电工学完整版教学课件全书电子讲义

电工学(少学时)电工技术：电工学（少学时）电子技术

电路分析基础

模拟电子技术

数字电子技术

课程内容绪论

第一章电路基本概念及元器件1.3无源元件1.1电路概述1.2电路的基本物理量1.4有源元件1.6集成运算放大器1.5半导体器件1.7集成逻辑门电路第1章电路基本概念及元器件本章主要内容

1.实现电能的输送与转换

2.实现信号的传递与处理放大器扬声器话筒发电机升压变压器降压变压器电灯电动机电炉...输电线1.1.1

电路的作用和组成1.1电路概述第一章电路基本概念及元器件电路：电流流通的路径，由各种元件和器件组成电源信号源负载负载连接部分连接部分4、电源(信号源)的电压或电流称为激励；3、电路的基本组成第一章电路基本概念及元器件电源或信号源、负载连接部分5、由激励所产生的电压和电流称为响应。1.1.2

电路模型电路模型电路模型电路模型：由理想电路元件所组成的电路当电源与负载接通，电路中有了电流及能量的输送和转换。电路的这一状态称为通路。1.通路

IEUS

＋－＋－UL

S通路时，电源向负载输出电功率，电源这时的状态称为有载状态。在使用电气设备时，应严格遵守额定值的规定。1.1.3

电路的基本状态额定值：电气设备在长期连续运行或规定的工作状态下允许的最大值。S1S2EEL1EL2当某一部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这部分电路所处的状态称为开路。有源电路

开路的特点：开路处的电流等于零I＝0开路处的电压应视电路情况而定电源既不产生也不输出电功率，电源状态称为空载。U视电路而定2.开路（断路）当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线或开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被导线或开关所旁路，这一部分电路所处的状态称为短路或短接。S1S2电源短路短路的特点：短路处的电压等于零U＝0短路处的电流应视电路情况而定I视电路而定有源电路EL1EL23.短路

1.2.1

电流及其参考方向1.2电路的基本物理量1.电流（单位：安培A）电流的实际方向：正电荷定向移动的方向。2.电流的参考方向假定的正方向，电路中用箭头或双下标表示。AB如iAB=1A，如iAB=-1A，说明实际方向与参考方向一致；说明实际方向与参考方向相反。根据计算结果的正负来判断实际方向。1.2.2

电压及其参考方向1.电压（单位：伏特V）2.电压的参考方向

电压的实际方向：高电位指向低电位。(1)用正负号表示(2)用双下标表示(3)用箭头表示注意：电路分析中，电压和电流都是指它们的参考方向。+-ABUABUABUAB3.关联参考方向关联参考方向：电压和电流的参考方向一致。非关联参考方向：电压和电流的参考方向相。1.2.3

电功率和电能量1.电功率单位为瓦特（W）。电源：发出功率负载：吸收功率问题：1、是不是所有的电源在电路中都起电源作用？2、如何判断电路元件是电源(发出功率)还是负载(吸收功率)？(1)

关联参考方向下：

如果P>0，该元件吸收功率，消耗电能，起负载作用；

如果P<0，该元件发出功率，提供电能，起电源作用

P=UI

(2)

非关联参考方向下：

如果P<0，该元件吸收功率，消耗电能，起负载作用；

如果P>0，该元件发出功率，提供电能，起电源作用

※参考方向情况下吸收功率及发出功率的判断：

例1：如图所示电路中，各元件电压和电流的参考方向均已设定。已知：I1=2A,I2=-1A,I3=-1A,U1=7V,U2=3V,U3=4V,U4=8V,U5=4V,求各元件消耗或向外发出的功率。

1U1+_I135I2I324U2U3U4U5++++____

解：元件1：为关联参考方向

P1=U1I1=7×2=14w>0,

吸收功率,负载

元件2：为非关联参考方向，

P2=U2I1=3×2=6w>0,发出功率,电源

元件3：为关联参考方向,

P2=U3I2=4×(－1)=－4w,发出功率,电源1U1+_I135I2I324U2U3U4U5++++____

解：元件4：为关联参考方向

P4=U4I3=8×(－1)=－8w<0发出功率,电源

元件5：为非关联参考方向

P5=U5I3=4×(－1)=－4w<0,吸收功率,负载2.电能量单位为焦耳（J）。直流电路中W=Pt=UIt理想电路元件理想有源元件理想无源元件电压源电流源电阻元件电容元件电感元件1.3无源元件1.3.1

电阻元件※电阻图片水泥电阻线绕电阻碳膜电阻可变电阻压敏电阻功率电阻1.电阻元件的伏安特性根据欧姆定律：电阻R单位为欧姆（W）。G为电导，单位为西门子（S）。欧姆定律在非关联参考方向情况下电阻符号为：+_※电阻元件的伏安特性曲线

注：非线性电阻的阻值R不等于一个常数，即2.电阻元件的功率

电阻一般把吸收的电能转换成热能消耗掉。电阻消耗的功率根据电压和电流是否关联进行定义。

(1)在关联参考方向下

p=ui=i2R>0，吸收电能

(2)在非关联参考方向下

p=ui=-i2R<0，吸收电能说明电阻是一个耗能元件3.电阻的串联1'1u1R1u2R2unRnu(1)

