计算机电路基础第1章-电路的基本概念和基本定律课件.ppt

1、本章主要介绍：三个物理量 （电流、电压、功率）几种基本元件（电阻、电容、电感、电源）三个定律（欧姆定律、电流定律和电压定律）第第1章章 电路的基本概念和基本元件电路的基本概念和基本元件 1.1.1电路的作用电路的作用 电路的作用是进行电能的传输和转换，或是实现信号的传递和处理。电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。1.1.2电路的组成电路的组成 电路可分成电源（或信号源）、中间环节和负载三个部分 电源是提供电能的装置，电能可以由其他形式的能量转换而来，也可以由一种形式的电能转换为另一种形式的电能(如交流电能转换成直流电能)。信号源可以是系统自身产生的，也可以是从外部接收的。负载是取用

2、电能的装置，是电路中的主要耗电器件。负载的作用是将电能转换成非电能。中间环节是指将电源和负载连接成闭合电路的部分。1.1 电路和电路模型电路和电路模型 1.1.3电路模型为了便于对实际电路进行分析，通常是将实际电路器件理想化(模型化)，即在一定条件下突出其主要的电磁性质，忽略次要因素，近似地看作理想的电路元件。理想电路元件(理想二字常略去不写)主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。这些元件分别由相应的参数来表征，并用规定的图形符号表示。1.1 电路和电路模型电路和电路模型 1.定义：电荷的定向运动形成电流。电流的方向不变为直流I。方向和大小都变化为交流 i。2.单位：1A103 mA

3、106A，1 kA103A3.参考方向：正电荷运动的方向为电流的实际方向。假设的电流流向称为电流的参考方向。1.2.1 电流及其参考方向电流及其参考方向 1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量 1.定义：电场力将单位正电荷从电场中的a 点移到b点所做的功，称其为a、b两点间的电压。直流电压Uab，交流电压uab。两点间的电压又称为电路中两点间的电位差 UabUaUb 电位是电路中某点到参考点之间的电压 参考点是任意选择的一点“”（零电位点，“接地”点），若选b点为参考点Ub0，UabUaUbUa。电动势E是电源力将单位正电荷从低电位点b移动到高电位点a所做的功1.2.2 电压及其参考方向电压

4、及其参考方向 2.单位：1V103mV106V，1kV103V3.参考方向：习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向。电压实际方向和电压参考方向1.2.2 电压及其参考方向电压及其参考方向 关联参考方向：当某一元件或电路端口所设定的电压和电流的参考方向是让参考电流从参考电压的正极到负极流过时，称电压和电流的参考方向为关联参考方向。否则是非关联参考方向。1.2.3 电流和电压的关联参考方向电流和电压的关联参考方向1.特性与功能：限流、分流、降压、分压、偏置 等2.符号、单位：电阻的单位是（欧姆）3.电阻的分类电阻器有固定电阻和可变电阻之分，可变电阻常称作电阻器。按材料分有碳膜电阻、金属膜电阻和线

5、绕电阻等不同类型。1.3 电路的几种基本元件电路的几种基本元件1.3.1 电阻电阻4.电阻的伏安特性欧姆定律电阻上电压、电流之间的关系就是电阻的伏安特性，电阻的伏安特性就是欧姆定律，公式表达为如果某类电阻的伏安关系曲线是一条直线，则称该类电阻为线性电阻；反之，就是非线性电阻。1.3 电路的几种基本元件电路的几种基本元件5.电阻的串并联（1）电阻的串联1.3 电路的几种基本元件电路的几种基本元件（2）电阻的并联1.3 电路的几种基本元件电路的几种基本元件（3）电阻的混联1.3 电路的几种基本元件电路的几种基本元件1.特性与功能：隔直流、耦合交流、旁路交流、滤波、定时和组成振荡电路等2.符号、单位

