第1章-电路和电路元件课件.ppt

1、下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 电路电路是电为了实现某种应用目的，将若干电工、电子器是电为了实现某种应用目的，将若干电工、电子器件或设备按一定方式相互连接所组成的整体。件或设备按一定方式相互连接所组成的整体。发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线 电路的基本特征电路的基本特征是基本中存在着电流的通路。是基本中存在着电流的通路。由于电的应用很广泛，所以由于电的应用很

2、广泛，所以电路的具体形式电路的具体形式是多种多样、是多种多样、千变万化的。千变万化的。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 这类电路由于电压较高、电流和功率较大，习惯上称不这类电路由于电压较高、电流和功率较大，习惯上称不“强电强电”电路电路。这类电路通常电压较低、电流和功率较小，习惯上称不这类电路通常电压较低、电流和功率较小，习惯上称不“弱电弱电”电路电路。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电源电源:提供提供电能的装置电能的装置负载负载:取用取用电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电

3、能的作用发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线 电路一般由电源、负载和中间环节三部分组成。电路一般由电源、负载和中间环节三部分组成。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出直流电源直流电源:提供能源提供能源负载负载信号源信号源:提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 电源或信号源的电压或电流称为电源或信号源的电压或电流称为激励激励，它推动电路工作；由，它推动电路工作；由激励所产生的电压和电流称为激励所产生的电压和电流称为响应响应。信号处理：信号处理：放大、调谐、检波等放大、调谐、检波等下一页下一页章目录章目录返回返回

4、上一页上一页退出退出 实际电路元件实际电路元件：用于构成电路的电工源或信号源的电压或：用于构成电路的电工源或信号源的电压或电流称、电子元器件，简称为电流称、电子元器件，简称为实际元件。实际元件。实际元件种类繁多，实际元件种类繁多，各具其他特性和用途。各具其他特性和用途。实际电路实际电路：用实际元件构成的电路。：用实际元件构成的电路。某一个某一个实际电路元件实际电路元件往往呈现多种物理性质。如线圈具有：往往呈现多种物理性质。如线圈具有：电感、电阻、电容。电感、电阻、电容。实际电路元件的模型实际电路元件的模型：为了便于进行电路分析，常采用一：为了便于进行电路分析，常采用一些理想电路元件来表征实际元

5、件的特性。些理想电路元件来表征实际元件的特性。理想电路元件理想电路元件，简称，简称电路元件电路元件：是对实际元件在一定条件：是对实际元件在一定条件下进行的科学抽象而得到的，具有某种理想的电路特性。下进行的科学抽象而得到的，具有某种理想的电路特性。理想理想电路元件主要电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。一般只含有一个电路参数。一般只含有一个电路参数。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出手电筒的电路模型手电筒的电路模型 将实际电路中的各种实际元件都用其相应的模型将实际电路中的各种实际元件都用其相应的模型表示后，就构成实

6、际电路的表示后，就构成实际电路的电路模型电路模型。由电池、灯泡、由电池、灯泡、开关和筒体组成。开关和筒体组成。+R0R开关开关EI电珠电珠+U干电池干电池 导线导线 电路模型是由一些理想电路元件相互连接而构成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表示，故也称为的整体，是实际电路的一种等效表示，故也称为等效等效电路电路。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 建立电路模型给实际电路的分析带来很大方便，建立电路模型给实际电路的分析带来很大方便，是研究电路问题的常用方法。是研究电路问题的常用方法。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电理想电路元件主要有

7、电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。容元件和电源元件等。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出dtdqi A)下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出I 在进行电路分析计算时，为了列在进行电路分析计算时，为了列出与电流有关的表达式，必须预先假出与电流有关的表达式，必须预先假定电流的方向，称为定电流的方向，称为电流的参考方向电流的参考方向（也称为（也称为正方向正方向）。）。Iab文字中：双下标文字中：双下标电路中：箭标电路中：箭标abRI+R0E3V注意：注意：如果实际方向可以判定，就取其为参考方向，否如果实际方向可以判定，就取其为参考方向，否则参考方向任意假定。

