1、制造總部部品部電子線路基礎(chǔ)知識培訓(xùn)（一）技術(shù)組：丁元軍技術(shù)組：丁元軍2010年年9月月3日日目錄目錄電路的基本定義電路的基本定義電路的分類電路的分類電路的組成電路的組成電路的物理量電路的物理量電路的基本定律電路的基本定律組成電路的基本元器件組成電路的基本元器件基本電路詳解基本電路詳解 u電路，或稱電子回路：由金屬導(dǎo)線和電氣電路，或稱電子回路：由金屬導(dǎo)線和電氣以及電子部件按一定的方式聯(lián)接組成的導(dǎo)電以及電子部件按一定的方式聯(lián)接組成的導(dǎo)電回路，稱其為電路。回路，稱其為電路。u直流電通過的電路稱為直流電通過的電路稱為“直流電路直流電路”;u交流電通過的電路稱為交流電通過的電路稱為“交流電路交流電路”。

2、 電路的分類電路的分類u模擬電路：模擬電路： 是由自然界產(chǎn)生周期性變化的連續(xù)性的物理自然變量，在將連續(xù)是由自然界產(chǎn)生周期性變化的連續(xù)性的物理自然變量，在將連續(xù)性物理自然變量轉(zhuǎn)換為連續(xù)的電信號，并通過運算連續(xù)性電信號的電性物理自然變量轉(zhuǎn)換為連續(xù)的電信號，并通過運算連續(xù)性電信號的電路即稱為模擬電路。路即稱為模擬電路。 模擬電路對電信號的連續(xù)性電壓、電流進(jìn)行處理。模擬電路對電信號的連續(xù)性電壓、電流進(jìn)行處理。 最典型的模擬電路應(yīng)用包括：放大電路、震蕩電路、線性運算電最典型的模擬電路應(yīng)用包括：放大電路、震蕩電路、線性運算電路（加法、減法、乘法、除法、微分和積分電路）路（加法、減法、乘法、除法、微分和積分

3、電路） 。u數(shù)字電路：數(shù)字電路： 亦稱為邏輯電路，將連續(xù)性的電訊號，轉(zhuǎn)換為不連續(xù)性定量的電信亦稱為邏輯電路，將連續(xù)性的電訊號，轉(zhuǎn)換為不連續(xù)性定量的電信號，并運算不連續(xù)性定量電信號的電路，稱為數(shù)字電路。號，并運算不連續(xù)性定量電信號的電路，稱為數(shù)字電路。 數(shù)字電路中，信號大小為不連續(xù)并定量化的電壓狀態(tài)。數(shù)字電路中，信號大小為不連續(xù)并定量化的電壓狀態(tài)。 典型數(shù)字電路有，振蕩器、寄存器、加法器、減法器等。運算不典型數(shù)字電路有，振蕩器、寄存器、加法器、減法器等。運算不連續(xù)性定量電信號連續(xù)性定量電信號。 根據(jù)處理信號類型不同：根據(jù)處理信號類型不同：電路的其它分類方法：電路的其它分類方法： 根據(jù)處理信號頻率

4、不同，可分為：低頻電路、中頻電路及高頻電根據(jù)處理信號頻率不同，可分為：低頻電路、中頻電路及高頻電路。路。 根據(jù)處理信號電壓不同，可分為：低壓電路及高壓電路。根據(jù)處理信號電壓不同，可分為：低壓電路及高壓電路。 根據(jù)電路的規(guī)模不同，可分為：小規(guī)模電路、中規(guī)模電路及大規(guī)根據(jù)電路的規(guī)模不同，可分為：小規(guī)模電路、中規(guī)模電路及大規(guī)模電路。模電路。 根據(jù)用途不同，可分為：微處理器電路、電腦電路、通訊電路、根據(jù)用途不同，可分為：微處理器電路、電腦電路、通訊電路、顯示器電路、光電電路及電機(jī)電路等顯示器電路、光電電路及電機(jī)電路等電路的組成：電路的組成： 電路由電源，負(fù)載，連接導(dǎo)線和輔助設(shè)備四大部分組成。實際應(yīng)電路

