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1、1,电工电子技术导论,国 防 科 学 技 术 大 学 机电工程与自动化学院,谢谢欣赏,2019-7-22,2,第1章 电路模型和电路定理第2章 电路的分析方法第3章 正弦交流电路第4章 电路的暂态分析第5章 半导体器件基础第6章 基本逻辑运算与逻辑门第7章 基本组态放大电路第8章 数制与码制,课程主要内容,谢谢欣赏,2019-7-22,3,第1章.电路模型和电路定理,1.1 电路与电路模型 1.2 电路的基本物理量及参考方向 1.3 无源电路元件 1.4 有源电路元件 1.5 基尔霍夫定律 1.6 电路的基本状态,谢谢欣赏,2019-7-22,4,电路分析研究的对象是电路模型电路中的主要变量是
2、电流和电压它们受到两种规律的约束（两类约束）一是元件本身伏安关系的约束（VAR）,二是电路连接方式的约束（KVL、KCL）本章主要介绍几个基本元件（R、L、C、VS、IS、及受 控电源）和KVL、KCL,谢谢欣赏,2019-7-22,5,1.1电路及电路模型、集总假设 1.1.1电路及电路模型电路：是由电工设备组合后的总称，并提供电流流过的路径。,功能及作用：a.实现能量的转换和传输 b.信号的传递与处理 c.测量信息 d.存储信息,谢谢欣赏,2019-7-22,6,1.1.2电路模型与集总假设在一定条件下（集总假设）R-电能的消耗C-电场的储能L-磁场的储能,集总假设的条件：对于集总元件连接
3、成的电路，不论其连接方式如何。只要其电路尺寸远小于电路工作最高频率所对应的波长，都称为集总电路。,谢谢欣赏,2019-7-22,7,例：电力网的工作频率为50HZ，它的波长为6000KM,在本课程中所讨论的电路均满足此条件。,电子技术-分布参数（1000HZ）高频电路-高频参数（1M以上）,谢谢欣赏,2019-7-22,8,1.2参考方向（Reference direction）参考方向是电路理论中一个最基本的概念，分析电路之前，首先要假定电路中各电流，电压的参考方向。1.2.1电流（current）单位时间内通过导体横截面的电量定义为电流强度，用以衡量电流的大小,即:,单位：A mA A(1
4、03进位),谢谢欣赏,2019-7-22,9,说明实际方向与参考方向一致。,说明实际方向与参考方向相反。,1.2.2 电压 Voltage 电路中a、b两点间的电压表明了单位正电荷由a点转移到b点时所获得或失去的能量。,谢谢欣赏,2019-7-22,10,即：,单位：V mV V KV(103进位)正方向（参考方向），与电流一样。,U0 与参考方向一致U0 与参考方向相反,谢谢欣赏,2019-7-22,11,1.2.3 关联正方向（一致参考方向）associated heference direction 为了方便起见，常常采用关联的参考方向，即电流和电压降的方向一致。,谢谢欣赏,2019-7
5、-22,12,1.2.4 功率（Power）,直流：,单位：mw w kw,在一致参考方向下：P0（消耗功率）P0（产生功率）,若采用关联参考方向,同样有：P0 消耗功率 P0 产生功率,谢谢欣赏,2019-7-22,13,1.3 无源元件(nactive element)有源元件：其P0（消耗）线性R、L、C耦合元件（变 压器）。,1.3.1电阻元件（Resistor）用R表示（一致参考方向）,谢谢欣赏,2019-7-22,14,1.3.1.1线性电阻 如果特性曲线是经过坐标原点的直线，则称之为线性电阻元件。,伏安关系为欧姆定侓：U=IR,谢谢欣赏,2019-7-22,15,1.3.1.2
6、非线性电阻(nonliner Resistor)如果特性曲线不是经过原点的直线则称为非线性电阻。,谢谢欣赏,2019-7-22,16,1.3.2 电容元件,1、定义：（q=cu）一个二端元件如果在任一时刻t，它的电荷量q(t)与它的电压u(t)关系可以用u、q平面上的一条曲线来描述，则该元件称为电容元件。,谢谢欣赏,2019-7-22,17,1.3.2.1电容元件的伏安特性。（VAR）,谢谢欣赏,2019-7-22,18,当u0，但=0 i=0,这就是说明电容器不能通过直流电。,当u=0，但 0 i0,说明：在某一时刻电容的电流取决于该时刻电容电压的变 化率。i(t)有限 有限u不能改变,用数
