Ch.1电路基本概念、定律和电路元件

1、电路的基本概念、电路的基本概念、定律和电路元件定律和电路元件Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件2主要内容主要内容 电路的基本概念电路的基本概念 电电源与信号源源与信号源 电阻、电感和电容元件电阻、电感和电容元件 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 半导体二极管半导体二极管 双极型晶体管双极型晶体管Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件31.1 电路的基本概念电路的基本概念 电路与电路模型电路与电路模型 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向 电路中的功率电路中的功率Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路

2、元件电路的基本概念、定律和电路元件4为了某种需要而电气设备和元器件按一定方式组为了某种需要而电气设备和元器件按一定方式组合连接起来的电流通路。合连接起来的电流通路。1.1.1 电路和电路模型电路和电路模型1. 电路电路汽车照明电路汽车照明电路 电池电池灯泡灯泡开关、导线开关、导线Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件5用来描述实际电路若干用来描述实际电路若干理想元件理想元件的某种组合。的某种组合。描述实际器件的主要物理规律的数学描述实际器件的主要物理规律的数学模型，简称元件。模型，简称元件。 2. 电路模型电路模型导线阻抗导线阻抗 电阻性电阻性滑线变阻

3、器滑线变阻器相邻线圈绝缘层相邻线圈绝缘层 电容性电容性构成线圈构成线圈 通电产生磁场通电产生磁场 电感性电感性结论：结论：滑线变阻器滑线变阻器 可变理想电阻可变理想电阻Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件6灯灯泡泡电电池池开关、导线开关、导线实际电路实际电路 电路模型电路模型理想元件理想元件Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件73. 电路组成电路组成电池：提供能量电池：提供能量电源电源灯泡：消耗能量灯泡：消耗能量负载负载开关、导线：传输能量开关、导线：传输能量中间环节中间环节Chapter 1 电路的基本概

4、念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件84. 电路的状态电路的状态电路的基本概念电路的基本概念（1）通路（常态）：电路正常工作的状态；）通路（常态）：电路正常工作的状态；（2）开路（断路）：开关断开的状态；）开路（断路）：开关断开的状态；（3）短路：电源正负极直接用导线相连。）短路：电源正负极直接用导线相连。（1）进行能量的转换、传输和分配。进行能量的转换、传输和分配。5. 电路的作用电路的作用（2）实现信号的传递、存储和处理。）实现信号的传递、存储和处理。Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件9能量的转换、传输和分配能量的转换、传输和分配电

5、路的基本概念电路的基本概念Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件10信号的传递、存储和处理信号的传递、存储和处理Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件11电荷的定向移动形成电流。电荷的定向移动形成电流。直流直流(DC)I交流交流(AC)i1.1.2 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向1. 电流（电流（Current）I 有效值或直流量有效值或直流量 i 瞬时值或交流量瞬时值或交流量Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件12dtdqi 安培安培 A、毫安、毫安m

6、A、微安、微安A电流强度电流强度正电荷运动的方向。正电荷运动的方向。箭头。箭头。iabChapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件13在复杂电路中难于判断元件中电流的实际方在复杂电路中难于判断元件中电流的实际方向，电流如何求解？向，电流如何求解？ UsIsRIRab电流方向电流方向ba？电流方向电流方向a b ？Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件14iabi 0参考参考方向方向真实方向真实方向参考方向参考方向一致一致假定的电流正方向假定的电流正方向 如果求出的电流值为正，说明参考方向与真实方向如果求出的电流值为正

7、，说明参考方向与真实方向一致，否则说明参考方向与真实方向相反。一致，否则说明参考方向与真实方向相反。iChapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件15单位正电荷由单位正电荷由a点移至点移至b点电场力所做的功。点电场力所做的功。2. 电压（电压（Voltage）U 有效值或直流量有效值或直流量 u 瞬时值或交流量瞬时值或交流量直流直流(DC)U交流交流(AC)uChapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件16伏特伏特V、毫伏、毫伏mV、千伏、千伏kV电压降方向，即由高电位指向低电位电压降方向，即由高电位指向低电位 正电荷由正

