計算機電路基礎 電路基本概念和基本定律 第 1章 電路基本概念和基本定律 教學提示： 電路是學習電子技術的基礎，是電子類專業的入門課程。本章主要是介紹電路的一些基本概念和基本的定律，是學習電路理論的基礎知識。 教學目的： 流的參考方向和關聯參考方向； 流源的特性及功率計算； 點、回路的定義和電路的三種工作狀態； 熟練地應用于 電路計算； 第 1章 電路基本概念和基本定律 電路 電流、電壓和功率 二端元件和受控源 電路三種狀態 基爾霍夫定律 電路 電路的作用 電路模型 集總假設 電路的作用 電路 : 電流流通的路徑。 電路的作用 :電路是實現電能的傳輸和轉換 。 電路組成 : 電源 : 是向電路提供電能的設備 負載 : 是指各種用電設備和元器件總稱 中間環節部分 : 由電子元器件組成完成復雜功能的電子系統。 電路模型 實際的電元件往往都不是單一參數的理想元件。為了突出元件的主要特性，忽略其次要因素，把它近似地看成單一參數的理想電路元件 。 用理想電元件所組成的電路，稱為實際電路的電路模型。電路模型是對實際電路抽象和概括。 集總假設 為了簡化對器件性能的描述和簡化對電路分析和計算，假設在一定的條件下，忽略其次要物理過場，只考慮實際元件的主要特性，這樣假設稱為 集總假設 。 集總假設的條件 是：電場作用 (充放電 )只發生的電容元件上，磁場作用(磁能的貯存和釋放 )只發生在電感元件上，而且都沒有電磁能量的損失。 集總假設的元件稱為理想元件（集總參數元件，簡稱集總元件），簡稱電路元件 。 電流、電壓和功率 電流、電壓和功率是電路中三個重要的物理量，是對電路分析和計算的重要參數。 電流 電壓和電位 關聯參考方向 功率 電流 電荷的定向運動產生電流。 單位：安培（安），用字母 。 1A=1000 ； 1000 A 正電荷運動方向為電流的正方向。 大小和方向不隨時間而變的電流為 直流電流 （用大寫字母 I 表示 ）； 大小隨時間變化而方向不隨時間變化的電流稱為 變動電流 i ； 大小和方向都隨時間而變化，這樣的電流稱之為 交流電流 i 。 在分析和計算電路前假設流過元件上電流的方向稱為 電流參考方向 ； 當所求得電流為正值，說明流過元件上電流的實際方向與假設的電流參考方向一致； 當所求得電流為負值，則實際電流方向與電流參考方向相反 。 參考方向是一種分析方法，只有在參考方后，電流和電壓才有正、負之分。 電壓和電位 ： 定義 :單位正電荷在電場力的作用下，從電場中的 a 點移到 所做的功，稱為電場中 a、 單位： 伏特（伏），用大寫字母 1V=1000 1000V 電壓方向規定： 由高電位 (“+”極性端 )指向低電位 (“-”極性端 ) ; 電壓方向用下標方式表示，如 a、 電壓方向由 a(+) 指向 b(-)，可表示為 選定電路中的某一點作為電壓的參考點，稱為 零電位點 。 電路中的任一點到零電位點的電壓稱為該點的 電位。 關聯參考方向 分析電路的時候，設定的電流參考方向和電壓參考方向 一致，稱為關聯參考方向。電流和電壓的參考方向不一致，稱為非關聯參考方向。 關聯參考方向 非關聯參考方向 功率 正電荷從高電位移向低電位，是電場力對電荷作功的結果，電場的能量消耗在元件上。元件消耗電場的能量稱為元件吸收能量或元件 消耗功率 。這時元件上的電流方向和電壓的方向是一致的 . 正電荷從低電位移向高電位，必須由外力對電荷作用以克服電場力，元件需發出能量(元件向電路提供能量 )，即元件向電路 提供功率 。這時元件上的電流方向和電壓的方向是相反的。 元件上的功率計算公式： P = U I 元件上電流和電壓的參考方向符合關聯參考方向： 當 P 0，元件消耗功率，該元件被稱為電路的 負載 。 當 P 0，元件向電路提供功率，該元件被稱為 電源 。 當 P 0，吸收功率，手機電池是負載。 充電器上的電壓和電流為非關聯參考方向， P =E I = 功率 P0，充電器向手機電池提供功率，是電源。 二端元件和受控源 電阻元件 物體對電流的阻礙作用稱為該物體的 電阻 。 用符號 ，單位：歐姆 () 。 常有如下換算： 1千歐 )=1000 1兆歐 )=1000 電阻的倒數 G =1/R，稱為電導。單位 :西門子“ S”。 