上篇电路基础知识1.1电路和电路元件1.2元件的电流、电压和功率1.3基尔霍夫定律1.4无源二端元件1.5无源电路的等效化简1.6有源二端元件1.7含独立源电路的等效化简电路理论是研究由理想元件构成的电路模型。理想元件主要包括理想的电阻、电容、电感及理想的电源。实际电路是由各种电器按一定的方式互相连接而构成的电流的通路。它的主要功能是实现电能或电信号的产生、传输、转换和处理。在通信技术、自动控制、电子计算机和电力等各个技术领域中，人们根据不同的需要用各种不同的电路来实现各自的任务。理论的对象并不是实际电路，而是它们的数学模型——电路模型。电路模型是实际电路在一定条件下的科学抽象和足够精确的数学描述。电路理论中所说的电路，是指由各种理想电路元件按一定方式连接组成的总体。电路：由实际器件按一定方式连接起来形成电流的通路，复杂的电路又称为网络。电路功能：信号的变换、传输和处理（信号放大接收等）；能量的转换和传输的电路（如电能－其它能量）。电路包括：电源（提供电能）和负载（吸收能量，将电能转换为光能和热能）。1.1理想元件（元件模型）：对实际电路器件的科学抽象。电路模型：由多个理想元件组成的电路。电路的组成电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。电路可分成电源、负载和中间环节三个部分电源是提供电能的设备，是电路工作的能源，电源的作用是将非电能转换成电能。负载是用电设备，是电路中的主要耗电器件。负载的作用是将电能转换成非电能。中间环节是指电源与负载之间的部分。忽略电路元器件的次要因素，将其理想化，并用规定的电气图形符号表示所组成的电路，称为电路模型。图1-1-1实际电路及其模型理想电路元件是用数学关系式严格定义的假想元件。每一种理想元件都可以表示实际器件所具有的一种主要电磁性能。理想元件的数学关系反映实际电路器件的基本物理规律。图１-１所示为3种基本理想电路元件的图形符图１-１3种基本电路元件的图形符号理想元件主要有：电阻、电容、电感、电流源、受控源和耦合电感、变压器等。理想电路元件有具有两个端子，称为二端元件，又称单口元件，如电阻、电容和电感等。除二端元件外还有多端元件，如四端元件，如受控源、耦合电感和变压器等。1.2元件及电路中的基本物理量有电流、电压、功率和能量。1.2.1电流、电压及其参考方向一、电流带电粒子有规则的运动形成电流。电流强度（电流，安培Ampere）：单位时间内通过导体横截面的电荷量（库仑，库Coulomb）。电流的方向不变为直流I。方向和大小都变化为交流i。dtdQ倍率词头名称词词头符号1012decada10－110－210－310－610－910－12国际单位制（SI）倍数与分数词头规定：正电荷运动的方向为电流的实际方向。假设的电流流向称为电流的参考方向。方向：a--b不定二、电压电压：单位正荷由a点经任意路径运动至b点时，该电荷获得或失去的能量。（电场力将单位正电荷从电场中的a点移到b点所做的功）称其为a、b两点间的电压（伏特Volt）。上式中，dQ为通过ab段电路的电荷量（库仑），dw为电荷在运动中获得或失去的能量（焦耳Joule）。dQdw图1-2-2关联参考方向图1-2-3电子电路图常用习惯画法图1-2-4电子电路图常用习惯画法电压的大小和极性都不随时间变化的电压称为恒定电压或直流电压U；随时间而变的电压称为交变电压u。习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向。电压实际方向和电压参考方向。一、功率（power)电场力在单位时间内所做的功（瓦特Watt），等于1焦耳／秒。式中，p(t)为元件吸收的功率，dw为元件在dt时间内所吸收的能量。P表示不随时间变化的功率（如直流电路功率）p表示表示随时间变化的功率。1.2.2功率和能量uidtdQdQdwdtdw关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向一致。p＝ui非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一发出功率（产生功率）为电源。二、能量（energy）energyfromonephysicalsystemanother,especiallydistancethroughwhichbodymovesjoules,ergs,foot-pounds.二端元件在某一时间段（tdtdw若对任一时刻送给元件的能量总为非负值，即则表明该二端元件是能量需求者，称为无源(passive)元件，反之为有源(active)元件。KCL:Kirchhoff’sCurrentLawKVL:Kirchhoff’sVoltageLaw1.3支路(branch)：流过同一电流的几个元件的串联为一个支路节点(node)：二个或二个支路的连接点（4个）回路(loop)：任一闭合路径网孔(mesh)：内部不包含支路的回路（2个）图1-3-1支路、节点、回路、网孔1.3.1基尔霍夫电流定律在任一时刻，流入任一节点的电流总和等于流出节点电流的总和。