电工电子技术导论课件.pptx

1、1电工电子技术导论电工电子技术导论 国国 防防 科科 学学 技技 术术 大大 学学 机电工程与自动化学院机电工程与自动化学院谢谢欣赏2019-7-222第第1 1章章 电路模型和电路定理电路模型和电路定理第第2 2章章 电路的分析方法电路的分析方法第第3 3章章 正弦交流电路正弦交流电路第第4 4章章 电路的暂态分析电路的暂态分析第第5 5章章 半导体器件基础半导体器件基础第第6 6章章 基本逻辑运算与逻辑门基本逻辑运算与逻辑门第第7 7章章 基本组态放大电路基本组态放大电路第第8 8章章 数制与码制数制与码制课程主要内容课程主要内容谢谢欣赏2019-7-223 第第1 1章章.电路模型和电路

2、定理电路模型和电路定理 1.1 1.1 电路与电路模型电路与电路模型 1.2 1.2 电路的基本物理量及参考方向电路的基本物理量及参考方向 1.3 1.3 无源电路元件无源电路元件 1.4 1.4 有源电路元件有源电路元件 1.5 1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 1.6 1.6 电路的基本状态电路的基本状态 谢谢欣赏2019-7-224电路分析研究的对象是电路模型电路分析研究的对象是电路模型电路中的主要变量是电流和电压电路中的主要变量是电流和电压它们受到两种规律的约束（两类约束）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（一是元件本身伏安关系的约束（VAR）二是电路连接方式

3、的约束（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（本章主要介绍几个基本元件（R、L、C、VS、IS、及受及受 控电源）和控电源）和KVL、KCL谢谢欣赏2019-7-225 1.11.1电路及电路模型、集总假设电路及电路模型、集总假设 1.1.11.1.1电路及电路模型电路及电路模型电路：电路：是由电工设备组合后的总称，并提供电流流过的路径。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：功能及作用：a.实现能量的转换和传输实现能量的转换和传输 b.信号的传递与处理信号的传递与处理 c.测量信息测量信息 d.存储信息存储信息谢谢欣赏2019-7-2261.1

4、.21.1.2电路模型与集总假设电路模型与集总假设在一定条件下（集总假设）在一定条件下（集总假设）R-电能的消耗电能的消耗C-电场的储能电场的储能L-磁场的储能磁场的储能集总假设的条件：集总假设的条件：对于集总元件连接成的电路，不论其连接方式如对于集总元件连接成的电路，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。波长，都称为集总电路。谢谢欣赏2019-7-227例：电力网的工作频率为例：电力网的工作频率为50HZ，它的波长为，它的波长为6000KM 在本课程中所讨论的电路均满足此条件。在本课程中所讨论的电

5、路均满足此条件。电子技术电子技术-分布参数（分布参数（1000HZ）高频电路高频电路-高频参数（高频参数（1M以上）以上）谢谢欣赏2019-7-228 1.21.2参考方向（参考方向（Reference directionReference direction）参考方向是电路理论中一个最基本的概念，分析电路之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。前，首先要假定电路中各电流，电压的参考方向。1.2.1电流（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以衡

6、量电流的大小,即即:dtdqi TQI单位：单位：AA mA A (103进位进位)谢谢欣赏2019-7-229说明实际方向与参考方向一致。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。说明实际方向与参考方向相反。1.2.2 1.2.2 电压电压 VoltageVoltage 电路中电路中a、b两点间的电压表明了单位正电荷由两点间的电压表明了单位正电荷由a点转点转移到移到b点时所获得或失去的能量。点时所获得或失去的能量。谢谢欣赏2019-7-2210dqdwu QWU 即：即：单位：单位：V m mV V KV (103进位进位)正方向（参考方向），与电流一样。正方向（参考方向），与

7、电流一样。U0 0 与参考方向一致与参考方向一致U0 U 0 （消耗功率）（消耗功率）P 0 消耗功率消耗功率 P 0 产生功率产生功率谢谢欣赏2019-7-2213 1.3 1.3 无源元件无源元件 (nactive (nactive element)element)有源元件：其有源元件：其P 0 （消耗）（消耗）线性线性R、L、C耦合元件（变耦合元件（变 压器）。压器）。1.3.11.3.1电阻元件电阻元件 （ResistorResistor）用用R表示表示 （一致参考方向）（一致参考方向）谢谢欣赏2019-7-22141.3.1.1线性电阻线性电阻 如果特性曲线是经过坐标原点的直线，则称