8、则参考方向任意假定。在参考方向选定后在参考方向选定后,电流电流(或电压或电压)值才有正负之分。值才有正负之分。正表示电流实际方向与参考方向一致，否则相反。正表示电流实际方向与参考方向一致，否则相反。交直流都必须规定参考方向。交直流都必须规定参考方向。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出+R0E3V Uab+_dqdWu )下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出abb+R0E3V Uab+_aabaabVVVU下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出b+R0E3V Uab+_a 在进行电路分析计算时，为了列出与电压有关的表达式，在进行电路分析计算时，为了

9、列出与电压有关的表达式，必须预先假定电压或电动势的参考方向，也称为必须预先假定电压或电动势的参考方向，也称为参考极性参考极性。电压的参考方向（极性）用电压的参考方向（极性）用“”、“”极性表示。极性表示。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 在采用关联系参考方向时，如果标出某个电路元件的电在采用关联系参考方向时，如果标出某个电路元件的电压（或电流）的参考方向，则该元件的电流（或电压）的参压（或电流）的参考方向，则该元件的电流（或电压）的参考方向就随之关联地确定，可以不再标出。考方向就随之关联地确定，可以不再标出。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 如果某个元件

10、（某段电路）的电流如果某个元件（某段电路）的电流i和电压和电压u参考方向采用参考方向采用关联参考方向关联参考方向，则其功率，则其功率 单位为瓦单位为瓦特特（W）为正）为正值时表示该元件（电路）吸收功率（消耗电能或吸收电能）；值时表示该元件（电路）吸收功率（消耗电能或吸收电能）；若为负值则表示输出功率，即送出电能。若为负值则表示输出功率，即送出电能。说明：说明：习惯上对电源的端电压和流过的电流采用非关联系参考习惯上对电源的端电压和流过的电流采用非关联系参考方向。其功率方向。其功率 （0)表示电源向外电路提供功率。表示电源向外电路提供功率。uip uip 在时间在时间t1和和t2期期间，元件（或电

11、路）吸收的电能为间，元件（或电路）吸收的电能为21ttuidtW电能的单位为焦电能的单位为焦耳耳（J），实用中常采用千瓦时（），实用中常采用千瓦时（kWh），），1 kWh=3.6106 J，俗称为俗称为1度电。度电。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出E解解：(1)d为参考点，由欧姆为参考点，由欧姆 定律得定律得U=R I=9 VPE I(2)U=R I=0.52 V=1 V，PE I故故 V=U=9 VI1adb+cI2I3U=-U也可以理解为非关联参考也可以理解为非关联参考方向下的欧姆定律表达式。方向下的欧姆定律表达式。因为因为参考方向是从参考方向是从c指向指向b，故，故

12、 U=R I=-0.8(-1.25)V=1 V;下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 电路中普遍存在着电能的消耗、磁场能量的储存、电场能电路中普遍存在着电能的消耗、磁场能量的储存、电场能量储存这三种基本的能量转换过程。表征这三种物理性质的电量储存这三种基本的能量转换过程。表征这三种物理性质的电路参数是电阻、电感和电容。路参数是电阻、电感和电容。电阻、电感、电容元件的图形符号如下：电阻、电感、电容元件的图形符号如下：本节先讨论（理想）电阻、电感、电容元件的基本特性，本节先讨论（理想）电阻、电感、电容元件的基本特性，然后介绍实际电阻器、电感器和电容器的主要参数及模型。然后介绍实际电

13、阻器、电感器和电容器的主要参数及模型。+Rui-+Cui-+Lui-+-eL下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 线性电阻的伏安特性满足欧姆律（线性电阻的伏安特性满足欧姆律（Ohms Law），当电压和电流的参考方向为关联参考方），当电压和电流的参考方向为关联参考方向时，其伏安特性为向时，其伏安特性为上式表明，线性电阻的电压与电流之间成线性函数关系。上式表明，线性电阻的电压与电流之间成线性函数关系。电阻上的压和电流之间关系称为电阻上的压和电流之间关系称为伏安特性伏安特性。R为元件的参数电阻，是一个与电压、电流无关的常数，单为元件的参数电阻，是一个与电压、电流无关的常数，单位为欧

