影像电子学基础.

影像电子学基础物理（电工学部分）第一章直流电路第一节电路的基本概念第一章直流电路内容提要：本章介绍电路的基本概念和基本定律等。教学要求：掌握电路的作用与组成部分、电路模型、电压和电流的参考方向、电路有载工作状态、开路与短路、电位等基本概念和欧姆定律、基尔霍夫定律等基本定律及其正确应用。一.电路和模型电路电路：就是电流所通过的路径。它是由电路元件按一定方式组合而成的。电路的作用：实现电能的传输和转换，信号的传递和处理。电路的组成：包括电源、负载、和中间环节三个组成部分。1.电路的组成和作用第一节电路的基本概念第二节基尔霍夫定律第三节电路的等效变换电路的基本定律与分析方法第一章第四节电路的基本定理第五节电容器及其充放电电路电源：将非电能转换成电能的装置。例如：发电机、干电池负载：将电能转换成非电能的装置。例如：电动机、电炉、电灯中间环节：连接电源和负载的部分，起传输和分配电能的作用。例如：输电线路发电机电灯电动机电炉升压变压器降压变压器输电线电源中间环节负载电子电路，即信号处理电路它的作用主要为传递和处理信号。放大器中间环节信号源问题讨论负载电源干电池灯泡开关导线电源中间环节负载2.电路模型2.电路模型负载电源理想电路元件：在一定条件下，突出其主要电磁性能，忽略次要因素，将实际电路元件理想化（模型化）。主要有电阻、电感、电容元件。电路模型：由理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模型。E+_R0R电池灯泡+_名称符号名称符号名称符号名称符号干电池或蓄电池电位器微调电容熔断丝理想电压源热敏电阻电解电容相连接导线理想电流源光敏电阻电感线圈不相连接导线固定电阻固定电容带铁心线圈接地可变电阻可变电容开关灯泡+_+_+部分元件的图形符号二、电路的基本参量电路的基本参量电流电压电位功率电动势EIUR+_+_物理量的方向：实际方向参考方向实际方向：物理中对电量规定的方向。参考方向：（正方向）：在分析计算时，对电量人为任意设定的方向。I正值I负值1.电流电流：电荷的定向移动形成了电流（电流的实际方向规定为：正电荷的运动方向）正负号u_+ab双下标箭头uab电压+-IR电流：从高电位指向低电位。电压：电场力把单位正电荷从a点移动到b所做的功称为ab两点间的电压（电压的实际方向规定为：电压降低的方向）ab2.电压和电位电路的基本参量Uab（高电位在前，低电位在后）电路的基本参量电位：即电场中某点的电势。数值上等于电场力把单位正电荷从某点移动到无限远处所做的功。电路中两点的电压就是该两点间的电势差。abbaabUUU在电路中任选一结点，设其电位为零0（用此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。标记），Va=5Va点电位：ab15Aab15AVb=-5Vb点电位：参考点不同，各点电位即不同，但任意两点电位差（即电压值）不变。Uab＝Va－Vb＝5－0＝0－(－5)＝5V例在电路中任选一结点，设其电位为零0（用此点称为参考点。其它各结点对参考点的电压，便是该结点的电位。标记），Uab=610=60VUca=204=80VUda=56=30VUcb=140VUdb=90V以a点为参考点Vb-Va=UbaVb=Uba=-60VVc-Va=UcaVc=Uca=+80VVd-Va=UdaVd=Uda=+30V例以b点为参考点Va=Uab=+60VVc=Ucb=+140VVd=Udb=+90VE1=140V+_E2=90V+_20564A6A10Acbda（1）电路中某一点的电位等于该点与参考点（电位为零）之间的电压；（2）参考点选的不同，电路中各点的电位值随着改变，但是任意两点间的电压值是不变的。所以各点电位的高低是相对的，而两点间的电压是绝对的。