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1、电路基础与电子元器件,主讲：吴晓飞 电话：675401 QQ : 287821917,前 言,一、电路理论的发展历史回顾 初期：电路理论形成的初期在19世纪20世纪40年代，是从物理学的电磁学理论中发展出来的一门创新概念和方法的学科。 标志：1827年的欧姆定理、1847年基尔霍夫定理、1894年把复数用于电路计算、1920年实现滤波器、1921年提出四端网络和黑盒子的概念等等。 形成：线性网络分析与综合的理论。,1.电路（网络）分析：它的核心是在给定的电路结构及元件参数的条件下，找出电路输入（激励）与输出（响应）的关系。即：已知输入求输出。 2.电路（网络）综合：在已知输入和输出的条件下，设
2、计电路的结构和参数。即：给定技术指标，选择适当的电路去实现它。 网络分析是我们研究的主要对象。,二、电路理论的两个分支,三、电路课程的地位和作用,四、电路课程的特点,1、基础： 基本概念、基本方法、基本技能是我们学习掌握的重点。 着重于基础理论研究和基本方法的训练，多做习题，加强理解和掌握。,2、掌握系统分析方法 为电路模型建模 1）元件模型化 2）电路拓扑结构 3）建立适当的数学模型 运用数学方法对数学模型求解； 以物理概念为基础，来解所得到的数学模型，求解最终结果。,五、课程内容,学会三种电路的分析： 1、电阻电路（第1-3章） 2、动态电路（第4章 暂态+稳态） 3、正弦稳态电路（第5-
3、6章）。,分析过程：,六、主要教材参考书,李京清 电路基础 清华大学出版社 李瀚荪 电路分析基础 高等教育出版社 于歆杰 电路原理 清华大学出版社 邱关源 电路 高等教育出版社,七、几点要求,1.思想重视，思维活跃，加强交流，培养兴趣。 2.课上认真听讲，认真做笔记，掌握重点、 思路、方法。 3.在理解的基础上认真完成作业，要抄题， 画图。 4.互相帮助，重在理解。,方法掌握好物理概念（多看参考书）；多做习题。 上课关键 笔记加强记忆 小结逻辑思维线 作业练习与拓宽 实验实践与技能,第1章 电路的基本概念和基本定律,本章重点： 1、电路的几种变量：电压、电流、功率 2、几种理想元件（电阻、独立
4、源）的模型及伏安关系 3、基尔霍夫定律 4、简单电路的分析,1.1 电路及电路模型,一、电路,1、定义：由电工设备和元器件按一定的方式联接起来且为电流流通提供路径的总体。 2、电路的主要作用： (1)、进行电能的传输、分配及转换； (2)、进行信号的处理。,集总参数元件：若实际电路的电器装置的几何尺寸与工作波长相比非常小以致可以忽略不计，这样的器件称为集总参数器件或元件。 理想化的集总参数器件没有体积大小，即特性集中在空间一个点上，从一端流入的瞬时电流等于从另一端流出的瞬时电流。 由集总参数元件构成的电路称为集总参数电路。,二、集总假设,1.1 电路及电路模型,在集总参数电路中，各种电现象（如
5、电场、磁场）可以分别在不同的元件中考虑，电场只与电容元件有关，磁场只与电感元件有关，电阻只耗能，电场与磁场之间无相互作用，这种现象称为集总假设。（电流与电压只是时间的函数，而不是空间的函数） 本课程讨论的电路都是集总假设条件下的集总参数电路。,1.1 电路及电路模型,如：工业用电f=50Hz,工作波长=C/f （C为波速 ，一般为3108 m/s) 解得： =6000Km 元件尺寸 集总假设成立。,又如：微波中继频率为2000MHz， 则算出 =0.15m 集总假设不成立。,三、电路模型,1、理想元件：是实际器件在一定条件下抽象化和理想化后得到的模型。 2、电路模型：用抽象的理想元件及其组合近
6、似地代替实际器件，从而构成与实际电路相对应的电路模型。,1.1 电路及电路模型,需要注意的是， 不应把实际器件（有的也称为元件）与电路元件（理想化的）混为一谈。各种电子设备使用的电阻器、 电容器、线圈、晶体管等，在一定的条件下， 常可用某种电路元件或一些电路元件的组合来模拟。同一个器件，由于工作条件不同或精度要求不同，它的模型也不相同。,1.2 电路变量、电功率,电路的基本变量：， 常用变量:，(为导出变量) 一、电流 1、定义：单位时间内通过导体横截面的电量。,2、单位：（安培）、mA、A,3、参考方向：是任意假定的方向，在电路中用箭头标明。,1.2 电路变量、电功率,1、定义：单位正电荷从
7、一点移动到另一点获得或失去的能量。,二、电压,电压真实的方向是从高电位指向低电位(电压降的方向）。,2、单位：V、V、V,1.2 电路变量、电功率,3、参考方向：是任意假定的方向，在电路中用参考极性“ ”、“ ”标出。,若算得 U1 0，则参考方向与真实方向一致， 若算得U1 0，则参考方向与真实方向相反。,表示为U1或Uab,1.2 电路变量、电功率,4、电压与电流的关联参考方向：电压与电流的参考方向一致。即：电流从高电位点流向低电位点，则称u、i为关联参考方向。,1.2 电路变量、电功率,当u、i为非关联参考方向时,无论关联还是非关联，都有： P0时，表明电路吸收或消耗能量 P0时，表明电
