第1章电路的组成及电路中的主要物理量.ppt
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1、计算机电路基础,广州航海高等专科学校计算机系 蒋翔 13342816078,课程简介,一.课程的性质:“计算机应用类”专业必修的技术基础课 硬件平台课程 二.后续课程微机原理与接口技术、单片机技术与应用、嵌入式系统 三。课程内容组成:电路基础、模拟电子技术、数字电子技术 四.参考书 康华光.电子技术基础.高等教育出版社 阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社 五.网络资源: http:/ http:/ 1 章 电路的组成及电路中的主要物理量,1.1 电路的组成及其作用 1.2 电路模型 1.3 电路的主要物理量,本章主要介绍电路模型的概念,电路中的基本物理量(电流、电压(电位)及功率)及其参考
2、方向,电路的工作状态。,1.1 电路的组成及其作用,1.1.1 电路的作用实现电能的传输和转换,或实现信号的传递和处理 电路的组成:电源、中间环节、负载,电源,中间环节,负载,提供电能或信号的装置,连接电源和负载,起着传输、变换和控制电能的作用,使用电能或电信号的设备,电路电流流过的通路,图1.1 手电筒电路,各种实际电路都是由某些电器元件(如电阻器、电容器、线圈、变压器、晶体管、电源等)相互连接组成的。 日常生活所用的手电筒电路就是一个最简单的电路,如图1.1所示。,手电筒电路由干电池(电源)、小灯泡(负载)、开关和连接导线(中间环节)构成的。,电源提供电能,灯泡消耗电能,开关、导线提供电流
3、通路,扩音机,扩音机实现信号的传递和处理,信号源话筒把声音转换为电信号,中间环节放大器,处理传递信号,负载把电能转换为声音,虽然各种电路的功能和组成不同,但它们都是由最基本的3部分构成的。 电源(或信号源)提供电能或信号的装置。 负载使用电能或电信号的设备。 中间环节连接电源和负载,起着传输、变换和控制电能的作用。, 电路的作用实现电能的传输和转换,或实现信号的传递和处理 电路的组成:电源、中间环节、负载,电源,中间环节,负载,提供电能或信号的装置,连接电源和负载,起着传输、变换和控制电能的作用,使用电能或电信号的设备,第 1 章 电路的组成及电路中的主要物理量,1.1 电路的组成及其作用 1
4、.2 电路模型 1.3 电路的主要物理量,本章主要介绍电路模型的概念,电路中的基本物理量(电流、电压(电位)及功率)及其参考方向,电路的工作状态。,1.2 电路模型 电路分析时,将实际电路的元器件理想化。,电源:这里是含内阻为R0的电压源,理想元件 (下图为其相应的理想元件符号): 电阻元件 电容元件 电感元件 理想电流源 理想电压源,如果从能量方式来看,电阻元件代表消耗电能元件;电容元件(储存电场能)和电感元件(储存电磁能)代表储能元件;电压源和电流源代表提供电能(或提供电子电路中的信号)的元件。,器件的“理想化”: 电阻:只消耗电能 电容:只存贮电场能量 电感:只存贮磁场能量 电压源和电流
5、源:只提供电能,第 1 章 电路的组成及电路中的主要物理量,1.1 电路的组成及其作用 1.2 电路模型 1.3 电路的主要物理量,本章主要介绍电路模型的概念,电路中的基本物理量(电流、电压(电位)及功率)及其参考方向,电路的工作状态。,1.3 电路的主要物理量电流、电压、功率,1.3.1 电流 .电流 电荷定向运动形成电流。 电流强度(简称电流) 在单位时间内通过某一导体横截面的电荷量 i=dq/dt,电流的单位:1A(安)1000mA(毫安) 1mA(毫安)1000A(微安),可类比“水流”,电流是有方向的,习惯上规定:正电荷运动的方向为电流的实际方向。 直流电流I(或恒定电流):电流的大
6、小和方向不随时间变化。 变动电流i(或脉动电流):电流的大小随时间变化,但方向不随时间变化。,交流电流i(t)(或交变电流):电流的大小和方向都随时间变化。,2.电流的方向,最常见的是正弦交流电,图1.4 电流的参考方向与实际方向,由于在分析复杂的电路时,难于事先判断支路中电流的实际方向,因此,引入电流的参考方向的概念。参考方向可以任意选定。在分析计算电路时,应先选定电流参考方向,用箭头表示。,分析/测量结果: I0实际方向与参考方向一致 I0实际方向与参考方向相反,特别提示: 在今后分析与计算电路时,都要在电路中标出有关支路电流的参考方向。这样,最后计算出来的电流值的正负才有意义,1.3.2
