电路基础电子技术与元器件教案 第14章.docx

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电路基础电子技术与元器件教案第14章

第1章直流电阻电路

【学习要点】：

本章主要介绍电学中的一些基本概念、基本定律、直流电阻电路的分析计算方法。

这些内容也是本书涉及到的最基础的电学知识。

为了使读者对抽象的概念、定律有更加感性的认识，本章列举了一些与日常生活息息相关的实例，力求做到使概念、定律、计算融为一体。

学习本章时，应注意把基本概念、基本定律与实际应用联系起来。

1.1电路

1.2直流电阻电路

1.1电路

一.电路与电路图

1.电路的组成

电路有三种基本状态：

（1）通路；

（2）开路；

（3）短路。

2.电路图

常用电路符号

二.电路中的基本物理量

1.电流

电荷的定向移动形成电流，并且规定正电荷移动方向为电流方向。

电流强度为：

常用的电流强度的单位和它们之间的换算关系如下：

1A=103mA（毫安）　1mA=103μA（微安）

电流根据其大小、方向随时间变化情况的不同，可以分为以下几种：

（1）直流电流；

（2）稳恒电流；

（3）脉动直流电流；

（4）交流电流。

2.电阻

电流流过导体时会受到阻碍作用，这种阻碍作用用电阻来表示。

电阻的单位为欧姆（Ω），常用的单位如下：

1kΩ=103Ω1MΩ=103kΩ=106Ω

在温度不变时，横截面积均匀的导体的电阻与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比，并与导体材料的电阻率有关：