串联的等效电阻eqRu1'1u1R1u2R2unRnu(2)分压关系(3)功率分配（与电阻成正比）4.电阻（电导）的并联(1)并联电路的等效电阻 ui1i2inG1G2GneqGu即：电流按电导成正比分配或按电阻成反比分配。

(2)分流关系

(3)功率分配

1.3.2

电容元件※

电容图片陶瓷电容云母电容薄膜电容复合介质电容铝电解电容钽电解电容真空电容1.电容元件的库伏特性

电容符号为：则电容电压与所带电荷之间满足：C是一个正实常数。当电压单位为伏特，电荷单位为库仑（C），则电容单位为法拉（F）。1mF=10-6F，1pF=10-12F。2.电压与电流的关系(1)微分关系(2)积分关系(3)电容的特性a）在直流电路中，电容元件处相当于开路；b）电容元件具有“记忆”功能（从积分关系来看）；3.电容元件的功率和能量从t0到t的时间内，电容元件吸收的能量WC求得为：WC>0，电容充电，以电场能的形式储存；WC<0，电容放电，元件释放电能。1.3.3

电感元件※

电感图片磁棒电感线圈双层空心电感线圈工字形电感线圈贴片电感铁心电感线圈磁珠电感多层空心电感线圈第一章电路基本概念及元器件1.电感元件的韦安特性电感的符号为：i+-2.电压与电流的关系(1)微分关系(2)

积分关系(3)电感的特性a）在直流电路中，电感元件处相当于短路；b）电感元件具有“记忆”功能（从积分关系来看）；3.电感元件的功率和能量从t0到t的时间内，电容元件吸收的能量WL求得为：WL>0，充电，以磁场能的形式储存；WL<0，放电，元件释放电能；1.4有源元件1.4.1

理想电压源(voltagesource)1.电压源的特点：(1)

电压源两端电压与外接电路无关；(2)

流过电压源的电流与外电路有关。符号+-伏安特性iuUS实际电压源模型+-USRoi可提供一个固定的电压US

，称为源电压。又称恒压源。2.电压源的串联（外特性不变）3.电压源一般不允许并联注意：只有相同的电压源才能允许并联。4.电压源与其它元件并联等效于电压源本身+-USRo+-US1.4.2

理想电流源(currentsource)可提供一个固定的电流IS

，称为源电流。又称恒流源。电流源的特点：(1)

电流源两端电流与外接电路无关；(2)

电流源的两端的电压与外电路有关。符号+-伏安特性iuIS+-实际电流源模型+-URoIs2.电流源的并联（外特性不变）3.电流源一般不允许串联注意：只有相同的电流源才允许串联。4.电流源与其它元件串联等效于电流源本身RoIsIs例1试将下图所示电路化简成最简形式。1.4.3受控源

是一些元器件的模型，但在电路中具有电源的性质，在分析或计算时可作为电源来处理电压控制电压源（VCVS）电流控制电压源（CCVS）电流控制电流源（CCCS）电压控制电流源（VCCS）例：1.5半导体器件1.5.1半导体基础知识导体、半导体、绝缘体。※物质按导电能力划分：※半导体的导电性能：

价电子参与导电、掺杂增强导电能力、热敏特性、光敏特性。

1、本征半导体

是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。

※本征半导体的导电特性：

在绝对零度时，不导电。温度（或光照）↑→价电子获得能量：本征激发产生自由电子和空穴对。自由电子和空穴均参与导电，统称为载流子。温度↑→载流子的浓度↑→导电能力↑。本征半导体载流子浓度较低，导电能力较弱。由于热激发而产生的自由电子由于热激发而产生的空穴2、杂质半导体※在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。(1)掺入五价的杂质元素(如磷、锑、砷）

自由电子的浓度

空穴的浓度自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。称这种杂质半导体为N型半导体。(2)掺入三价的杂质元素(如硼、镓）

自由电子的浓度

空穴的浓度空穴为多数载流子。自由电子为少数载流子。称这种杂质半导体为P型半导体。1.5.2半导体二极管阳极阴极P型半导体N型半导体PN结由P区引出的电极称为阳极（正极）由N区引出的电极称为阴极（负极）阳极阴极二极管的特性:正向导通、反向截止1、二极管结构和类型半导体二极管2、二极管的伏安特性U/VI/mA

O

反向特性

正向特性死区※死区电压Uth

：硅管0.5V

锗管0.1

V

导通压降UD

：硅管0.6~0.7V

锗管0.2~0.3V

UDUBRIR(1)实际特性锗管硅管UD(2)近似特性UI

OUI

O(3)理想特性

例1电路如图所示，VD为理想二极管。试判断图中二极管是导通还是截止，并求出ＡＯ两端的电压ＵＡＯ。分析方法：将二极管断开，分析二极管两极电位。①理想二极管：若V阳>V阴，二极管导通；若V阳<V阴，二极管截止。②普通二极管：（以硅管为例，正向导通电压取0.7V）若V阳-V阴

>0.7V，二极管导通；若V阳-V阴<0.7V，则二极管截止。解：假设二极管VD开路时，则二极管阳极电位V阳为-6V，阴极电位V阴为-12V。VD处于正偏而导通。二极管的导通压降为零，相当于短路。所以A点的电位等于6V电源负极的电位，O点的电位等于6V电源正极的电位，故UAO=−6V。3、二极管电路分析举例例2电路如图所示，已知ui=12sinωtV，VD为理想二极管。试分析电路工作原理，并画出输出电压uo