7、 电压与电位 1.电压 电压用符号u表示。电路中a、b两点间的电压等于单位正电荷由a点移动到b点时所做的功。 电压(也叫电压差)是电路分析中用到的另一个基本变量。,可类比“水压”,电压单位换算关系为:1 V = 103 mV 1mV = 103 V 1 kV = 103 V,电压的实际方向总是从高电势端指向低电势端,即电压的方向指示的是电势降落的方向,所以电压也叫做电压降。习惯上在电位高的端点标“+”,电位低的端点标“”。 直流电压:大小和方向不随时间变化,用U表示。 交流电压:大小和方向都随时间变化,用u(t)表示。,2.电压的参考方向 和电流一样,在元件两端或电路中两点之间可以任意选定一个
8、方向作为电压的参考方向,如图1.5所示。,图1.5 电压的参考方向与实际方向,分析/测量结果: U0实际方向与参考方向一致 U0实际方向与参考方向相反,电压的方向也可用箭头表,例1,在图17中,电流的参考方向已标出,且I4A,请指出电流的实际方向。, 电流与电压的关联参考方向 电流、电压的参考方向是可以任意选择的,因而有两种不同的选择组合: 1.对于一个元件或一段电路,其电流、电压的参考方向一致时,称为关联参考方向(简称关联方向) 2.对于一个元件或一段电路,其电流、电压的参考方向不一致时,称为非关联参考方向(简称非关联方向)。,注:电压与电流的参考方向可独立选择、也可关联考虑,特别提示:一般
9、采用关联方向,例2,在图18中有5个元件,电流和电压参考的参考方向如图。已知:U1100V,U270V,U360V,U440V,U510V,I14A,I22A,I36A。试标出各电流的实际方向和电压的实际极性。,3.电位 分析电路时:在电路中任选一点为参考点,称为0电位点, E ,元件1,元件2,元件3,a,b,c,d,如图;选d为参考点,则a、b、c到参考点的电位分别为Va、 Vb、 Vc 显然,两点间的电压,就是两点间的电位之差,Uab=Va-Vb故电压也叫电位差。 通常将高电位端用“+”号表示,叫正极;低电位端用“-”号表示,叫负极。,一般选元件汇集的公共端或公共线选作参考点,也称为“地
10、”,在电路图中用“”表示。,1.3.3 电动势,在电路分析时,一般用电源电压的概念,用US表示,注:电压方向为由+-,功率(电功率)是反映电路中的某一段所吸收或产生能量的速率。 显然有的元件消耗功率,而有的元件产生功率。功率用符号p来表示。,功率的计算方法为 p=iu 对于直流电路 P=IU,1.3.4 功率,电压与电流的参考方向为关联:P=IU,电压与电流的参考方向为非关联:P=IU,关联? 非关联?, 电流与电压的关联参考方向 电流、电压的参考方向是可以任意选择的,因而有两种不同的选择组合: 1.对于一个元件或一段电路,其电流、电压的参考方向一致时,称为关联参考方向(简称关联方向) 2.对
11、于一个元件或一段电路,其电流、电压的参考方向不一致时,称为非关联参考方向(简称非关联方向)。,图1.7 电流、电压的关联与非关联参考方向,电流、电压的参考方向一致:电流从元件上电压参考方向为“”的一端流入,电流、电压的参考方向不一致:电流从元件上电压参考方向为“”的一端流入,P=IU,P=IU,P0,是负载吸收或消耗功率 P0,是电源提供功率,特别提示:一般采用关联方向,电压与电流的参考方向为关联:P=IU,电压与电流的参考方向为关联:P=IU,例3:,在图1-13中,已知元件两端的电压U为5V,A点电位高于B点电位,流过元件的电流I为2A,实际方向为自A点到B点,判断该元件是耗能还是供能元件
12、。,在图(a)中U和I为关联参考方向,U、I表示电压和电流,功率P=52=10W0,此元件吸收的功率为10 W 图(b)中U和I为非关联参考方向,则此时U=5V,I=2A,功率P=UI=(5)2=10W0,所以此元件吸收功率10 W,当电流用单位“安”(A)、电压用单位“伏”(V)时,功率的单位为“瓦特”(W,简称“瓦”)。功率的单位还有千瓦(kW),1kW = 103 W。 毫瓦(mW),1W = 103 mW,例4:,如图114所示电路,求各元件的功率,并说出哪些是负载,哪些是电源?,解: A元件为非关联参考方向,则: PA20V5A100W0电源 B元件是关联参考方向,则: PB20V2
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