電路及模擬電子技術(shù)

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第1章 電路的基本概念

1.1 電路和電路模型

電流流過的回路叫做電路，又稱導(dǎo)電回路。最簡單的電路，是由電源、負載、導(dǎo)線、開關(guān)等元器件組成。電路導(dǎo)通叫做通路。只有通路，電路中才有電流通過。電路某一處斷開叫做斷路或者開路。如果電路中電源正負極間沒有負載而是直接接通叫做短路，這種情況是決不允許的。另有一種短路是指某個元件的兩端直接接通，此時電流從直接接通處流經(jīng)而不會經(jīng)過該元件，這種情況叫做該元件短路。開路（或斷路）是允許的，而第一種短路決不允許，因為電源的短路會導(dǎo)致電源、用電器、電流表被燒壞。

電路（英語：Electrical circuit）或稱電子回路，是由電器設(shè)備和元器件, 按一定方式連接起來，為電荷流通提供了路徑的總體，也叫電子線路或稱電氣回路，簡稱網(wǎng)絡(luò)或回路。如電源、電阻、電容、電感、二極管、三極管、晶體管、IC和電鍵等，構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)、硬件。負電荷可以在其中流動。

電阻（Resistance，通常用“R”表示），在物理學(xué)中表示導(dǎo)體對電流阻礙作用的大小。導(dǎo)體的電阻越大，表示導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大。不同的導(dǎo)體，電阻一般不同，電阻是導(dǎo)體本身的一種特性。電阻將會導(dǎo)致電子流通量的變化，電阻越小，電子流通量越大，反之亦然。

電感（inductance of an ideal inductor）是閉合回路的一種屬性。當(dāng)線圈通過電流后，在線圈中形成磁場感應(yīng)，感應(yīng)磁場又會產(chǎn)生感應(yīng)電流來抵制通過線圈中的電流。這種電流與線圈的相互作用關(guān)系稱為電的感抗，也就是電感，單位是“亨利（H）”。

電容（Capacitance）亦稱作“電容量”，是指在給定電位差下的電荷儲藏量，記為C，國際單位是法拉（F）。一般來說，電荷在電場中會受力而移動，當(dāng)導(dǎo)體之間有了介質(zhì)，則阻礙了電荷移動而使得電荷累積在導(dǎo)體上，造成電荷的累積儲存，儲存的電荷量則稱為電容。因電容是電子設(shè)備中大量使用的電子元件之一，所以廣泛應(yīng)用于隔直、耦合、旁路、濾波、調(diào)諧回路、能量轉(zhuǎn)換、控制電路等方面。

電路模型是實際電路抽象而成，它近似地反映實際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導(dǎo)線連接而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連接就構(gòu)成不同特性的電路。

電路模型近似地描述實際電路的電氣特性。根據(jù)實際電路的不同工作條件以及對模型精確度的不同要求，應(yīng)當(dāng)用不同的電路模型模擬同一實際電路。

這種抽象的電路模型中的元件均為理想元件。

1.2 電流和電壓的方向

1.3 電路元件及性能方程

1.3.1 理想電路元件

1.3.2 電阻元件的性能方程

1.3.3 電感元件及性能方程

電感元件是一種儲能元件，電感元件的原始模型為導(dǎo)線繞成圓柱線圈。當(dāng)線圈中通以電流i，在線圈中就會產(chǎn)生磁通量Φ，并儲存能量。表征電感元件（簡稱電感）產(chǎn)生磁通，存儲磁場的能力的參數(shù)，也叫電感，用L表示，它在數(shù)值上等于單位電流產(chǎn)生的磁鏈。電感元件是指電感器（電感線圈）和各種變壓器。

“電感元件”是“電路分析”學(xué)科中電路模型中除了電阻元件R，電容元件C以外的一個電路基本元件。在線性電路中，電感元件以電感量L表示。元件的“伏安關(guān)系”是線性電路分析中除了基爾霍夫定律以外的必要的約束條件。電感元件的伏安關(guān)系是 v=L(di/dt),也就是說，電感元件兩端的電壓，除了電感量L以外，與電阻元件R不同，它不是取決于電流i本身，而是取決于電流對時間的變化率（di/dt）.電流變化愈快，電感兩端的電壓愈大，反之則愈小。據(jù)此，在“穩(wěn)態(tài)”情況下，當(dāng)電流為直流時，電感兩端的電壓為零；當(dāng)電流為正弦波時，電感兩端的電壓也是正弦波，但在相位上要超前電流（π/2）;當(dāng)電流為周期性等腰三角形波時，電壓為矩形波，如此等等?？偟膩碚f，電感兩端的電壓波形比電流變化得更快，含有更多的高頻成分。

