電子電路基礎

1. 電子電路基礎

2. 电路的基本概念和定律 • 1.1 电路构成及电路模型 • 1.2 电 路 变 量 • 1.3 理想电压源和理想电流源 • 1.4 电阻元件和欧姆定律 • 1.5 基 尔 霍 夫 定 律

3. 1.1 电路构成及电路模型 • 1.1.1 电路构成 • 各种实际电路都是由电器件如电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、电源等其中的某些器件相互连接组成的。日常生活所用的手电筒电路就是一个最简单的电路，如图1.1所示。它是由干电池(电源：这里是含内阻为R0的电压源)、小灯泡(负载)、开关和连接导线(中间环节)构成的。

4. 图1.1 手电筒电路

5. 虽然各种电路的功能和组成不同，但它们都是由以下最基本的3部分构成的。虽然各种电路的功能和组成不同，但它们都是由以下最基本的3部分构成的。 • ① 电源(或信号源)——提供电能或信号的装置。 • ② 负载——使用电能或电信号的设备。 • ③ 中间环节——连接电源和负载，起着传输、变换和控制电能的作用。

6. 1.1.2 电路模型 • 电路分析常用的主要理想元件有(下图为其相应的理想元件符号)： • ① 电阻元件 ② 电容元件③ 电感元件④ 理想电流源、电压源

7. 如果从能量方式来看，电阻元件代表消耗电能元件；电容元件(储存电场能)和电感元件(储存电磁能)代表储能元件；电压源和电流源代表提供电能(或提供电子电路中的信号源)的元件。如果从能量方式来看，电阻元件代表消耗电能元件；电容元件(储存电场能)和电感元件(储存电磁能)代表储能元件；电压源和电流源代表提供电能(或提供电子电路中的信号源)的元件。

8. 1.2 电 路 变 量 • 1.2.1 电流 • １.电流 • 电荷定向运动形成电流。电流的大小是用电流强度来描述的，在单位时间内通过某一导体横截面的电荷量称为电流强度(简称电流)，即 • i=dq/dt

9. 2.电流的方向 • 电流是有方向的。习惯上规定：正电荷运动的方向为电流的实际方向。 • 由于在分析复杂的电路时，难于事先判断支路中电流的实际方向，因此，引入电流的参考方向的概念。参考方向可以任意选定。在分析计算电路时，应选定电流参考方向，如图1.3所示。

10. 图1.3 电流的参考方向与实际方向

11. 1.2.2 电压与电位 • 1.电压 • 电压用符号u表示。电路中a、b两点间的电压等于单位正电荷由a点移动到b点时所失去或获得的能量。电压（也叫电压差）是电路分析中用到的另一个基本变量。

12. 当电场力作功时，电压的实际方向就是正电荷在电场中受电场力作用移动的方向。电压的实际方向习惯上在电位高的端点标“+”，电位低的端点标“-”。当电场力作功时，电压的实际方向就是正电荷在电场中受电场力作用移动的方向。电压的实际方向习惯上在电位高的端点标“+”，电位低的端点标“-”。 • 如果电压的大小和方向不随时间变化称为直流电压，用U表示。

13. 2.电位 • 在电路中任选一点o为参考点，则某点(如a点)到参考点的电压就叫做这一点的电位φａ(或Va)，则 • φo=0(V) φa=Uao Uab=φa-φb • 显然，两点间的电压，就是两点间的电位之差，故电压也叫电位差。通常将高电位端用“+”号表示，叫正极；低电位端用“-”号表示，叫负极。

14. 3.电压的参考方向 • 和电流一样，在元件两端或电路中两点之间可以任意选定一个方向作为电压的参考方向，如图1.5所示。 图1.5 电压的参考方向与实际方向

15. 当电压的实际方向与它的参考方向一致时，电压值为正；当电压的实际方向与它的参考方向相反时，电压值为负。当电压的实际方向与它的参考方向一致时，电压值为正；当电压的实际方向与它的参考方向相反时，电压值为负。 • 电压和电位的单位是伏特，简称伏(V)。常用的单位还有千伏(kV)、毫伏(mV)、微伏(μV)。换算关系为 • 1 V = 103 mV = 106 μV，1 kV = 103V

16. 1.2.3 电流与电压的关联参考方向 • 电流、电压的参考方向是可以任意选择的，因而有两种不同的选择组合，如图1.7所示。对于一个元件或一段电路，其电流、电压的参考方向一致时，如图1.7(a)所示，称为关联参考方向(简称关联方向)；反之，如图1.7(b)所示，称为非关联参考方向(简称非关联方向)。通常采用关联方向。

