电路与电子学第一

电路与电子学2008-2009学年第2学期主讲:●专业硬件基础课高荔●为数字逻辑的学习做准备课程安排课程安排●上课时间：周一5~6节（单周）、周三1~2节●地点：宏福330教室教学●答疑时间：待定●答疑地点：待定●考试方法：卷面+作业+课堂+实验●评分方法：期末卷面60%考试（作业+课堂+实验）40%学习方法学习方法■教学内容多，跟不上笔记■灯光暗淡，记笔记困难■容易忽视课堂重点问题●知识点——有学术价值的内容●重点——必须掌握的内容●难点——有一定难度的内容●知识量——讲1，考2，看31讲考看23学时安排●课程讲授课程简介7学时4学时8学时(1)第一章直流电路(2)第二章电路的过渡过程(3)第三章交流电路●学时数电路基础模拟电子技术基础51学时(4)第四章半导体二极管、三极管和场效应管(5)第五章放大电路基础(6)第六章集成运算放大器(7)第七章集成运算放大器组成的负反馈放大电路(8)第八章集成运算放大器的应用7学时13学时3学时3学时6学时《电路及电子学》(电子工业出版社)刘淑英蔡胜乐王文辉主编《电子技术基础》(高等教育出版社)康华光主编《电路基础与模拟电子技术》(航天航空大学出版社)李树雄主编《模拟电子技术》学习指导与题解(西安电子科技大学出版社)江晓安董秀峰编著《简明电路分析基础》(高等教育出版社)李瀚荪主编参考书籍参考书籍参考书籍参考书籍参考书籍☆第一章作业：1-1,1-3(1),1-4第1章第1章第一节电路与电路模型第二节电流、电压、电位一、电流和电流的参考方向二、电压和电压的参考方向三、电位第三节电功率第四节电阻元件第五节电压源与电流源一、电压源二、电流源三、电压源和电流源的等效变换直流电路电路与电路模型第一节电路与电路模型一、定义●1、电路●2、电路器件（元件）a.电源向电路提供电能b.负载从电路吸收电能并转化为热能、光能、机械能电流流经由电路器件及导线联接的路径就是电路。电阻器、电感器、电容器、变压器、开关、晶体管、电池等。二端元件三端元件●3、元件分类二、电路模型由理想化元件组成的电路叫做电路模型。（P2图1-1）电路演示_WEB电路演示第二节电流、电压、电位一、电流和电流的参考方向●1、电流●2、直流电流电荷有规律的定向流动。大小和方向不随时间变化的电流。I●3、电流的参考方向电路电压电位电流强度i=dq/dtab实际方向i0i参考方向i0i参考方向abi●参考方向的表示方法安培（A）●电流单位2Ω7Ω2Ω2Ω9A2AI电流的大小用电流强度表示。正电荷流动的方向作为电流的实际方向I1I2●1、电压●2、直流电压电力场把单位正电荷从一点移到另一点所做的功称为两点之间的电压。大小和方向不随时间变化的电压。U●3、电压的参考方向abu0参考方向uu0二、电压和电压的参考方向●参考方向的表示方法电路电压电位abuabu+-伏特（V）●电压单位)()(CdqJdwu参考方向与实际方向一致参考方向与实际方向不一致电路电压电位三、电流电压共同表示的参考方向I+-U电流与电压的参考方向一致电流与电压的参考方向不一致●特点：电流的参考方向是从电压参考正极流入,负极流出●关联参考方向●非关联参考方向注意：缺少参考方向的物理量是没有意义的！I-+U★+-+-+-+-U1U2U4U3I4关联参考方向提问1非关联参考方向非关联参考方向关联参考方向关联参考方向关联参考方向非关联参考方向问题+-+-+-+-U1U2U4U3I4关联参考方向非关联参考方向非关联参考方向关联参考方向关联参考方向关联参考方向非关联参考方向电路电压电位四、电位电路中某点电位的确定：选择一点作为参考点，且参考点的电位=0，则某一点与参考点之间的电压就是该点的电位。●特点：电位与参考点有关，电压与参考点无关123Is3Is1Is2R1R2R3R4R5I1I2I3I4I5U1、U2电压电位电路互换五、电位差电场内两点之间的电压。