的波形。解：

当ui≤6V时，VD截止，输出uo=ui；当ui>6V时，VD导通，输出uo=6V。电路为单向限幅电路4、稳压二极管符号稳压二极管工作在反向击穿区,两端电压变化很小UZ：稳压值※使用稳压管注意事项：必须串接限流电阻串联后的稳压值为各管稳压值之和不能并联使用必须工作在反向偏置1.5.3双极型晶体管1、晶体管的结构和类型NPN型PNP型BECNPN型三极管BECPNP型三极管NPNCBEPNPCBE符号：※制造工艺特点：集电区：面积较大,掺杂浓度低基区：较薄，掺杂浓度低发射区：掺杂浓度较高集电结发射结2、晶体管工作状态(1)放大状态特点:

1)IB微小的变化，会产生IC很大的变化。IC

=βIB

。β—电流放大系数条件：发射结正偏,集电结反偏

2)0＜UCE＜UCC

NPN型：VC>VB>VEPNP型：VC<VB<VE(2)饱和状态特点:

1)IB增大，IC基本不变IC

<βIB条件：发射结正偏,集电结正偏2)UCE≈0

3)IC≈UCC

/RCNPN型：VB>VE，VB>VCPNP型：VB<VE，VB<VC(3)截止状态特点:

1)IB≈0，IC≈0，IE≈0

条件：发射结反偏,集电结反偏

2)UCE≈UCCNPN型：VB<VE，VB<VCPNP型：VB>VE，VB

>VC3、晶体管的伏安特性(1)输入特性iB=f(uBE)｜uCE=常数※

硅管：UBE≈0.7V

锗管：UBE≈0.3VUBE(2)输出特性iC=f(uCE)｜iB=常数放大区截止区饱和区例3用直流电压表测得某放大电路的三只晶体管的三个电极对地电压分别如图所示。试指出每只晶体管的C、B、E极，以及类型和材料。解：晶体管处在放大状态时，对于NPN型有：VC>VB>VE；而对于PNP型有：VC<VB<VE。且硅管|VB-VE|

约为0.7V；锗管|

VB-VE|

约为0.3V。据此，可判断出：VT1

管：①为C极，②为E极，③为B极，NPN型硅管。VT2

管：①为E极，②为B极，③为C极，NPN型硅管。VT3

管：①为E极，②为B极，③为C极，PNP型锗管。例4用万用表直流电压档测得电路中晶体管（NPN

型硅管）各电极对地电位如图所示，试判断各晶体管分别工作于什么状态（放大、饱和、截止）。解：(a)UBE

=1.3-1=0.3V，小于硅管的死区电压0.5V，VC>VB，集电结也反偏，故晶体管工作于截止状态。(b)UBE=3.7-3=0.7V，发射结正偏，VC<VB，集电结也正偏，故晶体管工作于饱和状态。

(c)UBE=6.7-6=0.7V，发射结正偏，VC>VB，集电结反偏，故晶体管工作于放大状态。1.6集成运算放大器1.6.1集成电路基础知识

集成电路是20世纪60年代发展起来的固体组件。它是用微电子技术将元件、导线、电路集成在一块很小的半导体芯片上。※集成电路的发展进程：

1960年：小规模集成电路SSI。

1966年：中规模集成电路MSI。

1969年：大规模集成电路LSI。

1975年：超大规模集成电路VLSI。1958年美国德州仪器公司（TI）的基尔比等人研制发明了世界第一块集成电路※

集成电路分类

(1)

模拟电路处理模拟信号的电路。如集成功率放大器、集成运算放大器等。

(2)数字电路处理数字信号的电路。如集成门电路、编码器、译码器、触发器等。※集成运算放大器

作用：电压放大作用双列直插封装形式与引脚排列－＋＋u－u＋uO

Ao同相输入端反相输入端

输出端国标符号习惯符号※

反馈的概念－＋＋u－u＋uO

Ao反馈：凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的

一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，

就称为反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。有反馈：闭环无反馈：开环iDu－u＋uO－＋∞＋※集成运算放大器的主要参数

－＋＋u－u＋uO

Ao（1）开环电压放大倍数AO集成运放本身不引入反馈时输出电压uo

与净输入电压uid=(u+－u-)的比值，即通常情况下，AO

的典型值为105

～108

。－uid＋－＋＋u－u＋uO

Ao（2）差模输入电阻rid－uid＋iid即集成运放开环时，净输入电压作用下从集成运放两个输入端看过去的等效电阻。rid

rid

值越大，集成运放向信号源取用的电流越小，放大器输入端得到的信号电压也越大。（3）输出电阻rO用来衡量集成运放在不同负载条件下维持输出信号电压（或电流）恒定能力的强弱。