5、由電源，負(fù)載，連接導(dǎo)線和輔助設(shè)備四大部分組成。實際應(yīng)用的電路都比較復(fù)雜，因此，為了便于分析電路的實質(zhì)，通常用符號用的電路都比較復(fù)雜，因此，為了便于分析電路的實質(zhì)，通常用符號表示組成電路實際原件及其連接線，即畫成所謂電路圖。其中導(dǎo)線和表示組成電路實際原件及其連接線，即畫成所謂電路圖。其中導(dǎo)線和輔助設(shè)備合稱為中間環(huán)節(jié)。輔助設(shè)備合稱為中間環(huán)節(jié)。 1.電源：是提供電能的設(shè)備。電源的功能是把非電能轉(zhuǎn)變成電能。例如，電池是電源：是提供電能的設(shè)備。電源的功能是把非電能轉(zhuǎn)變成電能。例如，電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能；發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。由于非電能的種類很多，把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能；發(fā)電機(jī)是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。

6、由于非電能的種類很多，轉(zhuǎn)變成電能的方式也很多，所以，目前實用的電源類型也很多，最常用的電源轉(zhuǎn)變成電能的方式也很多，所以，目前實用的電源類型也很多，最常用的電源是固態(tài)電池、蓄電池和發(fā)電機(jī)等。是固態(tài)電池、蓄電池和發(fā)電機(jī)等。 2.負(fù)載：是指在電路中使用電能的各種設(shè)備統(tǒng)稱為負(fù)載。負(fù)載的功能是把電能轉(zhuǎn)負(fù)載：是指在電路中使用電能的各種設(shè)備統(tǒng)稱為負(fù)載。負(fù)載的功能是把電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问侥堋＠?，電爐把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，變?yōu)槠渌问侥?。例如，電爐把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?；電動機(jī)把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，等等。通常使用的照明器具、家用電器、機(jī)床等都可稱為負(fù)載。等等。通常使用的照明器具、家用電器、機(jī)床等都

7、可稱為負(fù)載。 3.導(dǎo)線導(dǎo)線 ：是用來把電源、負(fù)載和其他輔助設(shè)備連接成一個閉合回路，起著傳輸：是用來把電源、負(fù)載和其他輔助設(shè)備連接成一個閉合回路，起著傳輸電能的作用。電能的作用。 4.輔助設(shè)備：是用來實現(xiàn)對電路的控制、分配、保護(hù)及測量等作用的。輔助設(shè)備輔助設(shè)備：是用來實現(xiàn)對電路的控制、分配、保護(hù)及測量等作用的。輔助設(shè)備包括各種開關(guān)、熔斷器及測量儀表等。包括各種開關(guān)、熔斷器及測量儀表等。 電路的物理量電路的物理量 電路的作用是進(jìn)行電能與其它形式的能量之間的相互轉(zhuǎn)換。因此，用電路的作用是進(jìn)行電能與其它形式的能量之間的相互轉(zhuǎn)換。因此，用一些物理量來表示電路的狀態(tài)及各部分之間能量轉(zhuǎn)換的相互關(guān)系。一些物理

8、量來表示電路的狀態(tài)及各部分之間能量轉(zhuǎn)換的相互關(guān)系。 （1）電流）電流 電流在實用上有兩個含義：第一，電流表示一種物理現(xiàn)象，即電荷有規(guī)則的運動就形成電流。第二，電流的大小用電流強度來表示，而電流強度是指在單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體截面積的電荷量，其單位是安培（庫/秒），簡稱安，用大寫字母A表示。但電流強度平時人們多簡稱電流。所以電流又代表一個物理量，這是電流的第二個含義。 電流的真實方向和正方向是兩個不同的概念，不能混淆。 習(xí)慣上總是把正電荷運動的方向，作為電流的方向，這就是電流的實際方向或真實方向，它是客觀存在，不能任意選擇，在簡單電路中，電流的實際方向能通過電源或電壓的極性很容易地確定下來。 但是，

