第1讲电路基本概念与电阻元件

绪论同学们对“电路”并不陌生。我们曾在物理学中接触过一些电路。但，那时我们对电路的研究往往是通过一些特殊的例子来加以讨论。要花这么多时间来学习一门功课，同学们就会自然地提出这样一些问题：《电路基础》课程的性质是什么？从今天起，我们要花72学时来学习一门专门系统研究电路基本理论的课程，这就是《电路基础》课。我们研究它的目的是什么？《电路基础》对我们电子信息工程专业有何重要性？一、《电路基础》课程的性质：但，《电路》的主攻方向是解决电学工程中的实际问题。所以，它不仅在基础课与专业课之间具有作为桥梁的联结性，而且又具有能够独立解决电工实际问题的独立性。各专业课程分为公共基础课、学科基础课、专业主干课。《电路》是我们电专业的第一门重要的学科基础课。《电路基础》属于《电路理论》学科，它是《电路理论》的入门课程。它基于物理定理，如KL、欧姆定律等，又用到数学的若干分支，如微积分、微分方程、线性代数、积分变换、图论等。二、研究《电路》的目的：目的就是为了分析电路和设计电路。我们研究电路的电磁特性就是为了掌握分析、设计电路的基本概念、基本理论和基本分析方法。为学习电类专业及进一步学习电路理论打下基础。三、《电路》在我们专业中的地位：《电路》是我们专业第一门主干技术基础课。我们将要学到的基本概念、基本理论和基本方法对于我们学习其他技术基础课和专业课，如模拟电子电路，数字电子电路，信号与系统等等课程都十分重要。我们就是说《电路》是打开电子科学宝库的钥匙也不过分。它也是很多电专业研究生的入学考试科目之一。《电路》是我们专业的导论课。四、学习方法：既然《电路》是一门基于物理定律，又用到数学的许多分支的技术基础课，我想较好的学习方法应是透彻地理解物理意义，严密地进行数学推导，并注重提高计算技巧和实验动手能力。练习很重要，缺1/3不能参加考试。平时成绩占总成绩的20%。本学期中，另有《电路分析基础实验》课。五、学习要求：2、作好练习。准备两个作业本，分别在作业本的左上角标上“1”“2”。每周交一次作业。每次作业的第一行须写上日期，并要抄题，否则不予批阅。1、认真听课。每堂课都必须到，我会不定期的点名，缺1/3不能参加考试。认真作好笔记。六、成绩评定：卷面成绩80%+作业成绩10%+课堂成绩10%第1讲电路模型及电路基本概念电路和电路模型、集总假设一、电路：1、概念：实际电路是由电工设备和晶体管等器件相互联接组成的整体，它提供了电流流经的途径。如电筒、集成电路。每一种实际的部、器件都可以用国家标准中的电气图形符号表示，采用电气符号可绘成电气图。电气图实际电路2、主要作用：①能量转换作用：热能、势能、原子能电能光能、热能、机械能组成：电源、负载、导线、开关（中间环节）②信号处理作用：“加工”和变换，放大电路等激励：施加的信号。响应：所需的输出。③测量作用：电量：万用表非电量：电子表④信息存储作用：存储数据和程序。我们主要是研究它们的共性，也就是把实际部件用理想化的电路模型来描述再进行研究。二、电路模型：1、研究电路的基本思路：2、电路理论中的重要假设：电路器件和电路本身的尺寸远小于工作于电路的电磁波的波长。λ=ν/f，f20KHZ,λ15Km，即电磁波通过电路的时间是瞬时的。电磁场的理论和实践均可证明在任意时刻流入各器件任一端子的电流和两个端子之间的电压是单值的。3、集中（参数）元件：理想化的电路模型有精确的数学定义。我们研究的电路都是用集中参数元件来组合的。实际电路抽象方法电路模型基本定律电路方程解方程方程的解电路理论分析的对象是电路模型而不是实际电路。三、电路变量：基本物理量：i、u、、q、p、w1.电流：带电质点的定向运动形成电流。电流的大小用电流强度表示。tqtqtitddΔΔlim)(0Δdef单位名称：安（培）符号：A（Ampere）电流(current)恒定电流I（直流/DC）、时变电流、交变电流（交流/AC）我们要研究的电流和电压不仅有大小而且有方向（极性）。而我们不仅要研究大小，还要指出方向。一方面，在分析电路之前我们很难判断其真实方向，有时方向还在不断变化。电路分析中的一个矛盾：2428+–10V3？tIimsini0tT/2T另一方面，不知道方向就不能列写正确的电路方程。解决办法：引入参考方向。2.电流的参考方向（***）元件(导线)中电流流动的实际方向有两种可能:参考方向：任意选定的一个方向即为电流的参考方向。i参考方向1）设定：人为的、任意的。2）参考方向与实际方向的关系：区别：实际方向：客观存在的。参考方向：人为、任意设定的。参考方向实际方向？联系：参考方向I的正负值实际方向﹜i0i0i实际方向参考方向i实际方向参考方向例I1=1A10V10I1I1=-1A10V10I13）参考方向的实质：代数正负数在电路理论中的应用。