电子线路基础知识培训(一)

1、制造总部部品部电子线路基础知识培训（一）技术组：丁元军技术组：丁元军2010年年9月月3日日目录目录电路的基本定义电路的基本定义电路的分类电路的分类电路的组成电路的组成电路的物理量电路的物理量电路的基本定律电路的基本定律组成电路的基本元器件组成电路的基本元器件基本电路详解基本电路详解 u电路，或称电子回路：由金属导线和电气电路，或称电子回路：由金属导线和电气以及电子部件按一定的方式联接组成的导电以及电子部件按一定的方式联接组成的导电回路，称其为电路。回路，称其为电路。u直流电通过的电路称为直流电通过的电路称为“直流电路直流电路”;u交流电通过的电路称为交流电通过的电路称为“交流电路交流电路”。

2、 电路的分类电路的分类u模拟电路：模拟电路： 是由自然界产生周期性变化的连续性的物理自然变量，在将连续是由自然界产生周期性变化的连续性的物理自然变量，在将连续性物理自然变量转换为连续的电信号，并通过运算连续性电信号的电性物理自然变量转换为连续的电信号，并通过运算连续性电信号的电路即称为模拟电路。路即称为模拟电路。 模拟电路对电信号的连续性电压、电流进行处理。模拟电路对电信号的连续性电压、电流进行处理。 最典型的模拟电路应用包括：放大电路、震荡电路、线性运算电最典型的模拟电路应用包括：放大电路、震荡电路、线性运算电路（加法、减法、乘法、除法、微分和积分电路）路（加法、减法、乘法、除法、微分和积分

3、电路） 。u数字电路：数字电路： 亦称为逻辑电路，将连续性的电讯号，转换为不连续性定量的电信亦称为逻辑电路，将连续性的电讯号，转换为不连续性定量的电信号，并运算不连续性定量电信号的电路，称为数字电路。号，并运算不连续性定量电信号的电路，称为数字电路。 数字电路中，信号大小为不连续并定量化的电压状态。数字电路中，信号大小为不连续并定量化的电压状态。 典型数字电路有，振荡器、寄存器、加法器、减法器等。运算不典型数字电路有，振荡器、寄存器、加法器、减法器等。运算不连续性定量电信号连续性定量电信号。 根据处理信号类型不同：根据处理信号类型不同：电路的其它分类方法：电路的其它分类方法： 根据处理信号频率

4、不同，可分为：低频电路、中频电路及高频电根据处理信号频率不同，可分为：低频电路、中频电路及高频电路。路。 根据处理信号电压不同，可分为：低压电路及高压电路。根据处理信号电压不同，可分为：低压电路及高压电路。 根据电路的规模不同，可分为：小规模电路、中规模电路及大规根据电路的规模不同，可分为：小规模电路、中规模电路及大规模电路。模电路。 根据用途不同，可分为：微处理器电路、电脑电路、通讯电路、根据用途不同，可分为：微处理器电路、电脑电路、通讯电路、显示器电路、光电电路及电机电路等显示器电路、光电电路及电机电路等电路的组成：电路的组成： 电路由电源，负载，连接导线和辅助设备四大部分组成。实际应电路

5、由电源，负载，连接导线和辅助设备四大部分组成。实际应用的电路都比较复杂，因此，为了便于分析电路的实质，通常用符号用的电路都比较复杂，因此，为了便于分析电路的实质，通常用符号表示组成电路实际原件及其连接线，即画成所谓电路图。其中导线和表示组成电路实际原件及其连接线，即画成所谓电路图。其中导线和辅助设备合称为中间环节。辅助设备合称为中间环节。 1.电源：是提供电能的设备。电源的功能是把非电能转变成电能。例如，电池是电源：是提供电能的设备。电源的功能是把非电能转变成电能。例如，电池是把化学能转变成电能；发电机是把机械能转变成电能。由于非电能的种类很多，把化学能转变成电能；发电机是把机械能转变成电能。

