无线电技术导论_之二_电路基础知识_2011

1、 洪洪 晟：晟：82316447 Email: 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部无线电技术导论无线电技术导论课件下载方式课件下载方式: :新浪免费邮箱新浪免费邮箱: :Password:Password: wirelesswireless可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部无线电技术导论无线电技术导论无线电技术导论 第二讲第二讲-电路基础知识电路基础知识 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部本次课的内容本次课的内容(1)(1)电路的基本定律之一电路的基本定律之一 -欧姆定律欧姆定律(2)(2)电路的基本定律之二电路的基本定律之二

2、-克希霍夫定律克希霍夫定律(3)(3)正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念(4)(4)正弦交流电的表示方法正弦交流电的表示方法可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部欧姆定律欧姆定律IRVRVI或该式成立的条件：该式成立的条件：是在电流、电压方向一致情况下成立是在电流、电压方向一致情况下成立表征了电阻元件的性质：表征了电阻元件的性质： 通过电阻的电流数值与其两端电压成正通过电阻的电流数值与其两端电压成正比，而与阻值成反比比，而与阻值成反比可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部欧姆定律的几点说明（欧姆定律的几点说明（1 1）v 电阻元件的重要特征就是对电荷的

3、运动呈现阻力，它电阻元件的重要特征就是对电荷的运动呈现阻力，它具有阻碍电流流动的性质，就将电阻元件简称电阻。具有阻碍电流流动的性质，就将电阻元件简称电阻。v 电阻元件或任一段导体的电阻与它本身的材料性质及电阻元件或任一段导体的电阻与它本身的材料性质及几何尺寸有关，还与外界温度有关。几何尺寸有关，还与外界温度有关。 v 电阻元件的特性也可以用另一个参数来表示：电导电阻元件的特性也可以用另一个参数来表示：电导G G，它表示的是元件传导电流的能力。它表示的是元件传导电流的能力。 与电阻的关系是互为倒数：与电阻的关系是互为倒数： G G1 1R Rv 电导的单位是西门子，简称电导的单位是西门子，简称“

4、西西”(S)(S)可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部欧姆定律的几点说明（欧姆定律的几点说明（2 2）v 利用电阻：电阻元件对电流呈现阻力，即消耗能量，利用电阻：电阻元件对电流呈现阻力，即消耗能量，转换为热能。利用这个特点，可以制成各种电热器，转换为热能。利用这个特点，可以制成各种电热器，如电阻炉、电烙铁、白炽灯等。如电阻炉、电烙铁、白炽灯等。v 负面作用：有的电气设备中，甚至在传输导线中，由负面作用：有的电气设备中，甚至在传输导线中，由于存在一定的电阻，也要导致发热，这种电流的热效于存在一定的电阻，也要导致发热，这种电流的热效应造成了能量损失，有时还会损坏设备，应尽量减少

5、。应造成了能量损失，有时还会损坏设备，应尽量减少。v 电阻消耗的功率为：电阻消耗的功率为：RIRVIVP22可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部欧姆定律的几点说明（3）v 欧姆定律也可以用电压欧姆定律也可以用电压(V)(V)和电流和电流(I)(I)的关系曲线来表的关系曲线来表示，即电阻元件的伏安特性曲线：示，即电阻元件的伏安特性曲线：线性元件线性元件-线性电路线性电路非线性元件非线性元件-非线性电路非线性电路可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部克希霍夫定律克希霍夫定律-几个基本概念几个基本概念（1 1）电压和电流的方向）电压和电流的方向v电流方向：电流方

6、向：v电压方向：电压方向：正电荷实际运动方向正电荷实际运动方向电压正方向指向正电荷运动方向电压正方向指向正电荷运动方向可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部克希霍夫定律克希霍夫定律-几个基本概念几个基本概念v电压与电位的关系电压与电位的关系v电位：电位：v电位差电位差: :该点到参考点之间的电压该点到参考点之间的电压两点之间的电压两点之间的电压可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部克希霍夫定律克希霍夫定律-几个基本概念几个基本概念v电压与电动势电压与电动势: :（1 1）表征了电源将其他形式的能量转化成电能的本领）表征了电源将其他形式的能量转化成电能的本领（

7、2 2）其大小表征了它将正电荷从电源负极经电源内部搬运到）其大小表征了它将正电荷从电源负极经电源内部搬运到电源正极所做的功，单位为伏特电源正极所做的功，单位为伏特（3 3）方向：外电路以电压的形式表现出来）方向：外电路以电压的形式表现出来可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部克希霍夫定律克希霍夫定律-几个基本概念几个基本概念（2 2）电路、节点、支路、回路）电路、节点、支路、回路v 电路：电路：v 节点：节点：v 支路：支路：v 回路：回路：v 网孔：网孔：将电源、电子元、器件用导线连接起来，由此构成的电流通路统称电路将电源、电子元、器件用导线连接起来，由此构成的电流通路统称

