1-3--电工电子学(第三版)总复习

1、电工电子学（第三版）总复习 2015（1-8,10）第13章：第1章电路和电路元件1.1 电路和电路的基本物理量1.1.1 电路1 .电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工、电子器件或设备组合而成的 电路的组成：电源、负载、导线和开关等。电路的作用：1实现电能的传输和转换；2进行电信号的传递和处理。什么叫“强电”电路？ “弱电” 电路？1.1.2 电路元件和电路模型实际电路是电流可在其中流通的由导体连接的电器件的组合。组成实际电路的器件 种类繁多，如电阻、电感和电容元件等。理想电路元件包括电阻、电感、电容、电压源、电流源、受控源、耦合电感和理想X庄命守O等效电路又称为等效条件互换。是实际

2、电路的一种等效表示。电路理论中的电路一般是指电路模型。1.1.3 电流、电压及其参考方向电压、电流是电路分析的基本物理量。功率也是电路中的重要物理量。为了用数学表达式来描述电路元件特性、电路方程，首先要先指定电压、电流的参考方向。关联参考方向和非关联参考方向，如图 1-1所示。- I）I0 >oC Q+U-+£一（a） u, i为关联参考方向（b） u, i为非关联参考方向图1-1二端元件及其参考方向方程U/I=R只适用于R中U、I参考方向一致的情况。即欧姆定律表达式含有正、负 号，当U、I参考方向一致时为正，否则为负。电压、电流 实际方向”是客观存在的物理现象，参考方向”是人

3、为假设的方向。（当电压采用双下标时，如电压uab表示电压方向从第一个下标指向第二个下标，第一个下标为正，第二个下标为负。）参见例1.1.1电压、电流及其参考方向基本物理量 （字母大"为直流、小写为交流物理品单位方向,I （直流） 电流（交流）A、mA i u A正电荷移动的方向 高电位流向低电位»汗仃（直流） 电压w （交流）V. kV, mV, u V电位降的方向（高电位一低电位）电动好（交流） 包（交流）V, kV, mV, U V电源力驱动正电荷的方 向（低电位一高电位）功率产W, kW, mW（用电或供电）1.1.4 电路功率设电路任意两点间的电压为U,电流为I ,

4、则这部分电路消耗的功率为：P = UI=W/t （W 。如果假设方向不一致怎么办？功率有无正、负？1.2 电阻、电感和电容元件电阻、电感和电容。其电路元件符号及电压、电流参考方向如图1-2所示。图 1-2:(a)电阻元件（b）电会案元件（c）电容元件1.2.1电阻元件：电压、电流特性为：Ur =Rr ,耗能为： Pr =Ur1r = RiR = GuR（如果服从欧姆定律 U=RI ,则R=U/I为常数，这种电阻就称为线性电阻。）1.2.2 电感元件：电压、电流特性为非线性。Ul =LdL ,dtt1 c储存的磁场能重为：WL = uLiLdt =LiLy21.2.3 电容元件：电压、电流特性为

5、为非线性ic=C处,dtt12储存的电场能量为：Wc=UcicdtCue21.2.4 实际元件的主要参数及电路模型任何电气设备的电压、电流和功率都有一定的限额-额定值（不许超过）。负载设备通常工作于额定状态。电源设备的额定功率标志着电源的供电能力，是长期运行时允许的上限值。如实际电容元件模型参见图1.2.2所示。CL CII_H0I_aI Lc_gE2-2电客驾摸麽去L/I两个元件事映和井联明事依的计算公式连接方式等蚊电阻等裁电感等或电容宇展/? = jRi +£ = tj + jL?J 11= + c g g井联X=J- + -LH % 场JI I JLL % Qc = % + C

6、a参见例1.2.11.3 独立电源元件1.3.2 电压源和电流源独立电源有理想电压源和理想电流源，它们是电路中的激励，其电路符号如图1-3所示。（a）理想电压源（b）理想电流源图1-3 两种独立源的电路符号理想电压源的电压、电流特性：uS为恒定值、iS为恒定值。1.3.2实际电源的模型实际电压源模型外特性方程：U = US -IR0实际电流源模型外特性方程：I = IS-IR0两种电源的等效互换。US=IRo, R0=R0 参见例1.3.1理想电压源与理想电流源之间不能互换，为什么 ？1.4 二极管1.4.2 PN 结及其单向导电性P型半导体：在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。在硅或错中

