半導體電子基礎(chǔ)

第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日

電路是學習電子技術(shù)的基礎(chǔ)。本章主要介紹：三個物理量（電流、電壓、功率）三種狀態(tài)（開路、負載和短路）三個定律（歐姆定律、電流定律和電壓定律）一個概念（電位）上篇電路基礎(chǔ)知識

第1章

電路的基本概念和基本定律第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日

電路是電流流通的路徑1.1.1電路的作用電路的作用是進行電能的傳輸和轉(zhuǎn)換，或是實現(xiàn)信號的傳遞和處理。

1.1.2電路的組成電路是由某些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接組成。電路可分成電源、負載和中間環(huán)節(jié)三個部分電源是提供電能的設(shè)備，是電路工作的能源，電源的作用是將非電能轉(zhuǎn)換成電能。負載是用電設(shè)備，是電路中的主要耗電器件。負載的作用是將電能轉(zhuǎn)換成非電能。中間環(huán)節(jié)是指電源與負載之間的部分。

1.1電路

第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日1.1.3電路模型

忽略電路元器件的次要因素，將其理想化，并用規(guī)定的電氣圖形符號表示所組成的電路，稱為電路第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日

電荷的定向運動形成電流。電流的方向不變?yōu)橹绷鱅。方向和大小都變化為交流i。

1A＝103mA＝106μA，1kA＝103A

規(guī)定：正電荷運動的方向為電流的實際方向。假設(shè)的電流流向稱為電流的參考方向。1.2電流、電壓、功率

1.2.1電流第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日

電場力將單位正電荷從電場中的a

點移到b點所做的功，稱其為a、b兩點間的電壓。直流電壓Uab，交流電壓uab。

1V＝103mV＝106μV，

1kV＝103V

習慣上把電位降低的方向作為電壓的實際方向。電壓實際方向和電壓參考方向1.2.2電壓

1.電壓第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日

電壓等于電路中兩點間的電位差Uab＝Ua－Ub

電位是電路中某點到參考點之間的電壓參考點是任意選擇的一點“⊥”（零電位點，“接地”點），選b點為參考點Ub＝0，Uab＝Ua－Ub＝Ua。2.電壓與電位第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日

E是電源力將單位正電荷從低電位點b移動到高電位點a所做的功

E的方向是從低電位（電源負極）指向高電位（電源正極）3.電動勢E第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日

電場力在單位時間內(nèi)所做的功，單位瓦W。關(guān)聯(lián)參考方向：元件上電流和電壓的參考方向一致。

P＝UI（1.1）

非關(guān)聯(lián)參考方向：電流和電壓的參考方向不一致。

P＝－UI

（1.2）

P＞0吸收功率（消耗功率）為負載；

P＜0發(fā)出功率（產(chǎn)生功率）為電源。1.2.3功率第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日

有一個收錄機供電電路，用萬用表測出收錄機的供電電流為80mA，供電電源為3V，忽略電源的內(nèi)阻，收錄機和電源的功率各是多少？根據(jù)計算結(jié)果說明是發(fā)出功率還是吸收功率？解：收錄機流與壓是關(guān)聯(lián)參考方向

P＝UI＝3V×80mA＝240mW＝0.24W

結(jié)果為正，說明收錄機是吸收功率。電池流與壓是非關(guān)聯(lián)參考方向

P＝－UI＝－3V×80mA＝－0.24W

結(jié)果為負，說明電池是發(fā)出功率。【例1.1】第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日

如果例1.1題中的電池已經(jīng)降為2V,現(xiàn)將收錄機換為充電器,充電電流為－150mA，問此時電池的功率為多少，是吸收功率還是發(fā)出功率？充電器的功率為多少，是吸收功率還是發(fā)出功率？解：電池為非關(guān)聯(lián)

P＝－UI＝－2V×（－150mA）＝0.3W

結(jié)果為正吸收功率，電池是充電器的負載。充電器為關(guān)聯(lián)

P＝UI＝2V×（－150mA）＝－0.3W

結(jié)果為負發(fā)出功率，充電器是電路中的電源。規(guī)定：1千瓦的用電設(shè)備使用1小時消耗的電量為1度電。

1kW×1h＝1度電(1.3)【例1.2】第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日

有一個電飯鍋，額定功率為750W，每天使用2小時；一臺25吋電視機，功率為150W，每天使用4小時；一臺電冰箱，輸入功率為120W，電冰箱的壓縮機每天工作8小時。計算每月（30天）耗電多少度？解：（0.75kW×2h＋0.15kW×4h＋0.12kW×8h）×30天＝（1.5度＋

0.6度

＋0.96度）×30

＝91.8度答:每月耗電91.8度【例1.3】第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日

流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比，與電阻本身成反比。

I＝

(1.4)

式中R為電阻，單位為歐姆Ω，常用的單位還有kΩ和MΩ（兆歐），1MΩ＝106Ω。電阻一定時，電壓愈高電流愈大；電壓一定，電阻愈大電流就愈小。根據(jù)歐姆定律可以推導出功率與電阻的關(guān)系式為：

P＝UI＝I2R＝（1.5）1.3歐姆定律第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日

在電路分析時，如果電流與電壓的參考方向不一致，既為非關(guān)聯(lián)參考方向時，如圖1.12(b)、(c)所示，歐姆定律的表達式為：

I＝－或U＝－IR

（1.6）第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日

已知圖1.12中的電阻為6Ω，電流為2A，求電阻兩端的電壓U。解：圖1.12（a）關(guān)聯(lián)

U＝IR＝2A×6Ω＝12V

圖1.12（b）非關(guān)聯(lián)