8、电路电路中电路中3条或条或3条以上连接电气元件的导线的交点条以上连接电气元件的导线的交点连接任何两个节点之间的一段电路连接任何两个节点之间的一段电路电路中任何一个闭合路径叫回路。电路中任何一个闭合路径叫回路。最简单的回路又叫最简单的回路又叫“网孔网孔”，在网孔中没有支路穿过，在网孔中没有支路穿过 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部Kirchhoff Current LawKirchhoff Current Law（KCLKCL）v KCLKCL是有关节点电流的定律，用来确定电路中各支路、各部分电流之是有关节点电流的定律，用来确定电路中各支路、各部分电流之间的关系。间的关系

9、。v 在某一瞬时，对电路中的任何一个节点来说，流入节点的电流总和在某一瞬时，对电路中的任何一个节点来说，流入节点的电流总和等于流出该节点的电流总和。即在同一时刻，流经任何节点的电流等于流出该节点的电流总和。即在同一时刻，流经任何节点的电流的代数和等于零。的代数和等于零。 0IIIOUTIN或可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部Kirchhoff Voltage Law Kirchhoff Voltage Law （KVLKVL）v KVLKVL是用来确定一个回路内各部分电压之间的关系的定律是用来确定一个回路内各部分电压之间的关系的定律 v 内容：在任一瞬时，沿闭合回路绕行一

10、周，各段电压降的代数和为零。内容：在任一瞬时，沿闭合回路绕行一周，各段电压降的代数和为零。即即V=0V=0v 注：电压正方向与绕行方向一致时，为正电压降，否则为负电压降注：电压正方向与绕行方向一致时，为正电压降，否则为负电压降。 0111222ERIRIE可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部KCLKCL、KVLKVL解题步骤解题步骤v（1 1）标上支路中的电流方向）标上支路中的电流方向( (可任意标可任意标) )v（2 2）标上节点）标上节点( (独立节点独立节点) )v（3 3）选绕行方向（一致即可，方向随意）选绕行方向（一致即可，方向随意）v（4 4）列写）列写KCLK

11、CL和和KVLKVL独立方程独立方程v（5 5）求解）求解可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部KCLKCL、KVLKVL应用举例应用举例1 1KCL方程（节点方程（节点a）：）：KVL方程（网孔方程（网孔I）：）：KVL方程（网孔方程（网孔II）：）：213III0203311RIRI0403322RIRIAIAIAI3124,3126,302321结果：结果：可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部KCLKCL、KVLKVL应用举例应用举例2 22R1R4R1E2E3R2R5RABCIIIIII1.确定独立节点，列出电流方程确定独立节点，列出电流方程2.列

12、出网孔电压方程列出网孔电压方程5421543321:IIIICIIIBIIIA1I2I3I4I5I0:0:0)(:4455222443311122RIRIEIIIRIRIRIIIRIERII3.联立解方程组联立解方程组可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部2.2.正弦交流电的基本概念正弦交流电的基本概念v交流电：电压和电流的大小和方向随时间作周交流电：电压和电流的大小和方向随时间作周期性往复变化期性往复变化v正弦交流电、方波交流电正弦交流电、方波交流电可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电的基本特征正弦交流电的基本特征- -周期与频率周期与频率v

13、周期：周期：正弦交流量完成往复变化一周所需的时间正弦交流量完成往复变化一周所需的时间 单位：单位：T T，秒（，秒（s s）v 频率：频率：每秒时间内正弦量交变的次数每秒时间内正弦量交变的次数 单位：单位： f=1/T f=1/T ，赫兹（，赫兹（HzHz）v 电角度：电角度：正弦交流电变化一个周期，相当于正弦函数变化正弦交流电变化一个周期，相当于正弦函数变化 2 2弧度，为避免与机械角度相弧度，为避免与机械角度相混淆，把它称做电角度混淆，把它称做电角度 v 电角频率：电角频率：每秒时间内交流电变化的电角度为电角速度，用每秒时间内交流电变化的电角度为电角速度，用 表示，单位是弧度秒，缩写为表示

14、，单位是弧度秒，缩写为rad/srad/s，又称角频率，又称角频率v 在在t t时间里变化的电角度为时间里变化的电角度为，则角频率，则角频率 /t /t。角频率。角频率也是正弦量变化快慢的另一也是正弦量变化快慢的另一种表示。种表示。 )sin(tIim可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电的基本特征正弦交流电的基本特征- -相位与相位差相位与相位差v 相位：相位：交流电在随时间变化的过程中，不同的时刻对应不同的电交流电在随时间变化的过程中，不同的时刻对应不同的电角度，从而得到不同的瞬时值，所以正弦量中的（角度，从而得到不同的瞬时值，所以正弦量中的（ t+t+）反）反