8、路产生或提供能量,三、电功率P,当u、i为关联参考方向时,单位：W,1.2 电路变量、电功率,EX1:,已知：U=15v ,I=3A,求功率P。,注意：求功率时一定要注意符号：一是判断是否为关联参考方向，来确定公式前是否加负号；二是电压电流本身的正负号；,解：P=UI=15*3=45(W),1.2 电路变量、电功率,为吸收功率,EX2:,a,b,+,U,I,已知：U=15v ,I=-3A,求功率P。,R,解：P=-UI=-15*(-3)=45(W),1.2 电路变量、电功率,为吸收功率,EX4：求P。,已知：u=-5v ,I=3A,求功率P。,a,b,+,U,I,EX3:,解：P=UI=-5*
9、3=-15(W),解：P=UI=6*(-3)=-18(W),1.2 电路变量、电功率,为释放功率,1.3 电阻元件,一、线性电阻（主要研究对象） 1、欧姆定律： (关联参考方向) (非关联参考方向),2、伏安关系：元件上电压和电流的关系，简写为VCR。在u-i平面上画出的电压和电流的关系曲线称为伏安特性曲线,3.线性电阻定义：凡在u-i平面内能用一条过原点的直线表示的二端元件称为线性电阻元件。 4.电导单位：西门子（S）：,5.线性电阻的两种特殊情况：开路和短路。 开路 i=0,（u轴），R，G0 ； 短路 u=0,（i轴），R0，G。,1.3 电阻元件,二、电阻元件的一般定义 定义：一个二端
10、元件的电压和电流的关系表现为u-i平面上的一条曲线，则称该二端元件为电阻元件。(即电压电流为代数关系)。,分类：,线性 (满足齐次性和叠加性）,非线性,1.3 电阻元件,线形电阻元件,非线形电阻元件,u,i,本课程主要研究线性非时变电阻元件。,1.3 电阻元件,三、电阻元件的特性：静态无记忆性。 四、电阻元件的功率：,电阻元件是耗能元件,1.3 电阻元件,补充：电阻相关知识,电阻的种类：在电子设备的实际应用中，我们按照电阻制作的材料进行不同的分类。 常见的种类与性能特点如下表：,按照电阻的阻值特性分类。不能调节的，称之为固定电阻。而可以调节的，称之为可调电阻。 而常见的例如收音机音量调节的，主
11、要应用于电压分配的，我们称之为电位器。,特殊的电阻元件。这些 电阻元件的特点是它的阻值会根据一些外界因素的变化而变化。例如：受光影响的我们称为光敏电阻、 受外界压力影响的是压敏电阻，还有热敏、气敏、电敏等等。下面是一些相关电阻的图片：,电阻器和电位器的型号命名 根据国家标准GBT 2470l 995的规定，电阻器及电位器的型号由4部分组成： 第1部分为主称，用字母表示，“R”表示电阻器，“W“表示电位器; 第2部分表示电阻器主要材料，一般用一个字母表示; 第3部分表示电阻器的主要特征，一般用一个数或一个字母表示; 第4部分表示序号，一般用数字表示，以区别该电阻器的外形尺寸及性能指标等。,1.电
12、阻阻值的两种标注方式：一种是数字 与单位直接标注的方式（如图1），另一种是利用色环来标注其阻值的方式（如图2），称为色标法，它也分两种：分别为4环电阻与5环电阻，数值的读取 方法、颜色与数值的对应关系.,电阻的参数：,色标口诀,色环标志要记住，黑色圆洞本是零。 （标称阻值及误差）（黑0） 棕叶衬衫红桃二，难留落伍黄世仁。 （棕1橙3红2） （蓝6绿5黄4） 白酒紫旗挥手吧，金无银失五二零。 （白9紫7灰8） （金5%银10%无20%）,如何辨别误差环 识别色环电阻器，除了要记住每个阿拉伯数字对应的颜色、读准每条色环的颜色种类外，关键是要找准读取的起始环(或者是找出允许误差的那条色环)。 找出误
13、差环可用下面的方法： (a) 一般误差色环离倍乘色环相对较远，粗细和另几条色环可能不同； (b)四色环电阻用得最多的是误差为5的电阻，五色环电阻用得最多的是误差为1的电阻，所以大多使用的四色环、五色环电阻的误差色环分别是金色和棕色；,(c)借助表中误差环的规定和表中电阻系列标称的规定，来判断误差色环。如读出为“白、红、橙、橙”的四色环电阻，查表可知，误差环不可能是橙色，应该是白色； 上述3个方法须综合起来用，判断的结果才会准确些。对于五色环电阻，还时常遇到3种方法都判断不了的情况，如“棕、棕、黑、棕、棕”的五色环电阻这时就只有借助万用表来判断了。,2.电阻的功率：标准叫法是额定功率，是指电阻在
14、一定条件下（压力、温度等） 长期连续工作能够允许承受的最大功率。所以我们在一些电路中必须注意电阻功率的选择，要留一定的余量，选标称功率比实际消耗的功率大一些的电阻。比如实际负荷1/4瓦，可以选用1/2瓦的电阻，实际负荷3瓦，可以选用5瓦的电阻。 在电路图中，常用图中所示的符号来表示电阻的标称功率,3.温度系数：描述电阻温度对其阻 值产生的影响。 4.误差等级：描述生产出来的电阻与标称电阻的差别。,当用万用表测量电阻阻值时注意： 1） 测量时，不能有身体同时接触电阻两端的情况发生。这样会导致测量不准确，而且是电阻越大，影响也越大。想想为什么？ 2） 对在线路板上的电阻，首先要先焊开一端，并且不要带电测量。,小结：本次课主要注意以下几点： 1.电压电流的参考方向、实际方向、关联参考方向。 2.功率的吸收和释放 3.电阻元件的VCR以及电阻的相关知识 作业：P.22 1-1,