9、在復(fù)雜直流電路中，某一段電路里的電流真實方向很難預(yù)先確定，在交流電路中，電流的大小和方向都是隨時間變化的。這時，為了分析和計算電路的需要，引入了電流參考方向的概念，參考方向又叫假定正方向，簡稱正方向。 所謂正方向，就是在一段電路里，在電流兩種可能的真實方向中，任意選擇一個作為參考方向（即假定正方向）。當(dāng)實際的電流方向與假定的正方向相同時，電流是正值；當(dāng)實際的電流方向與假定正方向相反時，電流就是負(fù)值。 （2）電壓與電位）電壓與電位 從數(shù)值上看，AB兩點之間的電壓是電場力把單位正電荷從A點移動到B點時所做的功；而電場中某點的電位等于電場力將單位正電荷自該點移動到參考點所做的功。比較電壓和電位的概念

10、可以看出，電場中某點的電位就是該點到參考點之間的電壓，電位是電壓的一個特殊形式。對于電位來說，參考點是至關(guān)重要的。在同一電路中，當(dāng)選定不同的參考點，同一點的電位數(shù)值是不同的。 原則上說，參考點可以任意選定。在電工領(lǐng)域，通常選電路里的接地點為參考點，在電子電路里，常取機(jī)殼為參考點。 在實際應(yīng)用時，僅知道兩點間的電壓往往不夠，還要求知道這兩點中哪一點電位高，哪一點電位低。例如，對于半導(dǎo)體二極管來說，還有其陽極電位高于陰極電位時才導(dǎo)通；對于直流電動機(jī)來說，繞組兩端的電位高低不同，電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向可能是不同的。由于實際使用的需要，要求我們引入電壓的極性，即方向問題。 （3）電動勢）電動勢 電路中因其他

11、形式的能量轉(zhuǎn)換為電能所引起的電位差，叫做電動勢。用字母E表示，單位是伏特。在電路中，電動勢常用符號表示。 （4）電功率）電功率在物理學(xué)中，用電功率表示消耗電能的快慢電功率用表示，它的單位是Watt，簡稱瓦特，符號是電流在單位時間內(nèi)做的功叫做電功率 以燈泡為例，電功率越大，燈泡越亮。燈泡的亮暗由電功率決定，不用所通過的電流、電壓、電能決定！ （5）電壓與電流的關(guān)聯(lián)正方向）電壓與電流的關(guān)聯(lián)正方向 在電路中：如果指定流過元件的電流參考方向是從標(biāo)以電壓的正極性的一端指向負(fù)極性的一端，即兩者的參考方向一致，則把電流和電壓的這種參考方向稱為關(guān)聯(lián)參考方向。當(dāng)兩者不一致是，稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。 電路的基本定律

12、電路的基本定律所有的電路都遵循一些基本電路定律： 基爾霍夫電流定律：流入一個節(jié)點的電流總和, 等于流出節(jié)點的電流總合。 基爾霍夫電壓定律：環(huán)路電壓的總合為零。 歐姆定律：在同一電路中，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻阻值成反比，基本公式是I=U:R 諾頓定理：任何由電壓源與電阻構(gòu)成的兩端網(wǎng)絡(luò), 總可以等效為一個理想電流源與一個電阻的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 戴維寧定理：任何由電壓源與電阻構(gòu)成的兩端網(wǎng)絡(luò), 總可以等效為一個理想電壓源與一個電阻的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 分析包含非線性器件的電路，則需要一些更復(fù)雜的定律。實際電路設(shè)計中，電路分析更多的通過計算機(jī)分析模擬來完成。 疊加定理：它是線性元件的一個重要

13、定理。在線性電阻中，某處電壓或電流都是電路中各個獨立電源單獨作用時，在該處分別產(chǎn)生的電壓或電流的疊加。 特勒密定理：對于一個具有n個結(jié)點和b條支路的電路，假設(shè)各條支路電流和支路電壓取關(guān)聯(lián)參考方向，并令（i1,i2,ib）、（u1,u2,ub）分別為b條支路的電流和電壓，則對于任何時間t，有i1*u1+i2*u2+ib*ub=0。 對偶定理：在對偶電路中，某些元素之間的關(guān)系（或方程）可以通過對偶元素的互換而相互轉(zhuǎn)換。對偶的內(nèi)容包括：電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電路變量、電路元件、一些電路的公式（或方程）甚至定理。 組成電路的基本元器件組成電路的基本元器件 組成電路的五大基本元器件為：電阻、電容、電感、組成電

