电路的基本概念和定律电子教案.doc

第一章 电路的基本概念和定律电子教案 §1－1 电路和电路模型 1.电在日常生活、生产和科学研究工作中得到了广泛应用。在收录机、电视机、录像机、音响设备、计算机、通信系统和电力网络中都可以看到各种各样的电路。这些电路的特性和作用各不相同。 电路的一种作用是实现电能的传输和转换。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。电路的另外一种作用是实现电信号的传输、处理和存储。 2.由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路，称为实际电路。 根据实际电路的几何尺寸(d)与其工作信号波长(λ)的关系，可以将它们分为两大类： (1) 集总参数电路：满足dλ条件的电路。 (2) 分布参数电路：不满足dλ条件的电路。 3.电路分析与电路综合 4.目的：通过对电路模型的分析计算来预测实际电路的特性，从而改进实际电路的电气特性和设计出新的电路。 5.任务：掌握电路的基本理论和电路分析的方法。 6. 电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映实际电路的电气特性。电路模型由一些理想电路元件用理想导线连结而成。用不同特性的电路元件按照不同的方式连结就构成不同特性的电路。 电路模型的表示方法： (1) 电路图 (2) 电路数据(表格或矩阵) 它表示 (1) 电路元件的特性 (2) 元件间的连结关系 图1－1 手电筒电路 (a) 实际电路 (b) 电原理图 (c) 电路模型 (d) 拓扑结构图 图1－2 晶体管放大电路 (a)实际电路 (b)电原理图 (c)电路模型 (d)拓扑结构图 电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。现在以线圈为例加以说明。 图1－3 线圈的几种电路模型 (a) 线圈的图形符号 (b) 线圈通过低频交流的模型 (c) 线圈通过高频交流的模型 §1－2 电路的基本物理量 电路的特性是由电流、电压和电功率等物理量来描述的。电路分析的基本任务是计算电路中的电流、电压和电功率。 一、电流和电流的参考方向 带电粒子(电子、离子)定向移动形成电流。电子和负离子带负电荷，正离子带正电荷。电荷用符号q或Q表示，它的SI单位为库[仑](C)。 单位时间内通过导体横截面的电荷定义为电流，用符号i 或I表示，其数学表达式为 电流的SI单位是安[培](A)。 与电流有关的几个名词 恒定电流:量值和方向均不随时间变化的电流，称为恒定电流，简称为直流(dc或DC)，一般用符号I表示。 时变电流:量值和方向随时间变化的电流，称为时变电流，一般用符号i表示。时变电流在某一时刻t的值i(t) ，称为瞬时值。 交流电流:量值和方向作周期性变化且平均值为零的时变电流，称为交流电流，简称为交流(ac或AC)。 电流参考方向 习惯上把正电荷移动的方向规定为电流方向(实际方向)。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动，不能够在电路图上标出适合于任何时刻的电流实际方向。为了电路分析和计算的需要，我们任意规定一个电流参考方向，用箭头标在电路图上。若电流实际方向与参考方向相同，电流取正值；若电流实际方向与参考方向相反，电流取负值。根据电流的参考方向以及电流量值的正负，就能确定电流的实际方向。 例如在图示的二端元件中，每秒钟有2C正电荷由a点移动到b点。 当规定电流参考方向由a点指向b点时，该电流i=2A,如图(a)所示；若规定电流参考方向由b点指向a点时,则电流i=-2A，如图(b)所示。若采用双下标表示电流参考方向，则写为iab=2A或iba=-2A。 电路中任一电流有两种可能的参考方向，当对同一电流规定相反的参考方向时，相应的电流表达式相差一个负号，即 今后，在分析电路时，必须事先规定电流变量的参考方向。所计算出的电流i(t)0，表明该时刻电流的实际方向与参考方向相同；若电流i(t)0，则表明该时刻电流的实际方向与参考方向相反。 二、电压和电压的参考极性 电荷在电路中移动，就会有能量的交换发生。单位正电荷由电路中a点移动到b点所获得或失去的能量，称为ab两点的电压，即 其中dq为由a点移动到b点的电荷量，单位为库[仑](C)，dW为电荷移动过程中所获得或失去的能量，其单位为焦[耳](J)，电压的单位为伏[特](V)。 将电路中任一点作为参考点，把a点到参考点的电压称为a点的电位，用符号va或Va表示。在集总参数电路中，元件端钮间的电压与路径无关，而仅与起点与终点的位置有关。电路中a点到b点的电压，就是a 点电位与b点电位之差，即 量值和方向均不随时间变化的电压，称为恒定电压或直流电压，一般用符号U表示