第1講 電路基本概念與電阻元件

1、1多媒體課件多媒體課件教材：教材： 電路基礎(chǔ)電路基礎(chǔ)主編：王松林主編：王松林出版社：西安電子科技大學(xué)出版社出版社：西安電子科技大學(xué)出版社王永才（王永才 E-mail: 制作者：制作者：湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院湘潭大學(xué)信息工程學(xué)院緒緒 論論 同學(xué)們對(duì)同學(xué)們對(duì)“電路電路”并不陌生。我們?cè)谖锢韺W(xué)中接并不陌生。我們?cè)谖锢韺W(xué)中接觸過一些電路。但，那時(shí)我們對(duì)電路的研究往往是通過觸過一些電路。但，那時(shí)我們對(duì)電路的研究往往是通過一一些特殊的例子來加以討論。些特殊的例子來加以討論。 要花這么多時(shí)間來學(xué)習(xí)一門功課，同學(xué)們就會(huì)自然要花這么多時(shí)間來學(xué)習(xí)一門功課，同學(xué)們就會(huì)自然地提出這樣一些問

2、題：地提出這樣一些問題： 電路基礎(chǔ)電路基礎(chǔ)課程的性質(zhì)課程的性質(zhì)是什么？是什么？ 從今天起，我們要花從今天起，我們要花72學(xué)時(shí)來學(xué)習(xí)一門專門系統(tǒng)研學(xué)時(shí)來學(xué)習(xí)一門專門系統(tǒng)研究電路基本理論的課程，這就是電路基礎(chǔ)究電路基本理論的課程，這就是電路基礎(chǔ)課。課。我們研究它的我們研究它的目的目的是什么？是什么？電路基礎(chǔ)電路基礎(chǔ)對(duì)我們電子信息工程專業(yè)有何對(duì)我們電子信息工程專業(yè)有何重要性？重要性？一、電路基礎(chǔ)課程的性質(zhì)：一、電路基礎(chǔ)課程的性質(zhì)： 但，電路的但，電路的主攻方向主攻方向是解決電學(xué)工程中的實(shí)是解決電學(xué)工程中的實(shí)際問題。所以，它不僅在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間具有作際問題。所以，它不僅在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間具有作為

3、橋梁的為橋梁的聯(lián)結(jié)性聯(lián)結(jié)性，而且又具有能夠獨(dú)立解決電工實(shí)際，而且又具有能夠獨(dú)立解決電工實(shí)際問題的問題的獨(dú)立性獨(dú)立性。各專業(yè)課程分為各專業(yè)課程分為公共基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)主干課公共基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)主干課。電路是我們電專業(yè)的第一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課。電路是我們電專業(yè)的第一門重要的學(xué)科基礎(chǔ)課。 電路基礎(chǔ)電路基礎(chǔ)屬于屬于電路理論電路理論學(xué)科，它是學(xué)科，它是電路理電路理論論的入門課程。的入門課程。它基于物理定理，如它基于物理定理，如KL、歐姆定歐姆定律等，又用到數(shù)學(xué)的若干分支，如微積分、微分方程、律等，又用到數(shù)學(xué)的若干分支，如微積分、微分方程、線性代數(shù)、積分變換、圖論等。線性代數(shù)、積分變換、圖

4、論等。二、研究電路的目的：二、研究電路的目的： 目的就是為了目的就是為了分析電路分析電路和和設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)電路。 我們研究電路的電磁特性就是為了掌握我們研究電路的電磁特性就是為了掌握 分析、分析、設(shè)計(jì)電路的設(shè)計(jì)電路的基本概念、基本理論和基本分析方法。基本概念、基本理論和基本分析方法。 為學(xué)習(xí)電類專業(yè)及進(jìn)一步學(xué)習(xí)電路理論打下基礎(chǔ)為學(xué)習(xí)電類專業(yè)及進(jìn)一步學(xué)習(xí)電路理論打下基礎(chǔ)。三、電路在我們專業(yè)中的地位：三、電路在我們專業(yè)中的地位：電路是我們專業(yè)電路是我們專業(yè)第一門第一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課。主干技術(shù)基礎(chǔ)課。 我們將要學(xué)到的基本概念、基本理論和基本我們將要學(xué)到的基本概念、基本理論和基本方法對(duì)于我們學(xué)習(xí)其他技術(shù)