14、路的五大基本元器件為：電阻、電容、電感、二極管及三極管，它們之間不能互相代用，在電路中都按二極管及三極管，它們之間不能互相代用，在電路中都按照以下的基本特性工作：照以下的基本特性工作：電阻：分壓及限流，電路中用電阻：分壓及限流，電路中用“R”表示。表示。電容：通交流阻直流，電路中用電容：通交流阻直流，電路中用“C”表示。表示。電感：通直流阻交流，電路中用電感：通直流阻交流，電路中用“L”表示。表示。二極管：單向?qū)щ姸O管：單向?qū)щ?電路中用電路中用“D”表示。表示。三極管：電流電壓放大三極管：電流電壓放大,電路中用電路中用“Q”表示。表示。基本電路詳解 RC電路：電路： RC電路在模擬電路、脈

15、沖數(shù)字電路中得到廣泛的應(yīng)用，由于電路的形式以及信號源和R，C元件參數(shù)的不同，因而組成了RC電路的各種應(yīng)用形式：微分電路、積分電路、耦合電路、濾波電路及脈沖分壓器。關(guān)鍵詞：RC電路。微分、積分電路。耦合電路。在模擬及脈沖數(shù)字電路中，常常用到由電阻R和電容C組成的RC電路，在些電路中，電阻R和電容C的取值不同、輸入和輸出關(guān)系以及處理的波形之間的關(guān)系，產(chǎn)生了RC電路的不同應(yīng)用。 下面分別談?wù)劊何⒎蛛娐?、積分電路、耦合電路、脈沖分壓器以及濾波電路。 1. RC微分電路微分電路如圖1所示，電阻R和電容C串聯(lián)后接入輸入信號VI，由電阻R輸出信號VO，當(dāng)RC 數(shù)值與輸入方波寬度tW之間滿足：RCt1），電容

16、C的電壓按指數(shù)規(guī)律快速充電上升，輸出電壓隨之按指數(shù)規(guī)律下降（因VOVIVCVmVC），經(jīng)過大約3（R C）時，VCVm，VO0，（RC）的值愈小，此過程愈快，輸出正脈沖愈窄。t=t2時，VI由Vm0,相當(dāng)于輸入端被短路，電容原先充有左正右負(fù)的電壓V m開始按指數(shù)規(guī)律經(jīng)電阻R放電，剛開始，電容C來不及放電，他的左端（正電）接地，所以VOVm，之后VO隨電容的放電也按指數(shù)規(guī)律減小，同樣經(jīng)過大 約3后，放電完畢，輸出一個負(fù)脈沖。只要脈沖寬度tW（510），在tW時間內(nèi)，電容C已完成充電或放電（約需3 ），輸出端就能輸出正負(fù)尖脈沖，才能成為微分電路，因而電路的充放電時間常數(shù)必須滿足：（1/51/10）

17、tW，這是微分電路的必要條件。由于輸出波形VO與輸入波形VI之間恰好符合微分運算的結(jié)果VO=RC（ dVI/dt），即輸出波形是取輸入波形的變化部分。如果將VI按傅里葉級展開，進(jìn)行微分運算的結(jié)果，也將是VO的表達(dá)式。他主要用于對復(fù)雜波形的分離和分頻器，如從電視信號的復(fù)合同步脈沖分離出行同步脈沖和時鐘的倍頻應(yīng)用。 2. RC耦合電路耦合電路 圖1中，如果電路時間常數(shù)（RC）tW，他將變成一個RC耦合電路。輸出波形與輸入波形一樣。如圖3所示。 （1）在t=t1時，第一個方波到來，VI由0Vm，因電容電壓不能突變（VC=0），VO=VR=VI=Vm。（2）t1ttW，電容C緩慢充電，VC緩慢上升為左

