1、電路與電子學(xué)基礎(chǔ)電路與電子學(xué)基礎(chǔ) 前前 言言 一一. 課程的地位和特點課程的地位和特點 二二. 學(xué)習(xí)的目的及任務(wù)學(xué)習(xí)的目的及任務(wù) 三三. 理論教學(xué)和實驗教學(xué)安排理論教學(xué)和實驗教學(xué)安排 四四. 教學(xué)方式教學(xué)方式、方法方法 五五. 教學(xué)參考書教學(xué)參考書第一章第一章 電路分析導(dǎo)論電路分析導(dǎo)論 1.1 電路及其模型電路及其模型 1.2 電路基本元件電路基本元件 1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 1.4 等效變換等效變換1.1 1.1 電路及其模型電路及其模型 1.1.1 電路的作用，組成與模型電路的作用，組成與模型 作用：實現(xiàn)電能的傳輸與分配或電信號的傳輸作用：實現(xiàn)電能的傳輸與分配或電信號的傳輸 與處

2、理。與處理。 組成：必須有電源和負(fù)載，兩者由傳輸導(dǎo)線等中組成：必須有電源和負(fù)載，兩者由傳輸導(dǎo)線等中 間環(huán)間環(huán) 節(jié)連接成閉合電路。節(jié)連接成閉合電路。 模型：由具有單一電磁現(xiàn)象的理想電路元件或它模型：由具有單一電磁現(xiàn)象的理想電路元件或它 們的組合（即實際電路器件的模型）們的組合（即實際電路器件的模型） 相相 互連接而成的電路模型。如：互連接而成的電路模型。如：電路模型電路模型(b)分支電路中分支電路中,節(jié)點數(shù)節(jié)點數(shù):2 支路數(shù)支路數(shù):3 回路數(shù)回路數(shù):3 網(wǎng)孔數(shù)網(wǎng)孔數(shù):21.1.2 電路分析的基本變量電路分析的基本變量 電流（電壓）的參考方向：參考方向可以任意選擇。電流（電壓）的參考方向：參考方向

3、可以任意選擇。 但一經(jīng)選定，就不再改變。分析電路時，在選定但一經(jīng)選定，就不再改變。分析電路時，在選定 參考方向下，要根據(jù)電量計算結(jié)果值的正或負(fù)來參考方向下，要根據(jù)電量計算結(jié)果值的正或負(fù)來 確定它的實際方向：確定它的實際方向：電位電路圖：電位電路圖：電路的工作狀態(tài)，可以通過電路各點電路的工作狀態(tài)，可以通過電路各點 的電位反映出來。特別是在電子電路的分析中，的電位反映出來。特別是在電子電路的分析中， 經(jīng)常要計算經(jīng)常要計算、檢測各點的電位。所檢測各點的電位。所 以，電子電以，電子電 路圖中經(jīng)常采用電位電路圖的畫法。如：路圖中經(jīng)常采用電位電路圖的畫法。如：功率與能量的計算：功率與能量的計算：當(dāng)當(dāng)u u

4、、i i取關(guān)聯(lián)參考方向時，取關(guān)聯(lián)參考方向時，p=ui;p=ui;而當(dāng)而當(dāng)u u、i i取非關(guān)聯(lián)參考方向時，則取非關(guān)聯(lián)參考方向時，則p=-uip=-ui。規(guī)定兩種情況下規(guī)定兩種情況下, , 算得的功率值算得的功率值: : 若若p p0 0，表示元件（或電路）吸收的功率；，表示元件（或電路）吸收的功率； 若若p p0 0，表示元件（或電路）發(fā)出的功率。，表示元件（或電路）發(fā)出的功率。直流電路的功率平衡關(guān)系直流電路的功率平衡關(guān)系:整個電路中，吸收功率的總和恒整個電路中，吸收功率的總和恒等于發(fā)出功率的總和等于發(fā)出功率的總和.ttdptWtttp0)()()(0總能量為時刻，元件吸收的到，則從設(shè)元件吸收

