电路与模拟电子技术第一章

2．功率的计算和判断
1） u, i 取关联参考方向
+
i
p吸 = u i
u
p吸 > 0
表示元件吸收的功率 实际吸收 是负载
–
p吸 < 0
实际发出 是电源
2） u, i 取非关联参考方向
+
i
p吸 = -u i 表示元件吸收的功率
u
P吸> 0 实际吸收 是负载
–
P吸< 0 实际发出 是电源
• 上述功率计算适用于任意二端网络。 例 U = 5V， I = - 1A
二、电路中电位的概念
电路中某点的电位等于该点与参考点之间的电压。
在电路中任选一节点，设其电位为零，此点称为参考点。
参考点用 表示
a
a
1
1
b 5A
a 点电位： Va = 5V b 点电位： Vb = 0V
b 5A
a 点电位： Va = 0V
b 点电位： Vb = -5V
电路中某点的电位与参考点的选择有关。
2. 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用电设备或元器件 开关
中 间
–连接电源和用电设备的导线
设 备
–控制电源接入的开关等
例如我们常用的照明电路
~220V 电源
导线
用电设备
3、电路的功能
• 能量传输：将电源的电能传输给用电设备(负载)。
发电机—变压器---传输线—变压器-->负载
高等学校 教材
电路与模拟电子技术
殷瑞祥 编
高等教育出版社
Higher Education Press
电路与模拟电子技术是一门专业技术基础课
基础要求：
1、《大学物理》中的电部分； 2、高等数学中的微积分及常系数微分方程。
学习要求：
1、课堂认真听讲，掌握要点； 2、关键在于课后练习，举一反三。
电路与模拟电子技术基础
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
p
dW dt
ui ui
关联参考方向 非关联参考方向
功率的单位名称：瓦（特） 符号（W） 单位: W, kW, mW
注意：采用非关联参考方向时，计算电路功率时需在公式中增 加一个符号。考虑功率是电路元件消耗（吸收）电能的速度， 固，当P＞0时，表示元件吸收功率，是负载；当P＜0时，元 件发出功率，是电源。
实际方向
i<0
I1
10V
10
I1 = -1A
4、电流参考方向的两种表示：
• 用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。 (图中标出箭头）
i
参考方向
• 用双下标表示：如 iAB , 电流的参考方向由A指
向B。 (图中标出A、B）
A
i AB 参考方向
B
1.3.2 电压、电位和电动势 一、电压 (voltage)
6
90V
1、若选A为参考点，则各点电位如下 B
VA=0 VB = UBA = -60V， VC = UCA = 80V， VD = UDA = 30V
2、若选B为参考点，则各点电位如下
VB=0 VA = UAB = 60V， VC = UCB =140V， VD = UDB = 90V
3、不论A或B为参考点，则各两点间的电压是不改变的。
+
I
U
关 联
–
P吸= UI = 5(-1) = -5 W 吸收-5W，实际发出5W
+
I非 U关
联
–
P吸= －UI = －5(-1) = 5 W 实际吸收5W
4、 功率平衡原理
功率平衡原理： 电路中所有元件的功率之和为 0 ！
作用：常用作对分析结果的检验准则
例：由5个元件组成的电路如图，各元件上电压、电流
UAB = VA - VB = 60V UDB = VD - VB = 60V
UCB = VC - VB = 140V
结论：
1、电路中某一点的电位等于该点与参考点 （电位为零的点）之间的电压
2、参考点选的不同，电路中各点的电位值 随着发生改变，而电压值是不变的，所 以，电位的高低是相对的，电压的大小 是绝对的。
参考方向标在图上如下。
-+
－
1
2
4
3
5
U1 30V, U2 20V, U3 60V, U4 30V, U5 80V I1 3A, I2 1A, I3 2A, I4 3A, I5 1A
确定各元件的功率，指出哪些是电源、哪些是负载？
－
U1 30V, U2 20V, U3 60V, U4 30V, U5 80V
I1 3A, I2 1A, I3 2A, I4 3A, I5 - 1+A
－
1
2
4
3
5
元件1：P1吸=－U1×I1=－(－30)×3=90W 吸收功率 为负载
元件2：P2吸=－U2×I2=－(－20)×1=20W 吸收功率 为负载 元件3：P3吸=U3×I3=60×-2= -120W 发出功率 为电源 元件4：P4吸=U4×I4=30×3=90W 吸收功率 为负载 元件5：P5吸=U5×I5=80×（-1）= -80W 发出功率 为电源 总功率：90＋20－120＋90－80＝0 功率平衡！
uab
va
vb
Wa
Wb q
dW dq
- 单位名称：伏(特) (V) = 1 焦耳 (J)/ 库仑(C)
- 符号：用u或U 表示
- 电压的真实方向： 规定 电位下降的方向 为电压的真实方向 即从 高电位端 指向 低电位端
注：电动势的真实方向： 即从 低电位端 指向 高电位端
2. 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。
UR
b
U
已知：E=2V, R=1Ω
求： 当U 分别为 3V 和 1V 时，求IR?
