半导体电子基础

1、第1页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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第2页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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

2、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 第3页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二1.1.3 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，称为电路第4页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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。 1A103 mA106A， 1 kA103A 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

3、1.2.1 电流 第5页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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.电压第6页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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.电压与电位第7页，共31页，20

4、22年，5月20日，2点0分，星期二 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第8页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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。 PU I （1.1） 非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致 。 PU I （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 功率第9页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 有一个收录机供电电路，用万用表测出收录机的供

5、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 PU I3V80mA240mW0.24W 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 PU I3V80mA0.24W 结果为负，说明电池是发出功率。【例1.1】第10页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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 PU I2V（1

6、50mA）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 PU I2V（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】第11页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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： （0.75kW2 h0.15kW4h 0.12kW8h）30天 （1.5度 0.6度 0.9

7、6度）30 91.8度 答:每月耗电91.8度【例1.3】第12页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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： PU II 2 R （1.5） 1.3 欧姆定律第13页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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

8、达式为： I 或 UI R （1.6）第14页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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 UI R2A612V 图1.12（b）非关联 UI R2A612V 图1.12（c）非关联 UI R2A612V 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】第15页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 一个100W的灯泡，额定电压为

9、220V，求灯泡的电流和电阻？解： I 0.45A R 489【例1.5】第16页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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，Ud0V UbUbdI3R32A510V UaUabUbdI1R1Ubd3A1010V40V 或 UaUadE140VUcUcbUbdI2R2Ubd0.5A1010V5V 或 UcUcdE25V 电压 Uab = Ua Ub = 40V10V = 30VUbc = Ub Uc

10、= 10V5V = 5V【例1.6】第17页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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 Ub0VUdUdbI3R310V UaUabI1R13A1030V UcUcbI2R20.5A105V电压 Uab = Ua Ub = 30V0V = 30V Ubc = Ub Uc = 0V（5V）=5V 第18页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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。第19页，

11、共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二开路、负载和短路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 电路的三种状态第20页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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 PEE I电源内阻损耗的功率 PR 0I 2R0负载吸收的功率 PI 2RPEPR 0 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

12、；实际电流或功率大于额定值为过载；小于额定值为欠载。有载状态第21页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二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。短路状态第22页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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。

13、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 基尔霍夫定律第23页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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。 基尔霍夫电流定律(KCL)第24页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 KCL也可以推广应用于电路中

14、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第25页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 已知图1.20中的IC1.5mA，IE1.54 mA，求IB? 解：根据KCL可得IBICIE IBIEIC1.54 mA1.5 mA 0.04 mA 40A【例1.7】第26页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二基尔霍夫电压定律(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、

15、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。第27页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二 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：UE1UR1UR30 E1I1R1I3R30 回路：UE2UR2UR30 E2I2R2I3R30【例1.8】第28页，共31页，2022年，5月20日，2点0分，星期二1.三个物理量 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， 如果电流和电压为非关联参考方向时 PUI。 功率是正值，吸收功率，为负载； 功率是负值，发出功率，为电源。本章小结第