電路和電路元件

電路和電路元件第1頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.概念：為了實現(xiàn)某種應(yīng)用目的，就需要將某些電工元件、電子器件或設(shè)備按一定的方式相互連接起來，就構(gòu)成了電路?；咎卣鳎弘娐分写嬖谥娏魍贰?/p>

1.1.1電路

1.1電路和電路的基本物理量

第2頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電路的作用（1）電能的傳輸和轉(zhuǎn)換

——強電電路或電力電路（2）信號的傳遞和處理

——弱電電路或電子電路3、電路的組成（1）電源:將非電形態(tài)的能量轉(zhuǎn)化為電能的供電設(shè)備（2）負(fù)載:將電能轉(zhuǎn)化為非電形態(tài)的能量的用電設(shè)備（3）中間環(huán)節(jié):溝通電路、輸送電能第3頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電源:

提供電能的裝置負(fù)載:取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器電燈電動機電爐...輸電線電力系統(tǒng)電路示意圖第4頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月直流電源直流電源:

提供能源信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等負(fù)載信號源:

提供信息放大器揚聲器話筒電源或信號源的電壓或電流稱為激勵，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。擴音機電路示意圖第5頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電路元件的理想化在一定條件下突出元件主要的電磁性質(zhì)，忽略其次要因素，把它近似地看作理想電路元件。這些理性元件就是實際電路元件的元件模型。為什么電路元件要理想化?

便于對實際電路進行分析和用數(shù)學(xué)描述，將實際元件理想化（或稱模型化）。

1.1.2電路元件和電路模型

第6頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月一種實際元件可用一種或幾種理性電路元件的組合來表示。電磁性能相近的實際元件，也可用同一種理想電路元件近似表示。(所有的電阻器、燈泡、電烙鐵等，都可用電阻元件來表示）電阻元件——只有電阻特性（將電能轉(zhuǎn)換成熱能）電感元件——只有電感特性（將電能轉(zhuǎn)換成磁場能量）電容元件——只有電容特性（將電能轉(zhuǎn)換成電場能量）第7頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

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)用不同的電路模型描述同一實際電路?，F(xiàn)在以線圈為例加以說明。

線圈的幾種電路模型

(a)線圈的圖形符號(b)線圈通過低頻交流的模型

(c)線圈通過高頻交流的模型第8頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月手電筒的電路模型UI開關(guān)E＋－R0R干電池電阻電路模型實際電路中的各種元件用對應(yīng)的模型表示后，即構(gòu)成實際電路的電路模型。實際上就是一些理性電路元件相互聯(lián)結(jié)而構(gòu)成的電路整體，它是實際電路的一種等效表示，有時也稱為等效電路。第9頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.3電流、電壓及其參考方向

1.電流

電荷的定向運動形成電流。習(xí)慣上把正電荷運動的方向規(guī)定為電流的方向。2.電位、電壓和電動勢電位：電場中某點的電勢，它在數(shù)值上等于電場力把單位正電荷從某點移至無窮遠(yuǎn)處所做的功。電場無窮遠(yuǎn)處的電位被認(rèn)定為0。作為衡量電場中各點電位的參考點。工程上常選與大地相連的部件（如機殼）作為參考點，在沒有與大地相連的部件的電路中，通常選取許多元件的公共點作為參考點，并稱為“地”。在電路分析中，可選電路中任意點作為各節(jié)點的參考點。參考點用接地符號“|”標(biāo)出。第10頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓：電場力將單位正電荷從a點移動到b電所作的功，就是a,b兩點間的電壓。R-a+bUab電壓的單位：伏特，符號：V電壓又叫電壓降，或簡稱壓降，它指向電壓降低的方向。電路中任意兩點（假設(shè)為a，b兩點）間的電壓，等于這兩點的電位差。