7、掺入三价元素， 如硼或铝、钱，则形成 P型半导体。N型半导体：在N型半导体中，电子是多子。在硅或错中掺入少量的五价元素，如磷 或神、睇，则形成 N型半导体。PN结的形成：在同一块半导体单晶上，形成P型半导体区域和 N型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成一个 PN结。PN结的单向导电性：外加正向电压，空间电荷区变窄，扩散运动增强，形成较大的正向电流，即正向导通。外加反向电压，则反之，即反向截止。1.4.3 二极管的特性和主要参数1.二极管的伏安特性硅管的伏安恃性注意：死区电压;硅管约为： 铸管约为f oaVo导通时的正向压降：硅 管约为:0.6V0.8V,铝管 约为MHO.3Vti最大整触液

8、|最高反触氏$最大反触询友最高工作解。1.4.3二极管的工作点和理想特性A常温下，反向饱和电流 很小.当PN结温度升高 时,反向电流明显增加。1.4.4 稳压二极管稳压二极管工作在其反向特性端，因而在反向击穿的情况下可以保证负载两端的电压在一定的范围内基本保持不变。1.4.5 发光二极管和光电二极管参见图1.4.10-111.5双极晶体管晶体管的工作，同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性的。三个极是使用：集电极、基极、发射极来称呼的都是双极型晶体管。一个普通的双极型晶体管有二个PN结、三种工作状态（截止、饱和、放大）。1.5.2 特性曲线和主要参数1 .输入输出特性曲线182

9、 .主要参数电流放大系数：B=ZIC / ZIb,极间反向饱和电流：I CEO=（1+ B ） I CBO1.5.3 简化的小信号模型参见例1.5.215.7晶体管葡化的小侑号帙型JS L,5.5例的电造和特性由随1.6 绝缘栅场效晶体管特点：没有流经栅极的电流，只取电压。即利用电场效用来控制电流。当UgJ、于某一阈值UT, D-S之间截止；Ugs > UT时，D-S之间导通。（思考题与习题1.1.1-1.5.6,取单数）第2章电路分析基础2.1 2.1基尔霍夫定律基尔霍夫两个定律是描述集总参数电路拓扑关系的基本定律。结点：三个或三个以上电路元件的连接点。支路：连接两个结点之间电路。含有

10、元件且电流相同。回路：电路中任一闭合路径称为回路。网孔：单孔回路。基尔霍夫电流定律（KCL）:在任何集总参数电路中，在任一时刻，流出（或流入）任节点（或闭合面）的各支路电流的代数和为零，即 Z i =0可取流出节点的电流为正，流入节点的电流为负；或反之。基尔霍夫电压定律(KVL):在任何集总参数电路中，在任一时刻，沿任一闭合路径，各支路电压的代数和为零，即 "u =0(可取与闭合路径绕行方向一致的电压为正，与闭合路径绕行方向相反的电压为负；或反之。)KVL的扩展应用-用于开口电路：R-»a +房位升 电位降例1-3 试写出图1-9所示复合支路电压 u与电流i之间的关系。(b

11、)KCL、KVL 写出。Ru(a)图 1-9解复合支路的电压、电流关系可根据元件特性及对图 1-9 (a)有：u =氏 +R(i +is)对图 1-9 (b)有：u =-uS +R(-i +iS)参见例2.1.1和例2.1.22.2 2迭加定理与等效电源定理1),叠加定理叠加定理可表述为：在线性电路中，任一支路的电压与电流，都是各个独立源单独作用下，在该支路中产生的电压与电流的代数之和。在应用叠加定理考虑某个电源的单独作用时，应保持电路结构不变， 将电路中的其他理想电源视为零值，亦即理想电压源短路，电动势为零；理想电流源开路，电流为零。圉£31 费加定理示例口)必扣人共同作用 也单独

12、作用 口)八珅妞作用2),等效电源定理等效电源定理包括电压源等效 (戴维南定理)，和电流源等效(诺顿定理)两个定理。戴维南定理：对外电路来说，任意一个线性有源二端网络可以用一个电压源模型来等效代替。图12.4帔樵字定理示蔻图诺顿定理:可以用一个电流源模型来等效代替。外电路图225诺顿定理示意图 参见例2.2.2和例2.2.32.3正弦交流电路正弦交流电路，指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。正弦交流电路中的所有各电压、电流都是与电源同频率的正弦量。2.3.1 正弦量的三要素正弦交流电需用频率、峰值和位相 三个物理量来描述。交流电正弦电流的表示式中I =Imsin (cot+ 6)0中的