5、基礎(chǔ)課和專業(yè)課，如方法對(duì)于我們學(xué)習(xí)其他技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課，如模擬電子電路，數(shù)字電子電路，信號(hào)與系統(tǒng)等等模擬電子電路，數(shù)字電子電路，信號(hào)與系統(tǒng)等等課程都十分重要。課程都十分重要。 我們就是說電路是打開電子科學(xué)寶庫(kù)的我們就是說電路是打開電子科學(xué)寶庫(kù)的鑰匙也不過分。它也是很多電專業(yè)研究生的入學(xué)鑰匙也不過分。它也是很多電專業(yè)研究生的入學(xué)考試科目之一?？荚嚳颇恐?。電路是我們專業(yè)的電路是我們專業(yè)的導(dǎo)論課導(dǎo)論課。四、學(xué)習(xí)方法四、學(xué)習(xí)方法： 既然電路是一門基于物理定律，又用到既然電路是一門基于物理定律，又用到數(shù)學(xué)的許多分支的技術(shù)基礎(chǔ)課，我想較好的學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的許多分支的技術(shù)基礎(chǔ)課，我想較好的學(xué)習(xí)方法應(yīng)是方法應(yīng)是

6、透徹地理解物理意義，嚴(yán)密地進(jìn)行數(shù)學(xué)透徹地理解物理意義，嚴(yán)密地進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并注重提高計(jì)算技巧和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力推導(dǎo)，并注重提高計(jì)算技巧和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。 練習(xí)很重要，練習(xí)很重要，缺缺1/3不能參加考試不能參加考試。平時(shí)成績(jī)。平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的占總成績(jī)的20%。本學(xué)期中，另有電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課。本學(xué)期中，另有電路分析基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課。7五、學(xué)習(xí)要求五、學(xué)習(xí)要求：2、作好練習(xí)作好練習(xí)。 準(zhǔn)備兩個(gè)作業(yè)本，分別在作業(yè)本的左上角標(biāo)上準(zhǔn)備兩個(gè)作業(yè)本，分別在作業(yè)本的左上角標(biāo)上“1”“2”。 每周交一次作業(yè)。每周交一次作業(yè)。 每次作業(yè)的第一行須寫上日期，并要抄題，否則不予每次作業(yè)的第一行須寫上日期，并要抄題，否則不予批閱

7、。批閱。1、認(rèn)真聽課認(rèn)真聽課。 每堂課都必須到，我會(huì)不定期的點(diǎn)名，每堂課都必須到，我會(huì)不定期的點(diǎn)名，缺缺1/3不能不能參加考試參加考試。認(rèn)真作好筆記。認(rèn)真作好筆記。8六、成績(jī)?cè)u(píng)定六、成績(jī)?cè)u(píng)定：卷面成績(jī)卷面成績(jī)80%+作業(yè)成績(jī)作業(yè)成績(jī)10%+課堂成績(jī)課堂成績(jī)10%第第1講講 電路模型及電路基本概念電路模型及電路基本概念電路和電路模型、集總假設(shè)電路和電路模型、集總假設(shè)一、電路：一、電路：1、概念：、概念：實(shí)際電路是由電工設(shè)備和晶體管等器件相互實(shí)際電路是由電工設(shè)備和晶體管等器件相互聯(lián)接組成的整體，它提供了電流流經(jīng)的途徑。聯(lián)接組成的整體，它提供了電流流經(jīng)的途徑。 如電筒、集成電路。如電筒、集成電路。