通俗地說，穿過一個閉合導(dǎo)體回路的磁感線條數(shù)稱為磁通量。由于穿過閉合載流導(dǎo)體（很多情況是線圈）的磁場在其內(nèi)部形成的磁通量變化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，閉合導(dǎo)體將產(chǎn)生一個電動勢以“反抗”這種變化，即電磁感應(yīng)現(xiàn)象。電感元件的電磁感應(yīng)分為自感應(yīng)和互感應(yīng)，自身磁場在線圈內(nèi)產(chǎn)生磁通量變化導(dǎo)致的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，稱為“自感應(yīng)”現(xiàn)象；外部磁場在線圈里磁通量變化產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，稱為“互感應(yīng)”現(xiàn)象。

比如，當(dāng)電流以1安培/秒的變化速率穿過一個1亨利的電感元件，則引起1伏特的感應(yīng)電動勢。當(dāng)纏繞導(dǎo)體的導(dǎo)線匝數(shù)增多，導(dǎo)體的電感也會變大，不僅匝數(shù)，每匝（環(huán)路）面積，連纏繞材料都會影響電感大小。此外，用高滲透性材料纏繞導(dǎo)體也會令磁通量增加。

電感元件即利用這種感應(yīng)的原理，在電路中發(fā)揮了許多作用。

1.3.4 電容元件及性能方程

1.4 電功率和能量

物理學(xué)名詞，電流在單位時間內(nèi)做的功叫做電功率。是用來表示消耗電能的快慢的物理量，用P表示，它的單位是瓦特（Watt），簡稱瓦，符號是W。

作為表示電流做功快慢的物理量，一個用電器功率的大小數(shù)值上等于它在1秒內(nèi)所消耗的電能。如果在"t"（SI單位為s）這么長的時間內(nèi)消耗的電能“W”（SI單位為J），那么這個用電器的電功率就是P=W/t（定義式）電功率等于導(dǎo)體兩端電壓與通過導(dǎo)體電流的乘積。

（P=U·I）。對于純電阻電路，計算電功率還可以用公式P=I^2 R和P=U^2 /R。

每個用電器都有一個正常工作的電壓值叫額定電壓，用電器在額定電壓

下正常工作的功率叫做額定功率，用電器在實際電壓下工作的功率叫做實際功率。

1瓦特（1W）=1焦/秒(1J/s)=1伏·安(V·A)

① W—電能—焦耳（J） ② 1kw·h=3.6×10^6J

t —時間—秒(s) t=1小時（h）=3600秒(s)

P—用電器的功率—瓦特（W） P=1kw=1000w

(兩套單位，根據(jù)不同需要，選擇合適的單位進行計算)

W—能量表示符號。

W—瓦，功率單位　電功率(簡稱功率)所表示的物理意義是電路元件或設(shè)備在單位時間內(nèi)吸收或發(fā)出的電能。兩端電壓為U、通過電流為I的任意二端元件(可推廣到一般二端網(wǎng)絡(luò))的功率大小為P = UI功率的國際單位制單位為瓦特(W)，常用的單位還有毫瓦(mW)、千瓦(kW)，它們與W的換算關(guān)系是：1 W = 1000 mW；1kw=1000W

吸收或發(fā)出：一個電路最終的目的是電源將一定的電功率傳送給負載，負載將電能轉(zhuǎn)換成工作所需要的一定形式的能量。即電路中存在發(fā)出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。習(xí)慣上，通常把耗能元件吸收的功率寫成正數(shù)，把供能元件發(fā)出的功率寫成負數(shù)，而儲能元件(如理想電容、電感元件)既不吸收功率也不發(fā)出功率，即其功率P = 0。通常所說的功率P又叫做有功功率或平均功率。

實際電路的性質(zhì)

電路及模擬電子技術(shù)⑴串聯(lián)電路

P（電功率）U（電壓）I（電流）W（電功）R（電阻）t（時間）

電流處處相等 I1=I2=I總(電流處處相等且等于總電流)

