《半导体电子基础》PPT课件.ppt

,本课程是一门实践性较强的专业基础课。学习目的：掌握电路基础知识和模拟电子的基本理论及分析方法，为后续课打基础，为工程实践培养操作技能。共11章，1-5章电路基础知识、6-10章模拟电子技术、11章技能训练及应用实践三个部分。章末有小结和习题便于自学。,电路与模拟电子技术绪论,电路是学习电子技术的基础。本章主要介绍：三个物理量（电流、电压、功率）三种状态（开路、负载和短路）三个定律（欧姆定律、电流定律和电压定律）一个概念（电位）,上篇电路基础知识第1章电路的基本概念和基本定律,电路是电流流通的路径1.1.1电路的作用电路的作用是进行电能的传输和转换，或是实现信号的传递和处理。1.1.2电路的组成电路是由某些电气设备和元器件按一定方式连接组成。电路可分成电源、负载和中间环节三个部分电源是提供电能的设备，是电路工作的能源，电源的作用是将非电能转换成电能。负载是用电设备，是电路中的主要耗电器件。负载的作用是将电能转换成非电能。中间环节是指电源与负载之间的部分。,1.1电路,1.1.3电路模型,忽略电路元器件的次要因素，将其理想化，并用规定的电气图形符号表示所组成的电路，称为电路,电荷的定向运动形成电流。电流的方向不变为直流I。方向和大小都变化为交流i。1A103mA106A，1kA103A规定：正电荷运动的方向为电流的实际方向。假设的电流流向称为电流的参考方向。,1.2电流、电压、功率1.2.1电流,电场力将单位正电荷从电场中的a点移到b点所做的功，称其为a、b两点间的电压。直流电压Uab，交流电压uab。1V103mV106V，1kV103V习惯上把电位降低的方向作为电压的实际方向。电压实际方向和电压参考方向,1.2.2电压1.电压,电压等于电路中两点间的电位差UabUaUb电位是电路中某点到参考点之间的电压参考点是任意选择的一点“”（零电位点，“接地”点），选b点为参考点Ub0，UabUaUbUa。,2.电压与电位,E是电源力将单位正电荷从低电位点b移动到高电位点a所做的功E的方向是从低电位（电源负极）指向高电位（电源正极）,3.电动势E,电场力在单位时间内所做的功，单位瓦W。关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向一致。PUI（1.1）非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致。PUI（1.2）P0吸收功率（消耗功率）为负载；P0发出功率（产生功率）为电源。,1.2.3功率,有一个收录机供电电路，用万用表测出收录机的供电电流为80mA，供电电源为3V，忽略电源的内阻，收录机和电源的功率各是多少？根据计算结果说明是发出功率还是吸收功率？解：收录机流与压是关联参考方向PUI3V80mA240mW0.24W结果为正，说明收录机是吸收功率。电池流与压是非关联参考方向PUI3V80mA0.24W结果为负，说明电池是发出功率。,【例1.1】,如果例1.1题中的电池已经降为2V,现将收录机换为充电器,充电电流为150mA，问此时电池的功率为多少，是吸收功率还是发出功率？充电器的功率为多少，是吸收功率还是发出功率？解：电池为非关联PUI2V（150mA）0.3W结果为正吸收功率，电池是充电器的负载。充电器为关联PUI2V（150mA）0.3W结果为负发出功率，充电器是电路中的电源。规定：1千瓦的用电设备使用1小时消耗的电量为1度电。1kW1h1度电(1.3),【例1.2】,有一个电饭锅，额定功率为750W，每天使用2小时；一台25吋电视机，功率为150W，每天使用4小时；一台电冰箱，输入功率为120W，电冰箱的压缩机每天工作8小时。计算每月（30天）耗电多少度？解：（0.75kW2h0.15kW4h0.12kW8h）30天（1.5度0.6度0.96度）3091.8度答:每月耗电91.8度,【例1.3】,流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比，与电阻本身成反比。I(1.4)式中R为电阻，单位为欧姆，常用的单位还有k和M（兆欧），1M106。电阻一定时，电压愈高电流愈大；电压一定，电阻愈大电流就愈小。根据欧姆定律可以推导出功率与电阻的关系式为：PUII2R（1.5）,1.3欧姆定律,在电路分析时，如果电流与电压的参考方向不一致，既为非关联参考方向时，如图1.12(b)、(c)所示，欧姆定律的表达式为：I或UIR（1.6）,已知图1.12中的电阻为6，电流为2A，求电阻两端的电压U。