5、的功率為1.2 電路基本元件電路基本元件 1.2.1 電阻元件電阻元件 R=u/i 或或G=i/u 線性定常電阻的特點線性定常電阻的特點：（1 1）端電壓）端電壓u u與通過的電流與通過的電流i i成正比，成正比，R R是常數(shù)。是常數(shù)。（2 2）雙向性：伏安特性以原點對稱。）雙向性：伏安特性以原點對稱。（3 3）耗能性：它的功率總是消耗的。說明電阻不僅是無）耗能性：它的功率總是消耗的。說明電阻不僅是無 源元件，而且是耗能元件。源元件，而且是耗能元件。（4 4）無記憶性。）無記憶性。1.2.2 電感元件電感元件 L=/i線性電感有如下特點：線性電感有如下特點：（1 1）其磁鏈）其磁鏈正比于產(chǎn)生磁

6、鏈的電流正比于產(chǎn)生磁鏈的電流i i，即，即=Li，L L 是一個是一個 正實常數(shù)。它與正實常數(shù)。它與、i i無關(guān)無關(guān)。（2 2）雙向性：韋安特性以原點對稱）雙向性：韋安特性以原點對稱。（3 3）動態(tài)性：線性電感的電壓與該時刻電流的變化率有關(guān)）動態(tài)性：線性電感的電壓與該時刻電流的變化率有關(guān) （成正比），而與該時刻的電流無關(guān)。所以，稱它是動（成正比），而與該時刻的電流無關(guān)。所以，稱它是動 態(tài)元件。態(tài)元件。（4 4）記憶性）記憶性：電感電流有電感電流有“記憶記憶”電感電壓的作用。電感電壓的作用。（5 5）儲能性：電感是一種儲能元件。）儲能性：電感是一種儲能元件。 無初始無初始儲能時，在電流為儲能時，

7、在電流為NoImage221)(LiwtiL時，1.2.3 電容元件電容元件 C=q/u線性電容有如下特點：線性電容有如下特點：（1 1）q q正比于正比于u u，即，即q=Cuq=Cu，C C是一個常量，稱為電容量。是一個常量，稱為電容量。（2 2）雙向性：庫伏特性以原點對稱，說明特性與端鈕接法無雙向性：庫伏特性以原點對稱，說明特性與端鈕接法無 關(guān)。關(guān)。（3 3）動態(tài)性：任一時刻通過電容的電流取決于該時刻電容兩）動態(tài)性：任一時刻通過電容的電流取決于該時刻電容兩 端電壓的變化率端電壓的變化率( (成正比成正比) )，而與該時刻的電壓無關(guān)。，而與該時刻的電壓無關(guān)。（4 4）記憶性：電容電壓有）記

8、憶性：電容電壓有“記憶記憶”電容電流的作用。電容電流的作用。 (5) (5) 儲能性：電容是儲能元件，也是一無源元件。儲能性：電容是儲能元件，也是一無源元件。)(212tCuwtCC時刻儲存的電場能量為在無初始儲能的電容例例 已知電容已知電容 ，三者串聯(lián)后接在直流，三者串聯(lián)后接在直流 U=120v的電源上，求每個電容上的分壓。的電源上，求每個電容上的分壓。解：當(dāng)電容的電容量或耐壓值不滿足需要時，可以將幾個電容解：當(dāng)電容的電容量或耐壓值不滿足需要時，可以將幾個電容 器適當(dāng)連接起來以滿足需要。幾個電容并聯(lián)可以提高電容器適當(dāng)連接起來以滿足需要。幾個電容并聯(lián)可以提高電容 量，因為并聯(lián)后的等效電容為各個

9、電容之和。幾個電容幾個電容串聯(lián)串聯(lián)后的等效電容則小于各個電容，因為串聯(lián)后等效電容的倒數(shù)等于各個電容倒數(shù)之和，但是等效電容的耐壓值增大了。在本例，三電容串聯(lián)后的等效電容為FCFCFC12,6,4321高。小容量電容分得的電壓不同容量的電容串聯(lián)后可見，故各電容上分壓為荷量相等，均等于串聯(lián)三電容各儲存的電上儲存的電荷量，即,20,40,60)(240)(2401202F2C,211111332211321vCQUvCQUvCQUcQcCUQCCCCC1.2.4 電源元件和實際電源模型電源元件和實際電源模型 理想電壓源：理想電壓源： 一定，與通過它的一定，與通過它的i無關(guān)。無關(guān)。i由外電路決定。由外電