U12=V1-V2电位电路的习惯画法电位是多少？电功率第三节电功率●电功率——电力场在单位时间内移动电荷所做的功。当电流和电压取关联参考方向时，电荷从a点移到b点失去的能量为：P=UI(直流)关联参考方向：P=UIP0表示元件吸收功率P0表示元件产生功率非关联参考方向：P=UIP0表示元件产生功率P0表示元件吸收功率I+-Uab注意dqudWdtdqudtdWP＋－IU＋－IU例题电功率电流和各元件两端电压的参考方向如图所示，现测得：I=-4A,U1=140V,U2=-80V,U3=60V。试说明电流和电压的实际方向，并计算各元件的功率，指明哪些元件是电源，哪些是负载。解：P1=U1×I=-560(W)P2=U2×I=320(W)P3=U3×I=-240(W)p0电源p0负载p0负载U1213U2U3I关联参考方向关联参考方向非关联参考方向???关联参考方向：P=UIP0表示元件吸收功率P0表示元件产生功率非关联参考方向：P=UIP0表示元件产生功率P0表示元件吸收功率由通过它的电流i和它两端的电压u之间的关系来表征。（P6图1-8）电阻值为常数（与电流和电压无关）电阻值非常数（与电流和电压有关）a、端电压U与通过的电流I成正比b、双向性——伏安特性对称原点，不同方向电流和电压伏安特性完全相同，故两个端钮可以任意联接。c、无记忆性——任意时刻电阻的电压（或电流）由同一时刻的电压（或电流）决定，与此刻以前无关。d、耗能性——P=IU=I2R=U2/R0即消耗能量。电阻发热e、电导——电阻的倒数。G=1/R衡量电阻的导电能力。第四节电阻元件●1、电阻R的特性●2、电阻的分类：线性电阻非线性电阻●3、线性电阻的特点欧姆定律U=RI●电阻元件电阻是耗能元件u/Vi/I0序号名称表达式单位1电流i=dq/dt安培（A）2电量q库仑（C）3电压u=dw/dt伏特（V）4电能w焦耳（J）5电功率p=dw/dt瓦（W）6电阻R=u/i欧姆（）7电导G=1/R西门子（S）国际单位制小结无论输出端的负载如何变化，输出电压恒定的理想二端元件。端电压总保持一定，通过它的电流也一定吗？i/Au/V0恒压源Us+-Us+-ui第五节电压源与电流源●一、理想电压源●1、定义●2、表示符号●3、伏安特性●4、电压源Us=0时——相当于短路电压源与电流源输出的电流与所联接的负载有关恒压源演示EWB电压源例题例1：电路如图所示，若电阻R2由小变大，问各支路电流如何变化？R2R1I2I1I3+-+-US1US2解：1211RUUISSR2↑I1不变222RUISR2↑R2↓I2↓I2↑理想电压源的电流由外电路决定I3=I1+I2I2↑I3↑I2↓I3↓例1:实质：求I1、I2、I3端钮上总是向外提供一定电流，它的端电压与什么有关？i/Au/V0恒流源IS●二、理想电流源●1、定义●2、表示符号●3、伏安特性●4、电流源Is=0时——相当于开路电流源Is+-u恒流源演示EWB端电压与所联接的负载有关无论输出端的负载如何变化，输出电流恒定的理想二端元件。电流源例题例1：电路如图所示，求电压源电流源的功率。解：电阻R两端的电压由电压US决定：RUISR吸收功率例2:4VRIIRIS+-US3A2Ω)A(224电压源提供的电流I=IR–IS=－1(A)电压源的功率：PUS=USI=4×（－1）=－4(W)电流源的功率：PIS=USIS=4×3=12(W)产生功率非关联参考方向：p0表示元件产生功率p0表示元件吸收功率非关联参考方向非关联参考方向等效变换的原则：①对外电路而言②等效电路的结构与外电路无关●三、电压源与电流源的等效变换等效变换1、理想电源的等效US1US2+-+-US=US1+US2+-IS1IS2IS=IS1+IS2一端口网络N1外电路I+-U等效电路N2外电路I+-U等效变换US1US2+-+-US=US1+US2+-IS1IS2IS=IS1+IS2US+-RUS+-ISRISISUS+-US+-ISUS-+ISP12图1-7等效变换例题例：将图中电路简化为关于ab端的电流源模型。