在關聯參考方向下，電阻上的電流和電壓的關系為 R=U/ U= 說明：通過電阻的電流與加在電阻上的電壓成正比 ; 如果 R 值不隨外加的電壓 (電流 )變化，此電阻 R 稱為線性 電壓源 獨立電壓源是一個二端元件，簡稱為電壓源 . 任何電壓源都含有電動勢 S，它的模型如圖 U:電壓源的端電壓。 接的負載電阻。 U = I E I 電源 E = L + S ， 這里 :L 為負載功率 , S 為電源內阻消耗功率 . 當電源內阻 0 時，稱為 理想電壓源電源 . 電源內部無電壓降， 輸出一個恒定電壓 U = 電動勢 E ， 理想電壓源電源 電壓源 電流源 獨立電流源簡稱電流源 . 圖中虛線左邊所示。 當 或 稱為恒流源或理想電流源 ,流過負載電流 I 恒等于電流源的電流 當電路中不能滿足條件 ，流過 流等于被其內阻 流后的剩余部分。 越小，分流越大，流過負載的電流 流源的輸出特性如圖 理想電流源端電壓 的大小完全由外電路的負載所確定 【 例題 計算圖 電阻的壓降為： I R=2 3= 6V 電流源兩端的電壓 E = 6V+4V =10V 電流源兩端的電壓和電流是非關聯方向 ,電流源功率為 : =10V 2A=20W 0，所以電流源是提供功率。 電壓源的功率 4 2= 8W 由于流過電壓源的電流和電壓降方向一致，即關聯參考方向， 而且 0，所以電壓源是吸收功率。 受控源 電源中的電流或電壓是受到電路中其他支路的電流或電壓的控制，稱此類電源為受控源 。 它不是真正的電源，而是四端元件。 受控源有電壓源和電流源之分，控制量有電壓和電流之分，所以受控源共有 四種類型 : 電壓控制電流源 ( : 是轉移電導，導納量綱。 電流控制電壓源 ( := 是轉移電阻，電阻量綱。 電流控制電流源 ( : = 是電流控制比，無量綱。 電壓控制電壓源 (: 是電壓控制比，無量綱 四種類型 受控源 電路三種狀態 開路狀態 電源與其負載相互間不連接，電源處于無負載狀態，稱為空載狀態，又稱為 開路狀態 . 開路狀態時特性為： E I = 0 0 短路狀態 電源兩端連接在一起，外電路的電阻為零，稱為短路狀態，簡稱 短路 。短路時回路中產生很大的電流 為 短路電流 。 電源在短路時的特征為： U = 0 E/ S 短路除了會發生在電源端處外，也可能發生在線路中的某一部分，稱為 局部短路 ，會造成電源供出超常的電流。 短路通常是一種 嚴重的事故 。為了防止短路事故的發生，除了認真操作外，更重要的是在電路中接入短路保護措施，一旦發生短路，能及時切斷電源與負載的連接，以免發生事故。 有載狀態 電源與負載接通形成電回路，稱為 有載狀態。 電源向電路負載提供的電流： I = E /（ L） 負載上的電壓： I 電源電動勢輸出的功率 : I E 電源內阻消耗的功率 : S 負載吸收的功率： L 功率的單位是瓦特（瓦），用字母 大功率應用的場合，用 瓦 )， 小功率用 瓦 )，其換算關系： 1000 W ； 1 W = 1000 基爾霍夫定律 基爾霍夫定律分為：基爾霍夫電流定律和基爾霍夫電壓定律。 支路、結點和回路 支路 ： 電路中流過同一個電流的分支稱為 支路 ,支路上流過的電流稱為支路電 流。 結點： 支路的連接點稱為結點 (節點 )。在電 路中三條或三條以上支路相連接的地 方形成一個結點。 回路： 由一條或多條支路所組成的任何一個 閉合電路稱為回路。 基爾霍夫電流定律（ 定律表述： 在電路中的任一結點，在任一時刻，流進結點的 電流之和等于從該結點流出的電流之和。 式中的 【 例題 列出圖中結點 a、 b和 【 解 】 對結點 0 對結點 0 對結點 0 提示： 列結點電流方程時， 先標明支路電流的方向。 習慣上設流入結點的電流為正， 流出結點的電流為負。 01基爾霍夫電壓定律（ 定律表述： 在任一瞬間，沿任一回路設定方向 (順時針或逆時針 )，回路中所有支路電壓降的代數和為零。 【 例題 列出圖中虛線繞行回路的基爾霍夫電壓方程。 【 解 】 設定回路 和 中參考方向。支路原設定的方向若與之一致，則為正，否則為負。建立兩個回路的電壓方程如下： 回路 ： 1 + 2 = O 回路 ： 3 + 2 = 0 01例題 如圖已知： 1， ， ， ， ， V， A， 5=2A。求 【 解 】 據基爾霍夫電流定律， 結點 b： 4