6、由于非电能的种类很多，转变成电能的方式也很多，所以，目前实用的电源类型也很多，最常用的电源转变成电能的方式也很多，所以，目前实用的电源类型也很多，最常用的电源是固态电池、蓄电池和发电机等。是固态电池、蓄电池和发电机等。 2.负载：是指在电路中使用电能的各种设备统称为负载。负载的功能是把电能转负载：是指在电路中使用电能的各种设备统称为负载。负载的功能是把电能转变为其他形式能。例如，电炉把电能转变为热能；电动机把电能转变为机械能，变为其他形式能。例如，电炉把电能转变为热能；电动机把电能转变为机械能，等等。通常使用的照明器具、家用电器、机床等都可称为负载。等等。通常使用的照明器具、家用电器、机床等都

7、可称为负载。 3.导线导线 ：是用来把电源、负载和其他辅助设备连接成一个闭合回路，起着传输：是用来把电源、负载和其他辅助设备连接成一个闭合回路，起着传输电能的作用。电能的作用。 4.辅助设备：是用来实现对电路的控制、分配、保护及测量等作用的。辅助设备辅助设备：是用来实现对电路的控制、分配、保护及测量等作用的。辅助设备包括各种开关、熔断器及测量仪表等。包括各种开关、熔断器及测量仪表等。 电路的物理量电路的物理量 电路的作用是进行电能与其它形式的能量之间的相互转换。因此，用电路的作用是进行电能与其它形式的能量之间的相互转换。因此，用一些物理量来表示电路的状态及各部分之间能量转换的相互关系。一些物理

8、量来表示电路的状态及各部分之间能量转换的相互关系。 （1）电流）电流 电流在实用上有两个含义：第一，电流表示一种物理现象，即电荷有规则的运动就形成电流。第二，电流的大小用电流强度来表示，而电流强度是指在单位时间内通过导体截面积的电荷量，其单位是安培（库/秒），简称安，用大写字母A表示。但电流强度平时人们多简称电流。所以电流又代表一个物理量，这是电流的第二个含义。 电流的真实方向和正方向是两个不同的概念，不能混淆。 习惯上总是把正电荷运动的方向，作为电流的方向，这就是电流的实际方向或真实方向，它是客观存在，不能任意选择，在简单电路中，电流的实际方向能通过电源或电压的极性很容易地确定下来。 但是，

9、在复杂直流电路中，某一段电路里的电流真实方向很难预先确定，在交流电路中，电流的大小和方向都是随时间变化的。这时，为了分析和计算电路的需要，引入了电流参考方向的概念，参考方向又叫假定正方向，简称正方向。 所谓正方向，就是在一段电路里，在电流两种可能的真实方向中，任意选择一个作为参考方向（即假定正方向）。当实际的电流方向与假定的正方向相同时，电流是正值；当实际的电流方向与假定正方向相反时，电流就是负值。 （2）电压与电位）电压与电位 从数值上看，AB两点之间的电压是电场力把单位正电荷从A点移动到B点时所做的功；而电场中某点的电位等于电场力将单位正电荷自该点移动到参考点所做的功。比较电压和电位的概念

10、可以看出，电场中某点的电位就是该点到参考点之间的电压，电位是电压的一个特殊形式。对于电位来说，参考点是至关重要的。在同一电路中，当选定不同的参考点，同一点的电位数值是不同的。 原则上说，参考点可以任意选定。在电工领域，通常选电路里的接地点为参考点，在电子电路里，常取机壳为参考点。 在实际应用时，仅知道两点间的电压往往不够，还要求知道这两点中哪一点电位高，哪一点电位低。例如，对于半导体二极管来说，还有其阳极电位高于阴极电位时才导通；对于直流电动机来说，绕组两端的电位高低不同，电动机的转动方向可能是不同的。由于实际使用的需要，要求我们引入电压的极性，即方向问题。 （3）电动势）电动势 电路中因其他