U＝－IR＝－2A×6Ω＝－12V

圖1.12（c）非關(guān)聯(lián)

U＝－IR＝－2A×6Ω＝－12V

計算結(jié)果圖1.12（a）電壓是正值，說明圖1.12（a）中的電壓實際方向與所標的參考方向一致；圖1.12（b）、（c）電壓為負值，說明圖1.12（b）、（c）中的電壓實際方向與所標的參考方向相反?！纠?.4】第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日

一個100W的燈泡，額定電壓為220V，求燈泡的電流和電阻？解：

I＝＝＝0.45A

R＝＝＝489Ω

【例1.5】第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日

電路如圖1.13所示，E1＝40V、E2＝5V、R1＝R2＝10Ω、R3＝5Ω、I1＝3A、I2＝－0.5A、I3＝2A。取d點為參考點，求各點的電位及電壓Uab

和Ubc。

解：各點的電位

d點為參考點，Ud＝0VUb＝Ubd＝I3R3＝2A×5Ω＝10V

Ua＝Uab＋Ubd＝I1R1＋Ubd＝3A×10Ω＋10V＝40V

或

Ua＝Uad＝E1＝40VUc＝Ucb＋Ubd＝I2R2＋Ubd＝－0.5A×10Ω＋10V＝5V

或

Uc＝Ucd＝E2＝5V

電壓

Uab=

Ua－

Ub=40V－10V=30VUbc=

Ub－

Uc=10V－5V=5V【例1.6】第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日

如果選取圖1.13中b點為參考點，如圖1.14所示，再求各點的電位及電壓Uab

和Ubc。則可得出：電位Ub＝0VUd＝Udb＝－I3R3＝－10VUa＝Uab＝I1R1＝3A×10Ω＝30VUc＝Ucb＝I2R2＝－0.5A×10Ω＝－5V電壓Uab=

Ua－

Ub=30V－0V=30V

Ubc=

Ub－

Uc=0V－（－5V）=5V第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日

利用電位的概念可將圖1.13所示的電路簡化為圖1.15所示的形式，不畫電源，只標出電位值。這是電子電路慣用的畫法。第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日開路、負載和短路開路狀態(tài)電源與負載斷開，稱為開路狀態(tài),又稱空載狀態(tài)。開路狀態(tài)電流為零，負載不工作U＝IR＝0，而開路處的端電壓U0＝E。1.4電路的三種狀態(tài)第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日

電源與負載接通，構(gòu)成回路，稱為有載狀態(tài)。

I＝

（1.7）

U＝IR＝E－IR0(1.8)有載狀態(tài)時的功率平衡關(guān)系為：電源電動勢輸出的功率

PE＝EI電源內(nèi)阻損耗的功率

PR0＝I2R0負載吸收的功率

P＝I2R＝PE－PR0

功率平衡關(guān)系PE＝P＋PR0

（1.9）用電設(shè)備都有限定的工作條件和能力，稱為額定值。使用值等于額定值為額定狀態(tài)；實際電流或功率大于額定值為過載；小于額定值為欠載。有載狀態(tài)第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日電源兩端沒有經(jīng)過負載而直接連在一起時,稱為短路狀態(tài)。短路是電路最嚴重、最危險的事故，是禁止的狀態(tài)。短路電流IS＝E/R0很大，如果沒有短路保護，會發(fā)生火災。產(chǎn)生短路的原因主要是接線不當，線路絕緣老化損壞等。應在電路中接入過載和短路保護。短路狀態(tài)第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日

基爾霍夫定律分為電流定律和電壓定律。三個術(shù)語：支路：電路中流過同一電流的分支，稱為支路。圖1.19中共有三條支路。結(jié)點：三條或三條以上支路的連接點，稱為結(jié)點。圖1.19中共有兩個結(jié)點。回路：電路中任一閉合的路徑，稱為回路。圖1.19中共有三個回路。

1.5基爾霍夫定律第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日

在任一瞬間流入任一結(jié)點的電流之和等于流出該結(jié)點的電流之和。對結(jié)點a可以寫出：

I1＋I2＝I3

（1.10）改寫成：

I1＋I2－I3＝0

即：

ΣI＝0

（1.11）這說明在任一瞬間，一個結(jié)點上電流的代數(shù)和等于零。KCL解題，首先應標出各支路電流的參考方向，列ΣI＝0表達式時，流入結(jié)點的電流取正號，流出結(jié)點的電流取負號。

基爾霍夫電流定律(KCL)第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日KCL也可以推廣應用于電路中任何一個假定的閉合面。對虛線所包圍的閉合面可視為一個結(jié)點，而面外三條支路的電流關(guān)系可應用KCL得：IB＋IC＝IE，或IB＋IC－IE＝0第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日

已知圖1.20中的IC＝1.5mA，IE＝1.54mA，求IB＝?解：根據(jù)KCL可得IB＋IC＝IE

IB＝IE－IC＝1.54mA－1.5mA＝0.04mA＝40μA【例1.7】第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日基爾霍夫電壓定律(KVL)

在任一瞬間沿任一回路繞行一周，回路中各個元件上電壓的代數(shù)和等于零?？捎霉奖硎緸?/p>

ΣU＝0

（1.12）

KVL解題，先標出回路中各個支路的電流方向、各個元件的電壓方向和回路的繞行方向（順時針方向或逆時針方向均可），然后列ΣU＝0表達式。在列ΣU＝0表達式時，電壓方向與繞行方向一致取正號，相反取負號。第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日

列出圖1.21所示電路中回路Ⅰ和回路Ⅱ

的