15、映了正弦量在交变过程中瞬时值变化的过程，我们把（映了正弦量在交变过程中瞬时值变化的过程，我们把（ t+t+）称为正弦量的相位。称为正弦量的相位。 v 初相：初相：当当t=0t=0时刻，正弦量的相位称做初相，又叫初相角即少角时刻，正弦量的相位称做初相，又叫初相角即少角 )sin(tIim可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电的基本特征正弦交流电的基本特征- -相位差相位差v 相位差：相位差：两个同频率的正弦交流电在任何瞬时的相位角之差两个同频率的正弦交流电在任何瞬时的相位角之差 v 频率不同，相位差是时间的函数频率不同，相位差是时间的函数)sin(111tIim)si

16、n(222tIim21)sin(1111tVvim)sin(2222tVvm2121)()(tt频率相同频率相同频率不同频率不同可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电的基本特征正弦交流电的基本特征- -大小及其表示方法大小及其表示方法v瞬时值：瞬时值：v最大值：最大值：v有效值：有效值：交流电在任一时刻的实际值叫瞬时值。瞬时值只是从交流电在任一时刻的实际值叫瞬时值。瞬时值只是从随时间变化的关系上说明某一时刻正弦量的大小，一随时间变化的关系上说明某一时刻正弦量的大小，一般都用小写英文字母表示，如用字母般都用小写英文字母表示，如用字母e、v、i分别表示分别表示正弦交流电

17、动正弦交流电动势、电压和电流的瞬时值。势、电压和电流的瞬时值。 交流电在变化过程中所出现的最大瞬时值叫最大值，交流电在变化过程中所出现的最大瞬时值叫最大值，它就是正弦交流电的振幅。通常用字母量它就是正弦交流电的振幅。通常用字母量Em、Vm、Im分别表示正弦交流电动势、电压和电流的最大值。分别表示正弦交流电动势、电压和电流的最大值。一个交流电流的做功能力相当于某一数值的直流电一个交流电流的做功能力相当于某一数值的直流电流的做功能力，这个直流电流流的做功能力，这个直流电流的数值就叫该交流电的数值就叫该交流电流的有效值流的有效值 可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部交流电最大值和

18、有效值的关系交流电最大值和有效值的关系根据焦耳一楞次定律可知，交流电流一个周期时间根据焦耳一楞次定律可知，交流电流一个周期时间T内所产生的热量为：内所产生的热量为：直流电流在同一个时间直流电流在同一个时间T内产生的热量为：内产生的热量为： 由此式可得出交流电的有效值由此式可得出交流电的有效值根据有效值的定义，两种电流产生的热量相等，所以有：根据有效值的定义，两种电流产生的热量相等，所以有：TRdtiQ02)( 焦耳JRTIQ2)( 焦耳JRTIRdtiT202TdtiTI021可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电最大值和有效值的关系正弦交流电最大值和有效值的关系)

19、sin(tIimTmdttITI022)sin(12)22cos(21)sin(0002TdttdtdttTTTmmmmmmEEEVVVIII707.02707.02707.02可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部例题例题1 1v用交流电表测知某交流电设备的电压为用交流电表测知某交流电设备的电压为220 V220 V，电流为电流为3A3A，试问电压和电流的最大值是多少，试问电压和电流的最大值是多少? ?AAIIVVVVmm24.4322:31122022:电流最大值电压最大值可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部例题例题2 2v 一电烙铁铭牌上标明一电烙铁

20、铭牌上标明220V220V、60W60W，已知电源电压，已知电源电压240V240V、50Hz50Hz、相角、相角=-30=-30，写出该电烙铁的电流瞬时值表达式：，写出该电烙铁的电流瞬时值表达式：电烙铁的电阻：电烙铁的电阻：8076022022PVR流过电烙铁的电流有效值：流过电烙铁的电流有效值：AI3 .0807240流过电烙铁的电流瞬时值：流过电烙铁的电流瞬时值：)30100sin(42.0)30502sin(2ttIi可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电的表示方法正弦交流电的表示方法(1)(1)v三角函数及曲线图形来表示三角函数及曲线图形来表示: :)si

21、n(tIim可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电的表示方法正弦交流电的表示方法(2)(2)v旋转矢量表示（旋转矢量表示（3 3个基本要素）个基本要素）1,1,以直角坐标系的以直角坐标系的O O点为原点点为原点; ;2,2,取矢量的长度为振幅取矢量的长度为振幅ImIm; ;3,3,矢量的起始位置与横轴之间的夹角为初相角。矢量的起始位置与横轴之间的夹角为初相角。可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电的表示方法正弦交流电的表示方法(3)(3)v复数表示复数表示)sin(tIimjmmeIImmjmmIjIeII)sin(cos原则：同时、同频