（4）共模抑制比KCMRR共模抑制比越大，则电路抗外部干扰能力越强

ro

越小，当负载发生较大变化时，输出信号电压变化量也越小，集成运放带负载能力越强。第一章电路基本概念及元器件1.6.2理想的运算放大器开环电压放大倍数：Ao→∞开环输入电阻：rid→∞开环输出电阻：ro→0

u－u＋uO－＋∞＋理想运放的符号※理想运放的主要条件

uO=＋UOM(2)当u＋＜u－时，即uD<0uO=－UOM(1)当u＋＞u－时，即uD>0

OuOuid+UOM－UOM1.不加反馈时，稍有uid即进入饱和区。理想运算放大器的电压传输特性

约等于外接正电源电压※理想运放的特性

约等于外接负电源电压

正饱和区

负饱和区iid反馈电路u－u＋uO－＋∞＋(1)Ao→∞

uOAouid=≈0

u＋

≈u－

(2)ri→∞

uidridiid=≈0故称为虚短路。故称为虚开路。引入负反馈后的理想运放2.加负反馈时，工作在线性区uO=Aouid=Ao(u＋

-u－)

例1由理想运放所构成的电路如图所示，求电路的输出电压UO。I１I２解：假设流过10kΩ电阻和20kΩ电阻的电流为I1

和

I2，由理想运放“虚短”的性质可知

u＋

≈u－=0

则10kΩ电阻两端电压为2V，电流I1

为再由理想运放“虚断”的性质可知，流入反相输入端的电流i-≈0，故10kΩ电阻和20kΩ电阻可近似看成串联，则I2≈I

1

，则UO=2+20×0.2=6V

1.7集成逻辑门电路逻辑代数：是按一定逻辑规律进行运算的代数，又称为布尔代数。注：1、逻辑代数用字母（A、B、C、···）表示变量，这种变量称为逻辑变量。2、每个逻辑变量的取值只有0和1两种可能，这里0和1

不再表示数量的大小，只代表两种不同的状态。例如：开关闭合为1晶体管导通为1电位高为1

断开为0截止为0低为0正逻辑：负逻辑：规定高电平为逻辑1、低电平为逻辑0规定低电平为逻辑1、高电平为逻辑0通常未加说明，则为正逻辑※概述1、与逻辑运算00010

0011011AB＋UFA

BF与逻辑运算真值表1.7.1基本逻辑运算及其门电路真值表：能反映输入变量所有取值及其对应输

出值的表格。注：书写真值表时，通常将原因作为输入变量，将结果作为输出变量。逻辑函数表达式：F＝A·B与门的图形符号：&ABF国标图形符号国外图形符号曾用图形符号与门：在逻辑电路中能实现与逻辑运算功能的电路常用的与门芯片：74LS082、或逻辑运算＋UABF01110

00

1101

1A

BF真值表逻辑函数表达式:F＝A＋B

或门的图形符号或门：在逻辑电路中能实现或逻辑运算功能的电路≥1ABF常用的或门芯片：74LS323、非逻辑运算逻辑函数表达式:A＋UFR0110A

F

真值表F=AA—反变量A—原变量非运算符或门的图形符号非门：在逻辑电路中能实现非逻辑运算功能的电路1AF常用的非门芯片：74LS041.7.2复合逻辑运算及其门电路1、与非逻辑运算F&AB11100

0011011A

BF真值表F

=

A·

B74LS00

2、或非逻辑运算F≥1AB10000

0011011A

BF真值表F

=

A＋B74LS02

3、与或非逻辑运算等效电路4、异或逻辑运算0

00110110110A

BF真值表=Ａ

Ｂ=AB＋ABF

74LS86

基本逻辑关系小结

逻辑

符号

表达式与&ABYABY≥1或非1YAY=ABY=A+B与非&ABY或非ABY≥1异或=1ABYY=A

B第2章电路基本定律及分析方法本章主要内容2.3叠加定理2.1基尔霍夫定律2.2支路电流法2.4戴维宁定理2.1基尔霍夫定律※基本概念＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

ba结点:电路中3个或3个以上电路元件的连接点。2个结点，3条支路3个回路，2个网孔支路:两结点之间的每一条分支电路。回路：由电路元件组成的闭合路径。网孔：未被其他支路分割的单孔回路。KCL:在任一时刻，流入任一结

点的电流之和等于流出该

结点的电流之和。结点

a:I1

＋

I2

＝

I3I1

＋I2

－I3

＝0规定：流入结点的电流前取正号,流出结点的电流前取负号KCL的另一种表示方法：

2.1.1基尔霍夫电流定律（KCL）或者在任一时刻，任一结点上电流的代数和为零。例1如图所示的电路中，i1=5A，i3=2A，试求i2。解：

根据KCL可列出

i1+i2-i3=05+i2-2=0则

i2=-3A即电流i2

的大小为3A，而实际方向与参考方向相反。※KCL推广：应用于电路中任何一个假定的闭合面—广义结点。IA+IB+IC=0I=?U2U3U1+_RR1R+_+_R广义结点绕行方向：顺时针方向或逆时针方向＋－R1

I1

US1

＋－R2

I2

US2

R3

I3

R4

ba＋－U1

＋－U2

US2－U2＋U1－US1＝0KVL:在电路的任何一个回路中，按固定的方向绕

行，则任一时刻所有元件电压的代数和为零。规定:

与绕行方向一致的电压取正号，相反取负号以左边网孔为例：2.1.2基尔霍夫电压定律（KVL）※KVL推广：应用于任何一个假想闭合的电路

作用：求开路电压US

IR

U=0U=US

IR或根据KVL可列出USIUR+_+_例2试求出如图(a)所示电路中的电流I和图(b)所示电路中的电压U。(a)(b)解：(a)对图中闭合面列KCL方程，可得I+5+（－6）=3故I=4A(1)(2)(b)对回路(1)和回路(2)列出KVL方程，有

