电路和电路元件课件.ppt

1、电路和电路元件1.1 1.1 电路和电路的基本物理量电路和电路的基本物理量1.1.1 电路1.1.2 电路元件和电路模型1.1.4 电路功率第1章上页下页返回1.1.3 电压、电流及其参考方向1.1.1 电路 电路是电流的通路，它是为了某种需要或电路是电流的通路，它是为了某种需要或实现某种应用目的而由某些电工、电子器件或实现某种应用目的而由某些电工、电子器件或设备按一定的方式相互连接而成的设备按一定的方式相互连接而成的 。电路的组成：电路的组成：电源、电源、负载负载和导线、开关等。和导线、开关等。实实际际电电路路电电路路模模型型第1章上页下页返回E+SIR上页下页返回第1章各种蓄电池和干电池由

2、化学能转换成电能。电电源源上页下页返回第1章 汽轮发电机和风力发电机将机械能转换成电能。实际的负载包括电动机、电动工具和家用电器等等。电动机电动机手电钻手电钻吸尘器吸尘器负负载载上页下页返回第1章电力系统扩音器电路的作用电路的作用实现电能的传输和转换实现电能的传输和转换(俗称强电）俗称强电）实现信号的传递和处理（俗称弱电）实现信号的传递和处理（俗称弱电）电路的作用和分类上页下页返回第1章电 灯电 炉电动机发电机升 压变压器降 压变压器话筒话筒扬声器扬声器放大器1.1.2 1.1.2 电路元件和电路模型电路元件和电路模型上页下页返回第1章实际电路元件：实际电路元件：用于构成电路的电工、电子元器件

3、或设备统称为实用于构成电路的电工、电子元器件或设备统称为实际电路元件，简称为实际器件。际电路元件，简称为实际器件。实际电路：用实际元件构成的电路称为实际电路。实际电路：用实际元件构成的电路称为实际电路。实实际际电电路路上页下页返回第1章理想电路元件（简称为电路元件）：理想电路元件（简称为电路元件）：是对实际元件在一定条件下进行科学抽象而是对实际元件在一定条件下进行科学抽象而得到的，具有某种理想的电路特性。得到的，具有某种理想的电路特性。电路模型：电路模型：电路模型是由一些理想电路元件相互连接而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电路。构成的整体，是实际电路的一

4、种等效电路。电电路路模模型型E+SIR实实际际电电路路上页下页返回第1章理想化理想化电电路路元元件件实实际际电电路路元元件件实实际际电电路路电电路路模模型型理想化理想化连接连接连接连接1.1.3 1.1.3 电压、电流及其参考方向电压、电流及其参考方向1 1.基本物理量基本物理量W、kW、mWV、kV、mV、VA、mA、A(用电或供电)电位降的方向（高电位高电位 低电位低电位）正电荷移动的方向 高电位流向低电位PU（直流直流）u（交流交流）i（交流）（交流）I（直流直流）物理量物理量定义和单位定义和单位方向方向功率功率电流电流电压电压上页下页返回第1章电流和电压的定义电流和电压的定义电流：某时

5、刻单位时间内通过某点的电荷数量。电流：某时刻单位时间内通过某点的电荷数量。电荷量对时间的变化率。电荷量对时间的变化率。i=dq/dti=dq/dt电压：电场力驱使单位正电荷从电压：电场力驱使单位正电荷从a a点移至点移至b b点所做点所做 的功。的功。u uabab=dw=dwabab/dq/dq上页下页返回第1章直流直流 大小和极性不随时间变化大小和极性不随时间变化交流交流 大小和极性随时间变化大小和极性随时间变化2.2.电压、电流参考电压、电流参考方向方向 在复杂电路中难于预先判断某段电路在复杂电路中难于预先判断某段电路中电流的实际方向，从而影响电路求解。中电流的实际方向，从而影响电路求解