电阻率是衡量材料导电能力的物理量。

电阻率越大的材料，其导电能力越弱；电阻率越小的材料，其导电能力越强。

3.电压和电位

用Vab表示a、b两点之间的电压，Va、Vb分别表示a、b两点的电位，则a、b两点之间的电压为：

在分析计算电路中各点的电位时，一般先选择电路中某一点作为参考点，并规定参考点电位为0V，然后其它各点的电位在数值上就等于该点和参考点之间的电压。

用电流的方向来判定电路中各点电位的高低。

4.电源与电动势

电源为整个电路提供电能。

电源有正极和负极两个端子，电位高的一端为正极，电位低的一端为负极。

电动势的单位和电压的单位一样，也是伏特（V），它的方向规定为从电源的负极经内部指向正极。

三.欧姆定律

1.部分欧姆定律

它的表达式为：

2.全电路欧姆定律

它的表达式为：

3.路端电压及电源外特性

路端电压与电源输出电流之间的关系，也称为电源的外特性：

随着电源输出电流增大，加在外电路电阻两端的路端电压会降低。

四.电功和电功率

电流流过负载时要作功，称为电功，它等于负载在工作时消耗的电能。

电功与电压、电流强度、通电时间之间的关系为：

在实际生产生活中，常用的电功、电能的单位是“度”。

1度=1千瓦时=1kW×1h=1000W×3600s=3.6×106J

电功率是衡量在单位时间里，电流所作电功多少的物理量：

或（纯电阻电路）

五.电阻消耗的能量

电流流过电阻时所作的电功，都转化成了热量，这种现象称为电流的热效应。

焦耳定律的表达式为：

六全电路中负载获得最大功率的条件

只有当R=ro时，电源输出功率为最大值，即负载获得的功率最大，且最大值为：

1.2直流电阻电路

直流电阻电路按复杂程度不同，可以分为简单直流电阻电路和复杂直流电阻电路。

简单直流电阻电路又可以分为电阻串联电路和电阻并联电路。

一.电阻串联电路

电阻串联电路有如下一些特点：

（1）电路的总电流等于流过各电阻的电流。

（2）电路的总电压等于各电阻两端电压之和。

（3）电路的总等效电阻等于各电阻之和。

（4）电路中各电阻两端的电压与电阻的阻值成正比，即阻值大的电阻，其两端的电压也大，阻值小的电阻，其两端的电压也小，这种关系称为分压关系。

（5）电路中各电阻消耗的功率与电阻的阻值成正比。

这表明阻值大的电阻消耗的功率多，阻值小的电阻消耗的功率少。

（6）电路中消耗的总功率等于各电阻消耗的功率之和。

二.电阻并联电路

电阻并联电路有如下特点：

（1）电路的总电流等于流过各电阻的分电流之和。

（2）电路的总电压等于各电阻两端的电压。

（3）电路总电阻的倒数等于各电阻倒数之和。

（4）电路中流过各电阻的电流与电阻的阻值成反比，即阻值大的电阻流过的电流小，阻值小的电阻流过的电流大，这种关系称为分流关系。

（5）电路中各个电阻消耗的功率与阻值成反比，表明阻值大的电阻消耗的功率少，阻值小的电阻消耗的功率多。

（6）电路中消耗的总功率等于各电阻消耗功率之和。

三.电阻混联电路

既有电阻串联，又有电阻并联的电路，称为电阻混联电路。

1.混联电路分类

电阻混联电路可分为两大类：

（1）能用电阻串、并联的方法简化为无分支回路的电路，称为简单直流电阻电路。

（2）不能用电阻串、并联的方法简化为无分支回路的，称为复杂直流电阻电路。

2.电阻混联电路的简化

简单直流电阻混联电路最终可以简化成无分支回路的电路形式。

常用的一种简化电路的方法是先利用电流的分、合关系，把电路转化为容易判断的串、并联形式，然后再等效变化为最简的无分支回路形式。

四.基尔霍夫定律

1.描述电路结构的基本概念

（1）支路：

指一个或多个元件连接而成的无分支电路。

（2）节点：

指三条或三条以上的支路的连接点。

（3）回路：

指任何一个闭合的电路。

2.基尔霍夫定律

基尔霍夫定律包含两个部分：

1）基尔霍夫电流定律

基尔霍夫电流定律又称节点电流定律，其内容为：

电路中流入任意一个节点的电流之和等于流出该节点的电流之和。

2）基尔霍夫电压定律

基尔霍夫电压定律又称回路电压定律，其内容为：

电路中任意一个闭合回路中的所有电压降的代数和为零。

3.应用基尔霍夫定律分析计算电路的基本步骤

（1）假设各支路的电流方向，并标在电路图上；

（2）规定回路的绕行方向，并标在电路图上；

（3）对不同的回路，根据电流方向和绕行方向，判定各回路中所有电压降的正、负；

（4）对应电路中的节点列节点电流方程，若电路有N个节点，列N－1个节点电流方程，具体对哪个节点列方程，不受限制；

（5）对应电路中的回路列回路电压方程，若电路有M条支路，列M－（N－1）个回路电压方程；

（6）根据节点电流方程和回路电压方程组，求解未知量；

（7）根据求解结果，分析电路中未知量的实际方向，I为负值，表示电流I的实际方向与假设方向相反；I为正值，表示电流I的实际方向与假设方向相同。

五.电路中各点电位的计算

电位的计算步骤。

（1）选择电路中任意一点作为参考点，即零电位点，选择a点作为参考点；

（2）分析并确定电路中电流的方向和大小；

　　（3）求某一点的点位，它等于从该点起沿任意路径绕行到参考点，途经的所有电压降的代数和。

各部分电压降的正、负由电流方向和绕行路径确定。

　　在求解电路中某一点电位时，无论沿哪条路径进行，其求解结果都是唯一的。

但一般来说，都是选择电压降数量较少的路径来计算。

第2章电容电路及电磁感应

【学习要点】：

本章主要分析电容电路及电磁感应现象。

要求读者掌握电容器、电感器在电路中的工作原理及作用，理解电磁感应现象和磁场的基本规律。

学习本章时应注意以定性分析为主，重点是要能熟练分析电容器、电感器在电路中的作用。

2.1电场

2.2电容电路

2.3磁场及其基本物理量

2.4电磁感应和电感

2.1电场

一.电场

电场可以用电力线形象地描述它的大小和方向。

电力线的箭头表示了电场的方向，电力线的疏密程度表示了电场的大小。

二.静电屏蔽

　　金属空壳对电场有屏蔽作用的现象，称为静电屏蔽。

　　在电子技术中，常常需要把电子元件，有时甚至是整个电路，用接地的金属空壳封装起来，其目的之一就是利用接地金属空壳的静电屏蔽作用，使它们与外电路隔离，以免通过电场相互干扰。

