路模型
开关
电路图
灯泡
10BASE-T wall plate
电 池 导线
(a)
Rs Us
(b)
RL
电路模型
反映实际电路部件的主要电磁 性质的理想电路元件及其组合。
理想电路元件
有某种确定的电磁性能的理想元件
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注：只有满足集总假设的电器件可以进行理想化抽 象，成为电路模型。
出各点的电位值。
例：求图示电路中A点的电位
5V (5V) I 0.2 mA 20k 30k
I
+5V
20k
A 30k 5V
VA 30I 5 1V
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1.3 电路中的基本物理量（续11）
关联参考方向
• 同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参考方向。
u a b
• •
•
或
a
+
u
-
b
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1.3 电路中的基本物理量（续9）
电压（续）
4. 电压的测量
• 实验和工程中采用电压表测量电压，电压表必须和被
测支路并联。
• 电压的参考方向由电压表接线方式决定 “+”接线柱指向“”接线柱
+ u _
+
被测 支路
电压表
_
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电流的概念 电流是电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流 过电路中某一截面的净电荷量。 电荷流动不仅有数量，也有方向，因此电流是具有方 向的。规定正电荷流动的方向为电流的方向（称为真 实方向）。 分析电路时用箭头或双下标来指定电流的方向。
I ab (iab )
电路中的一条通路
+
1. 电流及其表示方式
集总假设：
根据电磁场理论，电磁波的波长λ=v/f
v：电磁波的传播速率v=3×108m/s
f：频率
可见，频率越高，波长越短
A情况：f=50KHz， λ=6Km-----可用电路模型
B情况: f=10GHz， λ=0.03m=30cm-----不可用
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电流
• •
1.3 电路中的基本物理量 （电压、电流、电位、功率）
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1.3 电路中的基本物理量（续2）
电流（续）
3. 电流的参考方向
• 电流作为电路的基本物理量，是我们分析电路所需要
确定的，因此在分析电路之前，电流的真实方向一般
是未知的。 • 在电路中，每条通路的电流方向只有两个可能的选择，
因此，我们可以用代数量来表示有方向的电流。符号
的意义，掌握集中参数电路的基本约束关系——基
尔霍夫定律和元件伏安特性 。
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§1 电路的组成与功能
1.1 电路的组成及其功能 电路是由各种电器件构成，并具有一定功能的连接整 体。 电器件种类繁多、性能各异。如电池、信号产生器、 电阻器、电容器、电感器、开关、晶体管等。 电池------提供电能 信号产生器------输出多种标准信号 电阻器-----消耗电能（提供合适的电压、电流） 电感器-----存储磁场能等等。
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电路的概念
电路是由用电设备（负载）与供电设备（电源）通过导线 连接而构成的提供给电荷流动的通路。
电路的组成
为电路工作提供能量的：电源； 在电能作用下完成电路功能的：负载,如用电设备； 连接、控制电源和用电设备的：中间环节，如导线、开关； 例如我们常用的照明电路。
~220V
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电路实例： 图1.1(a)是一个简单的照明电路，由电池、开关、连接导线、灯泡 组成。其作用是把由电池提供的电能传送给灯泡并转换成光能。
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图1.1(b)是计算机电路组成的简化框图，它的基本功 能是通过对输入信号的处理实现数值计算。人们在 键盘上输入计算数据和步骤，编码器将输入信号表 示成二进制数码，经运算、存储、控制部件处理得 到计算结果，然后在显示器上输出。
↓
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1.3 电路中的基本物理量（续5）
电压
1. 电压的概念
• • • 电路是电场的一种特殊形式。 电场是一种位场，类似引力场，电荷在电场中具有电 位能。 单位正电荷在电场中某点所具有的电位能称为该点的 电位。它表示外力将单位正电荷从参考点（0电位） 移动到该点所作的功。单位为伏特 (V) = 1 焦耳 (J)/ 库仑(C) ，用 v 或 V 表示
开关
电源
导线
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灯泡 （用电设备）
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1-1
电路的功能
电路的组成与功能（续）
客观上电路提供了电荷流动的通路，电荷携带着电能在电路 中流动，从电源带走电能，而在用电元器件中又释放电能， 因此电路的工作伴随着能量的运动。根据电路的工作场合和 工作目的及我们的着眼点，电路主要有下列作用： 能量传输 能量转换 式 信息传输 信息处理 将电源的电能传输给用电设备(负载)。 将传输到负载的电能根据需要转换成其它形 的能量，如光、声、热、机械能等