6、。问题问题电流方向ba,ab？abR5R2R1R3R4R6+E1E2E URIab电压、电压、电流实际方向：电流实际方向：上页下页返回第1章 在解题前先任意选定一个方向，称为参在解题前先任意选定一个方向，称为参考方向（或参考正方向）。依此参考方向，考方向（或参考正方向）。依此参考方向，根据电路定理、定律列电路方程，从而进行根据电路定理、定律列电路方程，从而进行电路分析计算，计算出电压、电流的结果。电路分析计算，计算出电压、电流的结果。解决方法解决方法:计算结果为正，实际方向与假设方向一致；计算结果为正，实际方向与假设方向一致；计算结果为负，实际方向与假设方向相反。计算结果为负，实际方向与假设方

7、向相反。由计算结果可确定由计算结果可确定U、I 的实际方向：的实际方向：上页下页返回第1章解：解：假定假定I I 的参考方向如图所示。的参考方向如图所示。则：则：abaddb RUEUUUabRUEUIRR（实际方向与参考方向相反！）（实际方向与参考方向相反！）已知：已知：E =2=2V,R R=1=1问：当问：当Uab为为1V时，时，I=?=?ab121V A1A1UI,上页下页返回第1章 例例1.1.11.1.1URE IRabd 假定假定U、I 的参考方向如图所的参考方向如图所示示，若若 I=-=-3 3A ，E =2=2V,R=1 Uab=？（实际方向与参考方向一致）实际方向与参考方向

8、一致）小结小结1.1.电压电流“实际方向”是客观存在的物理现象，“参考方向”是人为假设的方向。ab()I R EU 解解：上页下页返回第1章URE IRabd=-(-(-3）1+2V=5V 例例1.1.21.1.2向一致时为正，否则为负。问：当Uab为1V时，I=?rz=UZ/IZ常温下，反向饱和电流很小.比发射区低计算结果为正，实际方向与假设方向一致；之间不能互换。直流 大小和极性不随时间变化在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。式中即为线圈附近介质的磁导率（H/m)，S 为线圈的横截面积（m2)，l 是线圈的长度（m）。晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，集电结反偏的条件。（实际方

9、向与参考方向相反！串联：R=R1+R2 并联：IB=f(UBE )2 二极管的特性和主要参数晶体管C、E之间相当于开路电路是电流的通路，它是为了某种需要或实现某种应用目的而由某些电工、电子器件或设备按一定的方式相互连接而成的。一般方法：利用假设法，然后进行验证3 二极管的电路模型2 电路元件和电路模型4 4.为方便列电路方程，习惯假设I与U 的参 考方向一致（关联参考方向）。2.2.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。3.3.在解题前，一定先假定电压电流的“参考方 向”，然后再列方程求解。即 U、I为代数

10、量，也有正负之分。当参考方向与实际方 向一致时为正，否则为负。上页下页返回第1章 小结小结 设电路任意两点间的电压为U，电 流为 I,则这部分电路消耗的功率为1.1.4 1.1.4 电路功率电路功率如果假设方向不一致怎么办？如果假设方向不一致怎么办？功率有无正负？功率有无正负？问题：问题：上页下页返回第1章bI电电路路Ua+-P=UI1)1)按所设参考方向列式按所设参考方向列式U、I参考参考方向一致方向一致 P=U I功率的计算功率的计算 U、I参考方向相反参考方向相反上页下页返回第1章bIUa+-IbUa-+bUa+-IbIUa-+P=U I2 2）将）将U、I 的代数值代入式中的代数值代入

11、式中 若计算的结果若计算的结果P 0,0,则说明则说明U、I 的实际方的实际方 向一致，此部分电路吸收电功率（向一致，此部分电路吸收电功率（消耗能量消耗能量）负载负载 。若计算结果若计算结果P 0 UBCVBVERCBCE共发射极放大电路共发射极放大电路第1章上页下页返回UBBRBIBICUCCRCNPIEN电子空穴电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子电子空穴电子电子电子发射区向基发射区向基区扩散电子区扩散电子电源负极向发射电源负极向发射区补充电子形成区补充电子形成发射极电流发射极电流I IE E电子在

