知識(shí)要點(diǎn)電路及基本物理量電路中的基本元器件電壓源和電流源基爾霍夫定律支路電流法電路中電位的計(jì)算返回主目錄第一章電路及基本元器件知識(shí)要點(diǎn)

電路模型的概念電流、電壓的參考方向功率、電位的計(jì)算電路基本元件的特性基爾霍夫定律及其應(yīng)用1.1電路和電路模型一、電路的組成和作用

電路一般由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三部分組成。電源是向電路提供電能的設(shè)備，它們可將機(jī)械能、化學(xué)能等轉(zhuǎn)換為電能；負(fù)載為各類用電器，它們吸收電能并將電能轉(zhuǎn)換成光能、熱能和機(jī)械能等；中間環(huán)節(jié)主要起連接和控制作用。二、電路模型

實(shí)際電路中元件種類很多，電磁性質(zhì)也比較復(fù)雜。為了使問題簡(jiǎn)化，采用將實(shí)際電路元件理想化的方法，以便突出其主要的電磁性質(zhì)，這就是所謂的理想電路元件。在理想電路元件中主要有理想電阻元件、理想電感元件、理想電容元件、理想電源元件等。由理想電路元件所組成的電路，就是實(shí)際電路的電路模型。

常用理想電路元件圖形符號(hào)

1.2電路的基本物理量及其參考方向

一、電流

1、電流的大?。弘姾傻亩ㄏ蛞苿?dòng)就形成了電流，電流的大小為單位時(shí)間內(nèi)通過某導(dǎo)體橫截面的電荷量，即：

當(dāng)電流的大小、方向均不隨時(shí)間變化時(shí)，稱為直流電流，即：

2、電流的方向

正電荷運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯恼较?。任意選定某一方向作為電流的正方向，稱為電流的參考方向。當(dāng)電流的實(shí)際方向與參考方向一致時(shí)，該電流為正值；當(dāng)電流的實(shí)際方向與參考方向相反時(shí)，該電流為負(fù)值，如圖1-1所示。圖1-1二、電壓和電動(dòng)勢(shì)

1、電壓電場(chǎng)力把單位正電荷從a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)所做的功稱為ab兩點(diǎn)間的電壓，即：電壓的實(shí)際方向是由高電位端指向低電位端。在實(shí)際電路的分析計(jì)算中，也需要引入一個(gè)電壓的參考方向。根據(jù)電壓的參考方向與數(shù)值的正負(fù)就可判斷出電壓的實(shí)際方向，如圖1-2所示。2、電動(dòng)勢(shì)

電動(dòng)勢(shì)描述的是在電源中外力做功的能力，它的大小等于外力在電源內(nèi)部克服電場(chǎng)力把單位正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極所做的功，用字母來表示。它的實(shí)際方向在電源內(nèi)部是由電源負(fù)極指向電源正極的，如圖1-3所示。

圖1-2

圖1-3

三、電功率和電能

1、電功率電流通過電路時(shí)傳輸或轉(zhuǎn)換電能的速率稱為電功率，簡(jiǎn)稱為功率，用符號(hào)p表示。當(dāng)電壓與電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，功率的計(jì)算公式為：

當(dāng)電壓與電流為非關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，功率的計(jì)算公式為：2、電能

電路在一段時(shí)間內(nèi)吸收的能量稱為電能。在國(guó)際單位制（SI）中，電能的單位是焦耳（J）。1J等于1W的用電設(shè)備在1s內(nèi)消耗的電能。電力工程中，電能常用“度”作單位，它是千瓦小時(shí)（kWh）的簡(jiǎn)稱，1度等于功率為1kW的用電設(shè)備在1小時(shí)內(nèi)消耗的電能。

1.2電路中的基本元器件

一、電阻元件

1、電阻和電導(dǎo)

電阻是反映元件對(duì)電流阻礙作用的參數(shù)，電阻元件在電路中的主要特征是消耗電能。電阻的倒數(shù)稱為電導(dǎo)，電導(dǎo)表示了導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，用G來表示，即電導(dǎo)的單位是西門子（S）。2、伏安特性

在關(guān)聯(lián)參考方向下，流過線性電阻元件的電流與電阻兩端的電壓成正比，其表達(dá)式為：

u=Ri

線性電阻的電阻值是一個(gè)常數(shù)，所以其伏安特性曲線是一條經(jīng)過原點(diǎn)的直線，如圖1-4所示。圖1-4

常用電阻元件的外形與圖形符號(hào)

二、電感元件

電感元件是實(shí)際電感器的理想化模型，它是反映電路器件儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量這一物理性能的理想元件。