18、正右負(fù)，V O=VR=VIVC，VO緩慢下降（3）t=t2時，VO由Vm0，相當(dāng)于輸入端被短路，此時，VC已充有左正右負(fù)電壓=（VI/）tW，經(jīng)電阻R非常緩慢地放電。（4）t=t3時，因電容還來不及放完電，積累了一定電荷，第二個方波到來，電阻上的電壓就不是Vm，而是VR=Vm-VC（VC0），這樣第二個輸出 方波比第一個輸出方波略微往下平移，第三個輸出方波比第二個輸出方波又略微往下平移，最后，當(dāng)輸出波形的正半周“面積”與負(fù)半周“面積”相等時，就達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。也就是電容在一個周期內(nèi)充得的電荷與放掉的電荷相等時，輸出波形就穩(wěn)定不再平移，電容上的平均電壓等于輸入信號中電壓的直流分量（利用C的隔直作

19、用），把輸入信號往下平移這個直流分量，便得到輸出波形，起到傳送輸入信號的交流成分，因此是一個耦合電路。 以上的微分電路與耦合電路，在電路形式上是一樣的，關(guān)鍵是tW與的關(guān)系，下面比較一下與方波周期T（TtW）不同時的結(jié)果，如圖4所示。在這三種情形中，由于電容C的隔直作用，輸出波形都是一個周期內(nèi)正、負(fù)“面積”相等，即其平均值為0，不再含有 直流成份。當(dāng)T時，電容C的充放電非常緩慢，其輸出波形近似理想方波，是理想耦合電路。 當(dāng)=T時，電容C有一定的充放電，其輸出波形的平頂部分有一定的下降或上升，不是 理想方波。 當(dāng)tW，這種電路稱為積分電路。在電容C兩端（輸出端）得到鋸齒波電壓，如圖6所示。 3）t

20、=t2時，VI由Vm0，相當(dāng)于輸入端被短路，電容原先充有左正右負(fù)電壓VI（VItW是本電路必要條件，因為他是在方波到來期間，電容只是緩慢充電，VC還未上升到Vm時，方波就消失，電容開始放電，以免電容電壓出現(xiàn)一個穩(wěn)定電壓值，而且越大，鋸齒波越接近三角波。輸出波形是對輸入波形積分運算的結(jié)果，他是突出輸入信號的直流及緩變分量，降低輸入信號的變化量。4. RC濾波電路（無源）濾波電路（無源） 在模擬電路，由RC組成的無源濾波電路中，根據(jù)電容的接法及大小主要可分為低通濾波 電路（如圖7）和高通濾波電路（如圖8）。 (1)在圖7的低通濾波電路中，他跟積分電路有些相似（電容C都是并在輸出端），但 他們是應(yīng)用

21、在不同的電路功能上，積分電路主要是利用電容C充電時的積分作用，在輸入方波情形下，來產(chǎn)生周期性的鋸齒波（三角波），因此電容C及電阻R是根據(jù)方波的tW來選取，而低通濾波電路，是將較高頻率的信號旁路掉（因XC=1/（2fC），f較大時，XC較小，相當(dāng)于短路），因而電容C的值是參照低頻點的數(shù)值來確定，對于電源的濾波電路，理 論上C值愈大愈好。(2)圖8的高通濾波電路與微分電路或耦合電路形式相同。在脈沖數(shù)字電路中，因RC與脈寬tW的關(guān)系不同而區(qū)分為微分電路和耦合電路；在模擬電路，選擇恰當(dāng)?shù)碾娙軨值，就可以有選擇性地讓較高頻的信號通過，而阻斷直流及低頻信號，如高音喇叭串接的電容，就是阻止中低音進(jìn)入高音喇叭

