第一章 基本概念
1.1电荷
1. 科学家发现两类电荷:正电荷和负电荷。正电荷由称为质子的次原子粒子运载,负电荷由称为电子的次原子粒子运载。
2. 一切电荷量必是这些原始电荷量的整数倍。
3. 电荷之间相互作用力:同相斥,异相吸。此外,电路中电荷守恒。(电荷不生不灭)
4. 电子元件相互连接,形成至少一个封闭路径,就成为电路或者网络。
5. 国际单位制中电荷基本单位用库伦。单位符号C 。计量符号用Q 表示恒定电荷,用q 表示随时间变化的电荷。6.241x1018=1C(质子为正,电子为负)
6. 物质的每个原子有一个带正电的原子核,它由质子和中子组成。电子在质子的吸引下沿着轨道绕原子核运转。对于一个未受干扰的原子来说,电子数等于质子数,使原子显中性。但是,如果有一个外层电子接受了能量(如热能),其能量足以克服质子吸引力,就会成为自由电子。此时原子就会变为正离子。
1.2电流
1. 定义及单位:电荷的定向流动形成电流。国际单位制安培,符号A 。计量符号I 表示恒定电流,i 表示随时间变化的电流。
I(安培)=Q(库伦)/t(秒)
2。电流的关联方向:约定正电荷流动的方向为电流的正方向。在固体中,只有自由电子可以自由移动形成电流;但在气体或者液体中,正负离子都可以运动产生电流。在电路分析中是建立在电流一级的。
3.所有时间内只往一个方向流动的电流称为直流(DC );流动方向轮流改变的电流称为交流(AC )。但是,通常直流只指恒定的电流,交流指随时间按正弦规律变化的电流。
4.电流源是一种提供一定电流的电路元件。【图1-2】
1.3电压
1.电压的概念涉及功,功则涉及力和距离。W (焦耳)=F(牛顿)xS (米),其中W,F,S 分别是功,力,距离的计量符号。
2.能是做功的本领,能的一种形式是位能。两点之间的电压差(也叫电位差)是从一点到另一点移动1C 的电荷所需要做的焦耳功。国际单位伏特,单位符号V 。
V(伏特)=W(焦耳)/Q(库伦)
3.如果从b 向a 移动正电荷确实需要做功,则a 点对b 点为正。这就是电压的极性电路图中这一电压极性的表示方法是a 点用(+)表示,b 点用(-)表示。
4.同电流的定义,恒定电压称为直流电压,随时间按正弦变化的电压为交流电压。
5.电压源(例如电池或发电机)提供的电压,在理想状况下不随通过电源的电流而变化。如【图1-4】
6.独立源与非独立源:图1-2和图1-4所示的电源是独立源。二者不受其它电流或者电压的影响。但是,非独立源(也叫受控源)受其它电流或电压的影响。电路图中用钻石型的符号表示,如图【1-5】,它提供的电压是5V 1,共有四种非独立源:电压控制电压源(如图1-5),电流控制电压源,电压控制电流源和电流控制电流源。多出现在运算放大器,晶体管这类电子元件的模型中。
1.4功率
1.定义:吸收或者产生能量的速率称为功率。负载吸收功率。国际单位瓦特,单位符号W 。计量符号用P 表示恒定功率,p 代表时变功率。
P(瓦特)=W(焦耳)/t(秒)
如果电流的参考箭头是流入正参考方向,则电路元件吸收的功率为电压与电流的乘积。这样的参考称为关联参考(常不用关联参考,而用无源符号约定这一名词)。
用上述任何一个公式计算出P 的值为正,则元件实际吸收功率,相反元件产生功率。---它是电能的来源。电动机的额定输出功率常用马力表示,1hp=745.7w。运行效率=输出功率除以输入功率乘以百分之百。
第二章 电阻
1.欧姆定律:电阻是一种物性,它抗拒电子的运动,要求外加电压使电流流动。国际单位制欧姆。计量符号R I(安)=V(伏特)/R(欧)
2.电阻的倒数称为电导,计量符号G ,国际单位制西门子,符号S 。
I(安)=G(西门子)*V(伏特)
