电路模型和电路元件
电工学(第七版上册)秦曾煌主编
电工学(第七版上册)秦曾煌主编
1 0 B A S E - T w a ll p la t e
开关
灯泡
电 池
导线 实际电路
开关 S
电
RS
池
US
导线
电路模型灯泡 R源自1.2 电流和电压的参考方向
i(t)limΔqdq Δt0 Δt dt
电工学(第七版上册)秦曾煌主编
电流强度定义说明图
电工学(第七版上册)秦曾煌主编
单位：A（安培） kA、mA、A
1kA=103A 1mA=10-3A 1 A=10-6A
电工学(第七版上册)秦曾煌主编
电流的参考方向与实际方向的关系：
规定:正电荷的运动方向为电流的实际方向
i 参考方向
i
A
实际方向 B A
i>0
参考方向 实际方向 B
i <0
1. 用箭头表示： 箭头的指向为电流的参考方向。
2.用双下标表示： 如iAB,电流的参考方向由A点指向B点。
i
A
B
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2 .电压
两点之间的电位之差即是两点间的电压。从电场力做功概 念定义，电压就是将单位正电荷从电路中一点移至电路中另 一点电场力做功的大小，如图 所示。用数学式表示，即为
电工学(第七版上册)秦曾煌主编
电流的参考方向设成从a流向b, 电压的参考方向设成a 为高电位端，b为低电位端，这样所设的电流电压参考方向 称为参考方向关联。设在dt时间内在电场力作用下由a点移 动到b点的正电荷量为dq, a点至b点电压u意味着单位正电荷 从a移动到b点电场力所做的功，那么移动dq正电荷电场力 做的功为dw=udq。电场力做功说明电能损耗，损耗的这部 分电能被ab这段电路所吸收。
电工技术第一章电路的基本概念和基本定律习题解答
第一章电路的基本概念和基本定律本章是学习电工技术的理论基础，介绍了电路的基本概念和基本定律：主要包括电压、电流 的参考方向、电路元件、电路模型、基尔霍夫定律和欧姆定律、功率和电位的计算等。
主要内容：1电路的基本概念(1) 电路：电流流通的路径，是为了某种需要由电工设备或电路元件按一定方式组合而成 的系统。
(2) 电路的组成：电源、中间环节、负载。
(3) 电路的作用：①电能的传输与转换；②信号的传递与处理。
2 .电路元件与电路模型(1) 电路元件：分为独立电源和受控电源两类。
① 无源元件：电阻、电感、电容元件。
② 有源元件：分为独立电源和受控电源两类。
(2) 电路模型：由理想电路元件所组成反映实际电路主要特性的电路。
它是对实际电路电 磁性质的科学抽象和概括。
采用电路模型来分析电路，不仅使计算过程大为简化，而且能更清晰 地反映该电路的物理本质。
(3) 电源模型的等效变换①电压源与电阻串联的电路在一定条件下可以转化为电流源与电阻并联的电路，两种电②当两种电源互相变换之后，除电源本身之外的其它外电路，其电压和电流均保持与变换前完全相同，功率也保持不变。
3.电路的基本物理量、电流和电压的参考方向以及参考电位(1 )电路的基本物理量包括：电流、电压、电位以及电功率等。
(2)电流和电压的参考方向：为了进行电路分析和计算，引入参考方向的概念。
电流和电压的参考方向是人为任意规定的电流、电压的正方向。
当按参考方向来分析电路时，得出的电流、电压值可能为正，也可能为负。
正值表示所设电流、电压的参考方向与实际方向一致，负值则表 示两者相反。
当一个元件或一段电路上的电流、电压参考方向一致时，称它们为关联参考方向。
一般来说，参考方向的假设完全可以是任意的。
但应注意：一个电路一旦假设了参考方向， 在电路的整个分源之间的等效变换条件为:U s I s R o 或 1SR o析过程中就不允许再作改动。
（3）参考电位：人为规定的电路种的零电位点。
《电路和电路模型》课件
4. 能 量
P = u i = Li
>0
di
则 P > 0 吸收能量 电能 磁场能
dt
则 P < 0 放出能量
<0
磁场能
电能
* 它是一种储能元件 不消耗能量。
∫t
WL=
P dt
0
∫t
=
Li
0
di dt
dt
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1
WL=
Li2
2
能量是逐渐积累，不能突变。
