模拟电子技术基础课件 第1章

本课程共85学时,含6次（12学时)实验。第3，5，7，9，11，13周工三205实验室。考试方式：平时（40%）+期末（60%）平时：出勤+作业+课堂回答+实验一、课程介绍二、内容简介电路基础知识：电路模型和基本概念电路定律：基尔霍夫电流、电压定律电阻电路：等效变换、分析方法电路定理：叠加、替代、戴维南、诺顿、最大功率传输电路时域分析：一阶电路、二阶电路、储能元件正弦稳态电路：相量法、复功率三相电路：线电压、相电压二端口网络三、课程性质与教学目标1.课程性质是后续技术基础课（高、低频电子线路，信号与系统）和专业课（通信原理等）的基础。它是由逻辑思维过渡到工程思维的桥梁课，在整个电子与电气信息类专业的人才培养和课程体系中起着承前启后的重要作用。2.教学目标使学生获得有关电路分析方面的基本理论、基本知识和基本技能，为学习后续课程以及今后从事工程技术工作打好基础。四、电路的发展简史1729年英雷格：导体和绝缘体1749年美富兰克林：正电和负电1785-1789年法库仑：库仑定律1800年意大利伏特：伏打电池1820年丹麦奥斯特：电流的磁效应1825年法安培：安培环路定律1826年德欧姆：欧姆定律1831年英法拉第：电磁感应1832年亨利：自感系数1834年俄楞次：楞次定律1838年美莫尔斯：发明电报1845年德基尔霍夫：集总参数电路KCL、KVL1853年汤姆逊：电路模型、振荡频率亥姆霍兹：等效发电机定理1854年亥姆霍兹：电缆传输理论1857年基尔霍夫：基尔霍夫方程（电报员方程）1864年英麦克斯韦：麦克斯韦方程组，预言电磁波1887年德赫兹：证明电磁波的存在1866年德西门子：发电机四、电路的发展简史四、电路的发展简史1881年：直流高压输电试验成功发明变压器交流高压输电—电气化时代1876年美贝尔：发明电话1879年美爱迪生：碳丝灯泡1912年美库利奇：钨丝灯泡1880年英霍普金森：磁路定律1893年施泰因梅茨：正弦交流电相量法瑞士阿尔甘：交流电路的矢量分析法1894年意大利马可尼俄波波夫：发明无线电四、电路的发展简史1897年英弗莱明：实用的真空二极管1906年美德福雷斯特：真空三极管1914年振荡电路1911年英亥维赛：阻抗概念、电路瞬态过程1918年福泰克：三相交流电的对称分析法1924年福斯特：二端网络电抗定理、网络理论1925年英贝尔德：发明电视1933年美兹沃雷金：显像管、电视机1932年瑞典奈奎斯特：闭环系统稳定性1945年美伯德：负反馈放大器原理、线性电路四、电路的发展简史1947年贝尔实验室：半导体器件-点接触晶体管、进入半导体时代1958年：发明集成电路1947年：第一个电子计算机1960年：吉尔曼引入图论，计算机辅助设计出现新型电路元件，形成近代电路理论经典电路理论1.要找出与中学物理“电学”部分的联系与不同，是在其基础上的延续和加深。中学——是从研究某一问题的特殊性入手。大学——是从问题的普遍性（共性）入手，建立物理量间的函数关系→得到其特殊性。例：电流的概念中学：I=q/t单位时间内流过导体横截面积的电量——直流。大学：ｉ＝ｄｑ／ｄｔ——电流是电荷随时间的变化率，是时间的函数。当ｄｑ／ｄｔ＝常数——不随时间变化时——恒定电流——直流Ｉ＝ｑ／ｔ五、学习方法五、学习方法２.建立数学模型，学会分析和处理问题的方法，而不是用大量习题来验证一个概念，与高三应试教育不同。第1章电路模型和电路定律电路和电路模型1.1电阻元件1.5电流和电压的参考方向1.2电压源和电流源1.6电功率和能量1.3受控电源1.7电路元件1.4基尔霍夫定律1.8首页本章重点1.电压、电流的参考方向3.基尔霍夫定律重点：2.电阻元件和电源元件的特性返回1.1电路和电路模型1.实际电路功能a能量的传输、分配与转换；b信息的传递、控制与处理。建立在同一电路理论基础上。由电工设备和电气器件按预期目的连接构成的电流的通路。下页上页共性返回反映实际电路部件的主要电磁性质的理想电路元件及其组合。2.电路模型sRLRsU10BASE-Twallplate导线电池开关灯泡电路图理想电路元件有某种确定的电磁性能的理想元件。电路模型下页上页返回卧室灯电路卧室门口床头5种基本的理想电路元件------本课程研究对象电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。①5种基本理想电路元件有三个特征：（a）只有两个端子；（b）可以用电压或电流按数学方式描述；（c）不能被分解为其他元件。下页上页注意返回①具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一电路模型表示；②同一实际电路部件在不同的应用条件下，其电路模型可以有不同的形式。下页上页例电感线圈的电路模型注意返回1.2电流和电压的参考方向电路中的主要物理量有电压、电流、电荷、磁链、能量、电功率等。在线性电路分析中人们主要关心的物理量是电流、电压和功率。1.电流的参考方向tqtqtitddΔΔlim)(0Δdef电流电流强度带电粒子有规则的定向运动单位时间内通过导体横截面的电荷量下页上页返回方向规定正电荷的运动方向为电流的实际方向单位1kA=103A1mA=10-3A1A=10-6AA（安培）、kA、mA、A元件(导线)中电流流动的实际方向只有两种可能:实际方向AB实际方向AB对于复杂电路或电路中的电流随时间变化时，电流的实际方向往往很难事先判断。下页上页问题返回参考方向大小方向(正负）电流(代数量)任意假定一个正电荷运动的方向即为电流的参考方向。i0i0实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系：下页上页i参考方向ABi参考方向ABi参考方向AB表明返回电流参考方向的两种表示：用箭头表示：箭头的指向为电流的参考方向。用双下标表示：如iAB,电流的参考方向由A指向B。下页上页i参考方向ABiABAB返回电压UqWUdddef单位2.电压的参考方向单位正电荷q从电路中一点移至另一点时电场力做功（W）的大小。