解： (1) 假定电路中物理量的正方向如图所示；
(2) 列电路方程： U =UR + E
IR
= UR R
=U- E R
U =U - E R
(3) 数值计算
U = 3V U = 1V
IR IR
= =
3-2 11- 2
1
= 1A = -1A
➢ 电流的参考方向是人为定义的，而电流的真实方向 则 是受电路约束客观存在并确定的。
➢ 当参考方向设得与真实方向一致时，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。
i
参考方向
实际方向
i>0
例 I1
10V
10
I1 = 1A
i
参考方向
第一篇 电路理论基础 1、电路的基本概念与基本定律 2、电路分析的基本方法 3、交流稳态电路分析 4、暂态电路分析
第二篇 模拟电子技术基础 1、半导体器件与二极管电路 2、晶体管放大电路基础 3、模拟集成电路及其应用电路 4、信号产生电路 5、直流电源
第一章 电路的基本概念与基本定律
本章主要内容 1、介绍电路的基本物理量及单位 2、引入电流、电压参考方向 3、建立电路模型的概念 4、介绍几种常用理想电路元件 5、介绍电路两类基本约束（欧姆定
基尔霍夫定律）
律，
第1章 电路的基本概念与电路元件
§1.1~3 电路的基本概念 §1.4 基本电路元件模型 §1.5 电路的工作状态与元件 额定值
§1.6 基பைடு நூலகம்霍夫定律
1.1电路的组成与功能
1. 电路的概念
电路是由用电设备或元器件（称为负载）与供电设备 （称为电源）通过导线连接而构成的提供给电荷流动 的通路。有直流和交流电路。
元件模型是一种理想化模型：
——忽略元件的次要特性，用规定的理想化模型 表征其物理特性。
电阻元件
2、电路模型
– 对电路中的每个元器件特性建立元件模型
– 把所有元器件的元件模型按照原电路结构连接起来，形 成电路的模型
例：
开关
灯泡
10BASE-T wall plate
电 池
导线
常用的几种元件模型：
无源元件：电阻、电感、电容这些元件任何时刻对外界均 不提供能量，叫做无源元件.
