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1、应用电子学及实验应群民13958022905ying_课件地址： ftp:/10.71.21.18/ 端口： 80211.1 电路和电路的基本物理量1.2 电阻、电感和电容元件1.3 独立电源元件 1.4 二极管 1.5 双极晶体管 1.6 绝缘栅场效晶体管 第 1章 电路和电路元件1.1.1 电路1.1.2 电路元件和电路模型1.1.3 电流、电压及其参考方向1.1.4 电路功率1.1 电路和电路的基本物理量电 路 由电源、开关、连接导线和负载等组成。强电电路 电压较高、电流和功率较大；实现电能的传输和转换。（如电力系统等） 弱电电路 电压较低、电流和功率较小；实现信号的传递和处理。（如扩音
2、系统等） 发电机 升压变压器 降压变压器负载（如电灯、电动机等 ）话筒 放大器 扬声器1.1.1 电路1.1.2 电路元件和电路模型o 实际电路元件o 理想 电路元件o 实际电路o 电路模型1.1.3 电流、电压及其参考方向1.电流及其参考方向电流 电荷量对时间的变化率直流电流 电流的大小和方向不随时间变化电流的实际方向 规定为正电荷移动的方向电流的参考方向 假定方向，也称正方向交流电流 电流的大小和方向随时间变化库仑 C秒 S安培 A2.电压及其参考方向电压 电场力 移动单位正电荷从一点至另一点作的功电压的实际方向 高电位指向低电位 电压的参考方向 假定方向焦耳 J库仑 C伏特 V电动势 非
3、电场力 移动单位正电荷从一点至另一点作的功电动势的方向 从低电位指向高电位，与电压相反参考点 电路中人为规定的零电位点，符号 丄为什么要设参考方向？简单电路 R2 USI2 U6 IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 电流 /电压的 实际方向可知各 电流 /电压的 实际方向未知复杂电路注意电路图中电流 /电压方向的表示方式 按定义，电路的功率为电场力在单位时间里所做的功。即如果某个元件（或某段电路）的电压和电流分别为 u和 i，那么，功率就等于1.1.4 电路功率biua+-N根据电压电流的参考方向，电路功率iNu N消耗功率（吸收功率） N输出功率（释放功率） 如图所示电压电流的参
4、考方向，称为关联参考方向 根据功率与能量的关系，在 t1t2内时间，电路吸收的电能若 电压为伏特（ V） ,电流为安培 (A)，时间为秒 (S)，则电能单位为焦耳 (J)；实用中常用 千瓦时 (kWh) ， 1kWh=3.610 6J，俗称 1度电。电能也有的地方用 瓦时 或 安时 来表示的，如电池的容量电流、电压、功率的符号和单位电 量名 称 符 号 基 本单 位 常用工程单位 电 流 I （直流）i （交流）A kA、 mA 、 A、nA电 压 U （直流）u （交流）V kV、 MV 、 mV、V功 率 P（平均功率）W kW 、 MW 、 mW例题 1.1.1 电路如图所示，已知 I1
5、=2A, I2= -1.25A,I3=0.75A。求： a、 b、 c各点的电位 Va、 Vb、 Vc； 电压 Uab、 Ubc； E1、 E2输出的功率 PE1、 PE2a b cd解 Va=E1=10VVc=E2=8VUbd=R3I3=9VVb=Ubd=9Va b cd Uab=R1I1=0.52=1V I2参考方向 c b Ubc=-R2I2=-0.8(-1.25)=1V=Vb-Vc=Va-Vb PE1=E1I1=102=20WPE2=E2I2=8(-1.25)=-10W注意此处使用非关联参考方向，负值为吸收功率1.2.1 电阻元件 1.2 电阻、电感和电容元件1.2.2 电感元件 1.
6、2.3 电容元件1.2.4 实际元件的主要参数及电路模型电压电流关系 电阻功率 电阻耗能 伏安特性 电压与电流的关系 耗能元件IUOIUO线 性电 阻 非线性电 阻 （电阻 R单位： ）1.2.1 电阻元件 部分电阻器的照片膜电阻器 线绕电阻器 电位器热敏电阻器水泥电阻器1.2.2 电感元件线性电感 电压电流关系 在直流电路中， i=I，为常数电感相当于短路-eL+-+uiL 常数电感是一种储能元件，储存的磁场能量 电感 L的单位：亨利 ( )、毫亨 ( )、微亨 ( )电感的功率在直流电路中， p=0电感的能量 部分电感器的照片不同类电感器陶瓷电感器标准电感器贴片电感器1.2.3 电容元件线
7、性电容 电压电流关系 在直流电路中， 电容相当于开路电容是一种储能元件，储存的电场能量 电容 C的单位：法拉 、微法拉 、皮法拉 C为常数 部分电容器的照片电解电容器 普通电容器电力电容器单相电动机电容器两个元件串并联时参数的计算连接方式 等效电阻 等效电感 等效电容串联 R=R1+R2 L=L1+L2并联 C=C1+C2 1.2.4 实际元件的主要参数及电路模型主要参数（额定参数） ：电阻器：标称电阻值、额定功率电感器：标称电感值、额定电流电容器：标称电容值、额定电压电路模型 :理想电路模型 : 电阻器 R、电感器 L、电容器 C实际电路模型 : 理想元件 模型 的不同组合CRCRLRL电容