8、之为线性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。电阻元件。伏安关系为欧姆定侓：伏安关系为欧姆定侓：U=IR谢谢欣赏2019-7-22151.3.1.2 非线性电阻非线性电阻 (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。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2019-7-22161.3.2 电容元件电容元件1 1、定义：、定义：（q=cq=cu u）一个二端元件如果在任一时刻一个二端元件如果在任一时刻t t，它，它的电荷量的电荷量q(t)q(t)与它的电压与它的电压u(t)u(t)关系可以关系可以用用u u、q q平面上

9、的一条曲线来描述，则该平面上的一条曲线来描述，则该元件称为电容元件。元件称为电容元件。谢谢欣赏2019-7-2217 1.3.2.1电容元件的伏安特性。（电容元件的伏安特性。（VAR）谢谢欣赏2019-7-2218当当u0u0，但但 =0=0 i=0 i=0dtdu这就是说明电容器不能通过直流电。这就是说明电容器不能通过直流电。当当u=0u=0，但但 00 i0 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。化率。i(t)i(t)有限有限 有限有限uu不能改变不能改变 用数学知识可以证明：如果通过线性电容器的电流用数学知识可以证

10、明：如果通过线性电容器的电流i(t)i(t)在闭区间在闭区间OO，TT有界。则在开区间（有界。则在开区间（O O，T T）内，）内，u(t)u(t)是一个连续函数。不能突变。是一个连续函数。不能突变。t=0时时 u(o)=0 称为电压连续性原理。称为电压连续性原理。dtdudtdu谢谢欣赏2019-7-2219由由 可得：可得：dtducci ttttcootdtictdtictdtictu)(1)(1)(1)(ttttocoootdtictutdttcctq)(1)()(1()=电容上电压与电荷有关。与历史有关，故也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。称为电容电

11、压。具有记忆功能。（记忆是电流）（记忆是电流）当当to=0时；时；（一般取法）（一般取法）totdticouctuc)(1)()(uc(o)称为电容的初始值。称为电容的初始值。谢谢欣赏2019-7-22201.3.2.1 电容的贮能电容的贮能 储能储能dtdwp tdtptwttco)()(;tddttductutdtitucttcttcoo)()()()(=)(21)()(21)()(222octtocccctcututuctdutuco=若若u uc c(to)=0(to)=0 则：则：221cUwc谢谢欣赏2019-7-2221例题：将例题：将C=2F，初始电压为，初始电压为-0.5V，

12、接上电源。已知电源的电流波形，接上电源。已知电源的电流波形i(t)。试求。试求uc(t)。解：采用分段积分法解：采用分段积分法：1).t 2时时 i(t)=0 uc(t)=-=-0.5(v)记忆（保持）记忆（保持）见见uc(t)波形波形谢谢欣赏2019-7-22221.3.3 电感元件电感元件定义：定义：一个二端元件如果在任一时刻一个二端元件如果在任一时刻t t，它的磁通，它的磁通(t),(t),同它的电流同它的电流 i i（t t）之间的关系可以用）之间的关系可以用i i，平面上一条曲线来确定，则此平面上一条曲线来确定，则此 元件称电感元件。元件称电感元件。由物理中可知：由物理中可知：=LI

13、由电磁感应定律可知：由变化的磁由电磁感应定律可知：由变化的磁通就会产生电压。通就会产生电压。谢谢欣赏2019-7-2223当当 i=0 若若 0 则则u0 交流交流当当 ii0 若若 =0 则则u u=0 直流直流 （短路）（短路）若若u(t)为有限值，则为有限值，则i(t)不能突变。不能突变。即：电感上电流不能突变。（即：电感上电流不能突变。（uc、iL不能突变）不能突变）同样：同样：dtdidtdittttLoot dtuLt dtuLtdtuLti)(1)(1)()(1)(=ttoot dtuLti)(1)(故电感是个记忆元件，它记忆电压。故电感是个记忆元件，它记忆电压。贮能：贮能：)(

