电工电子学PPT

（2）特性曲线与符号
u Us
O
i
us +－
Us +－
b 理想电流源
（1）伏安关系
i=iS
流过电流为is，与电源两 端电压无关，由电源本身 确定，电压任意，由外电 路确定。
（2）特性曲线与符号
i Is
O
u
is
1.3 实际电源模型及其等效变换
U Us
0 Is I
(a)实际电源的伏安特性
I
电工电子学
第1章 电路和电路元件 第2章 电路分析基础 第3章 分立元件基本电路 第4章 数字集成电路新
第1章 电路和电路元件
1.1 电路基本物理量
为了某种需要而由电源、导线、开关和负载按一定方式 组合起来的电流的通路称为电路。
电路的主要功能：
进行能量的转换、传输和分配（强电） 实现信号的传递、存储和处理（弱电）
I+
Is
Ro
U
－ (b)电流源并联内阻的模型
同一个实际电源的两种模型对外电路等效，等效条
件为：
U s Is Ro
或
Is
Us Ro
且两种电源模型的内阻相等
例：用电源模型等效变换的方法求图（a）电路的电流 i1和i2。
解：将原电路变换为图（c）电路，由此可得：
i2
i1
5Ω
2A 10Ω +
5V
－
i2
功率：
u =Ri 非关联方向时：
p ui Ri2 u2 R
u =－Ri
标准阻值、允许偏差、额定功率
b．电感元件
电感元件是一种能够贮存磁场能量的元件，是实际电感
器的理想化模型。
伏安关系：
符号： i
L
+ u －
u L di dt
只有电感上的电流变化时，电感两端才
有电压。在直流电路中，电感上即使有
本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的 空穴，热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴 又可能重新结合而成对消失，称为复合。在一定温度下自由电子 和空穴维持一定的浓度。
在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电能力将大 大增强。
N型半导体
在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素的 原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在 多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子 导电，称为电子半导体或N型半导体，其中自由电子为多数载流 子，热激发形成的空穴为少数载流子。
Ia
3K I1
I2
D1
D2
12V b 3V
稳压二极管
I
阳极
阴极
电路分析的主要任务在于解得电路物理量，其中最 基本的电路物理量就是电流、电压和功率。
1.1.1 电流
电荷的定向移动形成电流。
电流的大小用电流强度表示，简称电流。
电流强度：单位时间内通过导体截面的电荷量 。
i dq dt
大写 I 表示直流电流 小写 i 表示电流的一般符号
正电荷运动方向规定为电流的实际方向。 任意假设的电流方向称为电流的参考方向。
室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为 自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为 空穴。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正 电荷一样。
在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。
空穴运动
有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这 样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填 补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当 于带正电荷的空穴作相反方向的运动。
（b）关联方向， P=UI=5×(－2)=－10W， P<0，产生10W功率。
（c）非关联方向， P=－UI=－5×(－2)=10W， P>0，吸收10W功率。
+ U=5V －
(c)
例 ： I=1A，U1=10V，U2=6V，
I+
U3=4V。求各元件功率，并分析电 路的功率平衡关系。
+Leabharlann U1 －AU2 － B
+
C U3 －
解：元件A：非关联方向，P1=－U1I=－10×1=－10W ，P1<0，产生10W功率，电源。
元件B：关联方向，P2=U2I=6×1=6W，P2>0，吸 收6W功率，负载。
元件C：关联方向，P3=U3I =4×1=4W，P3>0，吸 收4W功率，负载。
P1+P2+P3=－10+6+4=0，功率平衡。
参考方向 i
参考方向 i
a
ba
b
实际方向
实际方向
(a) i>0
(b) i<0
如果求出的电流值为正，说明参考方向与实际方向一 致，否则说明参考方向与实际方向相反
1.1.2 电压、电位和电动势
电路中a、b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移至
b点电场力所做的功。
uab
dWab dq
电路中某点的电位定义为单位正电荷由该点移至参考 点电场力所做的功。
阳极
阴极
二极管的伏安特性
（1）正向特性 外加正向电压较小时，外电场不 足以克服内电场对多子扩散的阻 力，PN结仍处于截止状态 。 正向电压大于死区电压后，正向 电流 随着正向电压增大迅速上升 。 通 常 死 区 电 压 硅 管 约 为 0 . 5 V， 锗管约为0.1V。
I /mA
40 30 20
穿电压
UBR
导通压降: 硅管0.7V, 锗管0.3V。
U
实际伏安特性曲线
I Q
PU UON
二极管的应用举例1：二极管半波整流
ui
t
ui
RL
uo uo
t
二极管的应用举例2：
ui
uR
t
ui
R
uR RL
uo
t
i C du i C
uo
dt + u －
t
二极管的应用举例3：
分析下图中D1和D2的工作情况，并求I值。 （设二极管导通时的正向压降为0.7V）
1A
2A 10Ω 5Ω
(a) 电路
(b) (a) 的等效电路
i2
5 10
5
3
1A
i1 i2 2 1 2 1A
i2
3A 10Ω 5Ω
(c) (b) 的等效电路
总结
电阻元件
电感元件
iR + u －
关联方向时： u =Ri
i
L
+ u
u L di
－
dt
电容元件
iC + u －
i C du dt
＋N ＋
内电场
E
R
PN结导通
②外加反向电压 （也叫反向偏置）
空间电荷区
变宽
＋＋＋
P
＋＋＋ N
＋＋＋
内电场
外电场
I
E
R
PN结截止
1.4.2 二极管的特性和主要参数
一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来， 就构成了半导体二极管，简称二极管。 半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接 触型两类。
du ，但ｉ＝０，相当于开路，即 电容具有隔 i C 直作用。
dt C称为电容元件的电容，单位是法拉(F)
存储能量： WC
1 2
Cu 2
电容值、额定电压
1.2.2．独立电源元件
a 理想电压源
（1）伏安关系
u=uS
端电压为us，与流过电压源 的电流无关，由电源本身 确定，电流任意，由外电 路确定。
1.4 晶体二极管
半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半 导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体 器件是构成各种电子电路最基本的元件。
1.4.1 PN结
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如 硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是4价元素，原子的最外层轨 道上有4个价电子。
1．半导体的导电特征 热激发产生自由电子和空穴 每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价 键紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。
空间电荷区
变宽
＋＋＋
P
＋＋＋ N
＋＋＋
内电场
外电场
I
E
R
外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以 进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少子漂移运 动产生的，反向电流很小，这时称PN结处于截止状态。
PN结及其单向导电性
①外加正向电压 （也叫正向偏置）
空间电荷区 变窄
P I 外电场
＋
空穴 自由电子
多数载流子（简称多子） 少数载流子（简称少子）
无论是P型还是N型半导体都是中性的，对外不显电性。 掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。 少数载流子是热激发产生的，其数量决定于温度。
2．PN结及其单向导电性
PN结的形成
半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子 在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流 子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向 浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。
1.1.3 电功率
电场力在单位时间内所做的功称为电功率，简称功率。
dW p
dt
功率与电流、电压的关系：
关联方向时： p =ui
非关联方向时： p =－ui
p＞0时吸收功率，p＜0时放出功率。
I=2A
例：求图示各元件的功率.
+ U=5V －
(a)
I=-2A
+ U=5V －