8、电荷由a移到移到b，若失去能量，则我们称，若失去能量，则我们称a为为正极性点（），正极性点（），b为负极性点（），或者说为负极性点（），或者说a为高电位点为高电位点va，b为低电位点为低电位点vb（vavb）。）。baabvvdqdwuChapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件17假定的电压正方假定的电压正方向向ua+ bu0 +电压参考方向的标注方式：电压参考方向的标注方式：用参考极性表示用参考极性表示用箭头表示用箭头表示用双下标表示用双下标表示+uuabuab+ uChapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件18q

9、参考方向是任意假定的电流、电压的正方向，参考方向是任意假定的电流、电压的正方向，又称假定正方向。在分析问题时首先又称假定正方向。在分析问题时首先规定参考规定参考方向方向，然后根据规定的参考方向列方程。，然后根据规定的参考方向列方程。q 参考方向一经规定参考方向一经规定，在整个分析、计算过程中，在整个分析、计算过程中就必须以此为准，就必须以此为准，不能改动不能改动。q 参考方向可以任意规定而不影响计算结果。参考方向可以任意规定而不影响计算结果。q 电流参考方向和电压参考方向可以分别独立地电流参考方向和电压参考方向可以分别独立地规定。规定。使用参考方向时的注意事项使用参考方向时的注意事项Chapt

10、er 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件19abiu+ 为了方便起见，常将电流和电压参考方向取为一为了方便起见，常将电流和电压参考方向取为一致，称致，称关联方向关联方向；如不一致，称；如不一致，称非关联方向非关联方向。(a)关联方向关联方向abiu+(b)非非关联方向关联方向注意：注意：应该根据元件本身两端的电压方向和流过应该根据元件本身两端的电压方向和流过其的电流方向判断，不要根据外电路判断。其的电流方向判断，不要根据外电路判断。Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件20例例1.1 在图（在图（a）电路中，）电路中，Ua

11、b= 5V，问，问a、b两两点哪点电位高？点哪点电位高？+uabab（a）+u1ab+u2（b）在图（在图（b）电路中，）电路中，U1= 6V，U2= 4V，问，问Uab？ 解：解：在图（在图（a）电路中）电路中Ua0p0 吸收功率吸收功率p 0，D导通，导通，uo= us；当当usUON时，时，D1导通，导通，D2截止，截止， uo=0.7V； 当当uS UON时，时，D2导通，导通，D1截止，截止， uo=0.7V； 当当| uS | UF(导通电压），该二极管导通。导通电压），该二极管导通。 若若UUF(导通电压），该二极管截止。导通电压），该二极管截止。 （3）若电路中含有多个二极管，

12、则在导通二极管）若电路中含有多个二极管，则在导通二极管中正向偏置中正向偏置U最大的优先导通，导通后其等效于导最大的优先导通，导通后其等效于导线（理想模型）或电压值为线（理想模型）或电压值为UF的理想电压源（恒压的理想电压源（恒压降模型）。降模型）。 （4）重复上述步骤判断其余二极管。）重复上述步骤判断其余二极管。Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件72例例1.5.1已知：锗二极管已知：锗二极管UA= +3V，UB= 0V。 求：输出端电位求：输出端电位UO。 UA UB ，D1 优先导通优先导通。 设二极管的正向压降是设二极管的正向压降是 0.3V，

13、则，则 UO = + 2.7V。 当当 D1 导通后导通后, D2 因反偏而截止。因反偏而截止。D1起起钳位钳位作用，将输出端电位钳制在作用，将输出端电位钳制在+ 2.7 V。 解：解：Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件731.5.5 稳压二极管与稳压二极管与稳压电路稳压电路 一种特殊的面接触型半一种特殊的面接触型半导体硅二极管，工作于反导体硅二极管，工作于反向击穿区。向击穿区。I/mAOUZIZIZM+ 正向正向 +反向反向 UZ IZU/V 稳压管反向击穿后，电稳压管反向击穿后，电流虽在很大范围内变化，流虽在很大范围内变化，但其两端的电压变化很