22、的两个交流量进行运算原则：同时、同频的两个交流量进行运算在电工中常把复数矢量的三角形式和指数形式简写为极坐标形式：在电工中常把复数矢量的三角形式和指数形式简写为极坐标形式：可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电运算法则正弦交流电运算法则v先将交流电转换为相应的代数型、指数型表示方法先将交流电转换为相应的代数型、指数型表示方法v加减运算加减运算代数型代数型指数型指数型v乘除运算乘除运算指数型指数型v指数型指数型交流表示型交流表示型可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电的复数运算（续） 正弦电量正弦电量（时间函数）（时间函数）正弦量运算正弦量

23、运算所求正弦量所求正弦量变换变换相量相量（复数）（复数）相量结果相量结果反变换反变换相量运算相量运算（复数运算（复数运算)可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电的复数运算举例v已知已知v求求Ati)30sin(31Ati)60sin(4221212121,iiiiiiii5 . 16 . 2)30sin30(cos33301jjeIjm46.32)60sin()60(cos(44602jjeIjm)(596.16 .4)1 .23(21AejIIIjmmm)(1.23sin(521Atii)(486. 46 . 08321AejIIIjmmm)(83sin(421A

24、tii可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部正弦交流电的复数运算（续）)(12)30(21AeIIIjmmm)(30sin(1221Atii)(75. 0/9021AIIIjmmm)(90sin(75.0/21Atii可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部本章的重点与基本要求本章的重点与基本要求v 掌握欧姆定律的定义及物理意义。掌握欧姆定律的定义及物理意义。v 掌握掌握KCLKCL和和KVLKVL的定义，能列写任何一节点的的定义，能列写任何一节点的KCLKCL方程及方程及回路的回路的KVLKVL方程，能使用方程，能使用KCLKCL和和KVLKVL计算不超过两

25、个网孔计算不超过两个网孔的电路。的电路。v 掌握电压、电流正方向的定义。掌握电压、电流正方向的定义。v 掌握确定正弦交流电的三要素，即振幅、频率和初相，掌握确定正弦交流电的三要素，即振幅、频率和初相，以及两个同频率正弦交流电的相位差的概念和定义。以及两个同频率正弦交流电的相位差的概念和定义。v 明确正弦交流电有效值的意义，掌握正弦交流电有效值明确正弦交流电有效值的意义，掌握正弦交流电有效值与最大值的关系。与最大值的关系。v 会用复数法表示正弦量，并能计算正弦量的和、差、积、会用复数法表示正弦量，并能计算正弦量的和、差、积、商。商。可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部无线电技

26、术导论无线电技术导论 第二讲第二讲( (补充补充) )-元器件分元器件分类类可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部本次课的内容本次课的内容1.1. 元器件的定义元器件的定义2.2. 元器件的分类元器件的分类3.3. 微电路的封装形式微电路的封装形式可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部GJB4027-2000定义：定义：在电子线路或电子设备中执行电气、电子、电磁、机电和在电子线路或电子设备中执行电气、电子、电磁、机电和光电功能的基本单元，该基本单元可以由一个或多个零件光电功能的基本单元，该基本单元可以由一个或多个零件组成，通常不破坏是不能将其分解的。组成，通

27、常不破坏是不能将其分解的。 元器件的定义元器件的定义GJB/Z 34-93电子产品定量环境应力筛选指南电子产品定量环境应力筛选指南（part）NASA标准标准NHB5300.4-1998.7NASA空间飞行项目的电气、电子和机电元空间飞行项目的电气、电子和机电元器件的管理与控制要求器件的管理与控制要求（part component）ESA标准标准ESA PSS-01-60（1988.11）ESA空间系统元器件选择、采购和控空间系统元器件选择、采购和控制制（ part =component ）MIL-STD-1547航天器与运载器用电子元器件、材料和工艺航天器与运载器用电子元器件、材料和工艺（e

28、lectronic part）可靠性工程研究所元器件工程部可靠性工程研究所元器件工程部 元元 器器 件件电电 气气 元元 件件电电 子子 器器 件件机机 电电 元元 件件其其 他他 元元 器器 件件 电阻器、电位器电感线圈、变压器 电 容 器 电线、电缆 电光纤、光缆 熔 断 器 微 电 路 电 子 模 块 半导体分立器件 真空电子器件 纤维光学器件 声表面波器件 光电子器件 断 路 器 开 关 电 连 接 器 继 电 器 微 特 电 机 石英晶体元件 波导和同轴元件 电 池 磁 性 元 件 数字集成电路 模拟集成电路 混合电路 微波电路 接口集成电路 其他电路 半导体二极管 场 效 应 管 半导体三极管 其他电路 微波电子管 阴极射线电子管 真空光电子器件等离子、辉光、荧光显示器件 空间电荷控制电子管 离子器件 半导体光电子器件 红外探测器 固体激光器