∴电感中的电流不能突变。
* WL 与 i 2 成正比，与 u 无关，
中间环节 电 源
负载
US R0
S R
电路模型只反映实际电路的作用及其相互的连接方式，不反映实际电路的内部 结构、几何形状及相互位置。
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一、电流及其参考方向
1. 定义：
在电场的作用下，电荷有规则的定向移动形成电流，我们把单位时 间内通过导体横截面积的电荷量定义为电流强度。
i = dq/dt
大小和方向都随时间改变的叫交流
a
I
b
U
* 若求出的P > 0，说明元件在吸收功率，一定是负载；
求出的P < 0，说明元件在发出功率，一定是电源。
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例：在图示电路中 已知:U=-10V I=1A 问:(1) 电压与电流的实际方向如何?a b 两点
哪点电位高? (2)该元件的功率是多少?它是电源还是负载?
I实
a
U
U实
解:
I (1)U=-10V 则实际方向与参考方向相反 I=1A 实际方向与参考方向相同 由电压的实际方向知b点电位高 于a点电位 (2) P=-UI=-(-10)×1=10W P>0 吸收功率是负载
电路和电路元件讲课文档
负载 。
若计算结果P < 0, 则说明U、I 的实际方向相
反，此部分电路输出电功率（提供能量）
电源 。
第二十页，共99页。
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第1章
[例1.1.3] 已知：U = 10 V, I = 1 A 。按图中
aI ＋
U － b
假设的正方向列式：P = UI
P =10 W (负载性质）
若：U = 10 V, I = －1 A 则 P =－10 W （电源性质）
小结：
1 ) P 为“＋”表示该元件吸收功率； P 为“－” 则表示输出功率。
2）在同一电路中，电源产生的总功率和负 载消耗的总功率是平衡的。
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第1章
1.2 电阻、电感和电容元件
第1章
负 载
电动机
第六页，共99页。
吸尘器
手电钻
实际的负载包括电动机、电动 工具和家用电器等等。
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第1章
电路的作用和分类
电 力
系 发电机
统
升压 变压器
降压 变压器
电灯 电炉 电动机
扩 音 器
话筒
放 大 器
扬声器
实现电能的传输和转换(俗称强电）
电路的作用 实现信号的传递和处理（俗称弱电）
电路模型：
电路模型是由一些理想电路元件相互连接而构成的 整体，是实际电路的一种等效电路。
S
电 路
+
模 型
E
–
I
实
际
R
电
路
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第1章
第一章-电路及基本元器件PPT课件
.
电工电子技术基础 3、二极管的伏安特性曲线（硅管）
.
电工电子技术基础
五、半导体三极管
1、三极管的结构
图1-8
.
电工电子技术基础 2、三极管的电流放大作用 三极管工作在放大状态的条件是：发射结正偏，集电 结反偏。
.
电工电子技术基础
(1)电流分配关系：发射极电流等于基极电流和集电极电
流之和，即：
图1-9
.
电工电子技术基础
(1)输入特性 死区电压：硅管约为0.5V，锗管约为0.2V； 导通电压(发射结)：硅管约为0.7V，锗管约为0.3V。 (2)输出特性
截止区： UBE小于死区电压，IC≈ 0，UCE ≈UCC，。
饱和区：集电结正向偏置 ，UCE＜UBE， IC≈ UCC/RC 。
放大区：发射结正偏，集电结反偏 , IC≈βIB。
图1-2
.
图1-3
电工电子技术基础
三、电功率和电能
1、电功率
电流通过电路时传输或转换电能的速率称为电功率，
简称为功率，用符号p表示。
当电压与电流为关联参考方向时，功率的计算公
式为：
p dW ui dt
当电压与电流为非关联参考方向时，功率的计算
公式为：
pui
.