總電壓等于各用電器兩端電壓之和 U總=U1 U2 (總電壓等于各部分電壓之和）

總電阻等于各電阻之和 R總=R1 R2

分壓原理 U1：U2=R1：R2 =P1：P2

總電功等于各電功之和 W總=W1 W2

W1：W2=R1：R2=U1：U2 =P1：P2=Q1:Q2

總功率等于各功率之和 P總=P1 P2 或U^2/R1 R2

電流與電功率和電壓之間的關(guān)系：I=P/U

額定功率比實際功率等于額定電壓比實際電壓的平方 Pe/Ps=(Ue/Us)的平方

電路及模擬電子技術(shù)⑵并聯(lián)電路

總電流等于各支路電流之和 I總=I1 I2

各處電壓相等 U1=U2=U總

總電阻等=各電阻之積 ：各電阻之和 R總=（R1*R2）/（R1 R2） 1/R=1/R1 1/R2

總電功等于各電功之和 W總=W1 W2

分流原理 I1：I2=R2：R1=W1：W2=P1：P2

總功率等于各功率之和 P總=P1 P2 或U^2/R總

并聯(lián)電路比例關(guān)系

I1：I2=P1：P2=R2：R1

電流的求法：I=P/U

⑶同一用電器的電功率

W1：W2=R2：R1=I1：I2 =P1：P2=Q1:Q2

①額定功率比實際功率等于額定電壓比實際電壓的平方 Pe/Ps=(Ue/Us)的平方

注：^代表次方

電壓相同時，越串聯(lián)總功率越小，越并聯(lián)總功率越大

推導(dǎo)：①當(dāng)電路中只有一個電阻時，總功率為　P總=U^2/R

②當(dāng)電路中有兩電阻并聯(lián)或串聯(lián)時，設(shè)電阻相等。則兩電路總功率分別為

并聯(lián)時　P總=U^2（R1 R2）/R1*R2

串聯(lián)時　P總=U^2/R總（串聯(lián)R總=各電阻阻值之和）

③當(dāng)電路中電壓相同時，

因為　R1 R2(串聯(lián)總電阻）>R（單個電阻）>R總（并聯(lián)總電阻）

所以　P并>P單個電阻>P串這時，還有另一個結(jié)論。電壓相同，串聯(lián)時功率小的燈泡亮，并聯(lián)時功率大的燈泡亮

電學(xué)的計算

⑴電阻 R

①電阻等于材料密度乘以電阻率（長度除以橫截面積） R=ρ×（L/S）

②電阻等于電壓除以電流 R=U/I

③電阻等于電壓平方除以電功率 R=U^2;/P

電阻：R=U^2/P

⑵電功是 W

電功等于電流乘電壓乘時間 W=UIt（普通公式）

電功等于電功率乘以時間 W=Pt

電功等于電荷乘電壓 W=UQ

電功等于電流平方乘電阻乘時間 W=I^2Rt（純電阻電路）

電功等于電壓平方除以電阻再乘以時間 W=(U^2/R)×t（同上）

⑶電功率 P

①電功率等于電壓乘以電流 P=UI

②電功率等于電流平方乘以電阻 P=I^2*R（純電阻電路）

③電功率等于電壓平方除以電阻 P=U^2/R(同上)

④電功率等于電功除以時間 P=W/t

5.電功率P=UI

注：當(dāng)相同的電阻在同一電路中時，功率會變成之前的四分之一。

⑷電熱Q

電熱等于電流平方乘電阻乘時間 Q=I^2Rt（普通公式）

電熱等于電流乘以電壓乘時間 Q=UIt=W（純電阻電路）

電熱等于電壓平方除以電阻再乘以時間Q=(U^2/R)t（純電阻電路）

電熱在一般情況下是等于消耗的電能的，前提條件是在純電阻的用電器中。

(5)計算公式

1. P=W/t 主要適用于已知電能和時間求功率

2. P=UI 主要適用于已知電壓和電流求功率

3. P=U^2/R =I^2R主要適用于純電阻電路

一般用于并聯(lián)電路或電壓和電阻中有一個變量求解電功率

4.P=I^2R 主要用于純電阻電路

一般用于串聯(lián)電路或電流和電阻中有一個變量求解電功率

5.P=n/Nt 主要適用于有電能表和鐘表求解電功率

t-----用電器單獨工作的時間，單位為小時

n----用電器單獨工作 t 時間內(nèi)電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)

N----電能表銘牌上每消耗 1 千瓦時電能表轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)

6.功率的比例關(guān)系

串聯(lián)電路：P/P'=R/R' P總=P'*P''/P' P"并聯(lián)電路：P/P'=R'/R P總=P' P"

1.5 電源

1.5.1 實際電壓源和實際電流源及其等效變換

1.5.2 理想電壓源和理想電流源

1.5.3 含獨立電源電路的等效化簡

1.5.4 受控電源

所謂受控電源，是指電壓源的電壓和電流源的電流，是受電路中其它部分的電流或電壓控制的，這種電源稱為受控電源。分為電壓控制電壓源（VCVS）、電壓控制電流源（VCCS）、電流控制電壓源（CCVS）、和電流控制電流源（CCCS）。