14、但其两端的电压变化很小。小。稳压特性稳压特性Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件74 稳压管的主要参数：稳压管的主要参数：1. 稳定电压稳定电压UZ 4. 稳定电流稳定电流 IZ、最大、最小稳定电流、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。3. 动态电阻动态电阻 rZ2. 电压温度系数电压温度系数 U （%/）5. 最大允许耗散功率最大允许耗散功率 PZMZZZIUr maxZZZMIUP 稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件75 电阻的作用电阻

15、的作用: 起限流作用，以保护稳压管；起限流作用，以保护稳压管； 当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。流，从而起到稳压作用。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件76 稳压条件是什么？稳压条件是什么？IZmin IZ IZmax不加不加R可以吗？可以吗？IZ IZM ，电阻值合适。，电阻值合适。解：解：mA5A105

16、A106 . 1122033Z I 稳压管电流稳压管电流 IZ ？限流电？限流电阻阻R的值是否合适？的值是否合适？例例4.2Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件77发光二极管发光二极管ak 当电流流过时，发光二极管当电流流过时，发光二极管发光。光的颜色由二极管材料发光。光的颜色由二极管材料（如砷化镓、磷化镓）决定。（如砷化镓、磷化镓）决定。 发光二极管通常用作显示器件，发光二极管通常用作显示器件，工作电流一般在几工作电流一般在几mA至几十至几十mA之间。之间。 另一重要作用：将电信号变为另一重要作用：将电信号变为光信号，通过光缆传输，然后用光信号，通

17、过光缆传输，然后用光电二极管接收，再现电信号。光电二极管接收，再现电信号。发光二极管的符号发光二极管的符号Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件78 光电二极管光电二极管akakipup+ （a）光电二极管的符号）光电二极管的符号 （b）光电二极管的等效电路）光电二极管的等效电路光电二极管可将光信号转变为电信号。其特点是光电二极管可将光信号转变为电信号。其特点是它的反向电流与照度成正比。它的反向电流与照度成正比。Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件791.6 双极型晶体管双极型晶体管晶体管的结构和工作原理晶体

18、管的结构和工作原理晶体管的特性曲线和主要晶体管的特性曲线和主要参数参数Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件801. 晶体管的结构与符号晶体管的结构与符号 半导体三极管简称三极管或晶体管，是由半导体三极管简称三极管或晶体管，是由2个个PN结构成的，其基本功能：具有电流放大作用。结构成的，其基本功能：具有电流放大作用。二氧化硅二氧化硅保护膜保护膜铟球铟球铟球铟球BECN 型硅型硅P 型硅型硅N 型硅型硅( (a) ) 平面型平面型( (b) )合金型合金型ECBPPN 型锗型锗1.6.1 晶体管的结构和工作原理晶体管的结构和工作原理Chapter 1 电

19、路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件81按结构可分为：按结构可分为：NPN型和型和PNP型。型。集电极集电极，用用C C表示表示集电区集电区，掺，掺杂浓度低杂浓度低基极基极，用，用B B表示表示基区基区，薄，薄发射区发射区，掺，掺杂浓度高杂浓度高发射结发射结集电结集电结，面积，面积比发射结大比发射结大发射极发射极，用用E E表示表示Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件82发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。 NPN型与型与PNP型三极管的工作原理相似，只型三极管的工作原理相似，只是使用时所

20、加电源的极性不同。是使用时所加电源的极性不同。Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件83用实验说明三极管的用实验说明三极管的电流分配与放大作用电流分配与放大作用 实验电路采用共发射实验电路采用共发射极接法，极接法，NPN 型管。型管。 为了使三极管具有放大作用，电源为了使三极管具有放大作用，电源 EB 和和 EC 的极的极性必须使性必须使发射结上加正向电压发射结上加正向电压(正向偏置正向偏置)，集电结加，集电结加反向电压反向电压(反向偏置反向偏置)。 改变可变电阻改变可变电阻 RB，则基极电流，则基极电流 IB、集电极电流、集电极电流 IC 和发射极电