3.电阻率:均匀截面的导体电阻,与长度成正比,与截面积成反比。电阻还是导体温度
10的函数,当温度不变时,电阻R=pL/A.电阻率国际单位制是欧--米。电阻率大于10欧米的
材料是绝缘体,不会有显著地漏电,此外,导线上的绝缘层可以防止相互接触的导线之间漏
-4-7电。电阻率在10到10之间的材料是半导体,可以制作晶体管。
电导,长度,截面积之间的关系是 G=sigma*(A/L) 式中比例常数sigma 是电导率的计量
-1符号,电导率的国际单位制是每米西门子,符号S*m
4.温度效应:大多数导体电阻,在正常工作的温度范围内,几乎随着温度直线上升,但是有些材料,如半导体,电阻随着温度的上升而下降。【如图2-1】
5.电阻器:就实际而言电阻器因它具有电阻而在电路中使用的部件。通常指线性电阻,它的瞬时电压和瞬时电流之间存在一定的数学关系(遵循欧姆定律)线性电阻器与非线性电阻器如图所示【2-2】
22电阻器吸收的功率:将V=IR代入P=VI得 P=V/R=I*R 每个电阻器都有额定功率,它
是电阻器能够吸收而不至于过度发热而使电阻器损坏的最大功率。
6.标称值和容差:即制造商在电阻器外壳上用数字或者颜色代码印出的阻值,然而,这样的阻值只不过是标称值,仅仅大约等于实际的电阻值。围绕标称值可能出现的变化的百分数,叫做容差。
7.开路与短路:开路具有无限大的电阻。就是说,在它两端加上任何有限的电压时,通过的电流为零。 短路:对于通过的任何有限电流,两端的电压姜为零。
8.内阻:每个实际的电压源或者电流源都有内阻,对电源的运行产生负面影响。对于电压源来说,除开路状态以外,任何负载都会因内阻而损失电压;对于电流源来说,除短路负载以外,都会因内阻的存在而损失电流。
一个有内阻的实际电压源,跟一个电阻器和一个理想电压源串联的效果几乎一样;一个有内阻的电流源,跟一个电阻器和一个理想电流源并联的效果几乎一样。
第三章 电压和电流定律
3.1节点,路径,网孔,回路和支路
(1)严格的说,电路的一个支路只含一个元件,例如一个电阻器或电源。偶尔,这一名词也可以用于运载同一电流的元件,特别是当元件为同一类型时。
(2)两个或两个以上的电路元件具有的公共点称为节点。在电路图中,节点有时候用一点来代表,它可能就是实际电路中的一个焊点。节点还包括所有联到改点的导线。(换句话说,它包括所有等电位的点)如果两个节点之间用短路连接,则虽然画了两点,但是这两个节点等效于一个。(事实上就是一个)
例如,如图【3-1A 】所示的电路有三个节点,当表示成如图【3-1B 】所示的由一个导体(零电阻)连接的两个分离连接点时,不可认为是两个节点。原因是将一个普通的节点扩展成了零电阻的连接导线。
(3)回路是电路中任何简单的封闭路径。如果起点和终点为同一节点,则路径定义为闭合路径或回路。网孔是内部再没有封闭路径的回路。网孔内没有元件。
例如在图【3-1A 】中,如果从节点2经过电流源到达节点1,再经过右上端的电阻到达节点3,则构成一条路径。由于没有重新回到节点2,所以此路径不构成回路。而如果从节点2经过电流源到达节点1,再从中间左边的电阻向下到达节点2,然后向上经过中间电阻回到节点1. 这时并不构成一条路径,因为存在经过了两次的节点。而回路首先必须是路径。
(4)支路定义为网络中的一条路径,此路径只包含一个元件以及该元件两端的节点。因此,路径是一系列支路的集合。如图【3-1A 】和图【3-2B 】所示电路有5条支路。
(5)多个元件运载同一电流称为串联;多个元件两端跨接同一电压称为并联。
3.2基尔霍夫电流定律和并联直流电路
基尔霍夫电流定律,简写为KCL ,有三种等效的表述方式:
(1)离开任一闭合面的电流的代数和等于零。
(2)进入任一闭合面的电流的代数和等于零。
(3)进入任一闭合面的电流代数和等于流出任一闭合面的电流代数和。
几乎在所有的电路应用中,采用包围节点的闭合面。所以,用“节点”来代替“闭合面”,不至于影响任一KCL 表述方式的广义性。(所以,流入任何节点的电流代数和等于零。)此外,对于没有连接电压源的节点,最方便的KCL 表述是第三种,但是限定流入的电流来自电流源,流出的电流则通过电阻器。
在KCL 应用中,选定一个节点作为地,或者说是参考节点或基准节点。通常电路底部的节点是接地点。如图【3-2】所示的并联电路,其他节点上的电压总是以接地点为参考取正值。图中非接地节点上有:I 1+I2+I3=IS 用欧姆定律关系式:I=GV 代入电阻器中的电流,得到 IS =I1+I2+I3=G1V+G2V+G3V=GT V G T 是电路的总电导。
R 1||R2=R1R 2/(R1+R2) 有时候也表示两个电阻并联;
KCL 很少用于接着电压源的节点,原因是不知道通过电压源的电流,没有公式去求。 分流
分流法则或者分流器法则用于并联的电阻器,它根据电导和流入并联组合的总电流求出通过任一电阻器的电流------不必先求出电阻器上的电压,分流公式容易从图【3-2】所示电路导出。考虑求电流I 2,由欧姆定律,I 2=G2V 又V=IS /(G1+G2+G3) 消去V 得到
I2=G2I S /G1+G2+G3
一般的,对于总电导是G T 的任意多个并联电阻器,当流入并联组合的电流时I S 时,通过电导等于G 的电阻器的电流I 是 IX =GX I S /GT 这就是分流法则,对于这一公式必须按同一方向参考,I 的参考方向是离开并联电阻器的节点,I 的参考方向是流入该节点。如果两个电流都是流入节点的,则公式需要一个负号。
第一章 基本概念
1.1电荷
1. 科学家发现两类电荷:正电荷和负电荷。正电荷由称为质子的次原子粒子运载,负电荷由称为电子的次原子粒子运载。
2. 一切电荷量必是这些原始电荷量的整数倍。
3. 电荷之间相互作用力:同相斥,异相吸。此外,电路中电荷守恒。(电荷不生不灭)
4. 电子元件相互连接,形成至少一个封闭路径,就成为电路或者网络。
5. 国际单位制中电荷基本单位用库伦。单位符号C 。计量符号用Q 表示恒定电荷,用q 表示随时间变化的电荷。6.241x1018=1C(质子为正,电子为负)
6. 物质的每个原子有一个带正电的原子核,它由质子和中子组成。电子在质子的吸引下沿着轨道绕原子核运转。对于一个未受干扰的原子来说,电子数等于质子数,使原子显中性。但是,如果有一个外层电子接受了能量(如热能),其能量足以克服质子吸引力,就会成为自由电子。此时原子就会变为正离子。
1.2电流
1. 定义及单位:电荷的定向流动形成电流。国际单位制安培,符号A 。计量符号I 表示恒定电流,i 表示随时间变化的电流。
I(安培)=Q(库伦)/t(秒)
2。电流的关联方向:约定正电荷流动的方向为电流的正方向。在固体中,只有自由电子可以自由移动形成电流;但在气体或者液体中,正负离子都可以运动产生电流。在电路分析中是建立在电流一级的。
3.所有时间内只往一个方向流动的电流称为直流(DC );流动方向轮流改变的电流称为交流(AC )。但是,通常直流只指恒定的电流,交流指随时间按正弦规律变化的电流。
4.电流源是一种提供一定电流的电路元件。【图1-2】
1.3电压
1.电压的概念涉及功,功则涉及力和距离。W (焦耳)=F(牛顿)xS (米),其中W,F,S 分别是功,力,距离的计量符号。
