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文章目录
第一章 电路的基本概念与基本定律一、基本概念二、理想特性三、电路的工作状态四、基尔霍夫定律
第二章 电路分析的基本方法一、电路分析的基本方法二、叠加定理与戴维宁定理
第三章 单相正弦电路分析一、正弦信号的三要素二、相位、相位差的概念三、周期与频率的关系四、振幅与有效值的关系
第四章 半导体器件与二极管电路一、什么是N型半导体与P型半导体二、PN 结的特性三、稳压二极管四、单相半波整流与桥式整流电路
第五章 晶体管放大电路基础一、基本概念二、NPN型与PNP型晶体管三、晶体管的三个工作区四、晶体管三个区工作的条件五、三极管放大电路的静态分析六、三极管放大电路的动态分析七、稳定静态工作点
第一章 电路的基本概念与基本定律
一、基本概念
电路: 是由“用电设备或元器件(负载)”与“供电设备(电源)”,通过导线连接而构成的提供给“电荷流动”的通路。 电路的组成
电源:为电路工作提供能量;用电设备/元器件:在电能作用下完成电路功能;导线:连接电源和用电设备;开关:控制电源的接入等;
电路的功能
能量传输: 将电源的电能传输给用电设备(负载);能量转换: 将传输到负载的电能根据需要转换成其它形式的能量,如:光、声、热、机械能等;信息传输: 信息——(载体)——信号——电路——终端——(去载体)——信息(电流 / 电压)信息处理: 接收信号——电路——处理信号
电流
电流:是电路中电荷流动量的度量,它代表单位时间流过电路中某一截面的净电荷量。电荷流动不仅由数量,也有方向,因此电流是具有方向的。(规定正电荷流动的方向为电流的真实方向)电流符号:用 I / i 表示;电流单位:安培(A)
电压
电位:单位正电荷在电场中某点所具有的电位能。电压:电路中两点之间的电位差。(规定电位下降的方向为电压的真实方向)电压符号:用U / u表示;电压单位:伏特(V)电压降:电压Uab表示单位正电荷从a点移动到b点所失去的电位能。
电功率
电功率:是电路元件消耗电能快慢的度量,它表示单位时间内电路元件消耗的电场能量。电功率符号:用P / p表示;电功率单位:瓦特(W) 或 焦耳/秒(J/s)计算公式:P = dW / dt = u * i (非关联参考方向下,P = -u * i)功率平衡原理:电路中所有元件的功率之和为0(即能量守恒)
关联参考方向: 同一电路元件或电路部分,电压和电流的参考方向采用一致的方向。 电阻
电阻:由线性关系联系端电压 u 和电流 i 的二端元件。电阻符号:用R表示;电阻单位:欧姆电阻元件的特性:欧姆定律;"电阻值"计算公式:R = U / I"电阻元件功率"计算公式:PR = U * I = R * i2 = U2 / R电阻的线性关系,如下图所示:
“线性电阻”为经过u-i 平面原点上的一条直线;“非线性电阻”为经过u-i 平面原点上的一条曲线; “线性电感”为经过O-i 平面原点上的一条直线; “非线性电感”为经过O-i 平面原点上的一条曲线; 理想电流源:二端元件两端电源不随流过它的电压变化,保持固定的数值/变化规律。 “理想电流源”的伏安特性: 一条平行于电压轴的直线。 电流源符号: 背景:基尔霍夫定律,是1845年德国物理学家G.R.Kirchhoff提出的,定律阐述了集总参数电路各结点电压之间和各支路电流之间的约束关系,是电路理论的最基本定律。 电路基本术语 支路:电路中的每一条分支。结点:电路中三条或三条以上支路的联接点。回路:电路中由两条以上支路构成的任一闭合路径。网孔:内部不含有其它支路的回路。 基尔霍夫定律包括:电流定律(KCL)和电压定律(KVL) KCL定律: 任何集中参数电路中,任意时刻流进任意一个结点的所有支路电流的代数和总是为零。 在定义了电流的参考方向的前提下,KCL公式:(1) 等效电路:两个电路具有完全相同的“对外连接端”,两者分别和任意其他的电路成分构成完整电路,如果电路的其它部分工作完全一致,则这两个电路互为等效电路。 电路外特性:电路外接端上的电压与电流之间的关系。每个元件可视为一个电路部分,它的特性即是外特性。注意:电路中的一部分用其等效电路替换后,电路其它部分的工作情况保持不变;等效只能适合用于外部,对于互相等效的两个电路内部工作一般是不等效的。 (2) 电阻的串联等效、分压 串联:在电路中,如果两个二端元件首位相连(且连接处无其它元件端点连接,即中间无分叉),流过同一个电流,称这两个元件串联。 “电阻串联”等效为“单个电阻元件”;两个电阻串联的等效条件:R = R1 + R2;N个电阻串联,等效电阻值为各串联电阻值的总和:(3) 电阻的并联等效、分流 并联:电路中,两个元件同接在两个相同结点之间,具有相同的电压,称为两元件并联。电导:即电阻的倒数 G = 1 / R (单位:西门子(S)) “电阻并联”也等效为“单个电阻元件”;两个电阻并联的等效条件: G = G1 + G2 或 R = R1 * R2 / R1 + R2N个电阻并联,等效电导值为各并联电导值的总和:(4) 电源的串、并联等效 若干个 “电压源串联”,等效为一个电压源,等效电压源的数值为各串联电压源数值的叠加;若干个 “电流源并联”,等效为一个电流源,等效电流源的数值为各并联电流源数值的叠加; “电压源” 与 “任意非电压源元件(包括电流源)”并联,等效为一个 “同值电压源”。 