電動勢：衡量電源內(nèi)局外力克服電場力移動電荷做功的物理量。它在數(shù)值上等于局外力把單位正電荷在電源內(nèi)部由低電位移動到高電位所做的功。用字母E表示，單位與電壓相同，其方向為電位升高的方向。第11頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓和電流的方向?qū)嶋H方向參考方向電流、電動勢、電壓的實際方向

物理量單位實際方向電流

IA、kA、mA、μA正電荷移動的方向電動勢

EV、kV、mV、μV電源驅(qū)動正電荷的方向電壓

UV、kV、mV、μV電位降低的方向

３.電流、電壓的參考方向第12頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月問題

在復(fù)雜電路中難于判斷元件中物理量的實際方向，如何解決？(1)在解題前任選某一個方向為參考方向（或稱正方向）；

(3)根據(jù)計算結(jié)果確定實際方向：若計算結(jié)果為正，則實際方向與參考方向一致；若計算結(jié)果為負(fù)，則實際方向與參考方向相反。(2)根據(jù)電路的定律、定理，列出物理量間相互關(guān)系的代數(shù)表達(dá)式；解決方法參考方向在分析計算時人為規(guī)定的方向。第13頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

在進行電路分析計算時，電流的實際方向有時難以確定，這時我們可以預(yù)先假設(shè)一個電流方向，并在電路中用箭頭表示出來。這個假設(shè)的電流方向就是電流的參考方向。

在計算中，可按假定的電流方向進行計算求解，如果計算結(jié)果為正，表示電流實際方向與假設(shè)（參考）方向相同；否則，與參考方向相反。電流的參考方向第14頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓的參考方向在實際分析時，當(dāng)兩點間電壓的實際方向難以判別時，我們必須先假設(shè)（指定）一個方向（極性），這個人為指定的方向，就是電壓的參考方向。電壓的參考方向用+，-極性表示，從+端指向-端，也可用箭頭表示，箭頭所指方向表示電位下降的方向，還可以用雙下標(biāo)表示。如計算的結(jié)果為正，說明電壓的實際方向與參考方向與參考方向相同；否則相反。第15頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：在參考方向選定后，電流(或電壓)值才有正負(fù)之分。若I=5A，則電流從a流向b；若I=–5A，則電流從b流向a

。abRIabRU+–若U=5V，則電壓的實際方向從a指向b；若U=–5V，則電壓的實際方向從b指向a

。例題第16頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月每個二端元件，電壓、電流的參考方向應(yīng)如何?。坷碚撋?，愛咋樣取，就咋樣取。不過，有大家習(xí)慣的取法。關(guān)聯(lián)參考方向第17頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

對于二端元件而言，電壓的參考極性和電流參考方向的選擇有四種可能的方式，如圖下所示。習(xí)慣的取法：取關(guān)聯(lián)參考方向第18頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月如果某個元件或某一段電路，它的電流為i，電壓為u，并且電壓、電流的參考方向關(guān)聯(lián)，則功率為p，它的計算公式：

p=ui單位為瓦特，簡稱瓦。符號：W。如計算的結(jié)果為正，表示該元件或該段電路吸收功率；否則為輸出功率（輸出電能）。工程上常用度作為電能的單位。１度=１kw*1h=3.6Mj

1.1.４電路的功率

第19頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月在電路中，存在著電能的消耗、磁場能量的儲存、電場能量的儲存及這三種能量的轉(zhuǎn)換過程。而表征著三種物理性質(zhì)的電路參數(shù)就是：電阻、電感、電容。我們這里只討論理想元件，也就元件模型，它是只含有一個電路參數(shù)的元件，分別是電阻、電感、電容。這些理想元件是對實際電路元件的一種抽象，實際電路元件可以用他們的組合來表示。

1.2電阻、電感和電容元件第20頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1電阻元件RibaRu2.特性曲線：