电工电子技术基础 2、电能 电路在一段时间内吸收的能量称为电能。在国际单 位制（SI）中，电能的单位是焦耳（J）。1J等于1W的用 电设备在1s内消耗的电能。电力工程中，电能常用“度” 作单位，它是千瓦小时（kWh）的简称，1度等于功率为 1kW的用电设备在1小时内消耗的电能。
图1-23
.
电工电子技术基础 在电子电路中，电源的一端通常是接地的，为了作
第1章-电路模型和电路定律
1.6 电容元件 (capacitor)
1、电容器
++ ++ ++ ++ +q –--– –--– –q
线性定常电容元件：任何时刻，电容元件极板上的电 荷q与电压 u 成正比。
2、电路符号
C
3. 元件特性 i
与电容有关两个变量: C, q 对于线性电容，有： q =Cu
1.7 电感元件
1 、线性定常电感元件
iL
变量: 电流 i , 磁链
+
u
–
def ψ L
i
L 称为自感系数 L 的单位：亨（利） 符号：H (Henry）
2 、韦安（ ~i ）特性
0
i
3 、 电压、电流关系：
i
+–
ue –+
i , 右螺旋 e , 右螺旋 u , e 非关联 u , i 关联
交流： iS是确定的时间函数，如 iS=Imsint
(b) 电源两端电压是任意的，由外电路决定。
(3). 伏安特性
i
+
iS
u
_
u
IS
O
i
(a) 若iS= IS ，即直流电源，则其伏安特性为平行于电 压轴的直线，反映电流与 端电压无关。
(b) 若iS为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是 这样 电流为零的电流源，伏安曲线与 u 轴重合, 相当于开路元件
+ u
+ C
C
def
q
u
C 称为电容器的电容
–
–
电容 C 的单位：F (法) (Farad，法拉)
邱关源《电路》第五版 第一章 电路模型和电路定律
i
u
0
i
§1-6 电压源和电流源
2. 电流源(Current Sources)
1）电流源的定义 元件的电流与电压无关，电流保持为某给定
的时间函数，这样一个二端元件称为电流源。
电流源是一个理想二端元件。
§1-6 电压源和电流源
is
+
电流源符号：
u
-
电流源的伏安特性曲线： u
u
is(t1) is=Is
4. 短路(Short Circuit)和开路(Open Circuit) isc i=0 i u
R
u=0 R=0
uoc R=
短路：R = 0 (G )
开路：G = 0 ( R )
u = 0,电流为任意值isc。 i = 0, 电压为任意值uoc。 u u
0
i
0
i
§1-6电压源和电流源
电压源和电流源是有源元件。 1. 电压源(Voltage Sources)
1) 电压源的定义
电压源是一个二端元件，元件的电压与通过 它的电流无关，电压保持为某给定的时间函数。
§1-6 电压源和电流源
电压源符号： I
+
i us
-
U
电压源的伏安特性曲线：
u
U
u
us(t1)
0
i
0
i
§1-6 电压源和电流源
gu1
2
+
u
-
§1-8 基尔霍夫定律
Introduction
20
40
40
120 V
I
160 V
5
§1-8 基尔霍夫定律 Gustav Robert Kirchhoff (1824－1887） He is famous among chemists, physicists , and engineers. Kirchhoff’s two laws is stated in 1847 when he studied in the University of Konigsberg .
