电路与模拟电子技术1

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1、高 等 学 校 教 材电路与模拟电子技术殷瑞祥 编高等教育出版社 Higher Education Press电路与模拟电子技术是一门专业技术基础课2、高等数学中的微积分及常系数微分方程。2、关键在于课后练习，举一反三。基础要求：基础要求：学习要求：学习要求：1、大学物理中的电部分；1、课堂认真听讲，掌握要点；电路与模拟电子技术基础第一篇 电路理论基础 1、电路的基本概念与基本定律 2、电路分析的基本方法 3、交流稳态电路分析 4、暂态电路分析第二篇 模拟电子技术基础 1、半导体器件与二极管电路 2、晶体管放大电路基础 3、模拟集成电路及其应用电路 4、信号产生电路 5、直流电源第一章 电路的

2、基本概念与基本定律本章主要内容 1、介绍电路的基本物理量及单位 2、引入电流、电压参考方向 3、建立电路模型的概念 4、介绍几种常用理想电路元件 5、介绍电路两类基本约束（欧姆定 律， 基尔霍夫定律）电路的基本概念与电路元件第1章1.4 基本电路元件模型1.13 电路的基本概念1.5 电路的工作状态与元件 额定值1.6 基尔霍夫定律1. 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。有直流和交流电路。2. 电路的组成220V控制电源接入的开关等 电源开关导线用电设备例如我们常用的照明电路为电路工作提供能量的电源 -在电能作用

3、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1.1电路的组成与功能中间设备3、电路的功能电能-(用电设备)-其它形式的能量 信息传输信号(接受)-电路-信号(已经放大、去 噪、合成) 信息处理 能量转换：将传输到负载的电能根据需要转换成其它 能量传输：将电源的电能传输给用电设备(负载)。如光、声、热、机械能等。形式的能量发电机变压器-传输线变压器负载4. 电路的激励和响应 输出（能量或信号），称为电路的响应。在电路中响应常表示为某一元件上的电压、电流或电功率。 输入（电能或信号），称为电路的激励。在电路中激励常表示为电源（提供电能，使电路工作）或信号源（作为电路传输、处理信息的对象

4、）。220V 电源开关导线用电设备例如，照明电路中，220V交流电 源就是电路的激励，而灯泡获得的 电功率则是电路的响应。1、元件模型忽略元件的次要特性，用规定的理想化模型 表征其物理特性。元件模型是一种理想化模型 ：为了便于分析电路的主要特性和功能把构成实际电路的元件抽象成理想的电路元件电阻元件1.2 电路模型2、电路模型对电路中的每个元器件特性建立元件模型把所有元器件的元件模型按照原电路结构连接起来，形成电路的模型导线电池开关灯泡例：常用的几种元件模型：电阻元件电感元件电容元件无源元件电压源电流源有源元件无源元件：电阻、电感、电容这些元件任何时刻对外界均不提供能量，叫做无源元件. 有源元件

5、：凡是发出电压、电流，对外界提供能量的元 件，叫有源元件。如电池、发电机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电荷量。单位名称：安（培） 符号：A （Ampere）1.3.1 电流 (current)电流：1、电流及其表示方式电流的符号：I（不随时间变化） 或 i（随时间变化）1.3 电路的基本物理量ab电路中的一条通路正电荷流向q+负电荷流向q-电流的真实方向电流的真实方向 ：规定正电荷流动的方向为电流的方向 10V10在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？问题的提出电流方向 AB？电流方向 BA？E1AB R E2IR当电流的流向不定或者难以判

6、别时，先任意选定一 个方向作为电流的方向2、电流的参考方向(1)参考方向：任意选定的一个方向即为电流的参考 方向。i 参考方向（2）参考方向的任意性 电流的参考方向是人为定义的。 不一定与实际方向相符 电流的参考方向是人为定义的，而电流的真实方向 则是受电路约束客观存在并确定的。 当参考方向设得与真实方向一致时，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。3、电流的参考方向与实际方向的关系i 0i 0U 0 实际吸收 是负载p吸 0 实际吸收 是负载P吸0 w0电阻是一种耗能元件 电阻属于无记忆元件 是一种无源元件 1.4.2

7、、电容元件+ + + + +qq1、电容元件的概念电容元件是一种表征电路元件储存电荷特性的理想元件，其原型是平板电容器，基本特 性是存储在极板上的电荷量 q 与两极板之间的电压 u 满足代数关系。电容元件的符号有极性无极性C+ Cq =Cu云母电容器薄膜电容器瓷片电容器电解电容器电解电容器qu0电容库伏特性曲线线性电容非线性电容2、电容元件的库伏特性用 q-u 平面上的一条曲线 fC(q, u)=0 描述线性电容的qu 特性是过原点的一条直线电容元件的参数为特性曲线的斜率，记作 C ，C 称为电容元件的电容（量）q =Cu 或单位法拉（F），微法F(10-6F)、皮法 pF(10-12F)。C

8、 tg电容的容量u, i 取关联参考方向3.线性电容的伏安特性Ciu+动态元件q = Cu（1）在关联参考方向下，电容元件的电流 与其电压的导数成正比，而与电容元件的 端电压的绝对值无关，说明电容元件是一 种动态元件。（2）在某一时刻电容的电流取决于该时刻电容电压的变化率。电 容电压变化越快，电流的值越大。当 u 为常数(直流)时，du/dt =0 i=0。电容在直流电路中相当于开路，电容有隔直作用。（3）电容两端的电压发生突变（导数为无穷大），则电路需要提 供无穷大的电流，这不可能，所以电容两端的电压不能不能突变 。对两边积分则(4) 电容元件是一种记忆元件；(积分形式) 电容上的电 压所不

