电路与模拟1(徐淑华)

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1、电路与模拟电子技术 高等数学中的微积分及常系数微分方程。2. 2.基础要求：基础要求：大学物理中的电部分；1. 1.课程性质和特点：课程性质和特点：专业技术基础课 理论性、实践性很强以工程实践的观点来处理电路中的问题前 言3. 3.研究内容：研究内容：模拟部分；电路部分； 电路的基本概念、基本理论、基本分析方法。以器件为基础，以信号为主线，研究各种模 拟电子电路的工作原理、特点和性能指标。4. 4. 教学目标：教学目标：能够对一般性的、常用的（电子）电路进行 分析，同时对较简单的电路进行设计。前 言关键在于课后练习，举一反三。5 5、学习要求：、学习要求：课堂认真听讲，掌握要点；6 6、成绩评

2、定：、成绩评定：平时：20% 期末：80%7、参考书目电工学秦曾煌 编著 高等教育出版社 模拟电子技术童诗白主编 高等教育出版社 电路原理 邱关源 主编 高等教育出版社1.基尔霍夫定律与电位的测定 2.叠加原理与戴维宁定理 3.典型电信号的观察与测量 4.RC一阶电路的暂态分析 5.电路定理的仿真 6.电路暂态分析的仿真研究7.单管放大电路 8.基本运算电路 9.运算放大器的线性应用 10.运算放大器的线性应用 11.整流滤波稳压实验课内容实验课内容(24(24学时学时) )：网络（1、2）双周周六 8周18周软件（1、2）双周周六 8周18周1.1 电路和电路模型1.6 电路的基本定律第1章

3、电路的基本概念与基本定律1.2 电路的基本物理量1.35 理想电路模型l参考方向的设定方法l掌握几个常用的物理量（电压、电流、功率 ）l掌握各种4个电路元件特性。l掌握欧姆定律，基尔霍夫定律l理解电位的概念，掌握电位的计算。本章学习目标1.1 电路和电路模型1.实际电路由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。1.1.1 电路的组成及作用2、电路的组成：电源（或信号源）： 提供电能（或信号）的部分；负 载：吸收或转换电能的部分； 中间环节：连接和控制电源和负载的部分；电源、负载、导线等都有相应的额定 值，使用时不应超过其额定值注意！3、电路的作用：发电机把其他形式的能 量转化成电能升

4、压 变压器输电线降压 变压器用 户电能的传输把电能转化成其 他形式的能量a 能量的传输、分配与转换；b 信息的传递、控制与处理。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）。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

5、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1.1.2 电路模型5种基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件 电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件 电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件 电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。5种基本理想电路元件有三个特征：（a）只有两个端子；（b）可以用电压或电流按数学方式描述；（c）不能被分解为其他元件。注意！2、电路模型实际元件用理想元件或其组合来近似代替， 得到实际电路的模型叫做电路模型。 电源电源负载负载中间环节中间环节EIU+_例：一个电阻往往兼有电容电感的性质线圈具有相同的主要电磁性能的实际电路部

6、件， 在 一定条件下可用同一电路模型表示；同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路 模型可以有不同的形式。注意！1.2 电路的基本物理量电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要 关心的物理量是电流、电压和功率。1.电流的参考方向l电流l电流强度带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷量1.2.1 电流、电压及其参考方向l方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向l单位1kA=103A1mA=10-3A1 A=10-6AA（安培）、 kA、mA、A元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能: 实际方向 AB实际方向 AB对于复杂电路或电

7、路中的电流随时间变化 时，电流的实际方向往往很难事先判断。问题l参考方向大小 方向(正负）电流(代数量)任意假定一个正电荷运动的方 向即为电流的参考方向。i 0i 0参考方向 U+参考方向 U+0 吸收正功率 (实际吸收)P0时, 则说明此部分电路吸收功率，为负载。假设u、i取关联参考方向。根据功率的正负判断当P0u、i采用关联参考方向：A吸收功率，是负载（2）i=-1A: P=ui=-5w，P0，为供电状态在u , iS 非关联条件下 l电流源的功率理想电流源特性中不变的是：_ iS 理想电流源特性中变化的是：_u_ 会引起 u 的变化。外电路的改变理想电流源特性小结iSiu+_例计算图示电

8、路各元件的功率。解发出10w吸收10W满足：P（发）P（吸）5V+_u+_2Ai+ _10v2AR例：求：R= 1和R= 10两种 情况下的UIs，并判断恒流 源的电路性质。取关联参考方向：当R=1， UIs =10-2R=8v当R=10，UIs =10-2R=-10v是负载是电源实际电压源 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。+ _ER0UIU= E-IR0伏安特性UIEE /R01.4.2 实际电源的模型实际电流源由理想电流源与内阻R0并联组成abIUabIsR0Uab = Is R0-IR0IUabISIs R0伏安特性独立源小结+_ us(t)电压源电流源符