14、位为欧姆姆（）。）。如果电阻上的伏安特性曲线在如果电阻上的伏安特性曲线在u-i平面上是一条通过原点平面上是一条通过原点的直线，则称为的直线，则称为线性电阻线性电阻。+Rui-下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 （1）比例性（亦称齐次性）。变量随自变量成比例增加。）比例性（亦称齐次性）。变量随自变量成比例增加。电阻吸收的功率为电阻吸收的功率为 （2）可加性。若电流）可加性。若电流1、2在电阻在电阻 上分别产生的电压为上分别产生的电压为1=1、2=2，则电流之和，则电流之和1+2产生的电压为产生的电压为=(1+2)=1+2。RuRiuip22 从从t1到到t2的时的时间内，电阻元

15、件吸收的电能为间内，电阻元件吸收的电能为212ttidtRW电阻吸收的电能全部转化成热能，是不可逆的能量转换过程，电阻吸收的电能全部转化成热能，是不可逆的能量转换过程，因此，因此，电阻是一个耗能元件电阻是一个耗能元件。如果电阻上的电压与电流之间不是线性函数关系，则称为如果电阻上的电压与电流之间不是线性函数关系，则称为非线性电非线性电阻。阻。非线性电阻非线性电阻在在u-i平面上的伏安特性曲线是一条通过原点或不通过原点平面上的伏安特性曲线是一条通过原点或不通过原点的曲，的曲，也可以是不通过原点的直线也可以是不通过原点的直线。本章。本章1.4节将要介绍的二极管就是一个节将要介绍的二极管就是一个典型的

16、非线性电阻元件。典型的非线性电阻元件。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 当流过电感的电流当流过电感的电流i发生变化时，则要产生发生变化时，则要产生自感电动势自感电动势eL，元件两端就有电压，元件两端就有电压u。若电感元。若电感元件的件的i，eL，u的参考方向如图所规定，则有的参考方向如图所规定，则有 通有电流通有电流i的电感元件，会在其周围产生磁场。若电感线的电感元件，会在其周围产生磁场。若电感线圈匝数为圈匝数为N，每匝磁通为，每匝磁通为，则其匝数与磁通之积为，则其匝数与磁通之积为N。L为元件的参数电感，是一个与磁通、电流无关的常数，单为元件的参数电感，是一个与磁通、电流无

17、关的常数，单位为亨位为亨利利（H）。磁通）。磁通的单位为韦的单位为韦伯伯（Wb）。）。线性感元件的特性方程为线性感元件的特性方程为 如果电感元件中的磁通如果电感元件中的磁通和电流和电流i之间是线性函数关系，之间是线性函数关系，则称为则称为线性电感线性电感，否则称为，否则称为非线性电感非线性电感。dtdiLdtdNeLdtdiLeuL+Lui-+-eL下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 对恒定电流（直流电），电感元件的端电压为零，故在对恒定电流（直流电），电感元件的端电压为零，故在直流电路的稳态情况下电感元件相当于短路直流电路的稳态情况下电感元件相当于短路。当流过电感的电流增大

18、时，磁通增大，它所储存的磁场当流过电感的电流增大时，磁通增大，它所储存的磁场能量也变大。如果电流减小到零，所储存的能量全部释放出能量也变大。如果电流减小到零，所储存的能量全部释放出来，故来，故电感元件本身不消耗能量，是一个储能元件电感元件本身不消耗能量，是一个储能元件。这表明这表明线性电感线性电感的端电压的端电压u与电流与电流i对时间的变化率对时间的变化率di/dt成正比。成正比。在在0到到t1时时间，流过电感的电流由间，流过电感的电流由0变到变到I时，电感所储存的时，电感所储存的磁场能磁场能量量为为200211LILidiuidtWItL 上式表明，电感元件在某一时刻的储能上式表明，电感元件

19、在某一时刻的储能只取决于该时刻只取决于该时刻的电流值，而与电流的过去变化进程无关的电流值，而与电流的过去变化进程无关。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 当电容两端的电压当电容两端的电压u发生变化时，其极板上发生变化时，其极板上的电荷的电荷量量就随之变化，和极板连接的导线中就随之变化，和极板连接的导线中就有电流就有电流i，若，若u，i的参考方向如图所规定，则的参考方向如图所规定，则有有 当电容两端加有电压当电容两端加有电压u时，它的极板上就会储有电荷时，它的极板上就会储有电荷量量q。C为元件的参数电容，是一个与电荷为元件的参数电容，是一个与电荷量量、电压无关的常数，、电压无关