小结电位在电路中的表示法：E1+_E2+_R1R2R3R1R2R3+E1-E2R1R2R3E1E2电位在电路中的表示法：R1R2+15V-15V参考电位在哪里？R1R215V+-15V+-电路分析中的参考方向（正方向）问题的提出：在复杂电路中难于判断元件中物理量的实际方向，电路如何求解？电流方向AB？电流方向BA？E1ABRE2IR+_+_(1)在解题前先设定一个方向，作为参考方向；解决方法(3)根据计算结果确定实际方向：若计算结果为正，则实际方向与假设方向一致；若计算结果为负，则实际方向与假设方向相反。(2)根据电路的定律、定理，列出物理量间相互关系的代数表达式；例已知：E=2V,R=1Ω问：当U分别为3V和1V时，IR=?解：(1)假定电路中物理量的正方向如图所示；(2)列电路方程：EUURREURUIRREUURIRURU+_+_ERab+_(3)数值计算A1121V1A112-33VRRIUIU（实际方向与假设方向一致）（实际方向与假设方向相反）REUIREIRRURabU+_+_+_A1121V1A112-33VRRIUIU(4)为了避免列方程时出错，习惯上把I与U的方向按相同方向假设。(1)方程式U/I=R仅适用于正方向一致的情况。(2)“实际方向”是物理中规定的，而“参考方向”则是人们在进行电路分析计算时,任意假设的。(3)在以后的解题过程中，注意一定要先假定“一个方向”(即在图中表明物理量的参考方向)，然后再列方程计算。缺少“参考方向”的物理量是无意义的.提示（1）电功电功—电场力推动自由电荷发生定向移动所做的功。qUWtRURtIW22ItqIUtqUW在纯电阻电路中，电功的公式也可可写成电流做功的过程实际上就是电能转化成其它形式的能的过程。电能作了多少功，就有多少其它形式的能转换成其它形式的能。3.电功率（2）电功率电功率—电流所做的功跟完成这些功所用的时间的比值。tWP电功率的单位是瓦特，代号W。RURIP22IUtWIUP在纯电阻电路中，电功的公式也可写成J6106.33600100011秒瓦千瓦小时度3.电功率电动势：从电源内部由低电位指向高电位。EIUR+_+_4.电动势物理量实际方向的表示方法正负号u_+abUab（高电位在前，低电位在后）双下标箭头uab电压+-IR电流：从高电位指向低电位。IRUabE+_ab+_电池灯泡+_电动势：从电源内部由低电位指向高电位。物理量的实际方向物理量单位实际正方向电流IA、kA、mA、μA正电荷移动的方向电动势EV、kV、mV、μV电源驱动正电荷的方向(低电位高电位)电压UV、kV、mV、μV电位降落的方向(高电位低电位)3.支路、节点和回路节点：三个或三个以上支路的连接点支路：没有分支的部分电路回路：电路中任一个闭合路径网孔：内部不含支路的回路名词注释：节点：2个ac支路：3个abcadcac回路：3个abcdaacdaabca网孔：2个acdaabca不含支路的回路用来描述电路中各部分电压或各部分电流间的关系,其中包括基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。第二节基尔霍夫定律一、电路的概念节点：三个或三个以上支路的连接点支路：没有分支的部分电路回路：电路中任一个闭合路径网孔：内部不含支路的回路名词注释：节点：2个ac支路：3个abcadcac回路：3个abcdaacdaabca网孔：2个acdaabca不含支路的回路例例对任何节点，在任一瞬间，流入结点的电流等于流出结点的电流。或者说，在任一瞬间，一个结点上电流的代数和为0。I1I2I3I44231IIIII=0即：例或：04231IIII二、基尔霍夫电流定律I入=I出即：电流定律还可以扩展到电路的任意封闭面。例I1+I2=I3例I=0基尔霍夫定律的扩展I=?I1I2I3E2E3E1+_RR1R+_+_RCABIAIBICIacIbaIcbIA+IB+IC=0例对电路中的任一回路，沿任意循行方向转一周，其电位升等于电位降。