2.能是做功的本领,能的一种形式是位能。两点之间的电压差(也叫电位差)是从一点到另一点移动1C 的电荷所需要做的焦耳功。国际单位伏特,单位符号V 。
V(伏特)=W(焦耳)/Q(库伦)
3.如果从b 向a 移动正电荷确实需要做功,则a 点对b 点为正。这就是电压的极性电路图中这一电压极性的表示方法是a 点用(+)表示,b 点用(-)表示。
4.同电流的定义,恒定电压称为直流电压,随时间按正弦变化的电压为交流电压。
5.电压源(例如电池或发电机)提供的电压,在理想状况下不随通过电源的电流而变化。如【图1-4】
6.独立源与非独立源:图1-2和图1-4所示的电源是独立源。二者不受其它电流或者电压的影响。但是,非独立源(也叫受控源)受其它电流或电压的影响。电路图中用钻石型的符号表示,如图【1-5】,它提供的电压是5V 1,共有四种非独立源:电压控制电压源(如图1-5),电流控制电压源,电压控制电流源和电流控制电流源。多出现在运算放大器,晶体管这类电子元件的模型中。
1.4功率
1.定义:吸收或者产生能量的速率称为功率。负载吸收功率。国际单位瓦特,单位符号W 。计量符号用P 表示恒定功率,p 代表时变功率。
P(瓦特)=W(焦耳)/t(秒)
如果电流的参考箭头是流入正参考方向,则电路元件吸收的功率为电压与电流的乘积。这样的参考称为关联参考(常不用关联参考,而用无源符号约定这一名词)。
用上述任何一个公式计算出P 的值为正,则元件实际吸收功率,相反元件产生功率。---它是电能的来源。电动机的额定输出功率常用马力表示,1hp=745.7w。运行效率=输出功率除以输入功率乘以百分之百。
第二章 电阻
1.欧姆定律:电阻是一种物性,它抗拒电子的运动,要求外加电压使电流流动。国际单位制欧姆。计量符号R I(安)=V(伏特)/R(欧)
2.电阻的倒数称为电导,计量符号G ,国际单位制西门子,符号S 。
I(安)=G(西门子)*V(伏特)
3.电阻率:均匀截面的导体电阻,与长度成正比,与截面积成反比。电阻还是导体温度
10的函数,当温度不变时,电阻R=pL/A.电阻率国际单位制是欧--米。电阻率大于10欧米的
材料是绝缘体,不会有显著地漏电,此外,导线上的绝缘层可以防止相互接触的导线之间漏
-4-7电。电阻率在10到10之间的材料是半导体,可以制作晶体管。
电导,长度,截面积之间的关系是 G=sigma*(A/L) 式中比例常数sigma 是电导率的计量
-1符号,电导率的国际单位制是每米西门子,符号S*m
4.温度效应:大多数导体电阻,在正常工作的温度范围内,几乎随着温度直线上升,但是有些材料,如半导体,电阻随着温度的上升而下降。【如图2-1】
5.电阻器:就实际而言电阻器因它具有电阻而在电路中使用的部件。通常指线性电阻,它的瞬时电压和瞬时电流之间存在一定的数学关系(遵循欧姆定律)线性电阻器与非线性电阻器如图所示【2-2】
22电阻器吸收的功率:将V=IR代入P=VI得 P=V/R=I*R 每个电阻器都有额定功率,它
是电阻器能够吸收而不至于过度发热而使电阻器损坏的最大功率。
6.标称值和容差:即制造商在电阻器外壳上用数字或者颜色代码印出的阻值,然而,这样的阻值只不过是标称值,仅仅大约等于实际的电阻值。围绕标称值可能出现的变化的百分数,叫做容差。
7.开路与短路:开路具有无限大的电阻。就是说,在它两端加上任何有限的电压时,通过的电流为零。 短路:对于通过的任何有限电流,两端的电压姜为零。
8.内阻:每个实际的电压源或者电流源都有内阻,对电源的运行产生负面影响。对于电压源来说,除开路状态以外,任何负载都会因内阻而损失电压;对于电流源来说,除短路负载以外,都会因内阻的存在而损失电流。