9、号特点工作状态is(t)电压恒定电流随外电路变化电流恒定电压随外电路变化开路保存，P=0W短路事故状态短路保存，P=0W开路事故状态独立源小结电压源电流源置零实际元件+ _USR0IsR0短路开路干电池钮扣电池氢氧燃料电池示意图直流稳压源变频器频率计函数发生器发电机组草原上的风力发电1、电源开路（空载）不接外电路，电源不工作I=0Uoc=EP=0+ _ER0UocIR1R2S1S21.4.4 电源的工作状态2、电源短路： 外电路被短路（ RL =0）U=0 ISC=E/ R0电源短路容易烧坏电源，因此电源使用中通 常接入熔断器+ _ER0IR1R2S1S2P=0（输出功率） PE =I2 R0

10、 （电源消耗的功率）3、电源的负载状态： （接负载）+ _ER0RLUIU=E-IR0I R0IU E伏安特性伏安特性的斜率与R0有关， R0越小，斜率越小。R0 RL时，U 随负载的变动很小，受负载的影响很 小，电源带负载能力强。电源的内阻越小，带负载能力越强。（1）满载工作：输出额定的I、U、P。（2）轻载工作：输出的P 低于额定值。（3）超载工作：输出的P 高于额定值。不允许+ _ER0RLUI练习：+ _E=220vR00I60w 220v100w 220vI1I2s(1) R00，S闭合后I1变化？ 不变 (2) R00，S闭合后I1变化？ 减小(3)电源的额定功率为125kw、22

11、0v，接220v、 60w的电灯时，电灯会不会烧毁？不会、电源输出的功率为60w电压或电流的大小和方向不是某个给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。+受控电压源受控电流源1、定义：1.5 受控电源 ibicECB受控源举例ibic= ibrbeic2、分类电压控制受控源 电流控制受控源受控电压源 受控电流源压控电压源：VCVS 流控电压源：VCCS压控电流源：CCVS流控电流源：CCCS(1) 电流控制的电流源 ( Current Controlled Current Source ) : 电流放大倍数rm : 转移电阻 u1=0i2= i1u1=0u2=r

12、m i13. 四种类型(2) 电流控制的电压源 ( Current Controlled Voltage Source )CCCSb i1+_u2i2+ _u1i1i2i1CCVSrm i1+_u2+ _u1+ _控制量：电流i1 输出：电流源 i1 控制量：电流i1 输出：电压源r i1gm: 转移电导 :电压放大倍数i1=0i2=gmu1i1=0 u2= u1(3) 电压控制的电流源 ( Voltage Controlled Current Source )(4) 电压控制的电压源 ( Voltage Controlled Voltage Source )VCCSgmu1+_u2i2 +

13、_u1i1VCVSu1+_u2+ _u1+ _i2i1* ，gm， ，rm 为常数时，称为线性受控源。控制量：电压u1 输出：电流源gu1控制量：电压u1 输出：电压源u1实际电路分析中的符号省去开路或短路的控制端CCCSi2b i1+_u2CCVSi2rm i1+_u2+ _VCCSgmu1+_u2i2VCVSu1+_u2+ _i2控制变量必须在电路其它位置标出4. 受控源与独立源的比较(1) 独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)直接由控制量决定(2) 独立源作为电路中“激励”，在电路中产生电压、电流，而受控源只是反映输出与输入的控制关系，在

14、电路中不能作为“激励”。求：电压u2。解例5i1+_u2_u1=6Vi1+-31.6 电路的基本定律电路中各支路的电流和电压受到两类约束：元件的特性造成的约束。如：欧姆定律 称为元件的组成关系。电路的结构造成的约束。 称为“拓扑”约束。1.6.2 基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律 (Kirchhoffs Current LawKCL )基尔霍夫电压定律(Kirchhoffs Voltage LawKVL )基尔霍夫定律与元件特性是电路分析的基础。Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887)基尔霍夫/克西霍夫1 . 几个名词 支路 (branch)：电路中通过同一电流的一个

15、分支 (b)节点 (node):三条或三条以上的支路的连接点称为节点( n )回路(loop)：由支路组成的闭合路径。( l )b=3路径(path)：两节点间的一条通路。路径由支路构成。 网孔(mesh)：不包含支路的回路即网孔。对平面电路，每uS1123ab+_R1+_uS2R2R3l=3n=2123个网眼即为网孔。网孔是回路，但回路不 一定是网孔。M=2支路：ab、ad、 .（共6条）回路：abda、 bcdb、 .（共7 个）结点：a、 b、 .(共4个）I3E4E3_+R3R6+R4R5R1R2abcdI1 I2I5I6I4-网孔：abda、 bcdbadca（共3 个）2. 基尔霍夫电流定律(KCL)对任何节点，在任一瞬间，流入节点的电流等于流出节点的电流。aI1I2E2+-R1R3R2 +_I3bE1对a节点：或：基尔霍夫电流定律是电荷守恒定律的具体表现7A4Ai110A-12Ai2i1+i2 = 1012 i2=1A 4=7+i1 i1= 3A 例1基尔霍夫电流定律也可以表示为：在任一瞬间，一个节点上电流的代数和为 0。 I = 0即：设流入节点电流取“+”，流出节点电流取“-”。aI1I2E2+-R1R3R2 +_I3bE1KCL还适用于电路的任意封闭面。即：在任一瞬 间，流