13、称为角频率，它也是反映交流电随时间变化的快慢的物理量。JS 2.3.2 例也工3.2的拽砂桶u = £/0in( +中* £ 二。学也(皿+%)(2.3. 1)2.3.2 正弦量的相量表不法用以表示正弦量大小和相位的矢量叫相量，也叫做向量。相量法是用相量的复数代表正a - A cos中6 = M I(2,3. 12)弦量。同频率正弦量相加，其结果仍是同一频率的正弦量。在讨论同频率正弦量时，只要知 道幅度与初相位即可。相量法可以与三角形式、指数形式、极坐标形式等进行转化。如:三角形式：A= I A I (Cos 9 +jSin 9 )指数形式：A= I A I eAj 9极坐

14、标形式：A= I A I / 8IE强量的二种衣东法波形图星图反映正弦取 的全貌，包 括三个要索相敏表 不法反映匕弦 蛤的两个电阻、电感、电容元件上电压与电流关系的相量形式(复数形式的欧姆定律)2.3.31),电阻元件的相量形式：(1)电阻的电压相量和电流相量满足复数形式的欧姆定律：V=IR(2)电阻电压和电流的有效值也满足欧姆定律：U=IR(3)电阻的电压和电流同相位，即： 力u二力i.2),电感元件的相量形式电感的电压相量和电流相量满足关系：XL=w L =2兀f L ,称为感抗，单位为 (欧姆).3),电容的电压相量和电流相量满足关系：其中 Xc =1/coC ,称为容抗，单位为 (欧姆

15、).ffi 2.3.7电感元件上的电匣和电瓶由工3一9电容元杵上的电压航电施2.3.4 简单正弦交流电路的计算1) .基尔霍夫定律的相量形式在电路任一结点上的电流相量代数和为零：1I = 0沿任一回路，各支路电压相量的代数和为零：1U= 02) .阻抗(复阻抗)，阻抗的串联和并联2.3.5 交流电路的功率交流电路的功率指：单位时间内 交流电路 中电场驱动 电遍所作的功。交流电路中的功率 有多种，包括瞬时功率、有功功率、无功功率、视在功率。1 .瞬时功率：在正弦稳态下，线性时不变一端口网络(图 1)的端口电压u与端口电流 i之积称为输入该网络的瞬时功率，用 P表示。u ="口，十%)即

16、P=ui ,若将当) 2 ，代入上式，得： p = ui = 2UI Sin mt =UI(1 - cos 2 cot)= P(1 - cos 2 t)+Qsint式中I、U为i、u的平均值，妨、巾u为初相角。2.有功功率、无功功率、视在功率 ：p=ui=UI（1-cos2 洲=P（1-cos2E）+Qsind（第一项为有功功率、第二项为无功功率）平均功率：P= Uicos巾=S cos邛；无功功率：Q=UIsin平 =Q+Q视在功率：S=UI有功功率、无功功率与视在功率间的关系-功率三角形。3. 功率因数的提高-cos中工厂的电器设备多为感性负载（等效为RL串联电路），导致功率因数低。（P

17、=aixlan （P = " c。，* R 电阻性负载；e=0 cos = 1 纯电感负载二0= 90。9=0 纯电容负载二8=-90° 叱/=0 一般电路：90叱0（十90。0< cos（p<例如士电动机 空载工cos户=°22°,3满载：cos = 0.70.9荧光灯（也匚串联电路）：cos g=0.5 - 0 .6功率因数低会带来什么问题？参见例2.3.9（及实验）1,供电设备的容量不能充分利用；2,增加线路与电机绕组的功率损耗。3.注意：当功率因数提高到为1时，R L C电路会发生谐振。2.3.6 R L C电路中的谐振电路的功率因数

18、cos中=1,称此电路处于谐振状态。谐振：分串联谐振和并联谐振。串联谐振的特点：1）电流达到最大值（即阻抗值最小，电流最大。）2） u、i同相位，整个电路呈纯电阻性。3） UL=-UC,即LL与UC的有效值相等，相位相反，相互抵消，所以串联谐振又称电压谐振。§ 2.4 相交流电路2.4.1 三相交流电源所谓三相制，是由三个幅值相等、频率相同、相位互差120的单相交流电源作为电源的供电体系，简称三相电源。由三相电源构成的电路，称为三相交流电路。发电厂 升压变电站 瑜电网降压变电站配电网图2.4.1电力系统输/配电示意图1 .三相交流电源的产生三相交流发电机的构造：定子、转子。三相定子绕