14、)(21)(22oLtitiLtw谢谢欣赏2019-7-2224 1.4 有源元件有源元件电压源（电压源（Voltage source）电流源（电流源（current source）受控源（受控源（Controlled source）1.4.1 电压源电压源基本特性：基本特性：1)电压源端电压是一个恒定的数值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，（或保持按一定规律变化 的时间函数的时间函数us(t)），与通过电流无关。），与通过电流无关。2)输出电流的大小与外部电路有关。输出电流的大小与外部电路有关。谢谢欣赏2019-7-2225以上表明电压源端电压不变（符合第以上表明电压

15、源端电压不变（符合第1条特性）。条特性）。输出电流大小与外电路有关（符合第输出电流大小与外电路有关（符合第2条特性）。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。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2019-7-22261.4.2 电流源电流源基本特性：基本特性：a.输出电流是一个恒定值输出电流是一个恒定值Is或者一定规律变化的时间函数或者一定规律变化的时间函数is(t)，与端，与端 电压无关。电压无关。b.电流源两端的电压与外电路有关。电流源两端的电压与外电路有关。谢谢欣赏2019-7-2227实际电流源可用理想电流源与电阻并联来表示实际电流源可用理想电

16、流源与电阻并联来表示谢谢欣赏2019-7-22281.4.3 两种实际电源模型的等效变换两种实际电源模型的等效变换等效是一个什么概念。等效是一个什么概念。（对外电路而言）（对外电路而言）二端网络（单口网络）：二端网络（单口网络）：有源二端网络有源二端网络：电路内部含有独立电源时为有源二端网络：电路内部含有独立电源时为有源二端网络N无源二端网络无源二端网络：电路内部不含有独立电源时为无源二端网络：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。单的形式。谢谢欣赏2019-7-2

17、229例:注意：等效是对外电路而言。电路内部并不相等注意：等效是对外电路而言。电路内部并不相等谢谢欣赏2019-7-2230例例:二个电路端口的二个电路端口的VARVAR完全相同，则二个电路等效。完全相同，则二个电路等效。谢谢欣赏2019-7-2231回到实际电源模型上来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（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2019-7-2232若已知：若已知：Is、Rs 由等效原则：由等效原则：谢谢欣赏2019-7-2233例例1:例例2:谢谢欣赏2019-7-2234接前例接前例谢谢欣赏2019-7-2235

18、例：化简等效电路：例：化简等效电路：谢谢欣赏2019-7-2236谢谢欣赏2019-7-2237 1.4.4 受控电源受控电源 (Controlled Source)定义：定义：受控源是一个具有两条支路的元件，其中支路受控源是一个具有两条支路的元件，其中支路2 2 不是电压源就不是电压源就 是电流源，而支路是电流源，而支路1 1不是开路就是短路。支路不是开路就是短路。支路2 2中的电源受支路中的电源受支路 1 1 中的电压或电流的控制。中的电压或电流的控制。（支路（支路1,开、短；支路开、短；支路2,电流、电压；）电流、电压；）1.4.4.1电压受控源（支路电压受控源（支路2是电压源时）固定支

19、路是电压源时）固定支路2a.VCVS (Voltage Controlled Voltage Source)谢谢欣赏2019-7-2238b.CCVS（Current Controlled Voltage Source）支路支路2是电压源。支路是电压源。支路1是短路。是短路。1.4.4.2 电流受控源电流受控源 （支路（支路2是电流源）是电流源）a.VCCS (支路支路1，开路，开路)谢谢欣赏2019-7-2239b.CCCS (Current Controlled Current Source)R1=0 u1=0 i2=i1 电流放大系数电流放大系数12ii受控源的应用受控源的应用谢谢欣赏2

20、019-7-22401.5 1.5 额定值和电功率额定值和电功率(自学自学)1.6 1.6 克希荷夫定律克希荷夫定律 （基尔霍夫定律）（基尔霍夫定律）第第2 2个约束个约束1.6.1 1.6.1 几个名词几个名词1.支路支路(branch):电路中的每个分支称为支路电路中的每个分支称为支路,且通过同一电流。且通过同一电流。2.节点节点(node):电路中三条或三条以上支路的联接点称为节点。电路中三条或三条以上支路的联接点称为节点。3.回路回路(loop):电路中任一闭合路径称为回路。电路中任一闭合路径称为回路。4.网孔网孔(mesh):电路中未被其它支路分割的最简回路。电路中未被其它支路分割的

