电路和模拟电子技术应用

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1、 电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术 （第二版）（第二版） 主讲教师：傅丰林 刘雪芳 上一页下一页目 录返 回退 出 第2页 使用说明 u课程适用对象：计算机类专业本专科学生。 u配套文字教材 殷瑞祥： 电路与模拟电子技术（第二版）. 高等教育出版社 ，2009年。 u学时：60 (30+30) u内容：电工学+电子学 上一页下一页目 录返 回退 出 第3页 目录 u绪 论 u第一篇 电路基本理论 第1章 电路的基本概念及基本定律 第2章 电路分析的基本方法 第3章 交流稳态电路分析 第4章 暂态电路分析 上一页下一页目 录返 回退 出 第4页 目录（续） u第二篇 模拟电子技术 第5章 半

2、导体器件基础与二极管电路 第6章 晶体管放大电路基础 第7章 模拟集成电路及其应用电路 第8章 信号产生电路 第9章 直流电源 u附录 附录1 模拟量和数字量的转换 附录2 应用EWB进行电子电路分析设计 上一页下一页目 录返 回退 出 课程要求 u了解：熟知基本概念和基本原理 u理解：概念清楚，原理明白，并具 有分析和计算能力。 u掌握：比“理解”要求更高，有的知 识必须记住。 Why What How 上一页下一页目 录返 回退 出 学习要求 课堂：听讲与理解、适当笔记 课后：认真读书、完成作业 实验：充分准备、勇于实践 学会使用仿真软件 上一页下一页目 录返 回退 出 成绩给定 平时成绩

3、： u作业：每章交一次 u点名：不定期抽点名 u期中考试 期末卷面成绩 uE-mail:xfliu1 uTel：18066808742 第1章 电路的基本概念与基本定律 电路与模拟电子技术 上一页下一页目 录返 回退 出 9 本章教学内容 1.1 电路组成与功能 1.2 电路模型 1.3 电路中的基本物理量：电压、电流、电位、功率 1.4 基本电路元件模型 1.5 电路的工作状态与元件额定值 1.6 基尔霍夫定律 u作业 4、8、10、11、15、17、18 上一页下一页目 录返 回退 出 10 本章内容概述 u先修基础：物理学 u主要内容：电路模型的概念、基本物理量及其参考 方向、电路的工作

4、状态，基本电路元件及其特性， 集中参数电路的拓扑约束关系基尔霍夫定律。 这些内容是分析和计算电路的基础。 u重点：深刻理解电路中电压和电流的参考极性和参考 方向的意义，强化电路模型的概念，牢固掌握集中参 数电路的基本约束关系基尔霍夫定律和元件伏安 特性约束。 上一页下一页目 录返 回退 出 11 1-1 电路的组成与功能 u电路的概念 电路是由用电设备或元器件（称为负载）与供电设备（称 为电源）通过导线连接而构成的提供给电荷流动的通路。 u电路的组成 为电路工作提供能量的电源； 在电能作用下完成电路功能的用电设备或元器件； 连接电源和用电设备的导线； 控制电源接入的开关等。 例如我们常用的照明

5、电路。 220V 电源 开关 灯泡 （用电设备） 导线 上一页下一页目 录返 回退 出 12 1-1 电路的组成与功能（续） u电路的功能 客观上电路提供了电荷流动的通路，电荷携带着电能在电路 中流动，从电源带走电能，而在用电元器件中又释放电能， 根据电路的工作场合和工作目的，电路主要有下列作用： 能量传输 将电源的电能传输给用电设备(负载)。 能量转换 将传输到负载的电能根据需要转换成其它形式 的能量，如光、声、热、机械能等 信息传输 信息处理 信息- (载体)-信号-电路-终端-(去载体)-信息 (电流或电压) 信号(接受)-电路-信号(已经放大、去噪、合成) 上一页下一页目 录返 回退

