電子技術基礎課件-電路分析基礎

電子技術基礎課件-電路分析基礎第一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一清華大學《數(shù)字電子技術基礎（第四版）》閻石主編；《模擬電子技術基礎（第三版）》童詩白、華成英主編；《電子技術常用器件手冊》陳汝全主編機械工業(yè)出版社2000參考文獻第二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一本課程的意義現(xiàn)代工科教育的必修課程高等數(shù)學、普通物理、普通化學、機械制圖、電子技術基礎、電子計算機原理、程序設計語言、英語、哲學。第三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一本課程的意義高科技時代對人才素質的基本要求。在當今電子信息化時代，電子技術已經(jīng)滲透到社會生產(chǎn)、生活的各個領域，電子技術是現(xiàn)代科技文明的強大動力源泉，是科學研究的主要手段。第四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一本課程的意義現(xiàn)代測繪學科是在現(xiàn)代電子技術的推動下實現(xiàn)革命性進步的。早期的測繪是以三角測量和模擬水準為基本作業(yè)模式，使用的都是模擬式儀器，工作量大，數(shù)據(jù)處理量大，效率低，精度低，勞動強度大。上世紀60年代的電磁波測距技術實現(xiàn)了距離的毫米級測量，導線測量作業(yè)模式成為目前主要的測繪作業(yè)模式---現(xiàn)代測繪技術的第一次革命。第五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一本課程的意義電子計算機技術大大提高了測繪的數(shù)據(jù)處理效率，測繪數(shù)據(jù)處理這個曾經(jīng)耗費大量勞動力的工作變得簡便易行---現(xiàn)代測繪技術的第二次革命。電子測角技術的突破實現(xiàn)了角度測量的數(shù)字化，誕生了電子經(jīng)緯儀，進而和電子測距儀結合實現(xiàn)了全站儀。第六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一本課程的意義以電磁波測距技術為支撐的GPS定位技術實現(xiàn)了大跨度基線的直接測量，再次提高了測量效率---現(xiàn)代測繪技術的第三次革命。以電子條碼影象測量技術為支撐的電子水準自動讀數(shù)技術的突破，使得水準測量也實現(xiàn)了數(shù)字化。第七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一本課程的意義電子技術給測繪學帶來了機遇的同時也帶來了挑戰(zhàn)當測繪生產(chǎn)作業(yè)變得日益簡便的時候，我們對測量師的素質要求能降低嗎？當各類新型電子化、數(shù)字化甚至智能化、自動化的測繪儀器日益普及的時候，測繪學的科學研究方向是什么？第八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一第一章電路元件和電路定律§1.1電路和電路模型§1.2電壓和電流的參考方向§1.3電路元件§1.4基爾霍夫定律第九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一1.電流、電壓的參考方向3.基爾霍夫定律電路元件和電路定律2.電路元件重點：第十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一

本章介紹電路模型的概念，電壓、電流參考方向的概念，電阻、電壓源和電流源等電路元件。還將學習基爾霍夫定律，它是分析電路基本定律，包括電流定律和電壓定律。內(nèi)容提要：第十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一教學要求：本章需要重點掌握基爾霍夫定律。能分析比較復雜的電路。第十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一§1.1

電路和電路模型負載電源電池燈泡簡單的實際電路導線UsIRU+_電路模型Rs第十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一電路模型：*電路模型是由理想電路元件構成的。由理想元件及其組合代表實際電路元件，與實際電路具有基本相同的電磁性質，稱其為電路模型。*注意理想電路元件與實際器件的區(qū)別。第十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一幾種基本的電路元件：電阻元件：表示消耗電能的元件電感元件：表示各種電感線圈產(chǎn)生磁場，儲存電能的作用電容元件：表示各種電容器產(chǎn)生電場，儲存電能的作用電源元件：表示各種將其它形式的能量轉變成電能的元件第十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一一、電路中的主要物理量二、電流

：

1、電流的實際方向：為正電荷移動的方向。§1.2電壓和電流的參考方向ABiABi在線性電路分析中常用電流、電壓等。電流的實際方向只有兩種可能，從A流入B，或從B流入A。第十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一有些復雜電路的某些支路事先無法確定實際方向。為分析方便，只能先任意標一方向（參考方向），根據(jù)計算結果，才能確定電流的實際方向。實際電路中有些電流是交變的，無法標出實際方向。標出參考方向，再加上與之配合的表達式，才能表示出電流的大小和實際方向。為什么要引入?yún)⒖挤较颍?、電流的參考方向

?第十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一

任意假定其中一個方向作為電流的方向，這個方向就叫電流的參考方向。參考方向電流的參考方向與實際方向的關系：參考方向實際方向i>0第十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一參考方向i<0實際方向電流參考方向的兩種表示：用箭頭表示：用雙下標表示：箭頭的指向為電流的參考方向。如,電流的參考方向由A指向B。第十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一1、電壓的實際方向：高電位點低電位點高電位點低電位點實際方向實際方向實際方向實際方向從高電位點指向低電位點的方向。三、電壓第二十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一U>0參考方向