11、形式的能量转换为电能所引起的电位差，叫做电动势。用字母E表示，单位是伏特。在电路中，电动势常用符号表示。 （4）电功率）电功率在物理学中，用电功率表示消耗电能的快慢电功率用表示，它的单位是Watt，简称瓦特，符号是电流在单位时间内做的功叫做电功率 以灯泡为例，电功率越大，灯泡越亮。灯泡的亮暗由电功率决定，不用所通过的电流、电压、电能决定！ （5）电压与电流的关联正方向）电压与电流的关联正方向 在电路中：如果指定流过元件的电流参考方向是从标以电压的正极性的一端指向负极性的一端，即两者的参考方向一致，则把电流和电压的这种参考方向称为关联参考方向。当两者不一致是，称为非关联参考方向。 电路的基本定律

12、电路的基本定律所有的电路都遵循一些基本电路定律： 基尔霍夫电流定律：流入一个节点的电流总和, 等于流出节点的电流总合。 基尔霍夫电压定律：环路电压的总合为零。 欧姆定律：在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，基本公式是I=U:R 诺顿定理：任何由电压源与电阻构成的两端网络, 总可以等效为一个理想电流源与一个电阻的并联网络。 戴维宁定理：任何由电压源与电阻构成的两端网络, 总可以等效为一个理想电压源与一个电阻的串联网络。 分析包含非线性器件的电路，则需要一些更复杂的定律。实际电路设计中，电路分析更多的通过计算机分析模拟来完成。 叠加定理：它是线性元件的一个重要

13、定理。在线性电阻中，某处电压或电流都是电路中各个独立电源单独作用时，在该处分别产生的电压或电流的叠加。 特勒密定理：对于一个具有n个结点和b条支路的电路，假设各条支路电流和支路电压取关联参考方向，并令（i1,i2,ib）、（u1,u2,ub）分别为b条支路的电流和电压，则对于任何时间t，有i1*u1+i2*u2+ib*ub=0。 对偶定理：在对偶电路中，某些元素之间的关系（或方程）可以通过对偶元素的互换而相互转换。对偶的内容包括：电路的拓扑结构、电路变量、电路元件、一些电路的公式（或方程）甚至定理。 组成电路的基本元器件组成电路的基本元器件 组成电路的五大基本元器件为：电阻、电容、电感、组成电

14、路的五大基本元器件为：电阻、电容、电感、二极管及三极管，它们之间不能互相代用，在电路中都按二极管及三极管，它们之间不能互相代用，在电路中都按照以下的基本特性工作：照以下的基本特性工作：电阻：分压及限流，电路中用电阻：分压及限流，电路中用“R”表示。表示。电容：通交流阻直流，电路中用电容：通交流阻直流，电路中用“C”表示。表示。电感：通直流阻交流，电路中用电感：通直流阻交流，电路中用“L”表示。表示。二极管：单向导电二极管：单向导电,电路中用电路中用“D”表示。表示。三极管：电流电压放大三极管：电流电压放大,电路中用电路中用“Q”表示。表示。基本电路详解 RC电路：电路： RC电路在模拟电路、脉

15、冲数字电路中得到广泛的应用，由于电路的形式以及信号源和R，C元件参数的不同，因而组成了RC电路的各种应用形式：微分电路、积分电路、耦合电路、滤波电路及脉冲分压器。关键词：RC电路。微分、积分电路。耦合电路。在模拟及脉冲数字电路中，常常用到由电阻R和电容C组成的RC电路，在些电路中，电阻R和电容C的取值不同、输入和输出关系以及处理的波形之间的关系，产生了RC电路的不同应用。 下面分别谈谈：微分电路、积分电路、耦合电路、脉冲分压器以及滤波电路。 1. RC微分电路微分电路如图1所示，电阻R和电容C串联后接入输入信号VI，由电阻R输出信号VO，当RC 数值与输入方波宽度tW之间满足：RCt1），电容