(1)線性電阻的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點的直線。ui0

(2)非線性電阻的伏安特性曲線是一條曲線。

(3)某時刻u由該時刻i確定，而與過去的電流值大小無關(guān)。

即：u＝Ri

Ｒ是無記憶元件

1.表征消耗電能轉(zhuǎn)換成其它形式能量的物理特征。3.功率：

P＝UI＝RI2＞０

∴R是耗能元件

i0R=常數(shù)

第21頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2電容元件C

1.定義：表征儲存電場能的物理特征。

qCucic

2.特性曲線

線性電容的庫伏特性曲線

uc0q3.電壓、電流關(guān)系

icCuc表明：某一時刻iC取決于該時刻uC變化率。

第22頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.定義：表征儲存磁場能的物理特征

iLLuL2.特性曲線

線性電感的韋安特性曲線

ψ0iL3.電流、電壓關(guān)系

表明：某一時刻uL取決于該時刻iL的變化率。

iLLuL1.2.3電感元件L第23頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電阻器：有多種類型，對于一般應(yīng)用，可以認(rèn)為線性、是理想電阻。它的主要參數(shù)：電阻值、精度（阻值偏差）、額定功率等。電阻值有一個標(biāo)準(zhǔn)系列，應(yīng)該在這個系列中選用。電感器：是用導(dǎo)線繞制而成的線圈，有些含有鐵心，叫做鐵心線圈，線圈中加入鐵心可以增加電感的值，但會導(dǎo)致非線性；有些含有磁芯，它用于高頻還有些是空心的，叫做空心電感（線圈）。電感器不是理想電感，它除電感值外，還有一定的電阻值，相當(dāng)于是電感與電阻的串聯(lián)。主要參數(shù)為：電感值、額定電流。超過額定電流，就不是線性特性了。1.2.4實際元件第24頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電容器：通常是由絕緣介質(zhì)隔開的兩個金屬導(dǎo)體極板構(gòu)成。種類也很多。主要參數(shù)：電容量、額定電壓。超過額定電壓，可能會被損環(huán)。選用時，依據(jù)不同情況選用不同的電容器。例如，一般的濾波電容選用電解電容，慮除高頻噪聲，可選用瓷片電容，獨石電容、膽電容等；在測量中需要高穩(wěn)定性是可選用聚丙烯電容。電力系統(tǒng)，則使用電力電容器等。元件的并聯(lián)與串聯(lián)(P9表1.2.1）第25頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月串、并聯(lián)的概念清楚,靈活應(yīng)用。R=4∥(2+3∥6)=2

R=(40∥40+30∥30∥30)=30

30

40

40

30

30

ooR40

30

30

40

30

ooR例2例14

2

3

6

ooR第26頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電源所提供的電壓或電流完全由電源本身來決定。在實際電路中，電能或電信號的發(fā)生器稱為電源（激勵、輸入），用電設(shè)備稱為負(fù)載。由激勵而在電路中產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)（輸出）。1.3獨立電源元件第27頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月描述元件提供的電壓與通過元件的電流無關(guān)的物理現(xiàn)象。

E直流us直流或交流us(2)基本性質(zhì)無論流過元件的電流值大小、方向如何，其端電壓總保持為給定的US或us(t)。電壓源中電流由外電路決定。

(3)特性曲線

usi外電路u0Usi(1)符號：1.3.1電壓源第28頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月描述元件提供的電流與其端電壓完全無關(guān)的物理現(xiàn)象。IsIsisis直流交流(2)基本性質(zhì)

無論電流源的端電壓值大小、方向如何，總保持給定的Is

或is(t)。電流源的端電壓由外電路決定。uiS外電路0Isui(1)符號:

1.3.2電流源(3)特性曲線

第29頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3實際電源實際的電源與理想電源有一定的差別，主要表現(xiàn)在，當(dāng)外接電阻變化時，電源提供的電壓和電流都會變化。