<0U2、電壓的參考方向任意選定一個方向為電壓的參考方向。參考方向實際方向實際方向UU第二十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一電壓參考方向的三種表示方式：(1)用箭頭表示：(2)用正負極性表示：(3)用雙下標表示：UUUAB如UAB,第二十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一小結：(1)

電壓和電流的參考方向是任意假定的。(2)參考方向一經(jīng)假定，必須在圖中相應位置標注(包括方向和符號），在計算過程中不得任意改變。分析電路前必須標明。參考方向不同時，其表達式符號也不同，但實際方向不變。第二十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一(4)

參考方向也稱為假定方向、正方向，以后討論均在參考方向下進行，不考慮實際方向。(3)元件或支路的u，i通常采用相同的參考方向，即流過元件的電流的參考方向是從標以電壓正極性的一端指向負極性的一端。關聯(lián)參考方向非關聯(lián)參考方向把電壓電流的這種參考方向稱為關聯(lián)參考方向。反之，稱為非關聯(lián)參考方向。第二十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一電阻器、燈泡、電爐等在一定條件下可以用電阻元件作為其模型。一.

線性電阻元件：

任何時刻端電壓與其電流成正比的電阻元件，簡稱電阻。1.

符號R(1)電壓與電流的參考方向設定為一致的方向(關聯(lián)參考方向)R2.

歐姆定律(Ohm’sLaw)u

RiR稱為電阻，是一個正的實常數(shù)。§1.3電路元件第二十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一

伏安特性曲線:

Rtg伏安特性：電阻元件電壓與電流的關系曲線。令G

1/RG稱為電導則歐姆定律表示為電阻的單位：

(歐)(Ohm，歐姆)ui0u

Ri電導的單位：S(西)(Siemens，西門子)iGu電阻元件的伏安特性是一條過原點的直線。第二十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一二、線性電容元件：電路符號C任何時刻，電容元件極板上的電荷q與電壓u成正比。第二十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一對于線性電容，有：1.元件特性C

稱為電容器的電容

C是一個正實常數(shù)。電容C的單位：F(法)Ciu+–+q–qq=Cu

第二十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一庫伏特性：描述電荷與電壓關系的曲線。qu0線性電容的電壓、電流關系：u,i

取關聯(lián)參考方向q=Cu

線性電容的q~u

特性是一條過原點的直線Ciu+–+q–q第二十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一結論：(1)i的大小取決與u的變化率，與u的大小無關；(微分形式)(2)電容元件是一種記憶元件；(積分形式)(3)當u為常數(shù)(直流)時，du/dt=0i=0。電容在直流電路中相當于開路，電容有隔直作用；(4)表達式前的正、負號與u，i的參考方向有關。u，i為非關聯(lián)方向時，當u，i為關聯(lián)方向時第三十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一電容是一種儲能元件，它本身不消耗能量。同時，電容元件也不會釋放出多于它吸收的能量，所以它又是無源元件。電容及與它相應的符號C既表示一個電容，又表示這個元件的參數(shù)。第三十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一L

：磁鏈L

：磁通L、

L

與電`流i的參考方向成右手螺旋關系。電感元件是實際線圈的一種理想化模型。一、線性電感元件：任何時刻，電感元件的磁鏈與電流i成正比。三、線性電感元件

：第三十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一對于線性電感,有：

=Li

電路符號1.元件特性=N

為電感線圈的磁鏈L

稱為自感系數(shù)或電感，L是一個正實常數(shù)，單位為亨利，用H表示。單位：Wb（韋伯）N為電感線圈的匝數(shù)。第三十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一2.線性電感電壓、電流關系：u,i

取關聯(lián)參考方向:根據(jù)電磁感應定律與楞次定律或第三十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一結論：(1)u的大小取決與i的變化率，與i的大小無關；(微分形式)(2)電感元件是一種記憶元件；(積分形式)(3)當i為常數(shù)(直流)時，di/dt=0u=0。電感在直流電路中相當于短路；(4)表達式前的正、負號與u，i的參考方向有關。當u，i為關聯(lián)方向時u，i為非關聯(lián)方向時第三十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一一、理想電壓源：1.特點：(a)電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關；(b)通過它的電流由外電路決定。電路符號四、電源元件實際電源有電池、發(fā)電機、信號源等。電源兩端電壓為uS，其值與流過它的電流i

無關。直流電壓源一般電壓源第三十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一2.伏安特性(1)若uS=US