或：电压的代数和为0。例如：回路a-d-c-a33435544RIEERIRI电位升电位降即：0U或：033435544RIEERIRII3E3_+R3R6abcdI1I2I5I6I4三、基尔霍夫电压定律U4E2E1U1R1U2U1R2I1I2R3abcd应用基尔霍夫电压定律前，先确定回路电压的参考方向，和饶行方向电阻上电流的方向和饶行方向一致，取正号电源上沿饶行方向，先看到正号，取正；先看到负号，取负饶行方向abcda:回路方程为：+I1R1+-I2R2+E2-E1=0例RIUEabE+_RabUabI基尔霍夫电压定律也适合开口电路。例+_电位升电位降或：0ERIUabUAB+UBCUCDUDAABCD+++____例已知：UAB=5VUBC=-4VUDA=-3V解：(1)5+（-4）+UCD+(-3)=0UAB+UBC+UCD+UDA=0UCD=-5+4+3=2(V)(2)ABCA不是闭合回路，也可应用基尔霍夫电压定律求：（1）UCD；（2）UCAUAB+UBC+UCA=05+（-4）+UCA=0UCA=-5+4=-1（V）四、全电路欧姆定律(支路中含有电动势时的欧姆定律)E+_R0RIU0RREI或0IRUE0IREU外电路U内电路UO0IRUOIRU)(000RRIIRIRUUEE+_R0RIU已知：E=3V,U=2.9V，R=8.7Ω求：RO和I。解：0.333.09.2300IUEIUR例AARUI33.07.89.2作业：P17、18复习思考题1-101-11退出第一帮助回退前进开始最后返回一、电阻的串并联及其等效变换1.串联电阻的等效变换定义:若干个电阻一个接一个顺序相连,并且流过同一个电流。2.等效电阻:R=R1+R2+…+Rn=nRUR_+UU1U2R1R2+_++__II第三节电路的等效变换21UUU3.分压公式:各段电压降与阻值成正比。,URRU11,URRU222121::RRUU并且：UR_+UU1U2R1R2+_++__4.作用:分压、限流II21RRRIRRRI)(212121::RRPP2.并联电阻的等效变换1.定义:若干个电阻都连接到同一对节点上，并联时各电阻承受同一电压。2.等效电阻:nn21n21RIURURURUIIIIn21R1R1R1R1n21GGGG…R1R2RnI1I2InIU+_3.分流公式:IRRRRIRRUI212111IRRRRIRRUI211222即电流分配与电阻成反比。功率：4.应用：分流负载大多为并联运行。1221::RRII1221::RRPP1.电压源伏安特性电压源模型oIREUIUERo越大斜率越大主要讲有源元件中的两种电源：电压源和电流源。UIRO+-E+_二、电压源及电流源的等效变换理想电压源（恒压源）:RO=0时的电压源.特点：(1）输出电压不变，其值恒等于电动势。即UabE；（2）电源中的电流由外电路决定。伏安特性IUabEEI+_abUab+_恒压源中的电流由外电路决定设:E=10V当R1R2同时接入时：I=10A例当R1接入时：I=5A则：IE+_abUab2R1R22+_REI恒压源特性中不变的是：_____________E恒压源特性中变化的是：_____________I_________________会引起I的变化。外电路的改变I的变化可能是_______的变化，或者是_______的变化。大小方向+_I恒压源特性小结EUababR+_2.电流源0RUIIabSIsUabI外特性电流源模型RORO越大特性越陡ISROabUabI+_理想电流源（恒流源):RO=时的电流源.特点：（1）输出电流不变，其值恒等于电流源电流IS；IUabIS伏安特性（2）输出电压由外电路决定。abIUabIs+_恒流源两端电压由外电路决定设:IS=1AR=10时，U=10VR=1时，U=1V则:例IUIsR+_恒流源特性小结恒流源特性中不变的是：