模拟电子技术——直流电路

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'模拟电子技术——直流电路'
第 1 章直 流 电 路 第1章 直流电路1.1 电路与电路模型1.2 电流,电压,电位1.3 电功率1.4 电阻元件1.5 电压源与电流源1.6 基尔霍夫定律1.7 简单的电阻电路1.8 支路电流分析法1.9 节电电位分析法1.10 叠加原理1.11 等效电源定理1.12含受控电源的电阻电路 1.1 电路与电路模型 电路 电流的通路。 由多个电气元件(或电器设备)为实现能量的传输, 或为实现信息传递和处理而连接成的整体。 实际电路 由电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、运算放大器、传输线、电池、发电机和信号发生器等电气器件和设备连接而成的电路,称为实际电路。 电路模型 电路模型是实际电路抽象而成,它近似地反映 实际电路的电气特性。电路模型由一些理想电路元件用理 想导线连结而成。用不同特性的电路元件按照不同的方式 连结就构成不同特性的电路。 电路一词的两种含义: (1) 实际电路; (2) 电路模型。 I S + + R 代表小灯泡US U 和 RS 代表电池 – U R S RS S 代表开关开关 – 手电筒的电路模型 1.2 电流、电压、电位 1.2.1 电流和电流的参考方向电流:电荷有规则的运动形成电流, 用符号 I 或 i 表示。 Q dq I ? 或 i ? t dt Q 和 q 表示电荷量,t 表示时间。直流电路电流用大写 I 表示,时变电路电流用小写 i 表示。单位:安(A) , 其他常用 千安(kA) , 毫安(mA) , 微安(μA)。 1kA=103 A ,1 mA=10-3 A, 1μA =10-6 A 电流的实际方向:正电荷移动的方向。参考方向:为了方便分析与运算,任意假定电流的 方向。任意假定的方向称为参考方向, 简称方向。 方向 I I a R b a R b 电流参考方向的表示方法 实际方向与参考方向一致,电流值为正值; 实际方向与参考方向相反,电流值为负值。[例] 下图中红色箭头表示的是电流 I 的参考方向。 若 I = 5A,则电流的实际方向是从 a 向 b; 若 I =–5A,则电流的实际方向是从 b 向 a 。 I a R b 电流的参考方向与实际方向 1.2.2 电压和电压的参考方向电压:电场力把单位正电荷从a点移动到b点所做的功称为a、b两点之间的电压。用符号 U 或 u 表示。 dw Wab 或 ab Uab ? u ? Q ab dq Q 和q 表示电荷量;Wab 和wab 表示电场力做的功; t 表 示时间。直流电路电压用大写 U 表示,时变电路用小写 u 表 示。 单位:伏(V), 其他常用:千伏(kV),毫伏(mV) 1kV=103 V ,1 mV=10-3 V, 1μV =10-6 V参考方向:为了方便分析与运算,任意假定电压的 方向。任意假定的方向称为参考方向, 简称方向。参考极性:电压还可以用参考极性表示,简称极性。 参考极性与参考方向的关系为:参考方向是由 正极性指向负极性。 U + Uab – ab a R b a R b 电压的参考方向与参考极性实际极性与参考极性一致,电压值为正值;实际极性与参考极性相反,电压值为负值。[例] 下图中若 U = 5V,则电压的实际方向 从 a 指向 b;若 U= –5V,则电压的实 际方向从 b 指向 a 。 + U – U a R b a R b 电压的参考方向与参考极性关联参考方向 一个元件或者一段电路中电压和电流的方向均可以 任意选定,二者可以一致,也可以不一致。如果一致称 为关联参考方向;如果不一致称为非关联方向。 + U - - U + I I (a) 关联参考方向 (b) 非关联参考方向 U U I I (c) 关联参考方向 (d) 非关联参考方向 关联参考方向与非关联参考方向 11 1.2.3 电位 在电路中选取一点O作为电位参考点,参考点的电位VO为零。某点P的电位VP即为P点与O点之间的电压UPO。 W W ? W U ? AB ? AO BO AB Q Q W W ? AO ? BO Q Q ? V A ? V B 两点之间的电压等于两点之间的电位差。两点之 间的电压与电位参考点的选取无关。 12 1.3 电功率 电功率是指单位时间内元件吸收或发出的电能,简称功率。 左图中电路电压与电流为关联参 i 考方向,电阻元件吸收的电功率为 + p ? ui u 如果是直流电压和电流,则用大写 - R P ? UI 一个元件或者一段电路可能吸收电功率,也可能发出电功率。 13 左侧上图中电压与电流为关联参考+ i 方向,电压与电流的乘积 p=ui 表示的 是吸收的电功率。u 如果 p=ui 的数值为-5W,吸收的- 电功率为-5W,就是说实际上是发出 了电功率+5W。 左侧下图中电压与电流为非关联参+ 考方向,电压与电流的乘积 p=ui 表示 i 的是发出的电功率。u 如果 p=ui 的数值为-8W,发出的- 电功率为-8W,表明实际上是吸收了 电功率-8W。 14[例] 图中有A、B和C三个元件,其中有发出电功率的电池, 也有吸收电功率的小灯泡。试判断出分别是什么元件。解:图中电流为顺时针方向。 (1)元件A电压与电流方向相同,为关联参考方向 PA=UAIA=6×2=12(W) 吸收电功率12W,表明元 2A A 件A是小灯泡。 + 6V - (2)元件B电压与电流方向相 + + 反,为非关联参考方向 B 3V C -3V PB=UBIB=3×2=6(W) - - 发出电功率6W,表明元件B 是 例题用图 电池。 15(3)元件C电压与电流的参考方向都是由上向下,为关联参考方向。关联参考方向时电压与电流的乘积为吸收的电功率 PC=UCIC=(-3)×2=-6(W) 2A A 吸收电功率-6W,就是 + 6V - 发出+6W,表明元件C 是 + + 电池。 - B 3V C 3V - - 例题用图 16 1.4 电阻元件 有些实际部件如电阻器、电灯、电炉等在电路中工作时要消耗电能,并将电能不可逆地转换成热能、光能、机械能等。反映电能消耗的电路参数叫作电阻。 实际部件的电阻特性在电路中用电阻元件来 模拟。电阻元件常常简称为电阻。通常“电阻” 一词以及大写字母 R 既表示电阻元件,也表示该 元件的参数。 电阻元件的图形符号是一 R i 个矩形框,文字符号是大 + u - 写字母 R 。见左图。 电阻元件
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