8、每一種實(shí)際的部、器件都可以用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的每一種實(shí)際的部、器件都可以用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的電氣圖形符號(hào)表示，采用電氣符號(hào)可繪成電氣圖。電氣圖形符號(hào)表示，采用電氣符號(hào)可繪成電氣圖。10電氣圖電氣圖實(shí)際電路實(shí)際電路2、主要作用：、主要作用： 能量轉(zhuǎn)換作用：能量轉(zhuǎn)換作用：熱能、勢(shì)能、原子能熱能、勢(shì)能、原子能 電能電能 光能、熱能、機(jī)械能光能、熱能、機(jī)械能組成：組成：電源、負(fù)載、導(dǎo)線、開關(guān)（中間環(huán)節(jié)）電源、負(fù)載、導(dǎo)線、開關(guān)（中間環(huán)節(jié)）信號(hào)處理作用：信號(hào)處理作用： “加工加工”和變換，放大電路等和變換，放大電路等激勵(lì)：激勵(lì)：施加的信號(hào)。施加的信號(hào)。響應(yīng)：響應(yīng)：所需的輸出。所需的輸出。測(cè)量作用：測(cè)量作用：電量：萬用

9、表電量：萬用表非電量：電子表非電量：電子表信息存儲(chǔ)作用：信息存儲(chǔ)作用：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序。存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序。 我們主要是研究它們的我們主要是研究它們的共性共性，也就是把實(shí)際部件用，也就是把實(shí)際部件用理想化理想化的的電路模型電路模型來描述再進(jìn)行研究。來描述再進(jìn)行研究。二、電路模型：二、電路模型：1、研究電路的基本思路：、研究電路的基本思路：2、電路理論中的重要假設(shè)：、電路理論中的重要假設(shè)： 電路器件和電路本身的電路器件和電路本身的尺寸遠(yuǎn)小于尺寸遠(yuǎn)小于工作于電路的電磁波的波長(zhǎng)。工作于電路的電磁波的波長(zhǎng)。=/f，f15Km，即電磁波通過電路的時(shí)間是瞬時(shí)的。即電磁波通過電路的時(shí)間是瞬時(shí)的。 電磁場(chǎng)的理論和實(shí)

10、踐均可證明在任意時(shí)刻流入各器件任一端子電磁場(chǎng)的理論和實(shí)踐均可證明在任意時(shí)刻流入各器件任一端子的電流和兩個(gè)端子之間的電壓是的電流和兩個(gè)端子之間的電壓是單值的單值的。3、集中（參數(shù)）元件：、集中（參數(shù)）元件： 理想化的電路模型理想化的電路模型有精確的數(shù)學(xué)定義有精確的數(shù)學(xué)定義。我們研究的電路都是用。我們研究的電路都是用集中參數(shù)元件來組合的。集中參數(shù)元件來組合的。實(shí)際電路實(shí)際電路抽象方法抽象方法電路模型電路模型基本定律基本定律電路方程電路方程解方程解方程方程方程的的解解電路理論分析的對(duì)象是電路模型而不是實(shí)際電路。電路理論分析的對(duì)象是電路模型而不是實(shí)際電路。13三、電路變量：三、電路變量：基本物理量基本

11、物理量： i i、 u u、 、q q、p p、w w1. 電流電流：帶電質(zhì)點(diǎn)的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。：帶電質(zhì)點(diǎn)的定向運(yùn)動(dòng)形成電流。電流的大小用電流的大小用電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度表示。表示。單位名稱：?jiǎn)挝幻Q：安安（培）（培） 符號(hào)：符號(hào)：A （Ampere）電流電流 (current)恒定電流恒定電流I（直流（直流/DC）、時(shí)變電流、交變電流（交流）、時(shí)變電流、交變電流（交流/AC）我們要研究的電流和電壓不僅有我們要研究的電流和電壓不僅有大小大小而且有而且有方向方向（極性）。（極性）。而我們不僅要研究大小，還要指出方向。而我們不僅要研究大小，還要指出方向。 一方面，在分析電路之前我們很難判斷其真實(shí)方向