7、学知识可以证明：如果通过线性电容器的电流i(t)在闭区间O，T有界。则在开区间（O，T）内，u(t)是一个连续函数。不能突变。t=0时 u(o)=0 称为电压连续性原理。,谢谢欣赏,2019-7-22,19,由 可得：,=,电容上电压与电荷有关。与历史有关，故也称为电容电压。具有记忆功能。（记忆是电流）,当to=0时；（一般取法）,uc(o)称为电容的初始值。,谢谢欣赏,2019-7-22,20,1.3.2.1电容的贮能,储能,;,=,=,若uc(to)=0 则：,谢谢欣赏,2019-7-22,21,例题：将C=2F，初始电压为-0.5V，接上电源。已知电源的电流波形i(t)。试求uc(t)。
8、,解：采用分段积分法：,1).to时 i(t)=0 uc(t)=-0.5v2)1t0时 i(t)=2A,3)当t=1s时 uc(1)=0.5(v)（上升段）2t1时 i(t)=-2A(注意初始值变化),4)当t=2时 uc(2)=-0.5(v)下降段 t2时 i(t)=0 uc(t)=-0.5(v)记忆（保持）见uc(t)波形,谢谢欣赏,2019-7-22,22,1.3.3 电感元件定义：一个二端元件如果在任一时刻t，它的磁通(t),同它的电流 i（t）之间的关系可以用i，平面上一条曲线来确定，则此 元件称电感元件。由物理中可知：=LI,由电磁感应定律可知：由变化的磁通就会产生电压。,谢谢欣赏
9、,2019-7-22,23,当 i=0 若 0 则u0 交流当 i0 若=0 则u=0 直流（短路）若u(t)为有限值，则i(t)不能突变。即：电感上电流不能突变。（uc、iL不能突变）同样：,=,故电感是个记忆元件，它记忆电压。,贮能：,谢谢欣赏,2019-7-22,24,1.4 有源元件电压源（Voltage source）电流源（current source）受控源（Controlled source）1.4.1 电压源,基本特性：1)电压源端电压是一个恒定的数值Us，（或保持按一定规律变化 的时间函数us(t)），与通过电流无关。2)输出电流的大小与外部电路有关。,谢谢欣赏,2019-
10、7-22,25,以上表明电压源端电压不变（符合第1条特性）。输出电流大小与外电路有关（符合第2条特性）。用理想电压源和理想电阻元件串联可以来构成实际电源。,谢谢欣赏,2019-7-22,26,1.4.2 电流源,基本特性：a.输出电流是一个恒定值Is或者一定规律变化的时间函数is(t)，与端 电压无关。b.电流源两端的电压与外电路有关。,谢谢欣赏,2019-7-22,27,实际电流源可用理想电流源与电阻并联来表示,谢谢欣赏,2019-7-22,28,1.4.3 两种实际电源模型的等效变换,等效是一个什么概念。（对外电路而言）二端网络（单口网络）：,有源二端网络：电路内部含有独立电源时为有源二端
11、网络N无源二端网络：电路内部不含有独立电源时为无源二端网络No。由定义可知：一个电阻、电容、电感、电源都是二端网络的最简 单的形式。,谢谢欣赏,2019-7-22,29,例:,注意：等效是对外电路而言。电路内部并不相等,谢谢欣赏,2019-7-22,30,例:,二个电路端口的VAR完全相同，则二个电路等效。,谢谢欣赏,2019-7-22,31,回到实际电源模型上来,那么这二个电源（实际）可以互换，已知电压源参数（Us、Rs）,谢谢欣赏,2019-7-22,32,若已知：Is、Rs 由等效原则：,谢谢欣赏,2019-7-22,33,例1:,例2:,谢谢欣赏,2019-7-22,34,接前例,谢谢
12、欣赏,2019-7-22,35,例：化简等效电路：,谢谢欣赏,2019-7-22,36,谢谢欣赏,2019-7-22,37,1.4.4 受控电源(Controlled Source)定义：受控源是一个具有两条支路的元件，其中支路2 不是电压源就 是电流源，而支路1不是开路就是短路。支路2中的电源受支路 1 中的电压或电流的控制。,（支路1,开、短；支路2,电流、电压；）1.4.4.1电压受控源（支路2是电压源时）固定支路2a.VCVS(Voltage Controlled Voltage Source),谢谢欣赏,2019-7-22,38,b.CCVS（Current Controlled V