19、组完全相同，空间位置互差120。相序：三相电源每相电压出现最大值 (或最小值)的先后次序称为相序。如 序。2 .三相四线制电源中性点N: X、Y、Z 的公共点。A -B -C 称为正相相电压：火线与中性线间的电压O%0L2IB 2 4.2三.相四线制电源国2.4 4相电位与我电压的相值图线电压：火线与火线间的电压；''2.4.2三相电路的计算工农业生产与生活用电多为三相四线制电源提供。 压而定。负载接入电源的原则，应视其额定电如：额定电压为220V的白炽灯，应接在火线与中性线之间；额定电压380V的三相电动机，应接在三根火线上。1.负载星形联结(Y)(1)负载对称星形联结有中性

20、线且负载对称时，仅计算一相即可。如果省去中性线，则为三相三线制电路。arctanA=22Z-53° A(2)负载不对称参见例2.4.2有中性线时：负载的额定电压等于电源的相电压 ，相电压仍然是对称的。若中性线断开，虽然线电压仍然是对称的，但负载的相电压不对称。用M45负我星密JR玷三相跑鞋制电骷K2.4.7不对称三帕电略中N'注意：1.负载作星形联结,不对称且无中性线时，各相负载相电压不对称，随负载变化 而变化，有可能超过用电器的额定电压，这是不允许的。2.负载作星形联结，即使负载对称，但无中性线时，一旦出现故障，各相负载仍不能正常工作。3.中性线的作用在于使星形联结不对称负

21、载的相电压保持对称；为了保证负载相电压对称，中性线在运行中不允许断开(中性线不允许接熔断器)。2 .负载三角形联结负载三角形联结时：负载的相电压等于电源的线电压。负载作 形联结且对称时，线电流和相电流的一般关系式为:3 .三相电路的功率对称负载二有功功率 一般关系式为P=心+%+4+ UJb COS 拓 + IJJc SS 先星形联结对称负载:三角形联结对称负载:依照相同的方法可得三相对称电路的无功功率及视在功率:无功功率1Q二。支Jl 5m口视在功率：5 =下U/§2.5非正弦交流电路2.5.1 非正弦周期信号的分解在分析计算非正弦线性电路时，通常需要将非正弦周期信号用傅里叶级数进

22、行分解，然后利用叠加定理计算。f(t)=a0 a1cos t a2cos2 thsin t b2sin2 t6二a0(akcosk t bksink t)k 1其中：k=1,2,3 1 T5 = f(t)dtT 0ak=2；f(t)coskMdtT 0bk = f(t)sin tdt T o2.5.2非正弦周期信号作用下线性电路的计算用叠加定理计算非正弦线性电路时可按以下步骤进行：(1)将给定的非正弦电压或电流分解为直流分量和一系列频率不同的正弦分量之和。(2)让直流分量和各正弦分量单独作用，求出相应的电压和电流。要注意不同的频率 下的感抗和容抗是不一样的。(3)将各个频率的电压或电流的瞬时值

23、表达式叠加起来就可得到所求得结果。图2.5.1几种非正弦电压的披形计算盘计算公式基波Ahl)三次菌波仆=3)五次谐波(* = 5)容杭% =嬴1595331.8阻抗/口Zk=R-jXa187.8 /57.8°113.2 / -27,L04.9 / - 17.60电流/A0.024/570.013 /27,9*0 D0« 6 /输出电压/V'忆=*2.4 /57.8aQ+B6 /17.6输出电压/V3.K / -3Z.260.69 / -62. J00.27 !-也产* 2.6 一阶电路的瞬态分析(自学，不在本次考试范围内)(思考题与习题 2.1.1-2.4.6取单数