17. 图1.7 电流、电压的关联与非关联参考方向

18. 1.2.4 功率 • 电功率(简称功率)：功率是反映电路中的某一段所吸收或产生能量的速率。显然有的元件消耗功率，而有的元件产生功率。功率用符号p来表示。功率的计算方法为 • p=iu • 对于直流电路 P=IU

19. 当电流用单位“安”(A)、电压用单位“伏”(V)时，功率的单位为“瓦特”(W，简称“瓦”)。功率的单位还有千瓦(kW)，1kW = 103W。

20. 1.3 理想电压源和理想电流源 • 1.3.1 理想电压源 • 电源经过抽象和理想化，可用理想电压源和理想电流源两种理想二端元件来表示。如图1.9所示分别为理想电压源和理想电流源的符号和直流电源的伏安特性曲线。

21. 图1.9 理想电源

22. 直流理想电压源的特点如下。 • ① 它的端电压固定不变，与外接电路无关。 • ② 通过它的电流取决于它所连接的外电路，是可以改变的。 • ③ 其内阻为零。 • 理想电压源：凡端电压可以按照某给定规律变化而与其电流无关的电源。其内阻为零。

23. 1.4 电阻元件和欧姆定律 • 1.4.1 电阻元件 • 1.电阻与电阻元件 • 2.线性电阻

24. 图1.12 线性电阻的伏安特性

25. 1.4.2 欧姆定律 • 当电阻元件的电压和电流取关联参考方向时，欧姆定律表达为 • u=R·i或i=u/R • 当电阻元件的电压和电流取非关联参考方向时，欧姆定律表达为 • u=-R·i或i=-u/R

26. 电导：电阻元件的参数除电阻R外，还有另一个参数，其数值为电阻的倒数，称为电导G，单位为西门子(S)，即电导：电阻元件的参数除电阻R外，还有另一个参数，其数值为电阻的倒数，称为电导G，单位为西门子(S)，即 • G=1/R

27. 1.线性电阻的两种特殊情况 • 2.电阻元件的消耗(吸收)功率

28. 1.5 基 尔 霍 夫 定 律 • 1.支路 • 电路中具有两个端钮且通过同一电流而没有分支(其中至少包含一个元件)的通路叫支路。在如图1.15所示的简单电路中，abc、adc、ac为3条支路。

29. 图1.15 简单电路

30. 2.节点 • 3条和3条以上支路的连接点叫节点。如图1.15中的a点、c点。 • 3.回路 • 电路中任一闭合路径叫回路。如图1.15中的adca、abca、adcba都是回路。

31. 4.网孔 • 在回路内部不含有支路则称其为网孔。在图1.15所示电路中，只有adca、abca是网孔。显然，网孔是回路的子集。

32. 1.5.1 基尔霍夫电流定律 • 根据电流连续性原理(或电荷守恒推论)，得基尔霍夫电流定律，简称KCL。其内容为：任意时刻，流入电路任一节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。即 • ∑I进=∑I出

33. 基尔霍夫电流定律的推广：流出(或流入)封闭面电流的代数和为零。基尔霍夫电流定律的推广：流出(或流入)封闭面电流的代数和为零。 • ∑i=0

34. 1.5.2 基尔霍夫电压定律 • 基尔霍夫电压定律反映了电路中任一回路内各电压之间的约束关系，简称KVL。其内容为：任意时刻，对于电路中任一回路，从回路中任一点出发沿该回路绕行一周，则在此方向上的电位下降之和等于电位上升之和。即 • ∑U降=∑U升

35. 若选定一个回路上的绕行方向，取此方向上的电位降为正、电位升为负(也可做相反规定)，基尔霍夫电压定律也可表述为：任意时刻，对于电路中任一闭合回路内各段电压的代数和恒等于零。即若选定一个回路上的绕行方向，取此方向上的电位降为正、电位升为负(也可做相反规定)，基尔霍夫电压定律也可表述为：任意时刻，对于电路中任一闭合回路内各段电压的代数和恒等于零。即 • ∑U = 0 • 基尔霍夫电压定律实质上也是能量守恒的逻辑推论。

36. 推广为计算任意两节点间的电压的方法：在集总参数电路中，任意两点之间的电压与路径无关，其电压值等于该两点间任一路径上各支路电压的代数和。