13、oltage Source）支路2是电压源。支路1是短路。,1.4.4.2 电流受控源（支路2是电流源）a.VCCS(支路1，开路),谢谢欣赏,2019-7-22,39,b.CCCS(Current Controlled Current Source),R1=0 u1=0 i2=i1 电流放大系数,受控源的应用,谢谢欣赏,2019-7-22,40,1.5 额定值和电功率(自学)1.6 克希荷夫定律（基尔霍夫定律）第2个约束1.6.1 几个名词,1.支路(branch):电路中的每个分支称为支路,且通过同一电流。,2.节点(node):电路中三条或三条以上支路的联接点称为节点。,3.回路(loo
14、p):电路中任一闭合路径称为回路。,4.网孔(mesh):电路中未被其它支路分割的最简回路。,谢谢欣赏,2019-7-22,41,我们研究的对象是：支路电流和支路电压支路电流和支路电压必须受到两类约束，一类是元件的特性对本元件上的电流和电压造成的约束，另一类是元件之间的连接给支路电流和支路电压造成的约束。表示这类约束关系的基本规律是基尔霍夫定律。它与元件的性质无关，只与连接方式有关。,1.6.2 克希荷夫定律（电流定律）KCL（kirchkhoffs Current law）KCL表述为：对于任一集总电路的任一节点，在任一时刻，流入该节点的所有支路电流的代数和为零。（且为线性相关）,数学表达式
15、：,谢谢欣赏,2019-7-22,42,流入=流出；i1+i2=i3KCL也可以推广运用电路中的任一假设的闭合面。,即：+i1+i2-i3=0,谢谢欣赏,2019-7-22,43,1.6.3 克希荷夫电压定律 KVL（Kirchhoffs Voltage Law）KVL：对于任一集总电路中的任一回路，在任一时刻沿该回路的所有支路电压降的代数和为零。,即：,谢谢欣赏,2019-7-22,44,讲到独立电源等效的问题，那么受控源呢，是不是也存在等效变换的问题呢。答案是肯定的。,U=-500I+2000I+10=1500I+10（v）找出具有相同VAR的电路。,谢谢欣赏,2019-7-22,45,1
16、.6.4 两类约束及KCL、KVL方程的独立性 当把元件相互接成具有一定几何结构形成的电路后，电路中出现了节点和回路。其各部分电压和电流将受到两类约束：其一，来自于元件的联接方式，与一个节点相连接的支路；其电流必受到KCL的约束，与一个回路相联系的各支路，其电压必受到KVL的约束。这种只取决于互联接形式的约束称为拓扑约束（topoligical constraints）其二，来自元件的性质VAR对于电阻元件：,这类约束关系称为元件性质的约束。,谢谢欣赏,2019-7-22,46,下面我们来讨论一下如何根据两类约束，列出分析这类电路所需的方程。即求解出电路所有支路电压和电流。根据电路结构、元件特
17、性、独立源数据求解。看一个电路：已知各个电压源，各个电阻值。us1、us2、us3、us4、R1、R2、R3、R4、R5、R6求解各支路电压和支路电流。,谢谢欣赏,2019-7-22,47,按给定的支路电流下标命名各支路代号共有6条支路、12个未知量、要列12个方程。根据VAR先列出6个支路方程（支路的伏安关系）VAR支路1（I1):u1=-us1+I1R1支路2(I2)：u2=-us2+I2R2支路3(I3)：u3=-us3+I3R3支路4(I4)：u4=us4+I4R4支路5(I5)：u5=I5R5支路6(I6)：u6=I6R6 显见这6个方程是独立的，任何一个式子都不能由其它式子推导出来
18、。,谢谢欣赏,2019-7-22,48,网孔：U1+U5+U4=0网孔：U2+U5+U6=0网孔：U6+U3-U4=0这样就有12个方程，那么12个未知数便可解出。如果电路有b条支路，就有2b个求解量（I、U）。由支路的VAR可得到b个方程，由KCL、KVL可得b个。那么怎么才知道KCL、KVL方程是否为独立呢？（如何找b个方程）不加证明有3条结论。a.若电路有几个节点，则KCL方程为n1个是独立的，且是任意的 n1个。b.对于一个平面电路，则该电路有b（n1）个网孔，且b（n1）个网孔的KVL方程是独立的。c.由KCL和KVL可以得到独立方程的总数是b个。提供独立KCL方程的节点叫做独立节点。提供独立KVL方程的节点的回路叫做回路。,谢谢欣赏,2019-7-22,