12、，有時(shí)方向一方面，在分析電路之前我們很難判斷其真實(shí)方向，有時(shí)方向還在不斷變化。還在不斷變化。電路分析中的一個(gè)矛盾：電路分析中的一個(gè)矛盾：2 4 2 8 +10V3 ？tIim sin i0tT/2T 另一方面，不知道方向就不能列寫正確的電路方程。另一方面，不知道方向就不能列寫正確的電路方程。解決辦法：解決辦法：引入引入?yún)⒖挤较颉⒖挤较颉?52. 電流的參考方向（電流的參考方向（*）元件元件(導(dǎo)線導(dǎo)線)中電流流動(dòng)的實(shí)際方向有兩種可能中電流流動(dòng)的實(shí)際方向有兩種可能: 參考方向參考方向：任意選定的一個(gè)方向即為電流的參考方向：任意選定的一個(gè)方向即為電流的參考方向。i 參考方向參考方向1）設(shè)定：）設(shè)定

13、：人為的、任意的。人為的、任意的。2）參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：）參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系：區(qū)別：區(qū)別： 實(shí)際方向：客觀存在的。實(shí)際方向：客觀存在的。參考方向：人為、任意設(shè)定的。參考方向：人為、任意設(shè)定的。參考方向參考方向?qū)嶋H方向?qū)嶋H方向？聯(lián)系：聯(lián)系： 參考方向參考方向I I的正負(fù)值的正負(fù)值實(shí)際方向?qū)嶋H方向i 0i 0U 0 實(shí)際實(shí)際吸收吸收p 0 實(shí)際實(shí)際吸收吸收p 0 實(shí)際實(shí)際發(fā)出發(fā)出 上述功率計(jì)算適用于任意二端網(wǎng)絡(luò)。上述功率計(jì)算適用于任意二端網(wǎng)絡(luò)。23例例 U = 5V， I = - - 1AP吸吸= UI = 5 (- -1) = - -5 WP發(fā)發(fā)= UI = 5 (- -1) =

14、- -5 W或或 P吸吸= - -UI = - -5 (- -1) = 5 W+IU關(guān)關(guān)聯(lián)聯(lián)+IU非非關(guān)關(guān)聯(lián)聯(lián)元件實(shí)際是元件實(shí)際是發(fā)出發(fā)出功率功率元件實(shí)際是元件實(shí)際是吸收吸收功率功率四、國(guó)際單位制四、國(guó)際單位制SIA(安安)、V(伏伏)、C（庫(kù)）、庫(kù)）、J（焦）、焦）、W(瓦瓦)。例如: 1mA= 10-3 A 1kV= 103 V 1kW= 103 W等10-3 、 10-6 、 10-9 、 10-12 毫毫(milli)、微微(micro)()、納納(nano) 、皮皮(pico) 千千(kilo)、 兆兆(Mega)、 吉吉(Giga)。103 106 109電阻元件電阻元件一、伏安關(guān)

15、系：一、伏安關(guān)系： 對(duì)于線性時(shí)不變電阻，在任何時(shí)刻元件兩端的電壓和電流對(duì)于線性時(shí)不變電阻，在任何時(shí)刻元件兩端的電壓和電流的關(guān)系服從歐姆定律。的關(guān)系服從歐姆定律。1、當(dāng)關(guān)聯(lián)時(shí)：、當(dāng)關(guān)聯(lián)時(shí)：iRuR稱為元件的電阻，為一個(gè)正實(shí)常數(shù)稱為元件的電阻，為一個(gè)正實(shí)常數(shù)(線性時(shí)不變電阻線性時(shí)不變電阻)。若令若令G=1/R，則則uGiG稱為元件的電導(dǎo)，單位為稱為元件的電導(dǎo)，單位為S（西門子）。西門子）。+_iuR注意注意: R表示一個(gè)電阻表示一個(gè)電阻元件元件，又可表示此，又可表示此元件的參數(shù)元件的參數(shù)。電路元件電路元件：構(gòu)成電路的基本單元，按引出端數(shù)目分為二端元件、三：構(gòu)成電路的基本單元，按引出端數(shù)目分為二端元