U+3I－3=0

(2+3)I+4－2－3=0故I＝0.2AU＝2.4V2.2支路电流法※

支路电流法解题的一般步骤R1

E1

＋－R3

R2

E2

＋－(1)确定支路数，选择各支路电流的参考方向。I1

I2

I3

结论：n个结点只能列出n－1个独立的结点方程。(2)确定结点数，列出独立的结点电流方程。ab结点

a

:I1＋I2－I3

＝0结点

b

:－I1－I2＋I3

＝0只有1个方程是独立的(3)确定余下所需的方程式数，列出独立的回路电压方程式。R1

E1

＋－R3

R2

E2

＋－I1

I2

I3

ab左网孔:

R1I1＋R3I3

＝E1右网孔:

R2I2＋R3I3

＝E2(4)解联立方程式，求出各支路电流的数值。R1I1＋R3I3

＝E1I1＋I2

－I3

＝0R2I2＋R3I3

＝E2求出：I1、I2

和I3。例1试求出如图所示电路中的各支路电流。解：将各支路和结点标于图中。当不需求a、c和b、d间的

电流时，a与c、b与d可分别看成一个结点。(1)应用KCL列结点电流方程对结点a：I1+I2–I3+7

=0(2)应用KVL列回路电压方程对回路1：12I1–6I2=42对回路2：6I2+3I3=0(3)联立解得：I1=2A，

I2=–3A，

I3=6A

(2)(1)2.3叠加定理在含有多个独立电源的线性电路中，任一支路的电流或电压等于电路中各个电源分别单独作用时在该支路产生的电流或电压的代数和。I2R1+–R2ISUS当电压源不作用时应视其短路，而电流源不作用时则应视其开路。I1=R1+–R2USR1R2ISUS+※叠加定理：

（1）电源单独作用时，应将其他电源置零。即应将其他US=0（电压源代之以短路），将其他IS=0（电流源代之以开路）。※应用叠加定理时要注意：

（2）最后叠加时，如电源单独作用时的电流和电压分量的参考方向与总电流和电压的参考方向一致时前面取正号，不一致时前面取负号。

（3）叠加定理只能用来分析和计算电流和电压，不能用来计算功率。解：电压源E

单独作用的电路如图例1电路如图所示，已知E=10V、IS=1A，R1=10

，R2=R3=5

，试用叠加原理求流过R2的电流I2和理想电流源IS两端的电压US。电流源IS

单独作用的电路如图所以二端网络：具有向外引出一对端子的电路或网络。

baE+–R1R2R3R4无源二端网络有源二端网络2.4戴维宁定理※二端网络的概念无源二端网络：二端网络中没有独立电源。

有源二端网络：二端网络中含有独立电源。baUS+–R1R3ISRLR2

任何一个线性有源二端网络都可以用一个理想电压源Ues和一个电阻R0串联的等效电路来代替。NSabUesR0+_ab

电压源Ues等于有源二端网络的开路电压UOC。+UOC–

电阻R0是有源二端网络中所有独立电源置零后,端口ab处的等效电阻。电源置零电压源:用短路代替电流源:用开路代替※戴维宁定理+UOC–ab40V20V+44–+–ab40V20V+44–+–R0=2UOC=30Vab44R0ab30V2+–例1：例2电路如图所示，已知：R1=R2=R3=1Ω，R4=2Ω，R5=1Ω，US=6V，试用戴维宁定理求电流I5。

解:

利用等效电源定理解题的

一般步骤如下：

（1）将待求支路提出，使剩下的电路成为有源二端网络。

（2）求出有源二端网络的开路电压UOC。故

（3）求出等效电阻Ro。令电压源电压为零，得到如图所示电路，由图得（4）画出戴维宁等效电路，则解：移去电阻R4

所在支路，得（1）求开路电压Uoc例3求图2-13所示电路中的电流I。已知R1=R3=2

，R2=5，R4=8，R5=14，Us1=8V，Us2=5V，IS=3A。将电压源短路，电流源开路，得到如图所示电路。故（2）求等效电阻Req（3）画出戴维宁等效电路，如图所示，则第3章正弦交流电路本章主要内容3.3交流电路的功率3.1正弦交流电路的基本概念3.2三相四线制供电系统3.1正弦交流电路的基本概念正弦量:

随时间按正弦规律变化的电动势、电压和

电流统称为正弦量。最大值(幅值）:决定正弦量的大小角频率：决定正弦量变化快慢初相位：决定正弦量起始位置

i=Imsin(ωt+ψ)ImOiωtψ正弦量的三要素瞬时值最大值（幅值）角频率初相位3.1.1正弦量的三要素正弦交流电:

按正弦规律变化的交流电。有效值：E、I、U,与交流热效应相等的直流定义为交流电的有效值。幅值：Im、Um、Em幅值必须大写,下标加m。瞬时值:

e、i、uIRRi注意：

1)交流电压、电流表测量数据为有效值;2）交流设备名牌标注的电压、电流均为有效值同理：※瞬时值、幅值、有效值、峰峰值峰峰值:一个周期内信号最大值和最小值之间的差电压峰峰值周期T：变化一周所需要的时间（s）。频率f：1s内变化的周数（Hz）。