16、C的电压按指数规律快速充电上升，输出电压随之按指数规律下降（因VOVIVCVmVC），经过大约3（R C）时，VCVm，VO0，（RC）的值愈小，此过程愈快，输出正脉冲愈窄。t=t2时，VI由Vm0,相当于输入端被短路，电容原先充有左正右负的电压V m开始按指数规律经电阻R放电，刚开始，电容C来不及放电，他的左端（正电）接地，所以VOVm，之后VO随电容的放电也按指数规律减小，同样经过大 约3后，放电完毕，输出一个负脉冲。只要脉冲宽度tW（510），在tW时间内，电容C已完成充电或放电（约需3 ），输出端就能输出正负尖脉冲，才能成为微分电路，因而电路的充放电时间常数必须满足：（1/51/10）

17、tW，这是微分电路的必要条件。由于输出波形VO与输入波形VI之间恰好符合微分运算的结果VO=RC（ dVI/dt），即输出波形是取输入波形的变化部分。如果将VI按傅里叶级展开，进行微分运算的结果，也将是VO的表达式。他主要用于对复杂波形的分离和分频器，如从电视信号的复合同步脉冲分离出行同步脉冲和时钟的倍频应用。 2. RC耦合电路耦合电路 图1中，如果电路时间常数（RC）tW，他将变成一个RC耦合电路。输出波形与输入波形一样。如图3所示。 （1）在t=t1时，第一个方波到来，VI由0Vm，因电容电压不能突变（VC=0），VO=VR=VI=Vm。（2）t1ttW，电容C缓慢充电，VC缓慢上升为左

18、正右负，V O=VR=VIVC，VO缓慢下降（3）t=t2时，VO由Vm0，相当于输入端被短路，此时，VC已充有左正右负电压=（VI/）tW，经电阻R非常缓慢地放电。（4）t=t3时，因电容还来不及放完电，积累了一定电荷，第二个方波到来，电阻上的电压就不是Vm，而是VR=Vm-VC（VC0），这样第二个输出 方波比第一个输出方波略微往下平移，第三个输出方波比第二个输出方波又略微往下平移，最后，当输出波形的正半周“面积”与负半周“面积”相等时，就达到了稳定状态。也就是电容在一个周期内充得的电荷与放掉的电荷相等时，输出波形就稳定不再平移，电容上的平均电压等于输入信号中电压的直流分量（利用C的隔直作

19、用），把输入信号往下平移这个直流分量，便得到输出波形，起到传送输入信号的交流成分，因此是一个耦合电路。 以上的微分电路与耦合电路，在电路形式上是一样的，关键是tW与的关系，下面比较一下与方波周期T（TtW）不同时的结果，如图4所示。在这三种情形中，由于电容C的隔直作用，输出波形都是一个周期内正、负“面积”相等，即其平均值为0，不再含有 直流成份。当T时，电容C的充放电非常缓慢，其输出波形近似理想方波，是理想耦合电路。 当=T时，电容C有一定的充放电，其输出波形的平顶部分有一定的下降或上升，不是 理想方波。 当tW，这种电路称为积分电路。在电容C两端（输出端）得到锯齿波电压，如图6所示。 3）t

20、=t2时，VI由Vm0，相当于输入端被短路，电容原先充有左正右负电压VI（VItW是本电路必要条件，因为他是在方波到来期间，电容只是缓慢充电，VC还未上升到Vm时，方波就消失，电容开始放电，以免电容电压出现一个稳定电压值，而且越大，锯齿波越接近三角波。输出波形是对输入波形积分运算的结果，他是突出输入信号的直流及缓变分量，降低输入信号的变化量。4. RC滤波电路（无源）滤波电路（无源） 在模拟电路，由RC组成的无源滤波电路中，根据电容的接法及大小主要可分为低通滤波 电路（如图7）和高通滤波电路（如图8）。 (1)在图7的低通滤波电路中，他跟积分电路有些相似（电容C都是并在输出端），但 他们是应用