10、路決定。NoImageNoImagessu理想電流源理想電流源: 一定，與它的端電壓一定，與它的端電壓u無關(guān)。無關(guān)。 u由外電路決定。由外電路決定。NoImagesi實際電壓源模型：實際電壓源模型： uoc=us , i sc=u s/R s實際電流源模型：實際電流源模型： isc=iS , uoc =isR s1.2.5 受控源受控源 VCVS: i1=0, u2 =u1 VCCS: iVCCS: i1 1=0, i=0, i2 2=gu=gu1 1 CCVS: u CCVS: u1 1=0, u=0, u2 2=ri=ri1 1 CCCS: u CCCS: u1 1=0, i=0, i2

11、2= =i i1 1 如下圖示電路中，受控電壓源的源電壓如下圖示電路中，受控電壓源的源電壓100 和極性，受和極性，受1I的控制電阻中電流1I90受控源的源電壓或源電流受控于電路某部分的電壓或電流，但受控源的源電壓或源電流受控于電路某部分的電壓或電流，但它也像獨立源那樣能輸出電流它也像獨立源那樣能輸出電流、電壓和功率。電壓和功率。1. 受控源是電路器件在一定條件下的理想化模受控源是電路器件在一定條件下的理想化模型，與它對應(yīng)的實際器件不一定唯一。它主要型，與它對應(yīng)的實際器件不一定唯一。它主要用來模擬器件在電路中所發(fā)生的現(xiàn)象，即表示用來模擬器件在電路中所發(fā)生的現(xiàn)象，即表示器件在電路中某處電壓或電流

12、控制別處電壓或器件在電路中某處電壓或電流控制別處電壓或電流的能力和相互關(guān)系。電流的能力和相互關(guān)系。2. 受控源不能作為電路的一個獨立的激勵。只有受控源不能作為電路的一個獨立的激勵。只有在獨立源作用下，受控源才同樣起激勵作用。在獨立源作用下，受控源才同樣起激勵作用。3. 受控源也是電源，在分析電路時其處理方法也受控源也是電源，在分析電路時其處理方法也與獨立源相同，但要注意保留它的控制量，不與獨立源相同，但要注意保留它的控制量，不能隨意把含有控制量的支路去除。能隨意把含有控制量的支路去除。1.3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律 1.3.1 1.3.1 基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律(KCL)(KCL)

13、 任一集中參數(shù)電路中，在任一時刻，通過任一節(jié)任一集中參數(shù)電路中，在任一時刻，通過任一節(jié)點的電流的點的電流的代數(shù)和等代數(shù)和等于零。于零。 即：即：i ik k=0 =0 或或i i入入 i i出出12345i iiii1230i ii1.3.2 1.3.2 基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律(KVL)(KVL)對于任一集中參數(shù)電路中的任一回路，在任一時對于任一集中參數(shù)電路中的任一回路，在任一時刻，沿著回路的所有支路電壓的代數(shù)和為刻，沿著回路的所有支路電壓的代數(shù)和為u uk k=0. =0. 如如: : 還有還有: :12340u u u u312i i32bduuuo根據(jù)根據(jù)基爾霍夫電壓定律可知，

14、電路中任意兩點間基爾霍夫電壓定律可知，電路中任意兩點間的電壓，等于這兩點間任意路徑上各段電壓的代的電壓，等于這兩點間任意路徑上各段電壓的代數(shù)和。這種列寫兩點間電壓的方法，在電路分析數(shù)和。這種列寫兩點間電壓的方法，在電路分析中經(jīng)常用到。如：中經(jīng)常用到。如：1423143223bdSSuiiuuiiRRRR 1.4 等效變換等效變換 1.4.1 等效和等效變換等效和等效變換 等效變換是指，當(dāng)電路中的某一部分用一個新的電路結(jié)等效變換是指，當(dāng)電路中的某一部分用一個新的電路結(jié)構(gòu)（稱為等效電路）代替后，未被代替部分的電壓和電構(gòu)（稱為等效電路）代替后，未被代替部分的電壓和電流均應(yīng)保持不變，即等效電路以外部分