12、基区的电子在基区的扩散与复合扩散与复合集电区收集电子集电区收集电子电子流向电源正电子流向电源正极形成极形成I IC C电源电源正极拉走电正极拉走电子，补充被复合子，补充被复合的空穴，形成的空穴，形成IB第1章上页下页返回1由于基区很薄且掺杂浓度小由于基区很薄且掺杂浓度小,电子在基区扩散电子在基区扩散的数量远远大于复合的数量。即：的数量远远大于复合的数量。即：ICIB 或或 ICIB第1章上页下页返回晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，集电结反偏的条件。集电结反偏的条件。32当基极电路因外加电压或电阻改变而引起当基极电路因外加电压或电阻改变而引起I

13、B的的微小变化时，必定使微小变化时，必定使IC发生较大的变化。即三发生较大的变化。即三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用。极管的基极电流对集电极电流具有控制作用。1.5.2 特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数IB=f(UBE )UC E =常数常数UCE1V第1章上页下页返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCEUBE/VIB/AOOIC =f (UCE)|IB=常数常数IB 减小减小IB增加增加UCEICIB =20AIB=60AIB=40A第1章上页下页返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCE晶体管输出特性曲线分三个工作区晶体管输出特性曲线分三个工作区UCE /VIC

14、/mA806040 0 IB=20 AO24681234截止区截止区饱和区饱和区放大区放大区第1章上页下页返回晶体管三个工作区的特点晶体管三个工作区的特点发射结正偏,集电结反偏有电流放大作用,IC=IB输出曲线具有恒流特性发射结、集电结处于反偏失去电流放大作用,IC0晶体管C、E之间相当于开路发射结、集电结处于正偏失去放大作用,UCE0晶体管C、E之间相当于短路CEB+-+CEB+-+CEB+-+第1章上页下页返回 3.3.主要参数主要参数IB0时集电极电流，值很小。时集电极电流，值很小。交流电流放大系数交流电流放大系数=IC/IB第1章上页下页直流电流放大系数直流电流放大系数=IC/IBIC

15、EO返回ICEOCBEA注意：注意：在实际使用时，往往不区分静态和动态电流放大系数；在实际使用时，往往不区分静态和动态电流放大系数；常用小功率晶体管在常用小功率晶体管在20-15020-150之间；之间；放大系数随温度升高而增大。放大系数随温度升高而增大。集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM集集-射反向击穿电压射反向击穿电压 U(BR)CEO集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCMPCM=ICUCEUCE/VU(BR)CEOIC/mAICMO第1章上页下页返回1.5.3 简化的小信号模型简化的小信号模型上页下页第1章返回1.1.受控源概念受控源概念受控源受控源非独立电源非独

16、立电源输出电压或电流受电路中另一电压或电流的控制。输出电压或电流受电路中另一电压或电流的控制。电压控制电压源（电压控制电压源（VCVSVCVS）电压控制电流源（电压控制电流源（VCCSVCCS）电流控制电压源（电流控制电压源（CCVSCCVS）电流控制电流源（电流控制电流源（CCCSCCCS）四种类型：四种类型：受控源的类型受控源的类型第1章上页下页返回电压控制电压源（电压控制电压源（VCVSVCVS）I I2 2=gU=gU1 1 +U U1 1-U U2 2=U=U1 1 +U U1 1-+-电压控制电流源（电压控制电流源（VCCSVCCS）电流控制电压源（电流控制电压源（CCVSCCVS）电流控制电流源（电流控制电流源（CCCSCCCS）U U2 2=I=I1 1 I I1 1+-I I2 2=I=I1 1 I I1 1 rbe=200+（1+）26（mv）IE（mA）2晶体管的简化小信号模型晶体管的简化小信号模型iB0uBEUce1VIBIBUBE第1章上页下页Q 输入回路微变等效电路输入回路微变等效电路返回b be er rbebeUBEIBubeib=rbe=ibec+-+-uceubeicb