如果負(fù)載變化時，輸出電壓變化很小，它就比較接近理想電壓源。電流變化很小，就接近理想電流源。

為了準(zhǔn)確的表示實際電源的特性，一般是采用兩種電路模型：電壓源模型和電流源模型。

第30頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電流源模型

IS為實際電源的短路電流值

R+-USIU+-R0RR0`ISI+-U電壓源模型

US等于實際電源的開路電壓值實際電源的這兩種模型是等效，相互之間可以進行等效變換。Is=Us/R0R0=R0`按此選擇參數(shù)，圖示實際電源的兩種電路模型便可相互替換。等效關(guān)系只是對外電路而言，至于電源內(nèi)部并不等效。第31頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月圖半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號

陰極引線陽極引線二氧化硅保護層P型硅N型硅

c

平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼

a點接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線

b面接觸型

符號陰極陽極

D1.4半導(dǎo)體二極管1.4.1基本結(jié)構(gòu)和符號第32頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.2伏安特性特點：非線性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。正向特性反向特性?.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。第33頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月二極管的單向?qū)щ娦?/p>

1.二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負(fù)）時，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。

2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負(fù)、陰極接正）時，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?/p>

4.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。第34頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.3主要參數(shù)1.

最大整流電流

IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.

反向工作峰值電壓URWM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。3.

反向峰值電流IRM指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆睿琁RM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。第35頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

二極管電路分析舉例

定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。若V陽

>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若V陽

<V陰或UD為負(fù)(反向偏置)，二極管截止

若二極管是理想的，正向?qū)〞r正向管壓降為零，反向截止時二極管相當(dāng)于斷開。第36頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月電路如圖，求：UAB

V陽

=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V

否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。

在這里，二極管起鉗位作用。

D6V12V3k

BAUAB+–第37頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月兩個二極管的陰極接在一起取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽

=－6V，V2陽=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UAB

在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。

BD16V12V3k

AD2UAB+–第38頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月14.3

穩(wěn)壓二極管1.符號

UZIZIZM

UZ

IZ2.伏安特性

穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻

穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO第39頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)

ｕ環(huán)境溫度每變化1

C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3)動態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。第40頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5

半導(dǎo)體三極管1.5.1基本結(jié)構(gòu)NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管第41頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：面積最大第42頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏

PNP發(fā)射結(jié)正偏VB<VE集電結(jié)反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結(jié)正偏VB>VE

集電結(jié)反偏VC>VB

第43頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.2

特性曲線

即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：

1）直觀地分析管子的工作狀態(tài)

2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設(shè)計性能良好的電路

重點討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線第44頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月

發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路

測量晶體管特性的實驗線路ICEBmA

AVUCEUBERBIBECV++––––++第45頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.

輸入特性特點:非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時發(fā)射結(jié)電壓：

NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO第46頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2.輸出特性36IC(mA)1234UCE(V)912OIB=020A40A60A80A100A放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)：(1)放大區(qū)

在放大區(qū)有IC=

IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。第47頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

。

在截止區(qū)發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于截止?fàn)顟B(tài)。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O飽和區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū)

當(dāng)UCE

UBE時，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，

IB

IC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。

深度飽和時，硅管UCES0.3V，

鍺管UCES0.1V。第48頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.3

主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)，

直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當(dāng)晶體管接成發(fā)射極電路時，

表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設(shè)計電路、選用晶體管的依據(jù)。注意：和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。第49頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月2.集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。溫度

ICBO

ICBO

A+–EC3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEO

AICEOIB=0+–

ICEO受溫度的影響大。溫度

ICEO

，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。第50頁，課件共56頁，創(chuàng)作于2023年2月4.

集電極最大允許電流ICM5.

集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO集電極電流IC上升會導(dǎo)致三極管的

值的下降，當(dāng)

值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。當(dāng)集—射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25C、基極開路時的擊穿電壓U(BR)

CEO。6.

集電極最大允許耗散功耗PCM

PCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過大，溫升過高會燒壞三極管。

PC

PCM=ICU