电流源的两个参数分别为：____________和_______。VS1+-IS2IS2VS1+-R2ab?思考：两个电压源并联两个电流源串联会怎样？思考外电路uiRsus+-i/Au/V0usu=us-iRs电压源电路模型如：干电池、蓄电池、稳压电源都是理想电压源。当电压源内阻越小时越接近理想电压源。实际电源模型2、实际电源模型结论电流源电路模型电流源伏安特性当电流源内阻越大时越接近理想电流源。外电路uiRs’isi/Au/V0isi=is-u/Rs’结论电压源伏安特性新电流源的电流Is=Us/Rs，为原电压源的端口短路电流，方向与电压源Us电位升的方向一致。•先决条件：电流源电压源的内阻相等。•电压源模型变为电流源模型的条件：电压源与电流源变换●3、模型间的等效变换输出电压u=0，输出端短路，此时输出端的电流IRsUS+-外电路uiRsUS+-外电路uiRs’Is10V2Ω5A2Ω+Rs’IS-实质：改变电路结构•电流源模型变为电压源模型的条件：新电压源的电压Us=IsRs为原电流源端口的开路电压，其电位升的方向与电流源IS方向一致。电流源与电压源变换输出电流i=0，输出端开路，此时输出端的电压Rs’IS外电路uiRsUS+-外电路uiRs’IsIRsUS+-24V4Ω6A4Ω相同伏安特性i/Au/V0Us/Rs或IsUs或IsRs电压源电流源两个模型具有相同的伏安特性●i/Au/V0Us/RsUsi/Au/V0IsIsRsP13的描述实际电压源模型实际电流源模型开路电压短路电流电压源与电流源变换例题16A18VIs+8Ω4Ω-Us2I248V18V+8Ω4Ω-Us1+-Us2)(5.24830212ARRUIS30V8Ω4ΩUs+-R1R2I2例1求I2I2例题2将下列电路转换为电压源和电流源。例2+-14V5Ω2.8A5Ω20V2V+4Ω4Ω-12V++--3Ω2V+-3Ω5A4Ω3A4Ω2V+-3Ω8A2Ω2V+-3Ω+-16V2Ω例题3例：将图中电路简化为关于ab端的电流源模型。电流源的两个参数分别为：____________和_______。VS1+-IS2IS2VS1+-R2ab?例3R2IS2VS1+-R2ab+-221S1SRRIVR2ab221S1SRRIVR2例题4例：一个US=4V,RS=1Ω的实际电压源，接上负载R=3Ω的电阻，求(1)等效的实际电流源的两个参数IS和RS’。(2)两个电路负载功率和电源的内阻功率。解：(1)等效的实际电流源的两个参数：A4RUISSSRS=RS’=1Ω(2)电压源电路中：)W(4RRUUIUPSSSSUS)W(1RIPS2RS)W(3RIP2R(3)电流源电路中：)W(12)13134(4RRRRIIUIPSSSSSIS)W(91/3R/)RRRRI(RUP2S2SSSS2SR)W(331R)RRRI(RIP2SSS2R结论：负载获得的功率相同，电源内阻的功率不同，等效是对外电路而言的。UIRsUS+-+-RUIRs’IS+-R例4RRRIISSR'S分流公式第1章第六节含受控电源的电阻电路第七节基尔霍夫定律一、基尔霍夫电流定律二、基尔霍夫电压定律第八节简单的电阻电路一、电阻的串联二、电阻的并联三、简单电阻电路的计算第九节节点电位分析法一、节点电位分析法方法二、节点电位分析法特点三、节点电位分析法步骤直流电路第1章续含受控电源的电阻电路大小方向受电路中其他地方的电压或电流控制的电源。1、受控源具有输入和输出两个端口。2、不能独立存在的电源。3、四种形式：第六节含受控电源的电阻电路●一、受控源●特点●受控源电压控制电压源电压控制电流源电流控制电压源电流控制电流源P15图1-23含受控电源的电阻电路电压控制电压源（VCVS）电压控制电流源（VCCS）U1μU1-