8、器模型电感器模型CRL例题 1.2.1 今需要一个阻值为 150、功率为1.5W 的电阻，现有 150电阻器的额定功率为 0.5W，试问应取多少个电阻组合才满足要求？解 应取 4个电阻连接，如下图所示R1 R2R3 R4R1 R2R3 R4等效电阻等效电阻等效电阻的额定功率为故满足要求。1.3 独立电源元件1.3.2 实际电源的模型1.3.1 电压源和电流源1.3.1 电压源和电流源电压源（理想电压源）： I 端电压（输出电压） 端电流（输出电流） U O I US输出电压 等于源电压 ，与输出电流和外电路的情况无关。USUSU 源电压 UI电流源（理想电流源）： I 源电流IS 端电压 U
9、端电流IU O I IS输出电流 等于源电流 ，与输出电压和外电路的情况无关。I IS1.3.2 实际电源的模型1.实际电压源 端电压随端电流的增加而减小 ， 开路状态， 开路电压 ， 短路状态 ， 短路电流实际电压源在工作时要避免短路！U O I US实际电源+U-abIR+U-abIRR0+-US部分电压源照片2.实际电流源U O I IS端电流随端电压的增加而减小 。实际电源+U-abIR+U-abIRR0IS等效 -对外电路等效3.两种实际电源模型的等效互换互换 -实际电压源可变换为实际电流源，实际电流源可变换为实际电压源+U-abIRR0+-US+U-abIRR0IS实际电源+U-a
10、bIR例题 1.3.1 已知图示实际电源电路中， R=0时 I=2A， R=4时 I=1.2A，求： 电流源模型； 电压源模型； R=2时的 I值解 电流源模型如图所示+U-abIRR0IS电流源模型当 R=0时， I=IS，故 IS=2A且有R0=6 R=4时 I=1.2A实际电源+U-abIR 电压源模型如图所示R0=6 +U-abIRR0US电压源模型+-根据电源等效互换条件US=R0IS=6 2=12V 当 R=2时，由右图 由电流源模型可求得同样结果。1.4 二极管1.4.1 PN结及其单向导电性1.4.2 二极管的特性和主要参数1.4.3 二极管的工作点和理想特性1.4.4 稳压二
11、极管1.4.5 发光二极管和光电二极管 1.4.1 PN结及其单向导电性物质按导电能力分为：导体、半导体、绝缘体。本征半导体 纯净的半导体（如硅、锗、砷化镓等）P型半导体 在纯净的半导体硅、锗中掺入少量三价元素。 多数载流子为空穴 。N型半导体 在纯净的半导体硅、锗中掺入少量五价元素。 多数载流子为电子。PN结的形成： 浓度差 扩散和复合 空间电荷区（耗尽层） 内电场扩散和复合 空间电荷区（耗尽层）内电场 阻止扩散、并引起少数载流子漂移最终，扩散与内电场作用达到平衡 PN结PN结的单向导电性 o PN结加正向电压 外电场与内电场方向相反外电场 空间电荷区变窄当外加电压足够大 外电场足够强 克服
12、内电场作用 PN结导通 电流 I从 P流向 N外加正向电压 外电场o PN结加反向电压 PN结的单向导电性 外电场与内电场方向相同外电场 空间电荷区变宽 不导通（截止）结论： PN结具有单向导电性。 PN结加正向电压导通，加反向电压截止，导通方向： P N1.4.2 二极管的特性和主要参数二极管：一个 PN结，两个电极 -阳极、阴极1.二极管的伏安特性 二极管两湍的电压与流过的电流之间的关系曲线 正向特性死区 电压小，基本不导通。死区电压：硅管 0.40.5V 锗管约 0.1V1.二极管的伏安特性非线性区 开始导通，电流小 正向特性导通区 近似线性，导通压降：硅管 0.60.7V 锗管 0.2
13、0.3V 反向特性正常工作区 截止 反向电流很小反向击穿区 反向电压过大，反向击穿2.二极管的主要参数o 最大正向电流 o 最高反向工作电压 o 反向电流 o 最高工作频率1.4.3 二极管的工作点和理想特性o 二极管的工作点 静态电阻 动态电阻 通常，同一工作点， 不同工作点的 均不同。 o 二极管的理想特性考虑正向导通压降 忽略正向导通压降 o 二极管 电路的分析方法 分析关键：判断二极管是否导通 方法：单个二极管 ：阳极电位高于阴极电位足够大小； 阳极接于同一点（同电位），阴极电位最低的优先导通； 阴极接于同一点（同电位），阳极电位最高的优先导通。o 二极管 电路的分析方法 例题 1.4
14、.1 设右图中二极管导通时的正向压降为 0.7V，试分析 的工作情况并求 I值。 解 阳极同电位，阴极 导通， 截止，故 多个二极管：【例题】 电路如图所示， D1， D2 均为理想二极管， 当输入电压 ui 6V 时， 则 uO =？【 解 】 ui 6V D1截止电路可以看成因此 ， D2 截止故 uO =3V【 例题 】 图示电路，设二极管正向压降为 0.7伏，当开关 S置 “1”时， Ua= 伏；当开关 S置 “2”时， Ua= 伏；当开关 S置 “3”时， Ua= 伏；D1D2D31k+-6V+-3V +-3VS1 2 3a【 解 】 S置 “1”时， D1截止Ua=1.4VS置 “2”时， D1