受控電源又成為“非獨立”源。受控電壓源的激勵電壓或受控電流源的激勵電流與獨立電壓源的激勵電壓或獨立電流源的激勵電流有所不同，后者是獨立量，前者則受電路中某部分電壓或電流控制。

雙極晶體管的集電極電流受基極電流控制，運算放大器的輸出電壓受輸入電壓控制，所以這類器件的電路模型中要用到受控電源。

受控電壓源或受控電流源視控制量是電壓或電流可分為電壓控制電壓源(VCVS)、電壓控制電流源(VCCS)、電流控制電壓源(CCVS)和電流控制電流源(CCCS)。

1.6 電路的三種狀態(tài)

本章小結(jié)

習(xí)題

第2章 電路的基本定律和分析方法

2.1 基爾霍夫定律

2.2 無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效變換

2.2.1 電阻的串聯(lián)和并聯(lián)

2.2.2 電阻的星形(Y)聯(lián)接和三角形(△)聯(lián)接的等效變換

2.2.3 電感、電容的串并聯(lián)

2.3 支路電流法

2.4 回路電流法

2.5 結(jié)點電壓法

2.6 疊加定理

2.7 等效電源定理

2.7.1 戴維寧定理

2.7.2 諾頓定理

2.7.3 最大功率傳輸定理

2.8 電路中電位的計算

2.9 米勒定理

習(xí)題

第3章 正弦交流電路

3.1 正弦電壓與正弦電流

3.1.1 周期、頻率與角頻率

3.1.2 幅值與有效值

3.1.3 初相位與相位差

3.2 復(fù)數(shù)及其基本運算

3.2.1 復(fù)數(shù)及其表示形式

3.2.2 復(fù)數(shù)的運算

3.3 正弦量的相量表示法

3.4 簡單的正弦交流電路的穩(wěn)態(tài)分析

3.4.1 純電阻元件的交流電路

3.4.2 純電感元件的交流電路

3.4.3 純電容元件的交流電路

3.5 復(fù)雜正弦交流電路的穩(wěn)態(tài)分析

3.5.1 阻抗和導(dǎo)納

3.5.2 電路定律的相量形式

3.5.3 阻抗的連接

3.5.4 正弦穩(wěn)態(tài)電路分析的一般方法

3.5.5 功率及功率因數(shù)的提高

3.5.6 最大功率傳輸定理

3.6 交流電路的頻率特性

3.6.1 RC串聯(lián)電路的頻率特性

3.6.2 電路的諧振

3.7 互感電路及變壓器

3.7.1 互感

3.7.2 互感線圈的串并聯(lián)

3.7.3 變壓器

本章小結(jié)

習(xí)題

第4章 三相交流電路

4.1 三相電源

4.1.1 三相交流電動勢的產(chǎn)生

4.1.2 三相電源的連接方法

4.2 對稱三相電路的分析

4.2.1 Y—Y連接的對稱三相電路

4.2.2 Y—△連接的三相電路

4.3 不對稱三相電路的分析

4.4 三相電路的功率

4.5 安全用電

本章小結(jié)

習(xí)題

第5章 電路的暫態(tài)分析

5.1 暫態(tài)分析的基本概念

5.1.1 電路的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)

5.1.2 換路定則

5.1.3 初始值的計算

5.2 一階電路

5.2.1 RC和RL電路的零輸入響應(yīng)

5.2.2 RC和RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)

5.2.3 一階電路全響應(yīng)

5.2.4 一階電路的三要素法

5.3 二階電路分析的一般方法

本章小結(jié)

習(xí)題

第6章 非正弦周期電流電路

6.1 非正弦周期信號

6.2 周期函數(shù)分解為傅里葉級數(shù)

6.3 非正弦周期量有效值、平均值和平均功率

6.4 非正弦周期電流電路的穩(wěn)態(tài)分析

本章小結(jié)

習(xí)題

部分習(xí)題答案

參考文獻

……2100433B

《電路及模擬電子技術(shù)（上冊）》上冊內(nèi)容包括電路的基本概念、電路的基本定律、正弦交流電路、三相交流電路、電路的暫態(tài)分析、非正弦周期電路；下冊內(nèi)容包括電子器件放大電路基礎(chǔ)、集成運算放大電路、信號處理電路、信號發(fā)生電路、直流穩(wěn)壓電源和電力電子技術(shù)基礎(chǔ)共13章。每章附有小結(jié)、習(xí)題，書后附有大部分習(xí)題的參考答案。