20、的常数，单位为法单位为法拉拉(F)。这个单位比较大，实用中常采用微法。这个单位比较大，实用中常采用微法(F)、纳法纳法(nF)或皮法或皮法(pF)。1 F=106 F=109 nF=1012 pF。线性容元件的特性方程为线性容元件的特性方程为 如果电荷如果电荷量量q和电压和电压u之间是线性函数关系，则称为之间是线性函数关系，则称为线性线性电容电容，否则称为，否则称为非线性电容非线性电容。dtduCdtdqi+Cui-下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 对恒定电电压，电容的电流为零，故在对恒定电电压，电容的电流为零，故在直流电路的稳态直流电路的稳态情况下电容元件相当于开路情况下

21、电容元件相当于开路。和电感相类似，和电感相类似，电容元件本身不消耗能量，是一个储能元电容元件本身不消耗能量，是一个储能元件件能量储存于电容的电场之中。能量储存于电容的电场之中。这表明这表明线性电容线性电容的电流的电流i 与电压对时间的变化率与电压对时间的变化率du/dt成正比。成正比。在在0到到t1时时间，流过电容的电压由间，流过电容的电压由0变到变到U时，电容所储存时，电容所储存的电场能的电场能量量为为200211CUCuduuidtWUtC 上式表明，电容元件在某一时刻的储能上式表明，电容元件在某一时刻的储能只取决于该时刻只取决于该时刻的电压值，而与电压的过去变化进程无关的电压值，而与电压

22、的过去变化进程无关。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 电阻器电阻器的种类很多，如铸铁电阻器、绕线电阻器、碳膜的种类很多，如铸铁电阻器、绕线电阻器、碳膜电阻器、金属膜电阻器等。电阻器、金属膜电阻器等。电阻器的主要参数为电阻器的主要参数为：实际的电阻器、电感器和电容器，是人们为了得到一定实际的电阻器、电感器和电容器，是人们为了得到一定数值的电阻、电感和电容而制成的元件。它们在电工电子电数值的电阻、电感和电容而制成的元件。它们在电工电子电路中应用广泛。路中应用广泛。标称阻值标称阻值：电阻器上所标的电阻值。：电阻器上所标的电阻值。允许偏差允许偏差：实际阻值与标称值之差和标称值的百分

23、数。：实际阻值与标称值之差和标称值的百分数。额定功率额定功率（或（或额定电流额定电流）：）：例例：某：某RJ-2型金属膜电阻器，标称阻值为型金属膜电阻器，标称阻值为820，允许，允许偏差为偏差为5%，额定功率为，额定功率为2 W。具体标注方法请参见有关手册。具体标注方法请参见有关手册。选用选用：其电阻值符合要求，而且实际消耗功率（或通过：其电阻值符合要求，而且实际消耗功率（或通过的电流）不允许超过额定功率（或额定电流）。的电流）不允许超过额定功率（或额定电流）。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出误差误差标标称称值值 10%（E12）5%（E24）1.0、1.2、1.5、1.8

24、、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.21.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1等等参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、金、银黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝、紫、灰、白、金、银 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.1 0.01误差误差:1%2 0.5 0.2 0.1 5 10参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回

25、上一页上一页退出退出的电阻的电阻表示表示%51.5 的电阻的电阻表示表示%20.15 倍倍率率10n误误差差有效有效数字数字有效有效数字数字误误差差倍倍率率10n参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 额定值是制造厂为保证器件或设备能额定值是制造厂为保证器件或设备能长期安全工作长期安全工作在设在设计制造时确定的，通常标示在器件或设备的计制造时确定的，通常标示在器件或设备的铭牌铭牌上，也可以上，也可以从产品技术文件或手册中查得。从产品技术文件或手册中查得。各种电工电子器件或设备，其工作电压、电流和功率等都各种电工电子器件或设备，其工作电压、电流和功率等都