9、仅与t,0时间间隔内的电流有关，还与初始电 压u(0)有关，说明电容是一种记忆元件(5) 表达式前的正、负号与u，i 的参考方向有关i= Cdu/dti= Cdu/dt C+UiC+Ui4. 电容元件的功率和能量由此可以看出，电容是无源元件，它本身不消耗能量。u, i 取关联参考方向（1）电压绝对值增大，p0，电容吸收电功 率并将电能转换为电场能储存。（2）电压绝对值减少，p 0，电容发出电 功率，将储存电场能转换为电能输出。（3）电压绝对值不变， p = 0，电容功率为0与电流无关电容储存的电场能为：？电容两端的电压是直流时, 储存的电场能量是否为0？否！1.4.3 电感元件iu1、电感元件

10、的概念电感元件的原型是空心线圈，基本特性是线圈 中的磁通量 与流过线圈的电流 i 满足代数关系磁链，单位（Wb，韦伯）= N 一个线圈的磁通量 Li+u电感电路符号电感线圈线性电感, 任何时刻，磁链 与电流 i 成正比。2、元件特性：韦安特性电感韦安特性曲线i0线性电感非线性电感= Li 或用 -i 平面上的一条曲线 fL(, i)=0 描述线性电感的韦安特性是过原点的直线电感元件的参数为特性曲线的斜率，记作 L 单位亨利（H），毫亨mH(10-3H)和微亨H(10-6H)u , i 关联i , 右螺旋u , 一致i+u3. 线性电感电压、电流关系 电感线圈通以电流就会产生磁通，变化的电流 产

11、生变化的磁通，从而在线圈中产生感应电动 势。根据电磁感应定理，感应电压等于磁链的 变化率。电感的伏安特性：（u , i 关联）Li +u动态元件记忆元 件L1dt=di(1) u的大小取决与 i 的变化率，与 i 的大小无关；(3) 电感元件是一种记忆元件；(2) 当 i 为常数(直流)时，di / dt =0 u=0。 电感在直流电路中相当于短路；Li +u(4) 当 u，i 为关联方向时，u=L di / dt；u，i 为非关联方向时，u= L di / dt 电感是无源元件，它本身不消耗能量。4.电感的功率与能量可正可负，有时吸收能量，有时 放出能量，但本身也不消耗能量 （无损耗）以磁场

12、方式储存储能与电流的方 向无关电感两端的电流是直流时, 储存的电场能量是否为0？否！R1UR2当U为直流电压时，计算电感和电容的电压、 电流和储能。例UR1R2LCiL uC，无源元件小结 RLC定义义伏安关系直流应应用仍有短路开路RLC 能量关系特点耗能电能磁场能无源元件电能电场能储能元件耗能元件记忆元件无记忆电路符号us电源两端电压为uS，其值与流过它的电流 i 无关,理想电压源中的电流由外电路决定。一、理想电压源1、概念：+-us恒压源直流：us为常数，称为恒压源 或直流源交流： us是确定的时间函数， us=Umsintus1.4.4 有源电路元件2、特点：(a) 电源两端电压由电源本

13、身决定，与外电路无关；(b) 通过它的电流是任意的，由外电路决定。 I 1 5V(c)电压源的电压和电流一般取非关联参考方向。5VI=5AI 10 5VI=1Aui03. 伏安特性(1) 若uS = US ，即直流电源。则其伏安特性为平行于电流轴的直线。 us+_iu+_USui0(2) 电压为零的电压源，伏安曲线与 i 轴重合，相当于短路状态。恒压源电压源为04. 理想电压源的开路与短路uS+_iu+_R(1) 开路：R，i=0，u=us(2) 短路：R=0，i ，此时理想电源模型不存在。理想电压源不允许短路。* 实际电压源也不允许短路。因其内阻小，若短路，电流 很大，可能烧毁电源。US+_

14、iu+_R0 实际电压源5. 功率i , us 非关联p= -uiuS+_iu+_外力克服电场力做功， 发出功率。物理意义：若p= -ui 0 说明电源吸收的功率瞬时值 为正值，这时电源处于充电状态，电源已经 成了负载。7 .实际电压源任何一个实际的电源都含有内阻，由理想电 压源和内阻R0串联组成。+ _USR0UIU= US-IR0伏安特性UIUSUS /R02、特点：(a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关；(b) 电源两端电压是由外电路决定。直流：iS为常数，称为直流电流源或恒流源 交流： iS是确定的时间函数，如 iS=Imsint电路符号iSUI R1A电源输出电流为iS，其值与

15、此电源的端电压 u 无关。1.7.2 电流源： 1、概念：iS3、伏安特性(1) 若iS= IS ，即直流电源。则其伏安特性为平行于电压轴的直线，反映电流与端电压无关。 ISui0iSiu+_(3) 电流为零的电流源，伏安曲线与 u 轴重合，相当于开路状。ISui0 直流电源电流源为04、 理想电流源的短路与开路(1) 开路：R，i= 0 ，u 。若强迫断开电流源回路，电路模型为病态 ，理想电流源不允许开路。(2) 短路：R=0， i= iS ，u=0 ，电流源被短路。RiSiu+_5、功率p= -u is iSiu+_u , iS 非关联 p0，则电流源吸收电功率，变成了负载。在u , iS 非关联条件下 由理想电流源与内阻R0并联组成abIUabIsR0Uab = Is R0-IR0IUabISIs R0伏安特性6、实际电流源：可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源 特性，如晶体管的集电极电流