电路基础电子技术与元器件教案 第14章.docx

1、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

2、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：1 A =103mA（毫安） 1mA = 103A（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（），常用的单位如下： 1k = 103 1M = 103k = 106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

3、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：

4、 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 = 1kW1h = 1000 W3600 s= 3.6106 J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

5、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

6、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，

7、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。

8、 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N1个节点电流方程，具体对哪个节点列方程

9、，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(N1)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

10、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

11、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 = 106F ， 1F=103nF ， 1nF =103pF ， 1F=106pF 电容器的容量C与电容器两极板

12、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

13、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，用表示，即： = 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

14、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

15、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，