26、有一个定额，称为有一个定额，称为额定值额定值。在使用各种器件或设备时，务请了解其额定值，按规定在使用各种器件或设备时，务请了解其额定值，按规定的条件正确使用，以防损坏。的条件正确使用，以防损坏。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 额定值额定值:电气设备在正常运行时的规定使用值电气设备在正常运行时的规定使用值 1.额定值反映电气设备的使用安全性；额定值反映电气设备的使用安全性；2.额定值表示电气设备的使用能力。额定值表示电气设备的使用能力。注意：注意：电气设备工作时的实际值不一定都等于其电气设备工作时的实际值不一定都等于其额定值，要能够加以区别。额定值，要能够加以区别。：I I

27、N，P IN，P PN 额定工作状态：额定工作状态：I=IN，P=PN 参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 通常是用导线绕制而成的线圈，有的电感线圈含有铁芯，通常是用导线绕制而成的线圈，有的电感线圈含有铁芯，称为称为铁芯线圈铁芯线圈。线圈中放入铁芯可以大大增加其电感的数值，但却引起线圈中放入铁芯可以大大增加其电感的数值，但却引起了非线性，并产生铁芯损耗。了非线性，并产生铁芯损耗。电阻器的主要参数为电阻器的主要参数为：电感值电感值：额定电流额定电流：例例：某：某LG4型电感器，电感量为标称值为型电感器，电感量为标称值为820 H，最大，最大工作电流为

28、工作电流为150 mA。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 通常由绝缘介质隔开的金属极板组成。通常由绝缘介质隔开的金属极板组成。其种类很多，主要是介质不同，如纸、云母、瓷、涤纶、其种类很多，主要是介质不同，如纸、云母、瓷、涤纶、玻璃釉、钽、电解质、空气等都是常见的介质。玻璃釉、钽、电解质、空气等都是常见的介质。电容器的主要参数为电容器的主要参数为：标称容量标称容量：额定电压额定电压：例例：某：某CJ10型纸介质电容器，标称容量为型纸介质电容器，标称容量为0.15 F、额定、额定工作电压为工作电压为400 V。在使用中，电容器实际承受电压不允许超过额定值，否在使用中，电容器实际

29、承受电压不允许超过额定值，否则可能使其绝缘介质被击穿。则可能使其绝缘介质被击穿。电解电容器有正、负极，使用时，应用将正极接高电位电解电容器有正、负极，使用时，应用将正极接高电位端，负极接低电位端，不能接反。端，负极接低电位端，不能接反。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 实际电阻器、电感器和电容器在多数情况下可以只考虑实际电阻器、电感器和电容器在多数情况下可以只考虑其主要物理性质，将它们近似地看作理想元件。其主要物理性质，将它们近似地看作理想元件。但在有些情况下，除考虑这些元件的主要物理性质外，但在有些情况下，除考虑这些元件的主要物理性质外，还要考虑其次要的物理性质，此时可用

30、还要考虑其次要的物理性质，此时可用R、L、C组成的电路组成的电路模型来表示。不同情况下具体的模型不同，如：模型来表示。不同情况下具体的模型不同，如：考虑电能损耗时的电容器模型考虑电能损耗时的电容器模型RCLRC 考虑电能损耗和磁场能储存时考虑电能损耗和磁场能储存时的电容器模型的电容器模型下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 在实际使用中，若单个器件参数不能满足要求，常将几在实际使用中，若单个器件参数不能满足要求，常将几个元件串联或并联起来使用，个元件串联或并联起来使用，R、L、C元件串联、并联参数元件串联、并联参数计算公式如下：计算公式如下：例例 1.2.1：（教材：（教材P9

31、），怎样选用元件组成符合参数要），怎样选用元件组成符合参数要求的电路。求的电路。连接方式连接方式串串 联联并并 联联21RRR+21111RRR+21LLL+21CCC+21111LLL+21111CCC+等效电阻等效电阻等效电感等效电感等效电容等效电容下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出)(SsUu+-)(SsIi)(Uu下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出电流源电流源 电压源是一个电压源是一个理想二端元件理想二端元件。电压源具有两个特点。电压源具有两个特点:(1)能提供一个能提供一个恒定值的电压恒定值的电压(又称又称源电压源电压)直流电压直流电压US或是按某