6、出 13 1.2 电路模型 u为什么要引入电路模型？Why 构成实际电路的元器件种类繁多，形状各异，给分析和设 计带来困难。 只有对各种元器件的特性建立了数学模型，才可能对电路 进行深入分析。 例：手电筒电路（p4 图1-2-1） 上一页下一页目 录返 回退 出 14 1.2 电路模型 （续1） u什么是电路模型？What 对实际电路的特性进行分析、抽象，将电路的主要性能用 数学方法表达出来，再利用一些具有特定、理想化特性的 元件（理想元件）重构出来的电路，称为原电路的模型。 电路模型反映了原电路工作的主要特性，并且这些特性是 已经数学化了的，便于用数学方法进行分析。 电路模型中，构成电路的不

7、再是千差万别的各种实际元器 件，而是数量有限的理想元件，具有很好的规范性。有利 于设计、交流。 构成电路模型的理想元件数量应尽可能少，否则，电路模 型将失去其存在的价值。 上一页下一页目 录返 回退 出 15 1.2 电路模型 （续2） u怎样建立电路模型？How 对电路中的每个元器件特性建立数学模型。 用理想元件实现每个元器件的特性，构成元器件的电 路模型。 把所有元器件的电路模型按照原电路结构连接起来， 形成电路的模型。 上一页下一页目 录返 回退 出 16 1.2 电路模型 （续3） u常用理想元件种类 电荷 q磁通 电压 u 电流 i 电阻元件 电容元件电感元件 忆阻元件 上一页下一页

8、目 录返 回退 出 17 1.3 电路中的基本物理量 u 电流 1. 电流及其表示方式 电流的概念 电流是电路中电荷流动量的度量，它表示单位时间流 过电路中某一截面的净电荷量。 电荷流动不仅有数量，也有方向，因此电流是具有方 向的。规定正电荷流动的方向为电流的方向（称为真 实方向）。 分析电路时用箭头或双下标来指定电流的方向。 正电荷流向 负电荷流向 电流的真实方向 q+ q- a b 电路中的一条通路 上一页下一页目 录返 回退 出 18 1.3 电路中的基本物理量（续1） u 电流（续） 2. 电流的符号和单位 电流的符号：电路中用 I 表示不随时间变化的电流， i 表示随时间变化的电流；

9、 电流的单位是安培（A），是国际单位制（SI）中的 七个基本单位之一。它表示：每秒钟流过1C的净电荷 。 上一页下一页目 录返 回退 出 19 1.3 电路中的基本物理量（续2） u 电流（续） 3. 电流的参考方向 在分析电路之前，电流的真实方向一般是未知的。 用代数量来表示有方向的电流。符号表示方向，绝对 值表示大小。 为了用代数量表示电流，我们必须事先规定一个参考 （即符号为正时电流的方向），称为电流的参考方向 。电路中用箭头标示。 上一页下一页目 录返 回退 出 20 1.3 电路中的基本物理量（续3） u电流（续）电流的参考方向 电流的参考方向是人为定义的， 而电流的真实方向则是受电

10、路 约束客观存在并确定的。 当参考方向设的与真实方向一致时， 电流的代数值符号为正；反之为负。 若分析电路后确定的电流符号为正，则 表明电流的真实方向就是参考方向；反之亦然。 a b 电路中的一条通路 i 电电流 i 的参 考方向 上一页下一页目 录返 回退 出 21 1.3 电路中的基本物理量（续4） u 电流（续） 4. 电流的测量 实验和工程中采用电流表测量电流，电流表必须串接 在被测电路中。 电流的参考方向由电流表接线方式决定 “+”接线柱指向“-”接线柱 i 电流表 + _ 被测支路 断开通路 串接电流表 上一页下一页目 录返 回退 出 22 1.3 电路中的基本物理量（续5） u

11、电压、电位、电动势 1. 电压的概念 电场是一种位场，电荷在电场中具有电位能。 单位正电荷在电场中某点所具有的电位能称为该点的 电位。它表示外力将单位正电荷从参考点（0电位）移 动到该点所作的功。单位为伏特 (V) = 1 焦耳 (J)/ 库仑 (C) ，用 v 或 V 表示 a 点电位b 点电位 上一页下一页目 录返 回退 出 23 1.3 电路中的基本物理量（续6） u电压（续）电压的概念 电路（电场）中两点（如a与b）之间的电位差称为电 压，用 u 或 U 表示，单位也是伏特(V) ab两点之间电压 n 电压 uab 表示单位正电荷从 a 点移动到 b点所失去 的电位能，因此常也称为电压

