电路与电子技术第1章电路基本概念
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1、一、课程主要内容 模拟电子技术模拟电子技术-微变等效电路微变等效电路 数字电子技术数字电子技术-分析和设计分析和设计 电路分析电路分析-欧姆定律和基尔欧姆定律和基尔霍夫定律霍夫定律直流电路直流电路电路和电路模型电路定律等效变换电阻电路的一般分析瞬态电路瞬态电路一阶动态电路方程建立零输入响应零状态响应全响应交流电路交流电路正弦稳态电路分析相量图功率分析三相电路逻辑代数组合逻辑电路时序逻辑电路l 半导体二极管及其基本电路l 半导体三极管及其放大电路基础l 放大电路基础l 集成运算放大器 负反馈电路 信号的运算与处理电路二、课程结构和任务 前序课程高等数学，大学物理 后续课程计算机组成原理，微机原理
2、等 课程任务 理论学习 实验学习 四、实验内容四、实验内容 （计数器）第一篇第一篇 电路分析电路分析第第1章章 电路的基本概念电路的基本概念1.1 电路和电路模型电路和电路模型1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量1.3 常用元件介绍常用元件介绍1.4 电源电源 本章内容提要本章内容提要重点：重点：（1）电路模型的概念及科学建模；）电路模型的概念及科学建模；（2）电压、电流的参考方向；）电压、电流的参考方向；（3）电位的概念；）电位的概念；难点：难点：（1）关联参考方向的判断；）关联参考方向的判断；（2）电路模型的建立；）电路模型的建立；地位：电路理论是关于电器件的模型建立、电路分析、电路综
3、合及设计等方面的理论，电路理论是物理学、数学和工程技术等多方面成果的融合。是高等学校本科非电类专业的一门技术基础课程。作用：目前，电工电子技术应用十分广泛，发展非常迅速，并且日益渗透到其他学科领域，促进其发展，在我国社会主义现代化建设中占有重要的地位。任务：学生通过本课程的学习，获得电工电子技术必要的基本理论、基本知识和基本技能，并会用电工电子技术的“三基”和模块的集成技术解决本专业的实际问题，了解电工电子技术的最新发展概况，为今后的再学习以及从事与本专业有关的工程技术工作打下一定的基础。1.1 电路理论基础电路理论基础1.1.1本课程的地位、作用和任务本课程的地位、作用和任务1.1.2 电路
4、和电路模型电路和电路模型1、电路、电路1）电路的分类）电路的分类 集总参数电路和分布参数电路：将实际电路的几何尺寸d与其中的工信号波长比较，满足d的称为集总参数电路，不满足d的称为分布参数电路 线性电路和非线性电路：若描述电路特征的所有方程都是线性代数方程或线性微积分方程，则称为线性电路，否则就是非线性电路。 时不变电路和时变电路：时不变电路中元件参数不随时间变化，描述其电路的方程是常系数的代数方程或常系数的微积分方程，而时变电路是由变系数的代数方程或微积分方程描述的电路。 电路的功能1）实现电能的传输和转换；2）实现电信号的传输、处理和存储。 例如电视接收天线将接收到的含有声音和图像信息的高
5、频电视信号，通过高频传输线送到电视机中，这些信号经过选择、变频、放大和检波等处理，恢复出原来的声音和图像信号，在扬声器发出声音并在显像管屏幕上呈现图像 例如电力网络将电能从发电厂输送到各个工厂、广大农村和千家万户，供各种电气设备使用2）电路的功能放放大大器器发电厂升压变压器降压变压器用户4)电路的组成电源：负载：中间环节：产生电能的设备统称为电源用电设备统称为负载电源又称为激励源简称激励激励由激励而在电路中产生的电压和电流称为响应响应用以连接电源和负载的部分称为中间环节。如开关，导线等3） 电路的定义 所有的实际电路是由电气设备和元器件按照一定的方式连接起来，为电流的流通提供路径的总体，也称网