，即直流電源，則其伏安特性為平行于電流軸的直線，反映電壓與電源中的電流無關。

uiOUS外電路(2)若uS為變化的電源，則某一時刻的伏安關系也是這樣。電壓為零的電壓源，伏安曲線與i軸重合,相當于短路元件。ui第三十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一3.理想電壓源的開路與短路(1)開路：R(2)短路：R=0*實際電壓源也不允許短路。因其內(nèi)阻小，若短路，電流很大，可能燒毀電源。u=US–ri實際電壓源i=0，u=uS。i

，理想電源出現(xiàn)病態(tài)，因此理想電壓源不允許短路。第三十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一二、理想電流源：1.特點：(a)電源電流由電源本身決定，與外電路無關；(b)電源兩端電壓由外電路決定。電路符號電源輸出電流為iS，其值與此電源的端電壓u

無關。iSu第三十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一2.伏安特性IS(1)若

iS

=ISui0其伏安特性為平行于電壓軸的直線，反映電流與端電壓無關。為直流電源(2)若iS為變化的電流源iu電流為零的電流源，伏安曲線與u軸重合,相當于開路元件。第四十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一3.理想電流源的短路與開路(2)開路：R(1)短路：R=0i=iS

，u=0

，電流源被短路。i=iS

，u。若強迫斷開電流源回路，電路模型為病態(tài)，理想電流源不允許開路。第四十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一1.定義：電路符號受控電壓源受控電流源五、受控電源(非獨立源)電壓源電壓或電流源電流不是給定的時間函數(shù)，而是受電路中某個支路的電壓(或電流)的控制。受控源又稱“非獨立”電源。第四十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一(a)電流控制的電流源:電流放大倍數(shù)r:轉移電阻2.分類：(b)電流控制的電壓源CCCSCCVS第四十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一g:轉移電導:電壓放大倍數(shù)(c)電壓控制的電流源(d)電壓控制的電壓源VCCSVCVSu2i2第四十四頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一3伏安特性由于受控支路的性能如同電壓源和電流源，但受控支路端的電壓或電流是由控制支路的電壓或電流確定的，因此其伏安特性可表示為：VCVS：U2=μU1；CCVS：U2=γI1（γ是電阻量綱）VCCS：I2=gU1；CCCS：I2=βI1（g是電導量綱）μ、γ、g、β為控制系數(shù)，若為常數(shù)，則稱為線性受控源。在電路中受控源的受控支路與控制支路不一定要畫在一起，只需在電路中明確標出控制量即可。如圖。第四十五頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一4含受控源電路的分析方法 由于受控源的性能與獨立源類似，因此分析電路時，可將受控源當獨立源看待，根據(jù)兩類與約束條件列方程，然后，根據(jù)需要補充一個反映控制量與求解量關系的方程式。例:如圖，求I。

第四十六頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一§1.4基爾霍夫定律用來描述電路中各部分電壓或各部分電流間的關系，其中包括基爾霍夫電流定律（KCL)和基爾霍夫電壓定律(KVL)兩個定律。名詞注釋：節(jié)點：三個或三個以上支路的聯(lián)結點支路：電路中每一個分支回路：電路中任一閉合路徑第四十七頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一支路由一個或幾個元件首尾相接構成的無分支電路。在同一支路內(nèi)，流過所有元件的電流相等。R1R2R3E1E2??AB第四十八頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一節(jié)點三條或三條以上支路匯聚的點稱為節(jié)點。節(jié)點A?如圖：再看這個電路：R1R2R3E1E2??AB????EFDCA、B點是節(jié)點C、D、E、F點不是節(jié)點第四十九頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一回路任意的閉合電路叫回路。R1R2R3E1E2??312注意：這3個回路中，回路1和回路2內(nèi)部不包含其它電路，而回路3內(nèi)部卻包含了回路1和回路2。因此，把內(nèi)部不包含其它電路的回路稱為網(wǎng)孔。第五十頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一支路：ab、ad、…...

（共6條）回路：abda、bcdb、

…...

（共7個）節(jié)點：a、b、…...(共4個）i3us4us1_+R3R6+R4R5R1R2abcdi1i2i5i6i4-第五十一頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一(一)基爾霍夫電流定律(KCL)i1i2i3i4基爾霍夫電流定律的依據(jù)：電流的連續(xù)性。

在集中電路中，任何時刻，對任何節(jié)點，所有支路電流的代數(shù)和恒等于零?；蛘哒f，在任何時刻流入節(jié)點的電流等于由節(jié)點流出的電流。i=0即：或：第五十二頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一KCL還可以推廣到包圍有幾個節(jié)點的閉合曲面。i1+i2=i3i=0基爾霍夫電流定律的推廣i=?i1i2i3us2us3us1+_RR1R+_+_R第五十三頁，共五十八頁，編輯于2023年，星期一(二)基爾霍夫電壓定律