1.电压(voltage)：电场中某两点A、B间的电压(降)UAB等于将单位正电荷q从A点移至B点电场力所做的功wAB,，即dqdwuABdefAB单位名称：伏(特)符号：V（Volt）电压(voltage)2.电压(降)的参考方向+实际方向+实际方向+（参考方向）U+（参考方向）UU0U0例U1=10V10V10+U110V10+U1U1=10V3.电压参考方向的三种表示方式：(2)用箭头表示：箭头指向为电压（降）的参考方向(1)用正负极性表示：由正极指向负极的方向为电压(降低)的参考方向UU4、电位取恒定电场中的任意一点（O点），设该点的电位为零，称O点为参考点。则电场中一点A到O点的电压UAO称为A点的电位，记为A。单位也是V(伏)。abcd设c点为电位参考点，则c=0a=Uac，b=Ubc，d=Udc(3)用双下标表示：如UAB,由A指向B的方向为电压(降)的参考方向。ABUABUab=a-b(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)关联参考方向和非关联参考方向。+UI+UI关联参考方向非关联参考方向(4)参考方向也称为假定正方向，以后讨论均在参考方向下进行，不考虑实际方向。请注意(5)信号是指一个用来携带信息的电流或电压，如音频信号电压。功率和能量1、概念：吸收和释放能量。电压定义：在数量上，A、B间的电压等于电场力将单位正电荷由A点移到B点所作的功。电能：dquwtqtq)()(0当关联参考方向时，由于dtdqi)()(titudtdwpdiutt0)()(dpdwtttwtw00)()()()(若选t0=-∞，且假设w(-∞)=0，则diutt)()(dptwt)()(则：2、电压、电流采用参考方向时功率的计算和判断1.u,i取关联参考方向p=uip0实际吸收p0实际发出+–iu2.u,i取非关联参考方向+–iup=-uip0实际吸收p0实际发出上述功率计算适用于任意二端网络。例U=5V，I=-1AP吸=UI=5(-1)=-5WP发=UI=5(-1)=-5W或P吸=-UI=-5(-1)=5W+–IU关联+–IU非关联∴元件实际是发出功率∴元件实际是吸收功率四、国际单位制SIA(安)、V(伏)、C（库）、J（焦）、W(瓦)。例如:1mA=10-3A1kV=103V1kW=103W等10-3、10-6、10-9、10-12毫(milli)、微(micro)(µ)、纳(nano)、皮(pico)千(kilo)、兆(Mega)、吉(Giga)。103106109电阻元件一、伏安关系：对于线性时不变电阻，在任何时刻元件两端的电压和电流的关系服从欧姆定律。1、当关联时：iRuR称为元件的电阻，为一个正实常数(线性时不变电阻)。若令G=1/R，则uGiG称为元件的电导，单位为S（西门子）。+_iuR注意:R表示一个电阻元件，又可表示此元件的参数。电路元件：构成电路的基本单元，按引出端数目分为二端元件、三端元件、多端元件等。电阻元件定义：一个二端元件，如果在任意时刻t，其两端电压u与流经它的电流i之间的关系能用u~i平面上的曲线所确定(电压与电流相约束)，就称其为二端电阻元件，简称电阻元件。按伏安特性分：线性电阻和非线性电阻；时不变电阻和时变电阻2、当非关联时：uGiiRu,故参考方向是推导、运用公式的前提!3、伏安关系曲线:θtaniummiuR+_iuRUIui0二、电阻元件的特点：1、无源耗能元件：关联时022GuRiiup电能热能2、双向性元件：对线性电阻而言。3、无记忆性元件电阻元件是实际电阻器的理想化模型，描述了电阻器的耗能特性。其它电子器件或设备的耗能特性也用电阻元件来描述。ui04、两种特殊的情况：开路①开路：R→∞，G=0（伏安关系为电压轴）。短路②短路：R=0，G→∞（伏安关系为电流轴）。电路或电路的一部分也可以短路或开路。ocu电压称为sci电流称为ui0短路开路三、非线性电阻：1、不服从欧姆定律：实际部件都不服从，但有的在一定的范围内满足。2、有些还是单向元件：如二极管。iu0+u-i关于二端口电阻，起请自行阅读教材P11四、实际电阻器为了拥有一定量的电阻而专门设计的元器件叫做电阻器。电阻器可分为固定电阻器和可变电阻器两大类。将电阻器应用于实际电路之前，必须考虑其电阻值和额定功率。1、电阻值及其误差的表示方法（1）色码表示法：黑棕红橙黄绿蓝紫灰白0123456789有四色环电阻和五色环电阻。习题：1-1、1-4（P57）注意：要抄题目!第1讲电路模型及电路基本概念结束预习内容:独立电源、受控源与基尔霍夫定律