6、：电容器的基本单位是F（法拉），常用的单位有：微法（F）、纳法（nF）、和皮法（pF）等3.电容的分类从结构上：固定电容和可变电容从介质材料：瓷介、纸介、云母、涤纶、独石、铝电解、钽电解等从用途：高频旁路电容、高频耦合电容、低频旁路电容、低频耦合电容、滤波电容、调谐电容等。1.3.2 电容电容4电容的伏安特性电容是一种能够储存电场能量的实际电路元件。假设电容两极板上储存的电荷量为q，在两极板间建立的电压为u，那么就存在如下关系：q=Cu1.3.2 电容电容1.特性与功能：隔交流、常和电容一起构成LC振荡器、LC滤波器、LC调谐电路等2.符号、单位：电感的基本单位是“亨利”，英文字母“H”表示。

7、常用的单位是mH和H。3.电感的分类按照骨架材料来分类，可以分为空气芯电感、磁芯电感和铁芯电感等。1.3.3 电感电感4.电感的伏安特性1.3.3 电感电感任何一个实际电源都可以用电压源模型或电流源模型来表示。1.电压源理想电压源：是一个理想二端元件。它在工作时，无论接在输出端的负载如何变化，其输出端电压保持不变，输出电流与它所连接的外电路有关。实际的电压源：都含有内阻R0，当输出电流I变化时，内阻R0上的电压也发生变化，输出的端电压U也将变化。1.3.4 电源电源2.电流源理想电流源：是一个理想二端元件。它在工作时，无论接在输出端的负载如何变化，其输出电流保持不变，两端电压与它所连接的外电路

8、有关。实际的电流源：可以看作是理想电流源Is和内阻R0的并联，其输出电压和电流都会随负载的变化而变化。1.3.4 电源电源 3.电压源和电流源的等效变换 电压源模型的外特性和电流源模型的外特性是相同的。囚此，电源的两种电路模型相互之间是可以等效变换的，如图1.3.12所示。注意:电压源模型和电流源模型的等效关系只是对外电路而言的，至于对电源内部，则是不等效的。1.3.4 电源电源1.电能：单位为焦耳（J），工程上常采用千瓦时（kWh）作为电能的单位，俗称1度电，文字标注为“W”。2.功率：是指单位时间内元件所吸收或发出的电能，单位为瓦（W），文字标注为“P”。功率可表达为某段电路上的电压与电流

9、的乘积：关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向一致。PU I 非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致。PU I P0 吸收功率（消耗功率）为负载 P0 发出功率（产生功率）为电源1.4 电能与功率电能与功率 有一个收录机供电电路，用万用表测出收录机的供电电流为80mA，供电电源为3V，忽略电源的内阻，收录机和电源的功率各是多少？根据计算结果说明是发出功率还是吸收功率？解：解：收录机电流与压是关联参考方向 PU I3V80mA240mW0.24W 结果为正，说明收录机是吸收功率。电池电流与压是非关联参考方向 PU I3V80mA0.24W 结果为负，说明电池是发出功率。【例例1.41.4】

10、1.4 电能与功率电能与功率 如果例1.4题中的电池已经降为2V,现将收录机换为充电器,充电电流为150mA，问此时电池的功率为多少，是吸收功率还是发出功率？充电器的功率为多少，是吸收功率还是发出功率？解：解：电池为非关联 PU I2V（150mA）0.3W 结果为正吸收功率，电池是充电器的负载。充电器为关联 PU I2V（150mA）0.3W 结果为负发出功率，充电器是电路中的电源。【例例1.5】1.4 电能与功率电能与功率 3.常用元件的功率线性电阻的瞬时功率始终大于零，也即电阻总是吸收能量的；电容的瞬时功率可正可负，电容吸收的能量以电能的形式储存在电容两极板间的电场中，不会以热能或其它能量形式消耗掉。所以电容是储能元件。电感的瞬时功率可正可负，电感吸收的能量以磁能的形式储存在电感线圈周围的磁场中，不会以热能或其它能量形式消耗掉。所以电感也是储能元件。1.4 电能与功率电能与功率