16、件、三端元件、多端元件等。端元件、多端元件等。電阻元件電阻元件定義：一個(gè)二端元件，如果在任意時(shí)刻定義：一個(gè)二端元件，如果在任意時(shí)刻t，其兩端電壓其兩端電壓u與與流經(jīng)它的電流流經(jīng)它的電流i之間的關(guān)系能用之間的關(guān)系能用ui平面上的曲線所確定平面上的曲線所確定(電壓與電流電壓與電流相約束相約束)，就稱其為二端電阻元件，簡(jiǎn)稱電阻元件。，就稱其為二端電阻元件，簡(jiǎn)稱電阻元件。按按伏安伏安特性分：線性電阻和非線性電阻；時(shí)不變電阻和時(shí)變電阻特性分：線性電阻和非線性電阻；時(shí)不變電阻和時(shí)變電阻262、當(dāng)非關(guān)聯(lián)時(shí)：、當(dāng)非關(guān)聯(lián)時(shí)：uGiiRu,故參考方向是推導(dǎo)、運(yùn)用公式的前提故參考方向是推導(dǎo)、運(yùn)用公式的前提!3、伏安

17、關(guān)系曲線、伏安關(guān)系曲線:taniummiuR+_iuRUIui027二、電阻元件的特點(diǎn)：二、電阻元件的特點(diǎn)：1、無源耗能元件：、無源耗能元件：關(guān)聯(lián)時(shí)關(guān)聯(lián)時(shí)022GuRiiup電能電能 熱能熱能2、雙向性元件：、雙向性元件：對(duì)線性電阻而言。對(duì)線性電阻而言。3、無記憶性元件、無記憶性元件 電阻元件是實(shí)際電阻器的理想化模型，描述了電阻器的電阻元件是實(shí)際電阻器的理想化模型，描述了電阻器的耗能特性。耗能特性。 其它電子器件或設(shè)備的耗能特性也用電阻元件來描述。其它電子器件或設(shè)備的耗能特性也用電阻元件來描述。28ui04、兩種特殊的情況：、兩種特殊的情況：開路開路開路：開路：R，G=0（伏安關(guān)系為伏安關(guān)系為

18、電壓軸）。電壓軸）。短路短路短路：短路：R=0，G （伏安關(guān)系為伏安關(guān)系為電流軸）。電流軸）。電路或電路的一部分也可以短路或開路。電路或電路的一部分也可以短路或開路。ocu電壓稱為電壓稱為sci電流稱為電流稱為ui0短路短路開路開路29三、非線性電阻：三、非線性電阻：1、不服從歐姆定律：、不服從歐姆定律： 實(shí)際部件都不服從，但有的在一定實(shí)際部件都不服從，但有的在一定的范圍內(nèi)滿足。的范圍內(nèi)滿足。2、有些還是單向元件：、有些還是單向元件：如二極管。如二極管。iu0+ u -i關(guān)于二端口電阻，起請(qǐng)自行閱讀教材關(guān)于二端口電阻，起請(qǐng)自行閱讀教材P1130四、實(shí)際電阻器四、實(shí)際電阻器為了擁有一定量的電阻而專門設(shè)計(jì)的元器件叫做為了擁有一定量的電阻而專門設(shè)計(jì)的元器件叫做電阻器電阻器。電阻器可分為電阻器可分為固定電阻器固定電阻器和和可變電阻器可變電阻器兩大類。兩大類。將電阻器應(yīng)用于實(shí)際電路之前，必須考慮其將電阻器應(yīng)用于實(shí)際電路之前，必須考慮其電阻值電阻值和和額額定功率定功率。1、電阻值及其誤差的表示方法、電阻值及其誤差的表示方法（1）色碼表示法：）色碼表示法：黑黑 棕棕 紅紅 橙橙 黃黃 綠綠 藍(lán)藍(lán) 紫紫 灰灰 白白0123456789有有四色環(huán)四色環(huán)電阻和電阻和五色環(huán)五色環(huán)電阻。電阻。31四色環(huán)電阻：四色環(huán)電阻：第一位第一位第二位第