32、一定规律随时间变化的电压或是按某一定规律随时间变化的电压us（如电力系统的正弦电（如电力系统的正弦电压）。压）。端电压端电压与流过它的电流无关与流过它的电流无关(不因外电路不同而改变不因外电路不同而改变)。(2)输出的电流输出的电流i(t)取决于外电路，由外电路的负载决定。取决于外电路，由外电路的负载决定。电流源也是一个电流源也是一个理想二端元件理想二端元件，它具有以下两个特点，它具有以下两个特点:(1)能提供的一个恒定的电流能提供的一个恒定的电流(又称为又称为源电流源电流)直流电直流电流流IS或是某种确定的时间函数或是某种确定的时间函数is(t)，输出电流输出电流与端电压无关。与端电压无关。

33、(2)其端电压其端电压u(t)取决于外电路，由外电路负载决定。取决于外电路，由外电路负载决定。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 实际电源一般不具有理想电源的特征，即当外接负载变实际电源一般不具有理想电源的特征，即当外接负载变化时，其所提供的电压或电流都会发生变化。化时，其所提供的电压或电流都会发生变化。实际电源的特性可以用理想电源元件和电阻元件的组合实际电源的特性可以用理想电源元件和电阻元件的组合来表征。来表征。当外部负载变化时，有的电源输出特性，比较接近电压当外部负载变化时，有的电源输出特性，比较接近电压源的特性，有的比较接近电流源的特性。源的特性，有的比较接近电流源的特

34、性。由负载由负载R减小，减小，I增大，输出电增大，输出电压压U下降低这特性可知，下降低这特性可知，实际电源实际电源可以用以下电压源模型来表示。可以用以下电压源模型来表示。在右图所示电路中，当外接在右图所示电路中，当外接负载断开（称为负载断开（称为开路开路）时，设其）时，设其端电压端电压U=US（称为（称为开路电压开路电压）。）。实际实际有源有源元件元件RLUA+-VI下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 实际电源可以用电压源实际电源可以用电压源US和电阻和电阻R0（电源的内阻）串联（电源的内阻）串联的模型（称为的模型（称为电压源模型电压源模型）来表示，如下图所示。）来表示，如下

35、图所示。由上式可知，电源内阻由上式可知，电源内阻R0越小（越小（R0R），输出电流），输出电流I就越接近就越接近IS（源电流源电流），该实际电源的特性就越接近电流源。），该实际电源的特性就越接近电流源。令令SUIR0+-URL实际实际电源电源元件元件I+-URL00RURUISIRUUS0 上式表示，上式表示，实际电源可以用电流源实际电源可以用电流源IS和电阻和电阻R0并联的模并联的模型（称为型（称为电流源模型电流源模型）来表示，如下图所示。）来表示，如下图所示。0RUISS则有则有00RURURUIIS+下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 一个实际电源元件既可以用电压源模型

36、（电压源一个实际电源元件既可以用电压源模型（电压源US与内阻与内阻R0的串联）表示，也可以用一个电流源模型（电流源的串联）表示，也可以用一个电流源模型（电流源IS与内阻与内阻R0的并联）来表示，如图的并联）来表示，如图1.3.5(a)、(b)虚线框中部分所示。虚线框中部分所示。(a)图中图中US的数值等于实际电源的的数值等于实际电源的开路电压开路电压，(b)图中图中IS的数值等于实际电源的的数值等于实际电源的短路电流短路电流（R=0时的电流）。时的电流）。SUIR0+-URLSIR0I+-URL图图1.3.5(a)图图1.3.5(b)注意：很注意：很多实际电源多实际电源的内阻的内阻R0很很小，

37、在实际小，在实际使用中绝不使用中绝不允许将这类允许将这类实际电源短实际电源短路。路。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 一个实际有源元件既可用电压源模型来表示，又可以用一个实际有源元件既可用电压源模型来表示，又可以用电流源模型来表示。这就说明，电压源组模型和电流源组合电流源模型来表示。这就说明，电压源组模型和电流源组合模型是可以相互等效互换的，如下图所示，这一变换原理模型是可以相互等效互换的，如下图所示，这一变换原理简简称为称为电源互换原理电源互换原理。SSIRU00RUISS电源互换原理电源互换原理两种电源模型的等效互换两种电源模型的等效互换由实际电源输出特性由实际电源输出