21、最简回路。谢谢欣赏2019-7-2241我们研究的对象是：支路电流和支路电压我们研究的对象是：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。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。它与元件的性质无关，只与连接方式有关。1.6.2 克希荷夫定律克希荷夫定律 （电流定律

22、）（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）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：数学表达式：nkki10谢谢欣赏2019-7-2242流入流入=流出流出；i1+i2=i3KCL也可以推广运用电路中的任一假设的闭合面。也可以推广运用电路中的任一假设的闭合面。即：即：+i1+i2-i3=0谢谢欣赏2019-7-22431.6.3 克希荷夫电压定律克希荷夫电压定律 KVL（Kirchhoff

23、s 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。的所有支路电压降的代数和为零。即：即：nkku10谢谢欣赏2019-7-2244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。的问题呢。答案是肯定的。U=-500I+2000I+10=1500I+10（v v）找出具有相同找出具有相同VAR的电路。的电路。谢谢欣赏2019-7-22451.6.4 两类约束及两类约束及KCL、KVL方程的独立性

24、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：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；其电流必受到受到KCL的约束，与一个回路相联系的各支路，其电压必受到的约束，与一个回路相联系的各支路，其电压必受到KVL的的约束。约束。这种只取决于互联接形式的约束称为拓扑约束这种只取决于互联接形式的约束称为拓扑约束 （topoligical constraints

25、）其二，来自元件的性质其二，来自元件的性质VAR对于电阻元件：对于电阻元件：iuR 这类约束关系称为这类约束关系称为元件性质的约束。元件性质的约束。谢谢欣赏2019-7-2246 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。的方程。即求解出电路所有支路电压和电流。根据电路结构、元件特性、独立源数据求解。根据电路结构、元件特性、独立源数据求解。看一个电路：已知各个电压源，各个电阻值。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

26、解各支路电压和支路电流。求解各支路电压和支路电流。谢谢欣赏2019-7-2247 按给定的支路电流下标命名各支路代号共有按给定的支路电流下标命名各支路代号共有6条支路、条支路、12个未知量、个未知量、要列要列12个方程。根据个方程。根据VAR先列出先列出6个支路方程（支路的伏安关系）个支路方程（支路的伏安关系）VAR支路支路1 （I1):u1=-us1+I1R1支路支路2 (I2)：u2=-us2+I2R2支路支路3 (I3)：u3=-us3+I3R3支路支路4 (I4)：u4=us4+I4R4支路支路5 (I5)：u5=I5R5支路支路6 (I6)：u6=I6R6 显见这显见这6个方程是独立

27、的，任何一个式子都不能由其它式子推导出来。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。谢谢欣赏2019-7-2248网孔网孔：U1+U5+U4=0网孔网孔：U2+U5+U6=0网孔网孔：U6+U3-U4=0这样就有这样就有12个方程，那么个方程，那么12个未知数便可解出。个未知数便可解出。如果电路有如果电路有b条支路，就有条支路，就有2b个求解量（个求解量（I、U）。）。由支路的由支路的VAR可得到可得到b个方程，由个方程，由KCL、KVL可得可得b个。个。那么怎么才知道那么怎么才知道KCL、KVL方程是否为独立呢？（如何找方程是否为独立呢？（如何找b个方程）个方程）不加证明有不加证

28、明有3条结论。条结论。a.a.若电路有几个节点，则若电路有几个节点，则KCLKCL方程为方程为n n1 1个是独立的，且是任意的个是独立的，且是任意的 n n1 1个。个。b.b.对于一个平面电路，则该电路有对于一个平面电路，则该电路有b b（n n1 1）个网孔，且）个网孔，且b b（n n1 1）个网孔的个网孔的KVLKVL方程是独立的。方程是独立的。c.c.由由KCLKCL和和KVLKVL可以得到独立方程的总数是可以得到独立方程的总数是b b个。个。提供独立提供独立KCL方程的节点叫做独立节点。方程的节点叫做独立节点。提供独立提供独立KVL方程的节点的回路叫做回路。方程的节点的回路叫做回路。谢谢欣赏2019-7-22