如圖1-5所示，一個(gè)電感線圈，當(dāng)電流通過后，會(huì)產(chǎn)生磁通，若磁通與N匝線圈相交鏈，則線圈的磁鏈：

圖1-5

常見電感器的外型和圖形符號(hào)

三、電容元件

電容元件是實(shí)際電容器的理想化模型，它是反映在電路中儲(chǔ)存電場(chǎng)能量這一物理性能的理想元件。我們常將電容元件簡(jiǎn)稱為電容，它也是表征材料（或器件）儲(chǔ)存電場(chǎng)能量的一種參數(shù)。

電容元件的電容量與電容器上存儲(chǔ)的電荷量q和它兩端的電壓uC的關(guān)系為：

常用電容元件的外型與圖形符號(hào)

四、半導(dǎo)體二極管1、半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)

(1)半導(dǎo)體及其特性

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體，常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺等。根據(jù)摻雜半導(dǎo)體中導(dǎo)電粒子的不同，半導(dǎo)體可分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電粒子主要是自由電子，P型半導(dǎo)體的導(dǎo)電粒子主要是空穴。(2)PN結(jié)及其特性

一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體采用特殊工藝合為一體，則在其交界處就會(huì)形成一種特殊的薄層。這種薄層稱為PN結(jié)，如圖1-6所示。

圖1-62、二極管的結(jié)構(gòu)與特性

從PN結(jié)的P區(qū)和N區(qū)各引出一個(gè)電極，再用管殼加以封裝，即構(gòu)成一個(gè)二極管。由P區(qū)引出的電極稱為正極，由N區(qū)引出的電極稱為負(fù)極。二極管具有單向?qū)щ娦裕鋵?shí)驗(yàn)電路如圖1-7所示。圖1-7

3、二極管的伏安特性曲線（硅管）五、半導(dǎo)體三極管1、三極管的結(jié)構(gòu)

圖1-82、三極管的電流放大作用

三極管工作在放大狀態(tài)的條件是：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

(1)電流分配關(guān)系：發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流之和，即：(2)電流比例關(guān)系：IC與IB的比值稱為三極管的共發(fā)射極直流放大系數(shù)，即：(3)電流控制關(guān)系：△

IC與△IB的比值稱為三極管共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)，即：

3、三極管的伏安特性曲線

三極管的特性曲線分為輸入特性曲線和輸出特性曲線兩種，如圖1-9所示。圖1-9(1)輸入特性死區(qū)電壓：硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V；導(dǎo)通電壓(發(fā)射結(jié))：硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V。

(2)輸出特性截止區(qū)：UBE小于死區(qū)電壓，IC≈0，UCE≈UCC，。飽和區(qū)：集電結(jié)正向偏置，UCE＜UBE，IC≈UCC/RC

。放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏

,IC≈βIB。

六、MOS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管

場(chǎng)效應(yīng)晶體管是利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制電流的電壓控制型器件，它的輸入阻抗高且熱穩(wěn)定性好，并且還有制造工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)在放大電路中得到廣泛應(yīng)用。場(chǎng)效應(yīng)晶體管分為結(jié)型（J型）和絕緣柵型（MOS型）兩大類。

MOS型場(chǎng)效晶體管的圖形符號(hào)

七、晶閘管

晶閘管是一種可控的大功率半導(dǎo)體器件，具有體積小、重量輕、耐壓高、容量大、效率高、控制靈敏等優(yōu)點(diǎn)。晶閘管的外部結(jié)構(gòu)有三個(gè)電極：陽(yáng)極A、陰極K和控制極G（也稱門極），晶閘管的圖形符號(hào)如圖1-10

所示。

圖1-10八、集成電路集成電路是采用半導(dǎo)體制作工藝，在一塊較小的單晶硅片上制作上許多晶體管及電阻器、電容器等元器件，并按照多層布線或隧道布線的方法將元器件組合成完整的電子電路。集成電路按其功能、結(jié)構(gòu)的不同，可以分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類。集成電路按集成度高低的不同可分為小規(guī)模集成電路(SSI)、中規(guī)模集成電路(MSI)、大規(guī)模集成電路(LSI)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)。

1.3電壓源和電流源一、電壓源1、理想電壓源圖1-11理想電壓源圖1-12理想電壓源的伏安特性曲線2、實(shí)際電壓源

U=US-IR0

圖1-13實(shí)際電壓源圖1-14實(shí)際電壓源的伏安特性

二、電流源1、理想電流源圖1-15理想電流源圖1-16理想電流源的伏安特性曲線

2、實(shí)際電流源