21、在不同的电路功能上，积分电路主要是利用电容C充电时的积分作用，在输入方波情形下，来产生周期性的锯齿波（三角波），因此电容C及电阻R是根据方波的tW来选取，而低通滤波电路，是将较高频率的信号旁路掉（因XC=1/（2fC），f较大时，XC较小，相当于短路），因而电容C的值是参照低频点的数值来确定，对于电源的滤波电路，理 论上C值愈大愈好。(2)图8的高通滤波电路与微分电路或耦合电路形式相同。在脉冲数字电路中，因RC与脉宽tW的关系不同而区分为微分电路和耦合电路；在模拟电路，选择恰当的电容C值，就可以有选择性地让较高频的信号通过，而阻断直流及低频信号，如高音喇叭串接的电容，就是阻止中低音进入高音喇叭

22、，以免烧坏。另一方面，在多级交流放大电路中，他也是一种 耦合电路。 5. RC脉冲分压器脉冲分压器当需要将脉冲信号经电阻分压传到下一级时，由于电路中存在各种形式的电容，如寄生电容，他相当于在负载侧接有一负载电容（如图9），当输入一脉冲信号时，因电容CL的充电，电压不能突变，使输出波形前沿变坏，失真。为此，可在R1两端并接一加速电容 C1，这样组成一个RC脉冲分压器（如图10）。(1)t=0+时，电容视为短路，电流只流经C1，CL，VO由C1和CL分压得到： LC电路：电路： LC电路主要应用于模拟电路中，一般起震荡作用，也可以做选频电路，或发射的振荡电路（不过必须是能收发信号的电路）。另在 电

23、源电路中起滤波作用。 以下谈谈LC电路的振荡及滤波电路：1. LC振荡电路：振荡电路：LC振荡电路物理模型的满足条件：振荡电路物理模型的满足条件： 整个电路的电阻R=0（包括线圈、导线），从能量角度看没有其它形式的能向内能转化，即热损耗为零。 电感线圈L集中了全部电路的电感，电容器C集中了全部电路的电容，无潜布电容存在。 LC振荡电路在发生电磁振荡时不向外界空间辐射电磁波，是严格意义上的闭合电路，LC电路内部只发生线圈磁场能与电容器电场能之间的相互转化，即便是电容器内产生的变化电场，线圈内产生的变化磁场也没有按麦克斯韦的电磁场理论激发相应的磁场和电场，向周围空间辐射电磁波。 振荡电流是一种交变

24、电流,是一种频率很高的交变电流，它无法用线圈在磁场中转动产生，只能是由振荡电路产生。 充电完毕（充电开始）：电场能达到最大，磁场能为零，回路中感应电流i=0。 放电完毕（放电开始）：电场能为零，磁场能达到最大，回路中感应电流达到最大。 充电过程：电场能在增加，磁场能在减小，回路中电流在减小，电容器上电量在增加。从能量看：磁场能在向电场能转化。 放电过程：电场能在减少，磁场能在增加，回路中电流在增加，电容器上的电量在减少。从能量看：电场能在向磁场能转化。 在振荡电路中产生振荡电流的过程中，电容器极板上的电荷，通过线圈的电流，以及跟电流和电荷相联系的磁场和电场都发生周期性变化，这种现象叫电磁振荡。

25、 2. LC滤波电路：滤波电路： LC滤波电路主要应用于电源电路中，为负载输送稳定的直流电压，一般采用“”型滤波电路，详细电路如下: 以上电路中，C1、C2及L的值越大，其滤波效果越好，但是基于成本及体积考虑，能满足负载电路要求即可。 二极管电路：二极管电路： 二极管电路主要根据二极管的单向导电特性，一般用于整流电路、钳位电路、稳压电路及检波电路。以下为具体电路：1.整流电路：整流电路： 整流电路的电流方向整流电路的电流方向 负载上的电压负载上的电压2.稳压电路：稳压电路： 因稳压二极管具有稳定的反向击穿电压（稳压电压），故Dz两端的电压不能超出稳压二极管的稳压值，负载Rl上的电压V0将无限接近Vdz。其稳压原理是：Vi升高，V0也升高，DZ击穿，Iz增大，Ir也增大，造成R上压降VR增大，V0值降低。反之也如此。3.钳位电路：钳位电路： 钳位电路的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电平上。图1为常见的二极管 钳位电路。设输入信号如图Z1616（a）所示