信息--> (载体)-->信号-->电路-->终端-->(去载体)--->信息 (电流或电压)
信号(接受)--->电路----->信号(已经放大、去噪、合成…)
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1.2 电路模型
为什么要引入电路模型？
构成实际电路的元器件种类繁多，形状各异，给分析和设 计带来困难。 只有对各种元器件的特性建立了数学模型，才可能对电路 进行深入分析。例如，对于最简单的手电筒，这样一个电 路，就包含了电池、电珠、开关、导体等部分。如果要把 这个电路介绍给他人，一种方法是直接把实物展示给对方， 另一种方法是十分逼真地将它画下来给对方看，尽管如此， 我们仍然不能十分明了地将这个电路的工作情况表达出来 （用语言或文字）。
•
电流的真实方向
a
q
b
dq q | q | I ab (iab ) dt t
负电荷流向
正电荷流向
q-
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1.3 电路中的基本物理量（续1）
电流（续）
2. 电流的符号和单位
• 电流的符号：电路中用
I 表示不随时间变化的电流
或
i 表示随时间变化的电流
• 电流的单位是安培（A）
表示方向，绝对值表示大小。 • 为了用代数量表示电流，我们必须事先规定一个参考
（即符号为正时电流的方向），称为电流的参考方向。
电路中用箭头标示。
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1.3 电路中的基本物理量（续3）
电流（续）电流的参考方向
电流的参考方向是人为定义的， 而电流的真实方向则是受电路
a
电压 uab 表示单位正电荷从 a 点移动到 b点所失去的电位能，
因此常也称为电压降。
失去电位能Wa-Wb
Wa
a
Wb b
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1.3 电路中的基本物理量（续7）
电压（续）
2. 电压的方向（极性）
• 电路（电场）中，只有定义了参考点，电位才有意义。
•
•
电压是一个相对量，与参考点的选取无关。
a 点电位
va
Wa q
b 点电位
vb
Wb q
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1.3 电路中的基本物理量（续6）
电压（续）电压的概念
• 电路（电场）中两点（如a与b）之间的电位差称为电 压，用 u 或 U 表示，单位也是伏特(V)
ab两点之间电压 uab va vb
Wa Wb dW q dq
1.3 电路中的基本物理量（续10）
在电路的分析与计算时，常常要用到电位的概念。电压是两 点电位之差，它只能说明一点的电位高，另一点的电位低， 并不能知道某一点的电位究竟为多少。在很多情况下，我们 需要知道某点的电位。 利用电位的概念，还可以简化电路图，也可使计算更为简单。 在电子电路中，为简化电路，一般不画出直流电源，而只标
电流 i 的参 考方向
i
电路中的一条通路
约束客观存在并确定的。
b
当参考方向设的与真实方向一致时，
电流的代数值符号为正；反之为负。
若分析电路后确定的电流符号为正，则
表明电流的真实方向就是参考方向；反之亦然。
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1.3 电路中的基本物理量（续4）
电流（续）
4. 电流的测量
电压的参考方向是可以任意选择的 ，
有两种不同的选择方式，如图 1.5 所示。对于一个元件或一段电路， 其电流、电压的参考方向一致时， 称为关联参考方向或关联方向。两 者的参考方向相反时，称为非关联 参考方向或非关联方向。为使电路 图简洁了，一般采用关联方向，并 在电路图上只标明电流或电压的参 考方向。
难以想象，如果每个电路都要如此处理，摆在我们面前的 将是怎样的情形！
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1.2 电路模型 电路理论主要研究电路中发生的各种电 磁现象，包括电能的消耗现象和电磁能的存储 现象。一般这些现象交织在一起，同时发生在 整个电路中。为了简化分析，对实际电路采用 “模型化”方法处理。首先，针对一些基本电 磁现象(如电磁能消耗、电场能存储、磁场能 存储等)建立相应的模型，称为理想元件或元 件，并用统一符号标记。理想元件在物理上描 述了基本电磁现象，在数学上也有严格的定义 。
本章教学内容
§1 电路组成与功能 §2 电路模型 §3 电路中的基本物理量（电压、电流、电位、功率） §4 基本电路元件模型
§5 电路的工作状态与元件额定值
§6 基尔霍夫定律
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本章学习的重点和难点
基本电路元件及其特性，集中参数电路的拓扑约束 关系——基尔霍夫定律。这些内容是分析和计算电 路的基础。 要深刻理解电路中电压和电流的参考极性（方向）
电压表示的是电位下降，也存在方向（又称为极性）， 规定电位下降的方向为电压的真实方向。
•
电位实际上是电路中某点到参考点之间的电压。
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1.3 电路中的基本物理量（续8）
电压（续）
3. 电压的参考方向
• 电压具有方向性，不能单用数值来表示，必须同时标 定其方向。 在对电路分析之前显然不能确定电压的真实方向。 两点之间电压只可能有两个方向，可先假设电压的方 向，数值的正、负表示真实方向与假设方向之间的关 系。称此假设的方向为电压的参考方向。电压的参考 方向用箭头（或+ / 号）在电路中标出。 有了参考方向，带方向的电压变量就转变成了代数量。