电位的计算
1、选定参考点； 2、计算某点电位，即计算该点到参考
点的电压。
电位在电路中的表示法 R1
+
_ R2
_E1 +E2
R3
R1 +E1
-E2 R2 R3
练习：用电位表示电路图
2 +
10v _
2 4
+
_
_15v
20v
+
+10v
2
+15v 2
4
-20v
例：计算图示电路中开关S合上和断开时b点的电位
• 输出（能量或信号），称为电路的响应。在电路中响应常表示 为某一元件上的电压、电流或电功率。
开关
例如，照明电路中，220V交流电 源就是电路的激励，而灯泡获得的 电功率则是电路的响应。
~220V
电源
用电设备 导线
1.2 电路模型
1、元件模型
为了便于分析电路的主要特性和功能 把构成实际电路的元件抽象成理想的电路元件
• 能量转换：将传输到负载的电能根据需要转换成其它
形式的能量 •如光、声、热、机械能等。
电能----->(用电设备)----->其它形式的能量
• 信息传输 • 信息处理 信号(接受)--->电路----->信号(已经放大、去
噪、合成…)
4. 电路的激励和响应
• 输入（电能或信号），称为电路的激励。在电路中激励常 表示为电源（提供电能，使电路工作）或信号源（作为电路 传输、处理信息的对象）。
U> 0
实际方向 +
+
U
（参考方向）
U< 0
例
+ U1 10 10V
U1 = 10V
U1 10 10V
+
U1 = 10V
5、关联参考方向
- 电流的参考方向和电压的参考方向取一致， 称关联方向；如不一致，称非关联方向。
+
U
+
U
I 关联参考方向
I 非关联参考方向
- 采用关联的参考方向后，在电路中只需 要标出一个（电流或电压）参考方向。
– 在对电路分析之前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 其中一个 方向为电压的方向，称此假设的方向 为电压的参考方向。
– 有了参考方向，电压变量就转变成了代数量。
3. 电压的参考方向三种表示方式
(1) 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
+
U
(2) 用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向
电阻元件
电感元件
无源元件
电容元件
有源元件：凡是发出电压、电流，对外界提供能量的元 件，叫有源元件。如电池、发电机
－＋
电流源 电压源
有源元件
1.3 电路的基本物理量
1.3.1 电流 (current)
1、电流及其表示方式
电流：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电荷量。
i(t) dq dt
电流的符号：I（不随时间变化） 或 i（随时间变化） 单位名称：安（培） 符号：A （Ampere）
电流的真实方向：规定正电荷流动的方向为电流的方向
电流的真实方向
I ab (iab )
a 电路中的一条通路
b
q+ 正电荷流向
负电荷流向
q-
10V
10
在复杂电路中难于判断元件中物理 问题的提出
量的实际方向，电路如何求解？
1、电压及其表示方式
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）移动到的该点 所作的功
a
点电位
va
Wa q
b 点电位
vb
Wb q
– 电路（电场）中两点（如a与b）之间的电位差称为电压，
U
+
I
- 如果采用非关联方向，则必须全部标示
注意！
1 在以后的解题过程中，一定要先假定“正方向”，然 后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义 的.
2
如果没有特殊需要，一般采用关联参考方向。
3 参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在 参考 方向下进行，一般不考虑实际方向。
例1
R a
IR + E -
注意 电位和电压的区别
电压：电路中两点间的电位差 Uab=Va-Vb
电位值是相对的,参考点选得不同，电路中其它 各点的电位也将随之改变；
电路中两点间的电压值是固定的，不会因参考 点的不同而改变。
C 4A 20
例1：电路如图所示： 计算电路中各点电 位和两点间的电压。140V
A 5 6A D
10A
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。
UAB
A
B
4.实际方向与参考方向的关系：
➢ 当参考方向设得与真实方向一致时，电压的代数值符号为 正；反之为负。
➢ 若分析电路后确定的电压符号为正，则表明电压的真实 方向就是参考方向；反之亦然。
+ 实际方向
+
U
（参考方向）
电流方向 AB？
E1
A IR B R
电流方向 BA？
E2
当电流的流向不定或者难以判别时，先任意选定一 个方向作为电流的方向
2、电流的参考方向
(1)参考方向：任意选定的一个方向即为电流的参 考方向。
i
参考方向
（2）参考方向的任意性
• 电流的参考方向是人为定义的。 • 不一定与实际方向相符
3、电流的参考方向与实际方向的关系
+12v
2k
a 4k
2k
解：S断开时：
整个电路处于开路的状态，
电路中无电流流过，所以
b
Vb=12v
S
S闭合时：
4k电阻上无电流流过， a、b两点等电位。
Vb=Va=6v
电路图的还原
8v
-6v
-4v
_
+
_
8v_
6v 4v +
+
1.3.3 功率和能量
1、电功率的概念、符号与单位
电功率：单位时间内电场力所做的功。