半导体电子基础

第一页，共三十一页，2022年，8月28日

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二页，共三十一页，2022年，8月28日

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

第三页，共三十一页，2022年，8月28日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，称为电路第四页，共三十一页，2022年，8月28日

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。

1A＝103mA＝106μA，1kA＝103A

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电流第五页，共三十一页，2022年，8月28日

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。

1V＝103mV＝106μV，

1kV＝103V

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.电压第六页，共三十一页，2022年，8月28日

电压等于电路中两点间的电位差Uab＝Ua－Ub

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Ub＝0，Uab＝Ua－Ub＝Ua。2.电压与电位第七页，共三十一页，2022年，8月28日

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第八页，共三十一页，2022年，8月28日

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。

P＝UI（1.1）

非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致。

P＝－UI

（1.2）

P＞0吸收功率（消耗功率）为负载；

P＜0发出功率（产生功率）为电源。1.2.3功率第九页，共三十一页，2022年，8月28日

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

P＝UI＝3V×80mA＝240mW＝0.24W

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

P＝－UI＝－3V×80mA＝－0.24W

结果为负，说明电池是发出功率。【例1.1】第十页，共三十一页，2022年，8月28日

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

P＝－UI＝－2V×（－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

P＝UI＝2V×（－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。

1kW×1h＝1度电(1.3)【例1.2】第十一页，共三十一页，2022年，8月28日

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：（0.75kW×2h＋0.15kW×4h＋0.12kW×8h）×30天＝（1.5度＋

0.6度

＋0.96度）×30

＝91.8度答:每月耗电91.8度【例1.3】第十二页，共三十一页，2022年，8月28日

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Ω，常用的单位还有kΩ和MΩ（兆欧），1MΩ＝106Ω。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：

P＝UI＝I2R＝（1.5）1.3欧姆定律第十三页，共三十一页，2022年，8月28日

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U＝－IR

（1.6）第十四页，共三十一页，2022年，8月28日

已知图1.12中的电阻为6Ω，电流为2A，求电阻两端的电压U。解：图1.12（a）关联

U＝IR＝2A×6Ω＝12V

图1.12（b）非关联

U＝－IR＝－2A×6Ω＝－12V

图1.12（c）非关联

U＝－IR＝－2A×6Ω＝－12V

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】第十五页，共三十一页，2022年，8月28日

一个100W的灯泡，额定电压为220V，求灯泡的电流和电阻？解：

I＝＝＝0.45A

R＝＝＝489Ω

【例1.5】第十六页，共三十一页，2022年，8月28日

电路如图1.13所示，E1＝40V、E2＝5V、R1＝R2＝10Ω、R3＝5Ω、I1＝3A、I2＝－0.5A、I3＝2A。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，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

电压

Uab=

Ua－

Ub=40V－10V=30VUbc=

Ub－

Uc=10V－5V=5V【例1.6】第十七页，共三十一页，2022年，8月28日

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Ub＝0VUd＝Udb＝－I3R3＝－10VUa＝Uab＝I1R1＝3A×10Ω＝30VUc＝Ucb＝I2R2＝－0.5A×10Ω＝－5V电压Uab=

Ua－

Ub=30V－0V=30V

Ubc=

Ub－

Uc=0V－（－5V）=5V第十八页，共三十一页，2022年，8月28日

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。第十九页，共三十一页，2022年，8月28日开路、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U＝IR＝0，而开路处的端电压U0＝E。1.4电路的三种状态第二十页，共三十一页，2022年，8月28日

电源与负载接通，构成回路，称为有载状态。

I＝

（1.7）

U＝IR＝E－IR0(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

PE＝EI电源内阻损耗的功率

PR0＝I2R0负载吸收的功率

P＝I2R＝PE－PR0

功率平衡关系PE＝P＋PR0

（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。有载状态第二十一页，共三十一页，2022年，8月28日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IS＝E/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。短路状态第二十二页，共三十一页，2022年，8月28日

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基尔霍夫定律第二十三页，共三十一页，2022年，8月28日

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：

I1＋I2＝I3

（1.10）改写成：

I1＋I2－I3＝0

即：

ΣI＝0

（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ΣI＝0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)第二十四页，共三十一页，2022年，8月28日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：IB＋IC＝IE，或IB＋IC－IE＝0第二十五页，共三十一页，2022年，8月28日

已知图1.20中的IC＝1.5mA，IE＝1.54mA，求IB＝?解：根据KCL可得IB＋IC＝IE

IB＝IE－IC＝1.54mA－1.5mA＝0.04mA＝40μA【例1.7】第二十六页，共三十一页，2022年，8月28日基尔霍夫电压定律(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

ΣU＝0

（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ΣU＝0表达式。在列ΣU＝0表达式时，电压方向与绕行方向一致取正号，相反取负号。第二十七页，共三十一页，2022年，8月28日

列出图1.21所示电路中回路Ⅰ和回路Ⅱ

的