38、特性可得变换条件为可得变换条件为ISUR0+-USIR0+-UI或或注意：注意：内阻不变；内阻不变；（理想）电压源和电流源不能等于互换。（理想）电压源和电流源不能等于互换。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 注意事项：注意事项：参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 解解：本题注意实际电源内阻的求法，及两类电源模型的：本题注意实际电源内阻的求法，及两类电源模型的特性方程的应用。特性方程的应用。IRUUSSSSRUII例题例题1.3.1(教材教材P13）实际实际电源电源元件元件I+-URL下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出

39、退出0SREI 参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出解解:+abU2 5V(a)+abU5V(c)+(c)a+-2V5VU+-b2+(b)aU 5A2 3 b+(a)a+5V3 2 U+a5AbU3(b)+参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出A1A22228+I参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出例例3：解：解：2 +-+-6V4VI2A 3 4 6 1 2A3 6 2AI4 2 1 1AI4 2 1 1A2 4A参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目

40、录返回返回上一页上一页退出退出A2A3122 +II4 2 1 1A2 4A1 I4 2 1A2 8V+-I4 1 1A4 2AI2 1 3A参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出A10A110111 RUIA6A22102S1+IIIaIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出(2)由图由图(a)可得：可得：A4A6A2S1 IIIRA2A510313 RUIR理想电压源中的电流理想电压源中的电

41、流A6A)4(A2131 RRUIII理想电流源两端的电压理想电流源两端的电压V10V22V61S2S2S +IRRIIRUUIaIRISbI1R1(c)aIR1RIS+_U1b(b)参考资料，不讲参考资料，不讲IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出各个电阻所消耗的功率分别是：各个电阻所消耗的功率分别是：W36=61=22RIPRW16=41=22111）（RRIRPW8=22=22S22IRPRW20=25=22333RRIRP两者平衡：两者平衡：(60+20)W=(36+16+8+20)W80W=80W(3)由

42、计算可知，本例中理想电压源与理想电流源由计算可知，本例中理想电压源与理想电流源 都是电源，发出的功率分别是：都是电源，发出的功率分别是：W60=610=111UUIUPW20=210=SSSIUPII参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 二极管二极管 现代电子技术器件是由半导体材料制成的，二极管、现代电子技术器件是由半导体材料制成的，二极管、双极晶体管双极晶体管（Bipolar Junction Transistor），），是最基本的元是最基本的元件，本节介绍二极管。件，本节介绍二极管。二极管是一种应用非常广泛的电路器件，它的工作原二极管是一种应用非

43、常广泛的电路器件，它的工作原理是基于理是基于PN结的单向导电性。结的单向导电性。纯净的半导体（称为纯净的半导体（称为本征半导体本征半导体）中含有自由电子（带）中含有自由电子（带负电）和空穴（带正电）两种运载电流的粒子（称为负电）和空穴（带正电）两种运载电流的粒子（称为载流载流子子），它本的数量相等，因此，本征半导体呈电中性。），它本的数量相等，因此，本征半导体呈电中性。载流子的数量随温度的升高而增加。载流子的数量随温度的升高而增加。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出半导体的导电特性半导体的导电特性：热敏特性、光敏特性、掺杂特性热敏特性、光敏特性、掺杂特性。热敏特性热敏特性 参

44、考资料，不讲参考资料，不讲半导体半导体：是导电能力介乎于导体和绝缘体之间的物质。：是导电能力介乎于导体和绝缘体之间的物质。掺杂特性掺杂特性光敏特性光敏特性下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 应用最多的本征半导体为锗应用最多的本征半导体为锗和硅，它们各有四个价电子，都和硅，它们各有四个价电子，都是四价元素是四价元素.硅的原子结构硅的原子结构 参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出晶体结晶体结构构晶体晶体 参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出晶体结构中晶体结构中 参考资料，不讲参考资料，不讲Si