角频率ω：

正弦量1s内变化的弧度数。T1f

==2π(rad/s)Tω=2πfi2πOωtT※交流电的周期、频率、角频率常见的频率值有线通信频率：300~5000Hz；中国和欧洲国家50Hz，美国、日本60Hz各国电网频率：高频加热设备频率：200~300kHz。

无线通信频率：30kHz~3×104MHz；工频：50Hz

2）瞬时值表达式前两种不便于运算，重点介绍相量表示法。1）波形图

１.正弦量的表示方法重点3）相量：表示正弦量的复数称相量uO3.1.2正弦量的相量表示+j+1Abar02.正弦量的相量表示复数A表示形式(1)代数式A=a+jbr－复数的模Ψ－复数的辐角(2)极坐标式代数式→极坐标式极坐标式→代数式加、减法：A1±A2=(a1±a2)+

j(b1±b2)

乘法:

A1A2=c1

c2ψ1＋ψ2设：

A1=a1＋jb1=c1ψ1A2=a2＋jb2=c2ψ2

≠０=A1A2c1c2ψ1－ψ2除法：复数的运算：例1已知两个复数为A1=3+j4，A2=8-j8，求它们的和、差、积、商。解：设正弦量:电压的有效值相量相量表示:电压的幅值相量或注意：相量只是表示正弦量，而不等于正弦量。解:相量式例:

将

u、i

用相量表示或或例2:

已知有效值I=16.8A求：解：例3已知u1

和u2

的有效值分别为U1=100V，U2=60V，

u1

超前于u260º，求：总电压u=u1+u2

的有效值。解:选

u1为参考相量U1=1000VV–60U2=60U1+U=U2（100–60=0+60）VV–21.79=140注意：在正弦交流电路中，电流和电压的瞬时值、相量都满足基尔霍夫定律，而有效值一般情况下不满足基尔霍夫定律。3.1.3阻抗

在正弦交流电路中，负载通常用阻抗来表示，其符号为Z。※阻抗的定义

在电压和电流频率相同的条件下，阻抗Z的定义为负载端电压相量U

除以流过负载的电流相量I

。|Z|－阻抗模

－阻抗角阻抗Z为复数，单位为欧姆（Ω）I=Iψi设U=Uψu，则ψu－ψi

=ψu－ψi可得例4已知某负载的电流I=510oA，U=22045oA,求负载的阻抗。解：※阻抗串并联性质3.2三相四线制供电系统由三相交流发电机三相对称绕组产生的三个频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相对称正弦电压uA、uB和uC。3.2.1三相四线制供电电路※对称三相电源A+–XuAB+–YuBC+–ZuCA、B、C三端称为始端，X、Y、Z三端称为末端。※对称三相电源相量表示※对称三相电源的特点

把三个电源绕组的末端X、Y、Z接在一起，把始端

A、B、C引出来。A+–X+–+–BCYZABCNX、Y、Z接在一起的点称为Y接对称三相电源的中点，用N表示。※三相四线制电源A+–X+–+–BCYZABCN1)端线(相线、火线)：始端A,B,C

三端引出线2)中线(零线）：中点N引出线5)相电压：每相电源的电压4)线电压：端线与端线之间的电压6)相电流：每相电源的电流7)线电流：每根端线的电流三相四线制:端线与中线间的电压※相关概念A+–X+–+–BCYZABCN※线电压与相电压的关系同理结论：1)线电压之间也互差120°2)三相负载不对称三相负载：不满足ZA=ZB

=

ZC

对称三相负载：ZA=ZB=

ZC单相负载：只需一相电源供电,如照明负载、家用电器负载三相负载：需三相电源同时供电,如三相电动机等3.2.2三相电路负载的连接+_+__+ZAZCZBABCabc对称负载情况下，ZA=ZB

=ZC

，则中线电流※三相四线制电路的特点中线可省略，电路可简化为三相三线制。不对称负载情况下，

IN≠0，中线不能省略例1有60盏额定电压为220V、额定功率为100W的白炽灯，平均安装在三相电网上，电源电压为380/220V，试画出电路图，并求电灯全部接通时各相电流和线电流。解：由于白炽灯额定电压为220V，电源的相电压也是220V，故60盏白炽灯平均分成三组并且三组电灯接成星形，电路如图所示。每相电灯数为

每盏白炽灯的电阻为电灯全部接通时每相负载的电阻为各相电流的有效值为因负载作星形连接，故

由于白炽灯是纯电阻负载，故相电流与相电压同相，各相电流的相位互差120o，此时中线电流为零。例2如图所示三相四线制照明电路，如A相短路：

(1)中性线未断时，求各相负载电压；(2)中性线断开时，求各相负载电压。解：(1)中性线未断时，此时A相短路电流很大，将A相熔断丝熔断，而B相和C相未受影响，其相电压仍为220V，正常工作。(2)中性线断开时，此时负载中性点N´即为A,因此负载各相电压为此情况下，B相和C相的电灯组由于承受电压上所加的电压都超过额定电压（220V)，电灯将会烧坏，这是不允许的。

例3三相负载不对称而又没有中性线时,故障分析R2R3

L1L2L3R1NS分析:

三相负载的相电压不会对称，导致有的相电压超过负载的额定相电压，有的低于额定相电压，致使负载不能正常工作，甚至损坏。中线的作用：保证三相不对称负载的相电压对称。照明负载三相不对称，必须采用三相四线制供电方式，且中性线（指干线）内不允许接熔断器、过电流保护装置或刀闸开关。

※三相五线制供电系统（TN-S系统）3.3三相电路的功率3.3.1单相交流电路的功率i=Imsinωt

u=Umsin(ωt+

)

p=ui=UmImsin(ωt+

)sinωt=UIcos

+U

Icos(2ωt+

)∫

pdt10TP=T=UIcos

IZ+－U※瞬时功率※有功功率(平均功率）cos

功率因数※功率因数低的害处当P

一定时，cos

↓→I↑→功率损失↑→线路电压降落↑增加了供电设备和输电线路的功率损失

※常用电路的功率因数

纯电阻电路RLC串联电路纯电感电路纯电容电路电动机空载满载

日光灯

cosj=1cosj=0cosj=00＜cosj＜

1cosj=0.2~0.3cosj=0.7~0.9cosj=0.5~0.6Pp=UpIpcos

三相总功率

P=3Pp=3UpIpcos

一相负载的功率3.3.2三相交流电路的功率※对称三相电路的平均功率注意：1）公式也适用于负载作△连接，与负载连接方

式无关2）

为相电压与相电流的相位，不要误以为是线电压与线电流的相位差。

例1对称三相电路中，每相负载阻抗Z=(6+j8)Ω，电源线电压有效值为380V，求三相负载的有功功率。

解:

由线电压380V求出相电压相电流相电压与相电流的相位差，就是阻抗角φ为有功功率第4章信号放大与运算电路本章主要内容4.1共发射极放大电路4.2运算放大电路4.1.1共发射极放大电路的工作原理1、电路的组成BCERBRCUCCUBBUCCBCERBRC两个电源的放大电路一个电源的放大电路RBRC+UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋4.1共发射极放大电路RBRC+UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋RBRC-UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋NPN管放大电路PNP管放大电路输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。

静态:时,放大电路的工作状态，也称直流工作状态注：1）放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。2）分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。

静态和动态的概念

动态:时,放大电路的工作状态，也称交流工作状态RBRC+UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋iBuBE2、工作原理（信号的放大过程）1.静态时

ui=0，直流电源单独作用。2.动态时

输入信号ui，

Oui

t

iCuCE输出信号uo=uce

=－RC

icRBRC+UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋O

tui

t

uoO

t

UBEOIB

tO

t

UCEO

t

ICO

tuoO信号的放大过程结论:放大电路中的信号是交直流共存，可表示成RBRC+UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋直流通路的画法：(1)信号源中的电动势短路；(2)电容开路。IBRB

+UBE=UCCIC

=βIBUCE=UCC－RCICUCC－UBERBIB

=

IB＋

－RBRC+UCCUBE直流通路放大电路静态分析(静态工作点的确定)4.1.2共发射极放大电路的静态分析例1在如图所示的固定偏置放大电路中，已知UCC=6V,RB=180kΩ，RC=2kΩ,

=50，晶体管为硅管。试求放大电路的静态工作点。RBRC+UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋解：IC

=

IBUCE=UCC－RCICUCC－UBERBIB

=6－0.7180=mA

=0.0294mA

=50×0.0294mA=1.47mA=(6－2×1.47)V=3.06V4.1.2共发射极放大电路的动态分析动态分析的目的：研究放大电路对信号的放大能力※难点：双极型晶体三极管的非线性，电路为非线性电路※解决方法：在小信号条件下，双极型晶体三极管可以等效为线性元件，用微变等效模型表示。电路转化为线性电路1.晶体管的微变等效模型⑴

输入回路

UBEΔIB为一个常数IB

IB

UBE—称为晶体管的输入电阻rbe=iBuBEOQiC

＋

uCE

－

＋

uBE

－iBBEC电路图输入特性

晶体管从输入端看，可以用一个等效的动态电阻rbe代替。rbe

可以估算：rbe=200+

26ICiC

＋

uCE

－

＋

uBE

－iBBEC

＋Ｕbe

－BErbe

Ib电路图输入端口等效电路

＋Ｕce

－CIcE

Ib(2)输出回路

在放大区:IC=βIB

从输出端看，可以用一个受控电流源代替。iC

＋

uCE

－

＋

uBE

－iBBEC

＋Ｕbe

－BErbe

Ib

＋Ｕce

－CIc

Ib晶体管的微变等效模型IiIbIcIoRBRC

＋

Uo

－

＋

Ui

－RBRC+UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋2.放大电路的微变等效电路+_UsRsRL

IbIc

Ii＋Uo

－＋Ui

－BrbeCRBRCEIo

Ib放大电路微变等效电路BEC(1)先画交流通路。画法：C

短路，UCC短路(2)交流通路中晶体管用微变模型代替动态性能指标电压放大倍数Au输入电阻ri输出电阻ro电压放大倍数Au：输入为正弦交流信号时或输入电阻ri：输入为正弦交流信号时ri输出电阻ro：从放大电路输出端看进去的等效内阻roIscIsc+-UocUoc+-+-Uocro=IscUocUoc开路电压Isc短路电流3.利用微变等效电路计算放大电路的性能指标Au=