节点的电荷不能堆积，也不能消失，说明了电流的连续性。例1－3电流图1-3-3广义节点在任一时刻，任一回路中沿某一绕行方向所有支路的电压降之和等于电压升之和。1.3.2基尔霍夫电压定律图1-3-4回路电压能量需求者：无源元件无源二端元件：电阻，电容，电感。1.4电阻元件：对电流呈现阻滞作用，当电流通过时将有能量消耗。电阻器、白炽灯、电炉等实际器件的理想化模型。1.4.1电阻元件电位器：连续可调的电阻器。电阻的参数额定功率为电阻在电路中允许消耗的最大功率（P＝U电阻所标称的阻值称为标称阻值，单位为Ω。标称值严格按照国际或国家标准标注。按不同的误差大小，其标称值在1～10之间的数量也不一样。误差为5％时，1～10之间有标称值24个。（E24系列）误差为10％时，1～10之间有标称值12个。（E12系列）误差为20％时，1～10之间有标称值6个。（E6系列）阻值标示方法直接法：用数字和单位直接标示阻值的方法，通常Ω可省略。如4.7K。文字符号法：用数字与特殊符号组合，常见符号有M、K、R。如4K7，1R9。数字表示法：常见于贴片电阻，用3～4位整数表示阻值，单位为Ω。（前2～3位表示有效值，末位表示倍率）如102＝1000Ω，1001＝1000色环表示法：用不同颜色的色环在电阻表面上标志出电阻主要参数的方法。55位色环位色环在读色环电阻时电路知识，应正确识别第一色在读色环电阻时，应正确识别第一色环b体育，一般第一色环距电阻头较近。环，一般第一色环距电阻头较近。10-11％44位色环位色环105％如果只有3条色环，则代表此电阻的允许误差为20％判别色环电阻的第1道和最后1道的方法有两种：1、一般1、2道色环之间的距离要小道色环之间的距离。2、一般最后1道色环只有表示误差的几种颜色。电阻元件的伏安特性曲线： 可分为线性电阻和非线性电阻。 U＝RI。 电阻R单位为欧姆（Ω 电压电流关联参考方向和非关联参考方向时分别为U＝RI和U＝－RI。 电导：G＝1／R。单位：西门子（Siemens） I＝GU。 电阻功率：P＝UI＝I 电阻分类：固定电阻和可变电阻； 线绕电阻，碳膜电阻和金属膜电阻。 标注方法： 直接法，文字符号法和色标法。 实际的电容器由两片金属极板，中间隔以绝缘 介质组成。 在电源作用下，两极板上将聚集等量异性电荷， 并依靠电场力作用相互吸引，而又为介质所隔 不能中和。 当把电源移去后，极板上的电荷能长久地存储 下去。则电容器是一种能存储电场能量的元件。 1.4.2 电容元件 实际电容器的中间介质不是理想的绝缘体，绝 缘电阻不能为无限大，则必然存在一定的漏电， 则不是理想元件。 理想电容两极板上聚集的电荷量与电压的关系 为：Q＝Cu。单位为法拉（Farad）。 电容也是最常用、最基本的电子元件之一b体育。 电容在电路中，可用于隔直流、通交流，滤波、 旁路或与电感线圈组成振荡回路。 按容量是否可调，分为可变电容器和固定电容 电容的分类固定电容的分类 根据介质的不同，分为陶瓷、云母、纸质、薄膜、 电解电容几种。 陶瓷电容：体积小，自体电感小。 云母电容：性能优良，高稳定，高精密。 纸质电容：价格低，容量大。 薄膜电容：体积小，但损耗大，不稳定。 电解电容：以金属极板上一层氧化膜为介质，金属极 片作为正极，固体或非固体的电解质作为负极，氧化 膜有单向导电性，则不能用于交流电路，容量大，稳 定性差，多用于滤波电路知识。 可变电容的分类 可变电容器：调节范围在几百pF，用于调谐电路； 微调式可变电容器：100pF，电容量的调整或补偿。 电容器的选择与作用 大容量电容器的选用：低频、低阻抗的耦合旁 路和去耦电路，电源滤波电路，用于几μF以上 的大容量电容（如电解电容器）。 小容量电容器：小于几μF至几pF电容。用于高 频电路。 电容的参数识别和选用 主要参数是容量和耐压值。 常用的容量单位有μF（10 -6 F）、nF（10 -9 和pF（10 -12 F），标注方法与电阻相同。 电容的选用应考虑使用频率、耐压。电解电容 还应注意极性，使+极接到直流高电位，还应考 虑使用温度。 当标注中省略单位时，默认单位应为pF 电容大小的表示方法 标有单位的直接表示法：表面上直接标志了其特性参数，如电解电容上常按如下的方法进行 标志：4.7u/16V，表示此电容的标称容量为4.7 μF，耐压16V。 不标单位的数字表示法：当数字小于1时，单位为微法，当数字大于等于1时，单位为皮法 一般以三位数字，前两位为有效数字，后一位表示位率，即乘10 p、n、u、m法：此时标识在数字中的字母，p、n、u、m即是量纲，又表示小数点位置。如某电容标注 为4n7表示此电容标称容量为4.710 -9 F=4700pF。 色环（点）表示法：该法同电阻的色环表示法，单位为pF。 电容的电流 在图中所示关联参考方向下，则有： 则任一时刻电容电流取决于该时刻的电容电压 的变化率。 当电容两端电压为直流时，电压值不变，则电 容电流为零，开路。 dt du dtCu dtdQ 电容的电压电容电压为： 在初始时刻后：