6、络。 将实际电路器件理想化（或称模型化），即在一定条件下，突出其主要的电磁性质，忽略其次要因素，将其近似地看做理想电路元件，并用规定的图形符号表示。电阻、电感、电容又称无源元件。常见电路元件和符号如表1.1所列。10BASE-T wall plate导线导线电池电池开关开关灯泡灯泡图图1.1手电手电筒电路筒电路RRiUSs1.1.2 电路和电路模型电路和电路模型今后如未加特殊说明，所说的电路均指电路模型。传声器晶体管变压器电池电阻器扬声器 以上用理想电路元件或它们的组合模拟实际器件的过程称为建模。建模时必须考虑工作条件，并按不同精确度的要求把给定工作情况下的主要物理现象及功能反映出来。需要注意
7、的是，在不同的条件下，同一实际器件可能采用不同模型。例如图1-2（a）所示的线圈，在低频交流工作条件下，用一个电阻和电感的串联结构进行模拟，如图（b）所示；在高频交流工作条件下，则要再并联一个电容来模拟，如图（c）所示。 建模建模1.1.3 计算机辅助分析计算机辅助分析 对电路进行计算机辅助分析的软件很多，如对电路进行计算机辅助分析的软件很多，如OrCAD,Multisim,Electuonic,PSpice,Matlab等，用等，用相应的软件对电路方程进行建模、求解；对线性和非线相应的软件对电路方程进行建模、求解；对线性和非线性交、直流电路的频域和时域的分析进行虚拟仿真及计性交、直流电路的频
8、域和时域的分析进行虚拟仿真及计算，实现其最优化设计。是目前大规模集成电路的一些算，实现其最优化设计。是目前大规模集成电路的一些新的分析方法。新的分析方法。 其中：i 表示电流强度表示电流强度，单位是安培，用A表示，在计量微小电流时，通常用毫安（mA）或微安（A）作电位；1.2.1 电流电流 电荷的定向运动形成电流。电流的实际方向习惯上指正电荷运动的方向。电流的实际方向习惯上指正电荷运动的方向。电流的大小用电流强度来衡量电流的大小用电流强度来衡量，电流强度指单位时间内通过导体横截面积的电荷量，电流强度简称电流，其数学表达式为 按照电流的大小和方向是否随时间变化，分为恒定电流（简称直流DC）和时变
9、电流，分别用符号I和i表示。dq为微小电荷量为微小电荷量，单位是库仑，用C表示；dt为微小的时间间隔为微小的时间间隔，单位是秒，用s表示。 我们平时所说的交流（AC）是时变电流的特例，它满足两个特点，一是周期性变化，二是一个周期内电流的平均值等于零。 在电路理论中，电路的基本物理量基本物理量有4个：电流、电压、电荷和磁通，其中最常用的是电流和电压。电路的基本复合物理量基本复合物理量为电功率和电能。电路分电路分析的基本任务析的基本任务是计算电路中的电流、电压和功率。1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量 tqi dd(1.1)tQI 规定对其他物理量一般也用大写字母代表恒定量，用小写字母代表变
10、化的量 参考方向的选择具有任意性（任意假设的方向）。在电路中通常用实线箭头或双字母下标表示，实线 箭头可以画在线外，也可以画在线上。为了区别，电流的实际方向通常用虚线箭头表示，如图1.4所示。 规定：规定：若电流的实际方向与所选的参考方向一致（关联方向）（关联方向），则电流为正值，即i0；若电流的实际方向与所选的参考方向相反 （非关联方向）（非关联方向） ，则电流为负值，即i0。如图1.4所示。这样以来，电流就成为一个具有正负的代数量。 在分析电路时往往不能事先确定电流的实际方向，而且时变电流的实际方向又随时间不断变化。因此在电路中很难标明电流的实际方向。为此，我们引入电流的“参考方向参考方向
11、”这一概念。 1、定义：在数值上，电路中任意a、b两点之间的电压等于电场力把单位正电荷由a点移到b点所作的功。qWUddab(1.3) 定义：电路中任选一点作为参考点，则其他各点与参考点的电压叫做该点的电位，用符号V表示。2、表示：直流电压用大写字母U表示，交流电压用小写字母u表示，单位为伏特，用V表示。为了便于计量，还可以用毫伏（mV）、微伏（V）和千伏（kV）等作为单位。1.2.2 电压电压3、表达式式中dW是电场力所作的功，单位是焦耳（J）。4、电位例如，电路中a、b两点的电位分别表示为Va和Vb ，并且a、b两点间的电压与该两点电位有以下关系： Uab = Va - Vb （1.4）