15、電壓、電流的伏流均應(yīng)保持不變，即等效電路以外部分電壓、電流的伏安關(guān)系不變，也即對等效電路外部伏安特性等效。如：安關(guān)系不變，也即對等效電路外部伏安特性等效。如： N2N2是是N1N1的等效電路，它們在的等效電路，它們在A-BA-B端口上端口上u-iu-i關(guān)系全同。關(guān)系全同。1.4.2 等效分析法等效分析法 1. 電阻的串聯(lián)和并聯(lián)電阻的串聯(lián)和并聯(lián): 串聯(lián)等效電阻串聯(lián)等效電阻R=RR=Rk k u uk k=uR=uRk k/R, k=1,2,/R, k=1,2,n,n p p1 1:p:p2 2=R=R1 1:R:R2 2=u=u1 1:u:u2 2電阻的并聯(lián)電阻的并聯(lián) 并聯(lián)等效電導(dǎo)并聯(lián)等效電導(dǎo)G

16、=GG=Gk k。當(dāng)當(dāng)k=2k=2時時, , 等效電阻等效電阻R= RR= R1 1R R2 2 R R1 1R R2 2 i ik k=uG=uGk k=iG=iGk k/G /G 當(dāng)當(dāng)k=2k=2時時, , i i1 1:i:i2 2=p=p1 1:p:p2 2=G=G1 1:G:G2 221121212,iiRRiiRRRR例例: 圖圖(a)中中,Rab=2+2=4,I=12/4=3(A) 圖圖(b)中中,I= 12123( )22ARab121.2()808A2.2.電阻的電阻的- -等效變換等效變換 形電阻形電阻= =形電阻兩兩乘積之和形電阻兩兩乘積之和/ /形不相鄰電阻形不相鄰電阻

17、 形電阻形電阻= =形相鄰電阻的乘積形相鄰電阻的乘積/ /形電阻之和形電阻之和當(dāng)形各電阻相等時當(dāng)形各電阻相等時, ,則等效的形各電阻也等則等效的形各電阻也等, ,且為一形且為一形電阻的三倍電阻的三倍. .3.橋式電路平衡法：橋式電路平衡法： 電橋電路是一個四邊形電路，每邊（稱為橋臂）有橋臂電橋電路是一個四邊形電路，每邊（稱為橋臂）有橋臂電阻，其一個對角線上作用了電源。當(dāng)相鄰臂電阻阻值之比電阻，其一個對角線上作用了電源。當(dāng)相鄰臂電阻阻值之比相等，或?qū)Ρ垭娮枳柚档某朔e相等時，另一對角線的兩端出相等，或?qū)Ρ垭娮枳柚档某朔e相等時，另一對角線的兩端出現(xiàn)等電位且線中沒有電流的現(xiàn)象，這時，稱為電橋平衡（參現(xiàn)

18、等電位且線中沒有電流的現(xiàn)象，這時，稱為電橋平衡（參見例見例2-10）。利用電橋平衡原理制成惠斯登電橋，可以較精）。利用電橋平衡原理制成惠斯登電橋，可以較精確地測量電阻值。確地測量電阻值。 同樣，可利用電橋平衡原理，在求如下圖（同樣，可利用電橋平衡原理，在求如下圖（a)所示橋式所示橋式電路在電路在R1/R2=R3/R4時時A，B兩端的等效電阻時，則無論是兩端的等效電阻時，則無論是把把CD支路看作短路還是開路，兩種處理結(jié)果相同，即等效支路看作短路還是開路，兩種處理結(jié)果相同，即等效電阻電阻R為為32412341|)(|)()|()(RRRRRRRRR推廣之，如果圖（推廣之，如果圖（b)或（或（c)所示電路中，對于端所示電路中，對于端口口A-B，若，若 R1:R2:R3=R4:R5:R6,則圖（則圖（b)所示所示電路中電路中C與與D、E與與F分別是等電位點。圖（分別是等電位點。圖（c)所所示電路中，則示電路中，則E、F、G為等電位點。為等電位點。3231231|)(|)()|(RRRRRRRR4.輸入電阻（入端電阻）輸入電阻（入端電阻） R Rinin=u/i =u/i （u u, ,i i取關(guān)聯(lián)參考方向時）取關(guān)聯(lián)參考方向時） R