45、SiSiSi共价键共价键价电子价电子下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 参考资料，不讲参考资料，不讲 共价键中的电子共价键中的电子在获得一定能量后，在获得一定能量后，即可挣脱原子核的束即可挣脱原子核的束缚，缚，成为自由电子成为自由电子。同时在共价键中同时在共价键中留下一个空穴留下一个空穴。空穴空穴SiSiSiSi自由自由电子电子下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出SiSiSiSi自由电子空穴 参考资料，不讲参考资料，不讲 本征半导体由于受本征半导体由于受热或光照产生自由电子热或光照产生自由电子和空穴的现象和空穴的现象-称为称为 热激发。热激发。自由电子在运动自

46、由电子在运动中遇到空穴后，两者中遇到空穴后，两者同时消失，称为同时消失，称为复合复合现象。现象。在一定温度下，半导体的热激发与复合达到动态平衡。在一定温度下，半导体的热激发与复合达到动态平衡。使得空穴和自由电子维持一定的数目使得空穴和自由电子维持一定的数目下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出载流子载流子 自由电子和空穴：自由电子和空穴：SiSiSiSi价电子空穴 当半导体两端加当半导体两端加上外电压时，导带中上外电压时，导带中由电子作定向运动形由电子作定向运动形成电子电流；成电子电流；参考资料，不讲参考资料，不讲 空带中价电子

47、填补空带中价电子填补空穴的运动形成空穴空穴的运动形成空穴电流，相当于正电荷电流，相当于正电荷的运动。注意其实质的运动。注意其实质上仍是电子的运动。上仍是电子的运动。下一页下一页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出 不含杂质且无不含杂质且无晶格晶格缺陷的半导体称为缺陷的半导体称为本征半导体本征半导体。在极低温度下。在极低温度下，半导体的价带是满带，半导体的价带是满带(见见能带理论能带理论)，受到热激发后，价带中的部分电，受到热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的子会越过禁带进入能量较高的空带空带，空带中存在电子后成为，空带中存在电子后成为导带导带，价，价带中缺少一个电子后形成带中

48、缺少一个电子后形成 一个带正电的空位，称为一个带正电的空位，称为空穴空穴。导带中的电。导带中的电子和价带中的空穴合称子和价带中的空穴合称电子电子-空穴对空穴对，均能自由移动均能自由移动，即，即载流子载流子。它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观它们在外电场作用下产生定向运动而形成宏观电流电流，分别称为，分别称为电电子导电子导电和和空穴导电空穴导电。这种由于电子。这种由于电子-空穴对的产生而形成的混合型导电空穴对的产生而形成的混合型导电称为称为本征导电本征导电。导带中的电子会落入空穴，。导带中的电子会落入空穴，电子电子-空穴对消失空穴对消失，称为，称为复复合合。复合时释放出的能量变成电磁辐射（

49、发光）或晶格的热振动能量。复合时释放出的能量变成电磁辐射（发光）或晶格的热振动能量（发热）。（发热）。在一定温度下，电子在一定温度下，电子-空穴对的产生和复合同时存在并达到空穴对的产生和复合同时存在并达到动态平衡，动态平衡，此时半导体此时半导体具有一定的载流子具有一定的载流子密度密度，从而具有一定的电阻，从而具有一定的电阻率。温度升高时，将产生更多的电子率。温度升高时，将产生更多的电子-空穴对，载流子密度增加，电阻空穴对，载流子密度增加，电阻率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。率减小。无晶格缺陷的纯净半导体的电阻率较大，实际应用不多。参考资料，不讲参考资料，不讲下一页下一

50、页章目录章目录返回返回上一页上一页退出退出在纯净半导体中掺入微量杂质（某种元素），形成在纯净半导体中掺入微量杂质（某种元素），形成杂质半导体杂质半导体。Si Si Si Si多数载流子多数载流子是带正电荷（是带正电荷（Positive charge）的的空穴空穴，带负电荷带负电荷（Negative charge）的的B3价硼原子价硼原子Si成为空穴成为空穴 掺入硼或铝、镓等掺入硼或铝、镓等三价元素三价元素 掺杂后，空穴数目大量增加，掺杂后，空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为导电方式，称为空穴半导体空穴半导体，简，简称称P型半导体型半导体。共