《電路及模擬電子技術(shù)（上冊）》可以作為高職高專電子信息工程技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)、機械制造與自動化、計算機應(yīng)用技術(shù)、生產(chǎn)過程自動化等相關(guān)專業(yè)和電類專升本專業(yè)的教材；也可以作為一般本科少學(xué)時的電類專業(yè)和機械制造與自動化、機電一體化等相關(guān)專業(yè)的教材；還可以供相關(guān)工程技術(shù)人員參考。

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《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》從模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論知識出發(fā)，介紹了電子技術(shù)的基本概念、元器件特性及其應(yīng)用電路，書中還給出了典型實驗和項目設(shè)計等內(nèi)容。書中配有例題和習(xí)題，并附有習(xí)題解答，便于讀者自學(xué)。《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》可作為高等職業(yè)院校的計算機、電子、通信、機電等工科專業(yè)的教材或教學(xué)參考書。

上 冊

第1章 電路的基本概念

1.1 電路和電路模型

1.2 電流和電壓的方向

1.3 電路元件及性能方程

1.3.1 理想電路元件

1.3.2 電阻元件的性能方程

1.3.3 電感元件及性能方程

1.3.4 電容元件及性能方程

1.4 電功率和能量

1.5 電源

1.5.1 實際電壓源和實際電流源及其等效變換

1.5.2 理想電壓源和理想電流源

1.5.3 含獨立電源電路的等效化簡

1.5.4 受控電源

1.6 電路的三種狀態(tài)

本章小結(jié)

習(xí)題

第2章 電路的基本定律和分析方法

2.1 基爾霍夫定律

2.2 無源二端網(wǎng)絡(luò)的等效變換

2.2.1 電阻的串聯(lián)和并聯(lián)

2.2.2 電阻的星形(Y)聯(lián)接和三角形(△)聯(lián)接的等效變換

2.2.3 電感、電容的串并聯(lián)

2.3 支路電流法

2.4 回路電流法

2.5 結(jié)點電壓法

2.6 疊加定理

2.7 等效電源定理

2.7.1 戴維寧定理

2.7.2 諾頓定理

2.7.3 最大功率傳輸定理

2.8 電路中電位的計算

2.9 米勒定理

習(xí)題

第3章 正弦交流電路

3.1 正弦電壓與正弦電流

3.1.1 周期、頻率與角頻率

3.1.2 幅值與有效值

3.1.3 初相位與相位差

3.2 復(fù)數(shù)及其基本運算

3.2.1 復(fù)數(shù)及其表示形式

3.2.2 復(fù)數(shù)的運算

3.3 正弦量的相量表示法

3.4 簡單的正弦交流電路的穩(wěn)態(tài)分析

3.4.1 純電阻元件的交流電路

3.4.2 純電感元件的交流電路

3.4.3 純電容元件的交流電路

3.5 復(fù)雜正弦交流電路的穩(wěn)態(tài)分析

3.5.1 阻抗和導(dǎo)納

3.5.2 電路定律的相量形式

3.5.3 阻抗的連接

3.5.4 正弦穩(wěn)態(tài)電路分析的一般方法

3.5.5 功率及功率因數(shù)的提高

3.5.6 最大功率傳輸定理

3.6 交流電路的頻率特性

3.6.1 RC串聯(lián)電路的頻率特性

3.6.2 電路的諧振

3.7 互感電路及變壓器

3.7.1 互感

3.7.2 互感線圈的串并聯(lián)

3.7.3 變壓器

本章小結(jié)

習(xí)題

第4章 三相交流電路

4.1 三相電源

4.1.1 三相交流電動勢的產(chǎn)生

4.1.2 三相電源的連接方法

4.2 對稱三相電路的分析

4.2.1 Y—Y連接的對稱三相電路

4.2.2 Y—△連接的三相電路

4.3 不對稱三相電路的分析

4.4 三相電路的功率

4.5 安全用電

本章小結(jié)

習(xí)題

第5章 電路的暫態(tài)分析

5.1 暫態(tài)分析的基本概念

5.1.1 電路的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)

5.1.2 換路定則

5.1.3 初始值的計算

5.2 一階電路

5.2.1 RC和RL電路的零輸入響應(yīng)

5.2.2 RC和RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)

5.2.3 一階電路全響應(yīng)

5.2.4 一階電路的三要素法

5.3 二階電路分析的一般方法

本章小結(jié)

習(xí)題

第6章 非正弦周期電流電路

6.1 非正弦周期信號

6.2 周期函數(shù)分解為傅里葉級數(shù)

6.3 非正弦周期量有效值、平均值和平均功率

6.4 非正弦周期電流電路的穩(wěn)態(tài)分析

本章小結(jié)

習(xí)題

部分習(xí)題答案

參考文獻