电位单位正电荷q从电路中一点移至参考点（＝0）时电场力做功的大小。实际电压方向电位真正降低的方向。下页上页V(伏)、kV、mV、V返回例已知：4C正电荷由a点均匀移动至b点电场力做功8J，由b点移动到c点电场力做功为12J，①若以b点为参考点，求a、b、c点的电位和电压Uab、Ubc;②若以c点为参考点，再求以上各值。解V248qWaba0bV3412qWqWbccbcV202baabUV3)3(0cbbcU(1)下页上页acb返回acb解V54128qWaca0cV3412qWbcbV235baabUV303cbbcU(2)下页上页结论电路中电位参考点可任意选择；参考点一经选定，电路中各点的电位值就唯一确定；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变。返回复杂电路或交变电路中，两点间电压的实际方向往往不易判别，给实际电路问题的分析计算带来困难。电压(降)的参考方向U0参考方向U+–参考方向U+–0U假设高电位指向低电位的方向。下页上页问题+实际方向–+实际方向–返回电压参考方向的三种表示方式：(1)用箭头表示：(2)用正负极性表示(3)用双下标表示UU+ABUAB下页上页返回元件或支路的u，i采用相同的参考方向称之为关联参考方向。反之，称为非关联参考方向。关联参考方向非关联参考方向3.关联参考方向i+-+-iuu下页上页返回①分析电路前必须选定电压和电流的参考方向②参考方向一经选定，必须在图中相应位置标注(包括方向和符号)，在计算过程中不得任意改变③参考方向不同时，其表达式相差一负号，但电压、电流的实际方向不变。例电压电流参考方向如图中所标，问：对A、B两部分电路电压电流参考方向关联否？答：A电压、电流参考方向非关联；B电压、电流参考方向关联。下页上页注意＋－uBAi返回1.3电功率和能量1.电功率twpdduitqqwtwpdddddd功率的单位：W(瓦)(Watt，瓦特)能量的单位：J(焦)(Joule，焦耳)单位时间内电场力所做的功。下页上页qwuddtqidd返回2.电路吸收或发出功率的判断u,i取关联参考方向P=ui表示元件吸收的功率P0吸收正功率(实际吸收)P0吸收负功率(实际发出)P=ui表示元件发出的功率P0发出正功率(实际发出)P0发出负功率(实际吸收)u,i取非关联参考方向下页上页+-iu+-iu返回例求图示电路中各方框所代表的元件吸收或产生的功率。下页上页已知：U1=1V,U2=-3V，U3=8V,U4=-4V,U5=7V,U6=-3V，I1=2A,I2=1A,，I3=-1A564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－返回解）（发出W221111IUP）（发出W62)3(122IUP（吸收）W1628133IUP（吸收）W3)1()3(366IUP）（发出W7)1(7355IUP）（发出W41)4(244IUP对一完整的电路，满足：发出的功率＝吸收的功率下页上页564123I2I3I1++++++－－－－－U6U5U4U3U2U1－注意返回下页上页1.4电路元件是电路中最基本的组成单元。1.电路元件返回5种基本的理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源：表示将其它形式的能量转变成电能的元件。注意如果表征元件端子特性的数学关系式是线性关系，该元件称为线性元件，否则称为非线性元件。2.集总参数电路由集总元件构成的电路集总元件假定发生的电磁过程都集中在元件内部进行。集总条件d下页上页集总参数电路中u、i可以是时间的函数，但与空间坐标无关。因此，任何时刻，流入两端元件一个端子的电流等于从另一端子流出的电流；端子间的电压为单值量。注意返回下页上页例iiz集总参数电路)t(u+-)t(iLCR两线传输线的等效电路当两线传输线的长度l与电磁波的波长满足：l返回下页上页iiz),(tzu++-),(tzi)tz,u(z-),(tzzizL0zC0zR0zR0zL0zC0分布参数电路当两线传输线的长度l与电磁波的波长满足：l返回1.5电阻元件2.线性时不变电阻元件电路符号R电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可用u～i平面上的一条曲线来描述：0),(iufiu任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。1.定义伏安特性下页上页0返回u～i关系R称为电阻，单位：(Ohm)满足欧姆定律GuRuiiuR单位G称为电导，单位：S(Siemens)u、i取关联参考方向Riu下页上页伏安特性为一条过原点的直线ui0Rui+－返回②如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号；③说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。欧姆定律①只适用于线性电阻(R为常数）；则欧姆定律写为u–Rii–Gu公式和参考方向必须配套使用！下页上页注意Rui-+返回3.功率和能量电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。pui(–Ri)i–i2R-u2/Rpuii2Ru2/R功率Rui+-下页上页表明Rui-+返回ui从t0到t电阻消耗的能量：ttttRξuiξpW00dd4.电阻的开路与短路能量短路00uiGorR0开路00ui0GorRui下页上页Riu+–u+–i00返回下页上页实际电阻器返回1.6电压源和电流源电路符号1.理想电压源定义iSu+_下页上页其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流i无关的元件叫理想电压源。返回①电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流