一个有内阻的实际电压源,跟一个电阻器和一个理想电压源串联的效果几乎一样;一个有内阻的电流源,跟一个电阻器和一个理想电流源并联的效果几乎一样。
第三章 电压和电流定律
3.1节点,路径,网孔,回路和支路
(1)严格的说,电路的一个支路只含一个元件,例如一个电阻器或电源。偶尔,这一名词也可以用于运载同一电流的元件,特别是当元件为同一类型时。
(2)两个或两个以上的电路元件具有的公共点称为节点。在电路图中,节点有时候用一点来代表,它可能就是实际电路中的一个焊点。节点还包括所有联到改点的导线。(换句话说,它包括所有等电位的点)如果两个节点之间用短路连接,则虽然画了两点,但是这两个节点等效于一个。(事实上就是一个)
例如,如图【3-1A 】所示的电路有三个节点,当表示成如图【3-1B 】所示的由一个导体(零电阻)连接的两个分离连接点时,不可认为是两个节点。原因是将一个普通的节点扩展成了零电阻的连接导线。
(3)回路是电路中任何简单的封闭路径。如果起点和终点为同一节点,则路径定义为闭合路径或回路。网孔是内部再没有封闭路径的回路。网孔内没有元件。
例如在图【3-1A 】中,如果从节点2经过电流源到达节点1,再经过右上端的电阻到达节点3,则构成一条路径。由于没有重新回到节点2,所以此路径不构成回路。而如果从节点2经过电流源到达节点1,再从中间左边的电阻向下到达节点2,然后向上经过中间电阻回到节点1. 这时并不构成一条路径,因为存在经过了两次的节点。而回路首先必须是路径。
(4)支路定义为网络中的一条路径,此路径只包含一个元件以及该元件两端的节点。因此,路径是一系列支路的集合。如图【3-1A 】和图【3-2B 】所示电路有5条支路。
(5)多个元件运载同一电流称为串联;多个元件两端跨接同一电压称为并联。
3.2基尔霍夫电流定律和并联直流电路
基尔霍夫电流定律,简写为KCL ,有三种等效的表述方式:
(1)离开任一闭合面的电流的代数和等于零。
(2)进入任一闭合面的电流的代数和等于零。
(3)进入任一闭合面的电流代数和等于流出任一闭合面的电流代数和。
几乎在所有的电路应用中,采用包围节点的闭合面。所以,用“节点”来代替“闭合面”,不至于影响任一KCL 表述方式的广义性。(所以,流入任何节点的电流代数和等于零。)此外,对于没有连接电压源的节点,最方便的KCL 表述是第三种,但是限定流入的电流来自电流源,流出的电流则通过电阻器。
在KCL 应用中,选定一个节点作为地,或者说是参考节点或基准节点。通常电路底部的节点是接地点。如图【3-2】所示的并联电路,其他节点上的电压总是以接地点为参考取正值。图中非接地节点上有:I 1+I2+I3=IS 用欧姆定律关系式:I=GV 代入电阻器中的电流,得到 IS =I1+I2+I3=G1V+G2V+G3V=GT V G T 是电路的总电导。
R 1||R2=R1R 2/(R1+R2) 有时候也表示两个电阻并联;
KCL 很少用于接着电压源的节点,原因是不知道通过电压源的电流,没有公式去求。 分流
分流法则或者分流器法则用于并联的电阻器,它根据电导和流入并联组合的总电流求出通过任一电阻器的电流------不必先求出电阻器上的电压,分流公式容易从图【3-2】所示电路导出。考虑求电流I 2,由欧姆定律,I 2=G2V 又V=IS /(G1+G2+G3) 消去V 得到
I2=G2I S /G1+G2+G3
一般的,对于总电导是G T 的任意多个并联电阻器,当流入并联组合的电流时I S 时,通过电导等于G 的电阻器的电流I 是 IX =GX I S /GT 这就是分流法则,对于这一公式必须按同一方向参考,I 的参考方向是离开并联电阻器的节点,I 的参考方向是流入该节点。如果两个电流都是流入节点的,则公式需要一个负号。