注意:不同数值的电压源禁止并联! “电流源” 与 “任意非电流源元件(包括电流源)”串联,等效为一个 “同值电流源”。 注意:不同数值的电流源禁止串联! 支路电流分析法 支路电流法:是一种基本的电路分析法,直接从两类约束(元件特性约束和基尔霍夫定律)出发,以“支路电流”为分析的基本变量,通过两类约束列写关于支路电流的代数方程组,求解得出支路电流后通过元件特性,再确定各支路电压。设电路具有N个结点、B条支路,支路电流法分析过程: (注意:关键步骤是:寻找B - N + 1 个独立的回路) 利用元件的特性约束可将支路电压表示为支路电流的函数:![]() 平面电路的网孔:在平面电路中,如果某回路所包含的区域内不存在任何支路,则这个回路称为平面电路的一个网孔。 根据网络图论,平面电路的所有内网孔是相互独立的回路,且平面电路的内网孔数恰好是(B - N + 1), 因此,可以选取所有内网孔作为列出KVL方程的独立回路。 对支路电流法所列的方程中做如下处理,可得到网孔方程: 1)对每个网孔按顺时针方向设定一个网孔电流; 2)将各支路电流表示成网孔电流的叠加。网孔电流法的分析过程: 将含源支路转化为电压源与电阻串联的形式,(按一致的绕向)设定各网孔电流;(电源的形式是“电压源”) 对每个内网孔列出网孔方程(这里以k个内网孔为例):结点电压分析法: 选取参考结点,其它结点标号为 1 ~ N-1 ,将含源支路转化为电流源与电导并联的形式; 对参考结点以外的其它各个结点列写结点电压方程:eg: 以 d 为参考点,分析结点电压: “替代定理”与“等效电路”的区别分析: 替代定理:是在电路固定的前提下,替代一个已知端口电压电流的分支,对其它部件进行分析。等效电路:不要求被替换的部分端口电压电流已知,两者的等效可以适用于各种电路结构中,并不局限于固定的电路。 等效电源定理 戴维宁定理:任意线性含源二端电阻网络,其端电压与端电流之间满足线性代数关系,等效为一个理想电压源与一个电阻的串联组合。![]() 等效电源定理的应用: “等效电源定理”只适用于“线性电路”。在电路分析中,等效电源定理主要用在两个方面: 1)将负载(响应端)以外的其它线性电路部分用等效电路替代,使分析简化; 2)如果电路中只有一个非线性元件,将除非线性元件以外的电路部分用等效电路替代,使电路成为一个单回路简单电路,便于分析。 第三章 单相正弦电路分析 一、正弦信号的三要素 正弦电压:随时间按正弦规律变化的电压。正弦电压表达式: 正弦电流表达式: ![]() 相位差表达式: 周期和频率的关系,频率表达式: 角频率与周期及频率的关系,角频率表达式: 1. 有效值定义的表达式: 3. 由此可推出,正弦电流的有效值为: 1.半导体:根据物体导电能力(电阻率)的不同,来划分导体、绝缘体、半导体。 常见的半导体:硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等。半导体的导电特性: 1)热敏性:当环境温度升高时,导电能力显著增强。(可当成温度敏感元件,eg: 热敏电阻) 2)光敏性:当受到光照时,导电能力明显变化。(可制作成各种光电元件,eg: 光电电阻、光电二极管、光电晶体管) 3)掺杂性:往纯净的半导体中掺入某些杂质,导电能力明显变化。(可制作成各种不同用途的半导体器件,eg: 二极管) N型半导体 在本侦半导体中加入“五价元素”,这些五价元素在外层含有五个电子,除了四个与其周围的半导体原子构成共价键,还有一个电子成为自由电子。N型半导体中含有较高的自由电子浓度,自由电子是多数载流子(多子),空穴浓度较低,是少数载流子(少子)。 P型半导体 在本征半导体中掺入“三价元素”,则形成P型半导体,空穴为多数载流子,而自由电子为少数载流子。注意: N型半导体中多数载流子是自由电子;P型半导体中多数载流子是空穴;无论是N型半导体,还是P型半导体,虽都有一种载流子占多数,但整个晶体仍然是“不带电的”,宏观上保持电中性。掺杂半导体的 “多子浓度” 和 “导电能力”,均由掺杂浓度决定。 载流子的运动漂移运动: 在电场的作用下,载流子的运动称为“漂移运动”,由漂移运动产生的电流为漂移电流。 扩散运动:由于浓度差引起的载流子运动称为“扩散运动”,产生的相应电流为扩散电流。 ![]() ![]() ![]() ![]() 晶体管的小信号微变等效电路: 放大电路的小信号微变等效电路:(“-”表示反向放大电路 ) 放大电路动态分析例子解析1: 条件: 步骤一:画出小信号等效电路 步骤二:公式求解如下图所示: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() |
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