2.2电容电路

在电子技术中电容器应用十分广泛，有滤波、积分、微分、移相、传输信号、储存能量等作用。

一.电容器的结构

1.电容器的结构

电容器由两个彼此绝缘而又相互靠近的导体构成。

2.电容器的容量

电容器所带的电量称为电容器的电容量，简称电容或容量，用C表示，即：

常用的容量单位及它们之间的换算关系如下：

1F=106µF，1µF=103nF，1nF=103pF，1µF=106pF

电容器的容量C与电容器两极板的正对面积S成正比，与两极板的距离d成反比，并且还与两极板之间的绝缘材料（介质）的介电常数ε有关，它们的关系式为：

3.电容器的额定直流工作电压

电容器两端的电压升高到一定值时，两极板之间的绝缘介质会被击穿而导电，这个电压值称为电容器的击穿电压。

电容器能够长时间正常工作所加的最高直流电压，称为电容器的额定直流工作电压，它比击穿电压小。

二.电容器的充电和放电

1.电容器的充电

充电后的电容器，其内部存在电场，电源提供给电容器的能量就是以电场能的形式存储在电容器上。

2.电容器的放电

电容器在放电过程中，其存储的电场能逐渐转化为热能而被电阻消耗。

3.电容器在交流电路中的充、放电

在直流电路中，只有在电容器充、放电过程中才有电流，充、放电结束后，电流变为零，所以称电容器有“隔直流”的作用。

当电容器两端接交流电源时，电路中始终会存在充、放电电流，所以形象地称电容器有“通交流”的作用。

4.RC电路的时间常数

为了衡量电容器充、放电的快慢，常引入时间常数的概念，它等于电阻与电容的乘积，用τ表示，即：

τ=RC

时间常数越大，充、放电越慢，时间常数越小，充、放电越快。

三.电容器的联接

电容器和电阻一样，在电路中也有串、并联联接方式。

1.电容器的串联

电容器串联电路有如下一些特点：

（1）电路中每个电容所带电量都相等，且等于总等效电容所带电量；

（2）电路的总电压等于各电容器两端电压之和；

（3）电路总电容的倒数等于各电容的倒数之和；

（4）电路中，各电容器两端的电压与电容器的容量成反比，即容量大的，两端的电压小，容量小的，两端的电压大，这种关系称为电容器的分压关系。

2.电容器的并联

　　电容器并联电路有如下一些特点：

（1）电路中所有电容器所带的总电量，等于各电容器所带电量之和；

（2）电路中各电容器两端电压都相等，且等于电路的总电压；

（3）电路的总电容等于各电容之和；

（4）电路中，电容器所带电量与电容器的容量成正比，即容量大的，所带电量多，容量小的，所带电量少。

2.3磁场及其基本物理量

一.磁场和磁力线

磁场可以用磁力线形象地描述它的大小和方向。

二.电流的磁场

自然界中除磁铁能产生磁场外，电流也能产生磁场，这种现象称为电流磁效应。

直导线中的电流产生的磁场的方向可以用安培定则来判定：

用右手握住直导线，大拇指伸直指向电流方向，四指所指方向就是磁场方向。

环形导线中的电流产生的磁场方向也可以用安培定则来判定：

用右手握住环形导线，四指指向电流方向，大拇指伸直所指的方向就是磁场方向。

三.磁场的基本物理量

1.磁感应强度

磁感应强度是衡量磁场大小和方向的物理量，用B表示，单位为特斯拉（T），简称特。

大小和方向都相同的磁场称为匀强磁场。

2.磁通

假设在一个匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，磁场的磁感应强度为B，平面的面积为S，那么磁感应强度与面积的乘积，称为穿过这个面的磁通，用Φ表示，即：

磁通的方向和产生它的磁场方向相同。

四.磁场对电流的作用力

磁场对处在其中的电流能产生力的作用。

在一个磁感应强度为B的匀强磁场中，有一段长度为l，