12、降。 ab WaWb 失去电位能Wa-Wb 上一页下一页目 录返 回退 出 24 1.3 电路中的基本物理量（续7） u 电压（续） 2. 电压的方向（极性） 电路（电场）中，只有定义了参考点，电位才有意义。 电压是一个相对量，与参考点的选取无关。 电压表示的是电位下降，也存在方向（又称为极性）， 规定电位下降的方向为电压的真实方向。 电位实际上是电路中某点到参考点之间的电压。 上一页下一页目 录返 回退 出 25 1.3 电路中的基本物理量（续8） u 电压（续） 3. 电压的参考方向 电压具有方向性，不能单用数值来表示，必须同时标 定其方向。 在对电路分析之前显然不能确定电压的真实方向。

13、两点之间电压只可能有两个方向，可先假设电压的方 向，数值的正、负表示真实方向与假设方向之间的关 系。称此假设的方向为电压的参考方向。电压的参考 方向用箭头（或+ / 号）在电路中标出。 有了参考方向，带方向的电压变量就转变成了代数量 。 ab u ab +-u 或 上一页下一页目 录返 回退 出 26 1.3 电路中的基本物理量（续9） u 电压（续） 4. 电压的测量 实验和工程中采用电压表测量电压，电压表必须和被 测支路并联。 电压的参考方向由电压表接线方式决定 “+”接线柱指向“”接线柱 电压表 + _ 被测 支路 + _ u 上一页下一页目 录返 回退 出 27 1.3 电路中的基本物

14、理量（续10） 关于电位： u利用电位的概念，可以简化电路图，也可使计算更为简单。 在电子电路中，为简化电路，一般不画出直流电源，而只标 出各点的电位值。 u例：求图示电路中A点的电位 +5V 5V A 20k 30k I 上一页下一页目 录返 回退 出 28 1.3 电路中的基本物理量（续11） 关联参考方向 同一电路元件上既有电流参考方向，也有电压参考方向 。都是人为假设出来的，两者之间没有实际联系。 为了分析方便，同一电路元件或电路部分，电压和电流 的参考方向采用一致的方向，称为关联参考方向。 如无特别需要，一般采用关联的参考方向。这样在电路 中只需要标出一个参考方向。 上一页下一页目

15、录返 回退 出 第29页第29页 1.3 电路中的基本物理量（续12） u电功率 电功率的概念、符号与单位 电功率是电路元件消耗电能快慢的度量，它表示单位 时间内电路元件消耗的电场能量。 电路中用 P 或 p 表示电功率，按照定义 p (或 P )=dW/dt 功率的单位为瓦特（W）= 焦耳( J ) / 秒 ( s )。 功率的计算 采用关联参考方向时 采用非关联参考方向 必须加上 负号！ 上一页下一页目 录返 回退 出 30 1.3 电路中的基本物理量（续13） 电源和负载的概念 若某元件电功率大于零，在电路中消耗电能，表现为负载 。 若某元件电功率小于零，向电路提供电能，表现为电源。 u例：由5个元件组成的电路如图，各元件上电压、电流参考方 向采用关联参考方向，标在图上如下。 确定各元件的功率， 指出哪些是电电源、哪些是负载负载 ？ 12 345 上一页下一页目 录返 回退 出 31 1.3 电路中的基本物理量（续14） 元件1 是负载 元件2 是负载 元件3 是电源 元件4 是负载 元件5 是电源 注意： 电路中所有元件的功率之和为 0 ！这一规则称为功 率平衡原理。常用作对分析结果的检验准则。功率 平衡实际上是能量守恒的体现，任意时刻，电源发 出的电能恰为负载所消耗。 12 345 上一页下一页目 录返 回退 出 32 1.4基本电路元件模型 u常用理