計算機電路基礎(chǔ)第1章-電路的基本概念和基本定律課件

1、本章主要介紹： 三個物理量 （電流、電壓、功率） 幾種基本元件 （電阻、電容、電感、電源） 三個定律（歐姆定律、電流定律和電壓定律） 第1章 電路的基本概念和基本元件 1.1.1電路的作用 電路的作用是進行電能的傳輸和轉(zhuǎn)換，或是實現(xiàn)信號的傳遞和處理。電路是由某些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接組成。 1.1.2電路的組成 電路可分成電源（或信號源）、中間環(huán)節(jié)和負載三個部分 電源是提供電能的裝置，電能可以由其他形式的能量轉(zhuǎn)換而來，也可以由一種形式的電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的電能(如交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能)。信號源可以是系統(tǒng)自身產(chǎn)生的，也可以是從外部接收的。負載是取用電能的裝置，是電路中的主要耗電器件。

2、負載的作用是將電能轉(zhuǎn)換成非電能。中間環(huán)節(jié)是指將電源和負載連接成閉合電路的部分。1.1 電路和電路模型 1.1.3電路模型為了便于對實際電路進行分析，通常是將實際電路器件理想化(模型化)，即在一定條件下突出其主要的電磁性質(zhì)，忽略次要因素，近似地看作理想的電路元件。 理想電路元件(理想二字常略去不寫)主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。這些元件分別由相應(yīng)的參數(shù)來表征，并用規(guī)定的圖形符號表示。1.1 電路和電路模型 1.定義：電荷的定向運動形成電流。電流的方向不變?yōu)橹绷鱅。方向和大小都變化為交流 i。2.單位：1A103 mA106A， 1 kA103A3.參考方向：正電荷運動的方向為電

3、流的實際方向。 假設(shè)的電流流向稱為電流的參考方向。1.2.1 電流及其參考方向 1.2 電路的基本物理量 1.定義：電場力將單位正電荷從電場中的a 點移到b點所做的功，稱其為a、b兩點間的電壓。直流電壓Uab，交流電壓uab。 兩點間的電壓又稱為電路中兩點間的電位差 UabUaUb 電位是電路中某點到參考點之間的電壓 參考點是任意選擇的一點“”（零電位點，“接地”點）， 若選b點為參考點Ub0， UabUaUbUa。 電動勢E是電源力將單位正電荷從低電位點b移動到高電位點a所做的功1.2.2 電壓及其參考方向 2.單位： 1V103mV106V， 1kV103V3.參考方向： 習(xí)慣上把電位降低

4、的方向作為電壓的實際方向。電壓實際方向和電壓參考方向1.2.2 電壓及其參考方向 關(guān)聯(lián)參考方向：當某一元件或電路端口所設(shè)定的電壓和電流的參考方向是讓參考電流從參考電壓的正極到負極流過時，稱電壓和電流的參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向。否則是非關(guān)聯(lián)參考方向。 1.2.3 電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向1.特性與功能：限流、分流、降壓、分壓、偏置 等2.符號、單位： 電阻的單位是（歐姆） 3.電阻的分類電阻器有固定電阻和可變電阻之分，可變電阻常稱作電阻器。按材料分有碳膜電阻、金屬膜電阻和線繞電阻等不同類型。1.3 電路的幾種基本元件1.3 .1 電阻4.電阻的伏安特性歐姆定律電阻上電壓、電流之間的關(guān)系就是電阻的伏

5、安特性，電阻的伏安特性就是歐姆定律，公式表達為如果某類電阻的伏安關(guān)系曲線是一條直線，則稱該類電阻為線性電阻；反之，就是非線性電阻。1.3 電路的幾種基本元件5.電阻的串并聯(lián)（1）電阻的串聯(lián)1.3 電路的幾種基本元件（2）電阻的并聯(lián)1.3 電路的幾種基本元件（3）電阻的混聯(lián)1.3 電路的幾種基本元件1.特性與功能： 隔直流、耦合交流、旁路交流、濾波、定時和組成振蕩電路等2.符號、單位： 電容器的基本單位是F（法拉），常用的單位有：微法（F）、納法（nF）、和皮法（pF）等3.電容的分類從結(jié)構(gòu)上：固定電容和可變電容從介質(zhì)材料：瓷介、紙介、云母、滌綸、獨石、鋁電解、鉭電解等從用途：高頻旁路電容、高頻