24、)第3章分立元件基本电路3.1 共发射极放大电路3.1.1 电路组成什么是共发射极放大电路？放大器是一种三端电路，其中必有一端是输入和输出的共同"地"端。如果这个共"地"端接于发射极，则称其为共发射极放大电路。单管共发射极放大电路的组成，电路中有一个双极型三极管作为放大器件，因此是单管放大电路。输入回路和输出回路的公共端是三极管的发射极，所以称为单管共射放大电路。工作原理ui直接加在三极管 V的基极和发射极之间，引起基极电流iB作相应的变化 。通过三极管VT的电流放大作用，VT的集电极电流iC也将变化。iC的变化引起V的集电极和发射极之间的电压uCE变化

25、。uCE中的交流分量uce经过电容C2畅通地传送给负载 RL,成为输出交流电压 uo,实 现了电压放大作用。以上只是定性地阐述了单管共射放大电路的基本工作原理。线性 非歧性 ”忸图3JJ单管强度射糖柱大电局感3. L2直靛通路元件作用：三极管V：实现电流放大。集电极直流电源 UCC :确保三极管工作在放大状态。集电极负载电阻 RC：将三极管集电极电流的变化转变为电压变化，以实现电压放大。基极偏置电阻RB :为放大电路提供静态工作点。耦合电容C1和C2 :隔直流通交流。电路特性：1、输入信号与输出信号反相；2、有电压放大作用；3、有电流放大作用；4、功率增益最高（与共集电极、共基极比较）；5、适

26、用于电压放大与功率放大电路。3.1.2 静态分析静态估算法：由直流通路确定静态值。见例3.1.1 和图3.1.3。输入回路静态电压方程 UBe =UCc-罔b ;输出回路静态电压方程UCe = Ucc RI cffl 1 1-3 息工作情况的圉*分所:川人电触 田电席静态分析得出的结论：1 .放大电路在静态时已工作在放大区；2 .不同的基极电流Ibq,工作点Q不同；3 .研究静态的目的是获得合适的静态工作点3.1.3 动态分析（图解法理解）L电压放大倍数2.输入电阻3输出电阻1 .图解法：见图3.1.4和图3.1.5 。2，微变等效电路见图3.1.8.静态工作点将沿直流负载线上移。放大电路动态

27、范围减小，.当输入交流信号增大时，输出将出现失真，使放大电路不能正常工作。静态工作点的稳定采取的措施：1 .分压式偏置电路：利用两个基极电阻的分压来固定基极电位2 .工作原理：引入发射极负反馈电阻使集电极电流稳定。见 图3.1.11和图3.1.12 稳定静态工作点白物理过程：（分压式偏置与负反馈的共同作用）温度升高一 j/一 4t - rEf -（=固定3.1.5 频率特性 见图3.1.15.3.2共集电极放大电路在共集电极 放大电路中,输入信号是由三极管的基极与集电极两端输入的（在原图里看第一个图），再在交流通路里看，输出信号由三极管的集电极与发射极两端获得。因为对交流信号而言，（即交流通路

28、里）集电极是共同接地端，所以称为共集电极放大电路。3.2.1 电路原理图：原图、直流通路、交流通路()图3，工1掂集电极放大电路U）电野原理阳 <b）交荒通路3.2.2 共集电极放大电路具有以下特性：1、输入信号与输出信号同相；2、无电压放大作用，电压增益小于1且接近于1,因此共集电极电路又有“电压跟随器”之称；3、电流增益高，输入回路中的电流iB输出回路中的电流iE和iC ;4、有功率放大作用；5、适用于作功率放大和阻抗匹配电路。6、在多级放大器中常被用作缓冲级和输出级。3.2.3 共集电极放大电路等效电路如图为共集电极放大电路。 （a）是一个共集组态的单管放大电路，由上图（ b）的等

29、效 电路可以看出，输入信号与输出信号的公共端是三极管的集电极，所以属于共集组态。又由于输出信号从发射极引出，因此这种电路也称为射极输出器。图±2 2射梗输出糖的微变等效电躇困12.4例题3一工1电解电路实例:*3.3共源极放大电路（自学，不在本次考试范围内）3.4分立元件组成的基本门电路门电路是一种逻辑电路，在输入信号（条件）和输出信号（结果）之间存在着一定的因 果关系即逻辑关系。在逻辑电路中，通常用符号0和1来表示两种对立的逻辑状态。用 1表示高电平，用0表示低电平，称为正逻辑，反之为负逻辑。基本的逻辑关系有三种：与逻辑、或逻辑、非逻辑。与此相对应的门电路就有与门、或门、非门。由这三种基本 门电路可以组成其