21、流和发射极电流 IE 都发生变化，都发生变化，2.电流分配与放大作用电流分配与放大作用Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件84IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC/mA 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE/mA 0UBC UB UEPNP 型三极管应满足型三极管应满足: UEB 0UCB 0即即 UC UB VBVE， PNP型有型有VCVBVE。可见基极电位总是居中，据此。可见基极电位总是居中，据此可确定基极。可确定基极。2）硅管）硅管|VBE|=0.60.8V，锗管，锗管 |VBE|=

22、0.20.4V，则与基极电位相差此值的电极为发射极，并可判则与基极电位相差此值的电极为发射极，并可判断是硅管还是锗管。断是硅管还是锗管。3）余下一电极为集电极。）余下一电极为集电极。4）集电极电位为最高的是）集电极电位为最高的是NPN型管，集电极电型管，集电极电位为最低的是位为最低的是PNP型管。型管。Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件89输入特性曲线输入特性曲线常数常数 CE)(BEBuufi 三极管的输入特性也三极管的输入特性也有一段死区，只有在发有一段死区，只有在发射结外加电压大于死区射结外加电压大于死区电压时，才会产生电压时，才会产生 iB

23、。1. 特性曲线特性曲线+iBiCuBEuCE1.6.2 晶体管的特性曲线和主要参数晶体管的特性曲线和主要参数Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件90输出特性曲线输出特性曲线常数常数 B)(CECiufi(1) 放大区放大区IC IB(2) 截止区截止区IB = 0 ， IC = ICEO( (很小很小) ) 0 为了使三极管可靠截止，常使为了使三极管可靠截止，常使 UBE 0。+iBiCuBEuCE（发射结正偏，集电结反偏）（发射结正偏，集电结反偏）（发射结反偏，集电结反偏）（发射结反偏，集电结反偏）iC不受不受uCE控制控制Chapter 1 电

24、路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件91(3) 饱和区饱和区 当三极管饱和时，当三极管饱和时，UCE 0，C-E间如同一个开关的接通；间如同一个开关的接通； 当三极管截止时，当三极管截止时，IC 0 ， C-E之间如同一个开关的断开；之间如同一个开关的断开； 可见，三极管除了有可见，三极管除了有放大作用放大作用外，还有外，还有开关作用开关作用。+iBiCuBEuCE （发射结正偏，集电结正偏）（发射结正偏，集电结正偏）uBE = 0.7VuCE uBE，iC iBuCE 0Chapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件922. 晶体管晶体

25、管的主要参数的主要参数（1） 电流放大系数电流放大系数 ，直流放大系数直流放大系数BCII QIIBC 交流放大系数交流放大系数 在输出特性曲线近于平行等距并且在输出特性曲线近于平行等距并且 ICEO 较小的较小的情况下情况下, ,可近似认为可近似认为 三极管的参数是用来表征其性能和适用范围的，三极管的参数是用来表征其性能和适用范围的，也是评价三极管质量以及选择三极管的依据。也是评价三极管质量以及选择三极管的依据。QiC uCE IB ICICUCEIBChapter 1 电路的基本概念、定律和电路元件电路的基本概念、定律和电路元件93（2）极间反向电流）极间反向电流1）集）集-基极间反向饱和电流基极间反向饱和电流ICBOA+ICBOUCC 其大小取决于温度和少数载其大小取决于温度和少数载流子的浓度。流子的浓度。小功率锗管：小功率锗管：ICBO10A，小功率硅管：小功率硅管：ICBO1A。2）集）集-射极间反向饱和（穿透）电流射极间反向饱和（穿透）电流ICEOAICEOUCCICEO=（1+）