解：图1.12（a）关联UIR2A612V图1.12（b）非关联UIR2A612V图1.12（c）非关联UIR2A612V计算结果图1.12（a）电压是正值，说明图1.12（a）中的电压实际方向与所标的参考方向一致；图1.12（b）、（c）电压为负值，说明图1.12（b）、（c）中的电压实际方向与所标的参考方向相反。,【例1.4】,一个100W的灯泡，额定电压为220V，求灯泡的电流和电阻？解：I0.45AR489,【例1.5】,电路如图1.13所示，E140V、E25V、R1R210、R35、I13A、I20.5A、I32A。取d点为参考点，求各点的电位及电压Uab和Ubc。解：各点的电位d点为参考点，Ud0VUbUbdI3R32A510VUaUabUbdI1R1Ubd3A1010V40V或UaUadE140VUcUcbUbdI2R2Ubd0.5A1010V5V或UcUcdE25V电压Uab=UaUb=40V10V=30VUbc=UbUc=10V5V=5V,【例1.6】,如果选取图1.13中b点为参考点，如图1.14所示，再求各点的电位及电压Uab和Ubc。则可得出：电位Ub0VUdUdbI3R310VUaUabI1R13A1030VUcUcbI2R20.5A105V电压Uab=UaUb=30V0V=30VUbc=UbUc=0V（5V）=5V,利用电位的概念可将图1.13所示的电路简化为图1.15所示的形式，不画电源，只标出电位值。这是电子电路惯用的画法。,开路、负载和短路1.4.1开路状态电源与负载断开，称为开路状态,又称空载状态。开路状态电流为零，负载不工作UIR0，而开路处的端电压U0E。,1.4电路的三种状态,电源与负载接通，构成回路，称为有载状态。I（1.7）UIREIR0(1.8)有载状态时的功率平衡关系为：电源电动势输出的功率PEEI电源内阻损耗的功率PR0I2R0负载吸收的功率PI2RPEPR0功率平衡关系PEPPR0（1.9）用电设备都有限定的工作条件和能力，称为额定值。使用值等于额定值为额定状态；实际电流或功率大于额定值为过载；小于额定值为欠载。,1.4.2有载状态,电源两端没有经过负载而直接连在一起时,称为短路状态。短路是电路最严重、最危险的事故，是禁止的状态。短路电流ISE/R0很大，如果没有短路保护，会发生火灾。产生短路的原因主要是接线不当，线路绝缘老化损坏等。应在电路中接入过载和短路保护。,1.4.3短路状态,基尔霍夫定律分为电流定律和电压定律。三个术语：支路：电路中流过同一电流的分支，称为支路。图1.19中共有三条支路。结点：三条或三条以上支路的连接点，称为结点。图1.19中共有两个结点。回路：电路中任一闭合的路径，称为回路。图1.19中共有三个回路。,1.5基尔霍夫定律,在任一瞬间流入任一结点的电流之和等于流出该结点的电流之和。对结点a可以写出：I1I2I3（1.10）改写成：I1I2I30即：I0（1.11）这说明在任一瞬间，一个结点上电流的代数和等于零。KCL解题，首先应标出各支路电流的参考方向，列I0表达式时，流入结点的电流取正号，流出结点的电流取负号。,1.5.1基尔霍夫电流定律(KCL),KCL也可以推广应用于电路中任何一个假定的闭合面。对虚线所包围的闭合面可视为一个结点，而面外三条支路的电流关系可应用KCL得：IBICIE，或IBICIE0,已知图1.20中的IC1.5mA，IE1.54mA，求IB?解：根据KCL可得IBICIEIBIEIC1.54mA1.5mA0.04mA40A,【例1.7】,1.5.2基尔霍夫电压定律(KVL),在任一瞬间沿任一回路绕行一周，回路中各个元件上电压的代数和等于零。可用公式表示为U0（1.12）KVL解题，先标出回路中各个支路的电流方向、各个元件的电压方向和回路的绕行方向（顺时针方向或逆时针方向均可），然后列U0表达式。在列U0表达式时，电压方向与绕行方向一致取正号，相反取负号。,列出图1.21所示电路中回路和回路的KVL表达式。解：标出各支路的电流方向、各元件的电压方向和回路的绕行方向，如图1.12中所示。列回路U0表达式回路：UE1UR1UR30E1I1R1I3R30回路：UE2UR2UR30E2I2R2I3R30,【例1.8】,1.三个物理量电流、电压的参考方向是任意假定的；数值是正，实际方向与参考方向一致；数值是负，实际方向与参考方向相反。功率PUI，如果电流和电