Uo

Ui其中：RL=RC∥RL

′－Ic(RC∥

RL)Ibrbe

=

RL

rbe

=－′ri

Ui

Ii=Ii(RB∥rbe

)Ii

=

=RB∥

rbe≈

rbeUOC

ISCro=－IcRC

－Ic

=

=RC+_UsRsRL

IbIc

Ii＋Uo

－＋Ui

－BrbeCRBRCEIo

Ib运用微变等效电路法作动态分析的步骤第一步：画出交流通路注意：直流电源置零，用接地代替;电容用短路代替第二步：晶体管用小信号模型代替,得到微变等效电路注意：基极与发射极之间填入电阻rbe;集电极与发射极之间填入受控电流源第三步：利用微变等效电路求出动态性能指标Au，ri和ro例2求例1放大电路的空载电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。(1)空载电压放大倍数解：26ICrbe=200+

=(200+50×)

261.47=1084

Ao

=－

RC

rbe=－50×21.084=－92.25ri

=RB

rbe(2)输入电阻

=k

180×1.084180＋1.084=1.078k

(3)输出电阻

ro=RC=2k

RBRC+UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋3.非线性失真(1)静态工作点的位置不合适引起的失真若晶体管进入非线性区（截止区或饱和区）而失真，称为非线性失真。①当静态工作点Q偏高时，容易发生饱和失真②当静态工作点Q偏低时，容易发生截止失真※示波器观察到的波形失真情况

截止失真

饱和失真（2）信号过大引起的失真。当信号过大时，即使静态工作点Q合适，也容易发生“截止－饱和失真”或“饱和－截止失真”。（3）温度变化引起的失真4.2运算放大电路

※利用集成运放工作在线性区的特性，可以构成比例、加法、减法、积分与微分等运算电路。集成运放工作在线性区的条件：通过外部电路引入负反馈无反馈的放大电路有反馈的放大电路无反馈的放大电路负反馈：引回的信号削弱了输入信号，|u+-u-|减小Af1.反相比例运算电路

u－=u＋=0iD=0i1=iFuIR1－uORF=ＲFＲ1uO=－

uIu－u＋uO

RFiF

－

＋∞＋R1R2uI

i1

iD

虚地4.2.1比例运算电路(1)uO与

uI

成反相比例；

uO

的大小只与R1、RF的阻值和uI

有关。(2)若

R1=RF，则

uO

=－uI。

故称为反相器。(3)

R2为平衡电阻，R2=R1∥RF

说明

ＲFＲ1uO=－

uI反相比例运算电路u－u＋uO

RFiF

－

＋∞＋R1R2uI

i1

iD

例1电路如图所示，试求uo

与ui

的关系表达式。解：根据理想集成运放工作在线性区时的“虚短”和“虚断”可知则可得2.同相比例运算电路i1u－u＋uORFiF－

＋∞＋R1R2uIAfRFR1uO=)uI(1＋uO=RF

iF

＋

R1i1

uI=R1

i1iF=i1

说明

(1)uO

与

uI

同相位，且Af≥1；

uO

的大小只与R1、RF的阻值和uI有关。(2)

若

RF=0,R1=∞,R2=0时,

uO

=uI称为电压跟随器(3)

平衡电阻R2=R1∥RF。uO

－

＋∞

＋uI

电压跟随器RFR1uO=)uI(1＋i1iDu－u＋uORFiF－

＋∞＋R1R2uI1、加法运算电路u＋=u－

=0

u－u＋uORFiF－

＋∞＋R12R2uI1iI1iI2uI2R11RFR12RFR11+uI2)uO=－(uI1

当

uI1单独作用时,uO1=－RFR11uI1当

uI2单独作用时,

根据叠加定理:uO=uO1＋uO2uO1=－RFR12uI24.2.2求和运算电路①当

R11=R12=R1

时：②当

R11=R12=RF

时：uO=－(uI1+uI2)，

③平衡电阻：R2

=R11∥R12∥RF。

说明

u－u＋uORFiF－

＋∞＋R12R2uI1iI1iI2uI2R11ＲFＲ12ＲFＲ11+uI2)uO=－(uI1ＲFＲ1uO=－(uI1+uI2)例2

试设计能实现运算关系uo=－(ui1+0.5ui2)的电路。解:

可用反相加法运算电路实现。设Rf=10kΩ。2、减法运算电路

当

uI1

单独作用时,uO1=－ＲFＲ1uI1当

uI2

单独作用时,RFR1uO2=(1＋)u＋R3R2＋R3u＋=uI2=(1＋RFR1)R3R2＋R3uI2u－u＋uORF－

＋∞＋R1R2uI2uI1R3u－u＋uORF－

＋∞＋R1R2uI1R3u－u＋uORF－

＋∞＋R1R2uI2R3根据叠加定理:uO=uO1＋uO2ＲFＲ1R3R2＋R3RFR1=(1＋)uI2－

uI1

uO=uO1＋uO2ＲFＲ1uO=(uI2－uI1)Ｒ3Ｒ2ＲFＲ1当=时,①②当

R1=RF时,uO=uI2

–uI1③平衡电阻R2∥R3=R1∥RF。

说明

u－u＋uORF－

＋∞＋R1R2uI2uI1R3R3