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1、电路与模拟电子技术教程,（第三版） 第一章 电路的基本概念 Li feng 主讲,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,本章要点,电路及其组成 电路和基本物理量：电流、电压、电动势、功率 常用电路负载元件：电阻、电容、电感介绍 电压源和电流源 电路和工作状态 简单电路计算举例,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,1.1 电路及其组成 电路就是电流的流通途径。它是由一些电气设备或元件为了实现某一功能而按一定方式组合起来的。通常都
2、由电源（或信号源）、负载和中间环节3部分组成。 电源是提供电能的装置。 负载是取用电能的装置，如电炉、电动机、扬声器等。 中间环节是传输、分配、控制电能的部分。,第1章 电路的基本概念,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,1.2 电流 电流是由电荷的定向运动形成的。为了计量电流的强弱，规定了电流强度这一物理量。,图1.2.1 导体中的电流,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,I =0.28A,I1 =
3、-0.28A,E 3V,+,-,+,-,U 2.8V,-,+,U1 -2.8V,1.2 欧姆定律,流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比。,R0,E,R,开关,+,+,-,-,U,I,干电池,灯泡,U = -U1,I = -I1,话筒,放大器,扬声器,+,-,I,+,-,I,正 值,负 值,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,1.3 电压与电动势,I,图1.3.1 电压与电动势,dWab是电场力在时间dt内将正电荷dQ从a点移动到b点所做的功，单位为焦耳(J)。 Eba为电源的电动势，表示电源力在电
4、源内部把单位正电荷从电源的低电位端（图中b端）移动到高电位端（图中a端）所做的功。 电压、电位、电动势的单位都是伏特(V)。 电压也是有方向，规定高电位指向低电位(电位降低的方向)。 电动势的方向规定为在电源内部由低电位指向高电位(电位升高)。,a点到b点间的电压 :,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,1.4 功率与电能,电路的功率：单位时间内电路吸收或释放的电能，用P表示。设在时间dt内电路转换的电能为dW：,当P0时，说明这段电路上电压和电流的实际方向是一致的，正电荷是在电场力的作用下做了功
5、，电路吸收了能量；当P0时，说明这段电路上电压和电流的实际方向不一致，一定是电源力克服电场力对正电荷做了功，电路释放了能量。 功率的单位是瓦特(W)。,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,1.5 常用电路负载元件介绍,1.5.1 电阻元件,电阻元件上的电压和电流可用伏安表示关系,可用线性方程式来表示电阻上的电压、电流的伏安关系：U/I=R 或 U=IR ，比例常数R为电阻元件的电阻值，单位是欧姆()。,电阻元件的特性参数还有额定功率PR、额定工作电压UR。,图1.5.1 电阻的图形符号,图1.5.
6、2 线性电阻的伏安关系曲线,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,1.5.2 电容元件,图1.5.1 电容的图形符号,如电容器两极板上储存的电荷量为Q，在两极板间建立起的电压为U，则存在如下关系： Q = CU,比例系数C称为电容器的容量，电荷量Q的单位为库仑，电压U的单位为伏特，则比例系数C的单位为法拉(F)。,向极板输送电荷(也称充电)的电流强度为I=Q/T 或,电容储存的电场能量,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1
7、章 电路的基本概念,例1.2 已知电容器充电后的电压变化规律如图1.5.4(a)所示，电容器的容量C=10，求向电容器充电的电流随时间变化的规律，并作出波形图。,解：t在05ms期间：,t在5 ms8 ms期间：i = 0,t在8 ms12 ms期间:,图1.5.4,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,1.5.3 电感元件,图1.5.5 电感的图形符号,比例系数L称为线圈的电感，其单位为亨利(H),从t1到t2期间所储存的磁场能量,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din
8、sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,例1.3 如图1.5.6(a)所示的电路，已知R=5，L=2 mH，外加电流的波形如图1.5.6(b)所示，请给出uR和uL的波形图。,解：t=1ms：uR=2.5V； t =3ms: uR=-2.5V。,t在0ms1ms期间：uL=1V；,t在1ms3ms期间：uL=-1V；,t在3ms4ms期间：uR=1V,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,1.6 电压源和电流源,1.6.1 电压源,电源的端电压US为常数，与流过它的电流I
9、无关，该电源为理想电压源。,理想电压源的外特性曲线为一条与横坐标轴I平行的直线。如图1.6.1 ：,实际的电压源总有一定的内阻，当输出电流I变化时，其内阻R0上的电压也发生变化，输出的端电压也将变化（见图1.6.2）。实际电压源的外特性关系式为U = E-IR0，其外特性曲线如图1.6.2（b）所示。,图1.6.1 理想电压源及其外特性,图1.6.2 实际电压源及其外特性,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,1.6.2 电流源,电源的输出电流IS为常数，与负载电压的大小无关，该电源为理想电流源。
10、理想电流源的外特性为一条与纵坐标轴U平行的直线 。,图1.6.3 理想电流源,图1.6.4 实际电流源及其外特性,实际的电流源可以看做是理想电流源IS与内阻R0的并联，实际电流源的外特性关系式为I=IS-U/R0，如图1.6.4所示 。,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,1.7 电路的工作状态,1.7.1 空载状态,当开关打开，外电路与电源断开时电路的工作状态称为空载状态。,1.7.2 负载状态,特性： I=0 U=U0=E P=0,当开关合上，电源就向负载电阻R输出电流时的电路称为负载状态。,
11、特性： U=IR U=E-IR0 UI=EI-I2R0 PR=PE-PR0,图1.7.1 电路的空载状态,图1.7.2 电路的负载状态,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,1.7.3 短路状态,负载电阻R被导线短接时的电路的工作状态称为短路状态。,特性： U=0 IS=E/R0 PE=IS2R0,1.8 简单电路举例,例1.6 如图1.8.1所示电路，求电流I。 解：由电路欧姆定律,图1.8.1 例1.6图,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng
12、 d qi zhn,第1章 电路的基本概念,例1.8 一个270，5W的电阻，使用时最多允许加多大的电压？,解：应用公式P = U2/R 可得,例1.7 一个27的电阻接在10V电源的两端，其消耗的功率是多少？ 解：由公式可得,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,例1.9 图1.8.2所示电路中，当开关断开时伏特表读数为6V，开关闭合时，安培表读数为0.5A，伏特表读数为5.5V，求E和R0。,解：开关断开，电路空载状态，空载电压 U0 = E = 6V 接入负载，U = 5.5V，则,图1.8.
13、2 例1.9图,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,小结,电路是由一些电气设备或元件组成的电流通路。由电源、中间环节和负载三部份组成。 电路的基本物理量有电流、电压、电动势与功率等，它们既有大小，也有方向。电流的正方向规定为正电荷的移动方向；电压方向在外电路从高电位指向低电位；电动势的方向在电源内部从低电位指向高电位；功率相对一段电路，若大于0，表示电压和电流的实际方向一致；若小于0，说明这段电路上的电压和电流的实际方向不一致。,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,第1章 电路的基本概念,小结,常用电路电阻(R)，电容(C)、电感(L)，电压、电流存在：,实际电源可用理想电压源(E)与内阻(R0)串联，或理想电流源(Is)与内阻(R0)并联。 电路三种基本状态： 有载：U =IR U=E-IR0 P=IU ； 空载：I=0 U=U0=E P=0； 短路状态：U=0 I =IS=E/R0 P =P0=I2R0,U = IR,新疆兵团电视台卫星地球站,xn jing bng tun din sh ti wi xng d qi zhn,