电路模型名词解释
这些电路模型是电路分析和设计中常用的工具，可以帮助工程师理解和预测电路的行为， 进行电路计算和优化。
电路模型名词解释
4. 电感模型：电感模型用来描述电感元件的行为。它通常使用电感的自感和互感来表示电 感与电流之间的关系，即V = L * di/dt，其中V表示电压，L表示电感值，di/dt表示电流变化 率。
5. 理想电压源模型：理想电压源模型假设电压源的电压不受任何限制，可以提供任意大小 的电压输出。它通常用一个固定电压值表示，不考虑内阻和电源的实际特性。
电路模型名词解释
以下是一些常见的电路模型名词解释： 1. 理想电路模型：理想电路模型假设电路中的元件完全符合理想特性，例如电阻没有内阻 、电容没有漏电、电感没有电阻等。这种模型简化了电路分析和计算，但在实际电路中往往 存在一定的误差。 2. 电阻模型：电阻模型用来描述电阻元件的行为。它通常使用欧姆定律来表示电阻与电流 之间的关系，即V = I * R，其中V表示电压，I表示电流，R表示电阻值。 3. 电容模型：电容模型用来描述电容元件的行为。它通常使用电容的充放电过程来表示电 容与电压之间的关系，即Q = C * V，其中Q表示电荷量，C表示电容值，V表示电压。
第1章电路模型和电路理论
1.4电路元件 电路元件
1.4.1电阻元件 电阻元件 1) 金属导体的电阻 导体对电流呈现一定的阻碍作用。这种阻碍作用被称为 电阻，用字母R来表示。 导体的电阻值R与导体的长度l成正比，与导体的横截面 积s成反比，并与导体材料的性质有关，用公式表示为
l R=ρ s
1
电路理论-太湖学院机电系电路理论-太湖学院机电系-S.L
对于线性定常电感器，其特性方程为ϕ＝Li，则从 时间t0到t电感器所储存的能量
WM (t0 , t ) = ∫
φ (t )
0
i dφ (t ) = ∫
φ
φ
0
1 φ2 1 2 dφ = = Li L 2 L 2
1
电路理论-太湖学院机电系电路理论-太湖学院机电系-S.L
贴片型功率电感
贴片电感
1
电路理论-太湖学院机电系电路理论-太湖学院机电系-S.L
P =U4I2 = (−4) ×1 = −4W（发出） 4
P = U5I3 = 7×(−1) = −7W（发出） 5
P =U6I3 = (−3) × (−1) = 3W（ 收 吸 ） 6
注意
对一完整的电路，满足：发出的功率＝ 对一完整的电路，满足：发出的功率＝吸收的功率
1
电路理论-太湖学院机电系电路理论-太湖学院机电系-S.L
NEXT
1
电路理论-太湖学院机电系电路理论-太湖学院机电系-S.L
重点： 重点： 电压、 1. 电压、电流的参考方向 2. 电阻、电容、电感和电源元件的特性 电阻、电容、 3. 基尔霍夫定律
1
电路理论-太湖学院机电系电路理论-太湖学院机电系-S.L
1.1 电路和电 路 模 型
1.1.1 实际电路组成
电路和电路模型
电路和电路模型电路是指包含电源、导线、电阻、电容、电感等元件的系统，能够实现电能的传输、转换、控制等功能。
电路被广泛应用于电子设备、通信设备、家用电器、汽车等各个领域。
而电路模型是对电路进行数学建模和分析的方法，是理论研究电路行为和设计电路的重要工具。
电路包含了若干个元件（如电源、电阻、电容、电感等），这些元件之间通过导线相连，形成了电路。
电路中电荷沿着电路的导线运动，形成了电流。
根据欧姆定律，电流与电压成正比，与电阻成反比。
这启示我们可以通过设计和连接不同的电阻、电流、电源和电容来实现特定的电路功能。
在实际应用中，通过特定的电路设计可以实现信号放大、数据处理、电源管理等功能。
电路的组成元件是电子元件，即储能件、控制流通与障碍流通的元件等，它们是电路的功能建筑。
电路中的储能元件存储电场能量，包括电容和电感。
电路中的控制流通与障碍流通的元件是指电导材料、二极管、三极管、场效应管、MOS管、运算放大器等元件。
这些元件能够通过电场或磁场等控制电流或电压，实现对电路行为的控制和调节。
电路模型是对电路进行数学建模的方法，通过数学方程描述电路的特性，可用于电路的理论分析和设计。
根据描述电路的方程形式，电路模型可以分为时域模型和频域模型。
