第一章電路的基本概念和定律電子教案(已修改)
2025-04-29 07:51 本頁面
【正文】 第一章 電路的基本概念和定律電子教案167。1－1 電路和電路模型、生產(chǎn)和科學(xué)研究工作中得到了廣泛應(yīng)用。在收錄機、電視機、錄像機、音響設(shè)備、計算機、通信系統(tǒng)和電力網(wǎng)絡(luò)中都可以看到各種各樣的電路。這些電路的特性和作用各不相同。電路的一種作用是實現(xiàn)電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。例如電力網(wǎng)絡(luò)將電能從發(fā)電廠輸送到各個工廠、廣大農(nóng)村和千家萬戶，供各種電氣設(shè)備使用。電路的另外一種作用是實現(xiàn)電信號的傳輸、處理和存儲。、電容器、線圈、變壓器、晶體管、運算放大器、傳輸線、電池、發(fā)電機和信號發(fā)生器等電氣器件和設(shè)備連接而成的電路，稱為實際電路。根據(jù)實際電路的幾何尺寸(d)與其工作信號波長(λ)的關(guān)系，可以將它們分為兩大類：(1) 集總參數(shù)電路：滿足dλ條件的電路。(2) 分布參數(shù)電路：不滿足dλ條件的電路。實際電路實際電路實際電路實際電路實際電路電路模型計算分析電氣特性電路綜合電路分析：通過對電路模型的分析計算來預(yù)測實際電路的特性，從而改進實際電路的電氣特性和設(shè)計出新的電路。：掌握電路的基本理論和電路分析的方法。6. 電路模型是實際電路抽象而成，它近似地反映實際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導(dǎo)線連結(jié)而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連結(jié)就構(gòu)成不同特性的電路。電路模型的表示方法：(1) 電路圖(2) 電路數(shù)據(jù)(表格或矩陣)它表示(1) 電路元件的特性(2) 元件間的連結(jié)關(guān)系 圖1－1 手電筒電路(a) 實際電路 (b) 電原理圖 (c) 電路模型 (d) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖圖1－2 晶體管放大電路(a)實際電路 (b)電原理圖 (c)電路模型 (d)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖電路模型近似地描述實際電路的電氣特性。根據(jù)實際電路的不同工作條件以及對模型精確度的不同要求，應(yīng)當(dāng)用不同的電路模型模擬同一實際電路?，F(xiàn)在以線圈為例加以說明。圖1－3 線圈的幾種電路模型(a) 線圈的圖形符號 (b) 線圈通過低頻交流的模型 (c) 線圈通過高頻交流的模型167。1－2 電路的基本物理量電路的特性是由電流、電壓和電功率等物理量來描述的。電路分析的基本任務(wù)是計算電路中的電流、電壓和電功率。一、電流和電流的參考方向帶電粒子(電子、離子)定向移動形成電流。電子和負(fù)離子帶負(fù)電荷，正離子帶正電荷。電荷用符號q或Q表示，它的SI單位為庫[侖](C)。單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷定義為電流，用符號i 或I表示，其數(shù)學(xué)表達式為電流的SI單位是安[培](A)。與電流有關(guān)的幾個名詞恒定電流:量值和方向均不隨時間變化的電流，稱為恒定電流，簡稱為直流(dc或DC)，一般用符號I表示。時變電流:量值和方向隨時間變化的電流，稱為時變電流，一般用符號i表示。時變電流在某一時刻t的值i(t) ，稱為瞬時值。交流電流:量值和方向作周期性變化且平均值為零的時變電流，稱為交流電流，簡稱為交流(ac或AC)。電流參考方向習(xí)慣上把正電荷移動的方向規(guī)定為電流方向(實際方向)。在分析電路時，往往不能事先確定電流的實際方向，而且時變電流的實際方向又隨時間不斷變動，不能夠在電路圖上標(biāo)出適合于任何時刻的電流實際方向。為了電路分析和計算的需要，我們?nèi)我庖?guī)定一個電流參考方向，用箭頭標(biāo)在電路圖上。若電流實際方向與參考方向相同，電流取正值；若電流實際方向與參考方向相反，電流取負(fù)值。根據(jù)電流的參考方向以及電流量值的正負(fù)，就能確定電流的實際方向。例如在圖示的二端元件中，每秒鐘有2C正電荷由a點移動到b點。當(dāng)規(guī)定電流參考方向由a點指向b點時，該電流i=2A,如圖(a)所示；若規(guī)定電流參考方向由b點指向a點時,則電流i=2A，如圖(b)所示。若采用雙下標(biāo)表示電流參考方向，則寫為iab=2A或iba=2A。電路中任一電流有兩種可能的參考方向，當(dāng)對同一電流規(guī)定相反的參考方向時，相應(yīng)的電流表達式相差一個負(fù)號，即今后，在分析電路時，必須事先規(guī)定電流變量的參考方向。所計算出的電流i(t)0，表明該時刻電流的實際方向與參考方向相同；若電流i(t)0，則表明該時刻電流的實際方向與參考方向相反。二、電壓和電壓的參考極性電荷在電路中移動，就會有能量的交換發(fā)生。單位正電荷由電路中a點移動到b點所獲得或失去的能量，稱為ab兩點的電壓，即其中dq為由a點移動到b點的電荷量，單位為庫[侖](C)，dW為電荷移動過程中所獲得或失去的能量，其單位為焦[耳](J)，電壓的單位為伏[特](V)。將電路中任一點作為參考點，把a點到參考點的電壓稱為a點的電位，用符號va或Va表示。在集總參數(shù)電路中，元件端鈕間的電壓與路徑無關(guān)，而僅與起點與終點的位置有關(guān)。電路中a點到b點的電壓，就是a 點電位與b點電位之差，即量值和方向均不隨時間變化的電壓，稱為恒定電壓或直流電壓，一般用符號U表示。量值和方向隨時間變化的電壓，稱為時變電壓，一般用符號u表示。電壓參考方向或參考極性習(xí)慣上認(rèn)為電壓的實際方向是從高電位指向低電位。將高電位稱為正極，低電位稱為負(fù)極。與電流類似，電路中各電壓的實際方向或極性往往不能事先確定，在分析電路時，必須規(guī)定電壓的參考方向或參考極性，用“+”號和“”分別標(biāo)注在電路圖的a點和b點附近。若計算出的電壓uab(t)0，表明該時刻a點的電位比b點電位高；若電壓uab(t)0，表明該時刻a點的電位比b點電位低。對于二端元件而言，電壓的參考極性和電流參考方向的選擇有四種可能的方式，如圖1－6所示。為了電路分析和計算的方便，常采用電壓電流的關(guān)聯(lián)參考方向，也就是說，當(dāng)電壓的參考極性已經(jīng)規(guī)定時，電流參考方向從“+”指向“”，當(dāng)電流參考方向已經(jīng)規(guī)定時，電壓參考極性的“+”號標(biāo)在電流參考方向的進入端，“”號標(biāo)在電流參考方向的流出端。三、電功率下面討論圖示二端元件和二端網(wǎng)絡(luò)的功率。當(dāng)電壓電流采用關(guān)聯(lián)參考方向時，二端元件或二端網(wǎng)絡(luò)吸收的功率為與電壓電流是代數(shù)量一樣，功率也是一個代數(shù)量。當(dāng)p(t)0時，表明該時刻二端元件實際吸收（消耗）功率；當(dāng)p(t)0時，表明該時刻二端元件實際發(fā)出（產(chǎn)生）功率。由于能量
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