22、，以免燒壞。另一方面，在多級交流放大電路中，他也是一種 耦合電路。 5. RC脈沖分壓器脈沖分壓器當(dāng)需要將脈沖信號經(jīng)電阻分壓傳到下一級時，由于電路中存在各種形式的電容，如寄生電容，他相當(dāng)于在負(fù)載側(cè)接有一負(fù)載電容（如圖9），當(dāng)輸入一脈沖信號時，因電容CL的充電，電壓不能突變，使輸出波形前沿變壞，失真。為此，可在R1兩端并接一加速電容 C1，這樣組成一個RC脈沖分壓器（如圖10）。(1)t=0+時，電容視為短路，電流只流經(jīng)C1，CL，VO由C1和CL分壓得到： LC電路：電路： LC電路主要應(yīng)用于模擬電路中，一般起震蕩作用，也可以做選頻電路，或發(fā)射的振蕩電路（不過必須是能收發(fā)信號的電路）。另在 電

23、源電路中起濾波作用。 以下談?wù)凩C電路的振蕩及濾波電路：1. LC振蕩電路：振蕩電路：LC振蕩電路物理模型的滿足條件：振蕩電路物理模型的滿足條件： 整個電路的電阻R=0（包括線圈、導(dǎo)線），從能量角度看沒有其它形式的能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化，即熱損耗為零。 電感線圈L集中了全部電路的電感，電容器C集中了全部電路的電容，無潛布電容存在。 LC振蕩電路在發(fā)生電磁振蕩時不向外界空間輻射電磁波，是嚴(yán)格意義上的閉合電路，LC電路內(nèi)部只發(fā)生線圈磁場能與電容器電場能之間的相互轉(zhuǎn)化，即便是電容器內(nèi)產(chǎn)生的變化電場，線圈內(nèi)產(chǎn)生的變化磁場也沒有按麥克斯韋的電磁場理論激發(fā)相應(yīng)的磁場和電場，向周圍空間輻射電磁波。 振蕩電流是一種交變

24、電流,是一種頻率很高的交變電流，它無法用線圈在磁場中轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，只能是由振蕩電路產(chǎn)生。 充電完畢（充電開始）：電場能達(dá)到最大，磁場能為零，回路中感應(yīng)電流i=0。 放電完畢（放電開始）：電場能為零，磁場能達(dá)到最大，回路中感應(yīng)電流達(dá)到最大。 充電過程：電場能在增加，磁場能在減小，回路中電流在減小，電容器上電量在增加。從能量看：磁場能在向電場能轉(zhuǎn)化。 放電過程：電場能在減少，磁場能在增加，回路中電流在增加，電容器上的電量在減少。從能量看：電場能在向磁場能轉(zhuǎn)化。 在振蕩電路中產(chǎn)生振蕩電流的過程中，電容器極板上的電荷，通過線圈的電流，以及跟電流和電荷相聯(lián)系的磁場和電場都發(fā)生周期性變化，這種現(xiàn)象叫電磁振蕩。

25、 2. LC濾波電路：濾波電路： LC濾波電路主要應(yīng)用于電源電路中，為負(fù)載輸送穩(wěn)定的直流電壓，一般采用“”型濾波電路，詳細(xì)電路如下: 以上電路中，C1、C2及L的值越大，其濾波效果越好，但是基于成本及體積考慮，能滿足負(fù)載電路要求即可。 二極管電路：二極管電路： 二極管電路主要根據(jù)二極管的單向?qū)щ娞匦?，一般用于整流電路、鉗位電路、穩(wěn)壓電路及檢波電路。以下為具體電路：1.整流電路：整流電路： 整流電路的電流方向整流電路的電流方向 負(fù)載上的電壓負(fù)載上的電壓2.穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路： 因穩(wěn)壓二極管具有穩(wěn)定的反向擊穿電壓（穩(wěn)壓電壓），故Dz兩端的電壓不能超出穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值，負(fù)載Rl上的電壓V0將無限接近Vdz。其穩(wěn)壓原理是：Vi升高，V0也升高，DZ擊穿，Iz增大，Ir也增大，造成R上壓降VR增大，V0值降低。反之也如此。3.鉗位電路：鉗位電路： 鉗位電路的作用是將周期性變化的波形的頂部或底部保持在某一確定的直流電平上。圖1為常見的二極管 鉗位電路。設(shè)輸入信號如圖Z1616（a）所示