时域模型描述电路的时间响应，由微分方程或差分方程表示电路元件的电压或电流与时间的关系。
频域模型则利用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，并进行频域分析，可以得到电路的频率特性。
电路模型对电路行为的分析有着重要的作用。
比如，在模拟电路中，模拟信号会经过若干个电路元件的影响，这时需要对电路进行分析，以确定电路的响应和性能。
在数字电路中，数字信号经过二进制数值转换输出，需对电路进行逻辑分析和时序分析。
在通信电路中，需要对电路进行频率特性和时域特性的分析，以保证信号传输的稳定性和可靠性。
总之，电路和电路模型是理论和应用领域重要的概念。
电路是电子设备的核心组成部分，电路模型则是对电路的理论分析工具。
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《电工电子技术简明教程》第4章习题
4.1 晶体管工作在放大状态、截止状态和饱和状态的条件分别是什么？
4.2 共集电极放大电路与共发射极放大电路相比，动态参数有哪些不同？
4.3判断如图4.1所示各硅晶体管的工作状态。
(a) (b) (c)
4.4 某放大电路中，测得晶体管的三个极静态电位分别为5V、1.3V、1V，判断此晶体管是PNP还是NPN型，是硅管还是锗管。
4.5 在电子电路中，放大的实质是什么？放大的对象是什么？负载上获得的电压或功率来自哪里？
4.6判断如图4.2所示各电路能否正常地放大正弦交流信号？若不能，指出其中的错误，并加以改正。
(a) (b) (c)
图4.2 习题4.6的电路
4.7 用估算法计算放大电路的静态工作点的思路是什么？为什么要设置静态工作点？
4.8 电路如图4.3所示为分压式偏置放大电路，已知U CC=24V，R C=3.3k
Ω，R E =1.5 kΩ，R B1=33 kΩ，R B2=10 kΩ，带负载时R L=5.1 kΩ，β=60 。
试求：
（1）静态值B I、C I和CC
U（2）带负载时的电压放大倍数
u
A（3）空载时的电压放大倍数u A；（4）估算放大电路的输入电阻和输出电阻。
4.9
已知电路如图 4.4所示，晶体管的β=100，BEQ
U=0.7V，CC
U=12V，
B1
R=25kΩ,B2
R=5kΩ，E1
R=300kΩ,E2
R=1kΩ，C R=5kΩ，S R=500Ω，L R=5kΩ。
计算静态工作点；画出微变等效电路；计算电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。
4.10 用Multisim或EWB对图4.3、图
4.4电路进行仿真，测量它的静态值。
u
CC CC CC
图4.1 习题4.3的图
1
2
图4.3 习题4.8的电路 图4.4 习题4.9的电路
4.11 电路如图4.5所示，已知晶体管的β=100，BEQ U = -0.7V 。
画出简化小信号等效电路；试计算该电路的静态工作点、电压增益u A ，输入电阻i R ，输出电阻o R .
4.12已知电路如图4.6所示：β=100，V 12=CC U ，BE U =0V ，Ω=500S R ，B R =300k Ω，C R =1k Ω，E R =2k Ω，L R =2k Ω，u S =10sin ωt mV 。
求：（1）CQ I （2） CEQ U （3）u A ，i R ，o R
图4.5 习题4.11的电路 图4.6 习题4.12的电路
4.13 用Multisim 或EWB 对图4.5、图4.6电路进行仿真，测量它的静态值。
4.14用Multisim 或EWB 对图4.3、图4.4电路进行仿真，当输入信号为有效值是10mV 的正弦电压时，用示波器观察晶体管输入输出波形，读出放大倍数。
4.15 为什么称射极输出器为电压跟随器？
4.16温度变化时，图4.5、4.6所示电路的静态工作点是否稳定？为什么？
4.17 怎样确定放大电路的最大动态工作范围？怎样选择静态工作点可以使电路的动态范围最大？ 4.18 查阅相关资料，了解晶体管3DG12C 、9013、2SC502A 、Tip31C 各自的主要参数。