6、耦合電容、低頻旁路電容、低頻耦合電容、濾波電容、調(diào)諧電容等。1.3 .2 電容4電容的伏安特性電容是一種能夠儲存電場能量的實際電路元件。假設(shè)電容兩極板上儲存的電荷量為q，在兩極板間建立的電壓為u，那么就存在如下關(guān)系：q=Cu1.3 .2 電容1.特性與功能： 隔交流、常和電容一起構(gòu)成LC振蕩器、LC濾波器、LC調(diào)諧電路等2.符號、單位：電感的基本單位是“亨利”，英文字母“H”表示。常用的單位是mH和H。3.電感的分類按照骨架材料來分類，可以分為空氣芯電感、磁芯電感和鐵芯電感等。 1.3 .3 電感4.電感的伏安特性1.3 .3 電感任何一個實際電源都可以用電壓源模型或電流源模型來表示。1.電壓

7、源理想電壓源：是一個理想二端元件。它在工作時，無論接在輸出端的負載如何變化，其輸出端電壓保持不變，輸出電流與它所連接的外電路有關(guān)。 實際的電壓源：都含有內(nèi)阻R0，當輸出電流I變化時，內(nèi)阻R0上的電壓也發(fā)生變化，輸出的端電壓U也將變化。1.3 .4 電源2.電流源理想電流源：是一個理想二端元件。它在工作時，無論接在輸出端的負載如何變化，其輸出電流保持不變，兩端電壓與它所連接的外電路有關(guān)。 實際的電流源：可以看作是理想電流源Is和內(nèi)阻R0的并聯(lián)，其輸出電壓和電流都會隨負載的變化而變化。 1.3 .4 電源 3.電壓源和電流源的等效變換 電壓源模型的外特性和電流源模型的外特性是相同的。囚此，電源的兩

8、種電路模型相互之間是可以等效變換的，如圖1. 3. 12所示。注意:電壓源模型和電流源模型的等效關(guān)系只是對外電路而言的，至于對電源內(nèi)部，則是不等效的。1.3 .4 電源1.電能：單位為焦耳（J），工程上常采用千瓦時（kWh）作為電能的單位，俗稱1度電，文字標注為“W” 。2.功率：是指單位時間內(nèi)元件所吸收或發(fā)出的電能，單位為瓦（W），文字標注為“P”。 功率可表達為某段電路上的電壓與電流的乘積： 關(guān)聯(lián)參考方向：元件上電流和電壓的參考方向一致。 PU I 非關(guān)聯(lián)參考方向：電流和電壓的參考方向不一致 。 PU I P0 吸收功率（消耗功率）為負載 P0 發(fā)出功率（產(chǎn)生功率）為電源1.4 電能與功率

9、 有一個收錄機供電電路，用萬用表測出收錄機的供電電流為80mA，供電電源為3V，忽略電源的內(nèi)阻，收錄機和電源的功率各是多少？根據(jù)計算結(jié)果說明是發(fā)出功率還是吸收功率？解：收錄機電流與壓是關(guān)聯(lián)參考方向 PU I3V80mA240mW0.24W 結(jié)果為正，說明收錄機是吸收功率。 電池電流與壓是非關(guān)聯(lián)參考方向 PU I3V80mA0.24W 結(jié)果為負，說明電池是發(fā)出功率。【例1.4】1.4 電能與功率 如果例1.4題中的電池已經(jīng)降為2V,現(xiàn)將收錄機換為充電器,充電電流為150mA，問此時電池的功率為多少，是吸收功率還是發(fā)出功率？充電器的功率為多少，是吸收功率還是發(fā)出功率？解：電池為非關(guān)聯(lián) PU I2V（150mA）0.3W 結(jié)果為正吸收功率，電池是充電器的負載。 充電器為關(guān)聯(lián) PU I2V（150mA）0.3W 結(jié)果為負發(fā)出功率，充電器是電路中的電源。 【例1.5】1.4 電能與功率 3.常用元件的功率線性電阻的瞬時功率始終大于零，也即電阻