1-3--电工电子学(第三版)总复习

电工电子学（第三版）总复习2015(1-8,10)第1～3章：第1章电路和电路元件1.1 电路和电路的基本物理量1.1.1 电路1．电路是电流的通路，它是为了某种需要由某些电工、电子器件或设备组合而成的。

电路的组成：电源、负载、导线和开关等。

电路的作用：1实现电能的传输和转换；2进行电信号的传递和处理。

什么叫“强电”电路？“弱电”电路？1.1.2 电路元件和电路模型实际电路是电流可在其中流通的由导体连接的电器件的组合。

组成实际电路的器件种类繁多，如电阻、电感和电容元件等。

理想电路元件包括电阻、电感、电容、电压源、电流源、受控源、耦合电感和理想变压器等。

等效电路又称为等效条件互换。

是实际电路的一种等效表示。

电路理论中的电路一般是指电路模型。

1.1.3 电流、电压及其参考方向电压、电流是电路分析的基本物理量。

功率也是电路中的重要物理量。

为了用数学表达式来描述电路元件特性、电路方程，首先要先指定电压、电流的参考方向。

关联参考方向和非关联参考方向，如图1-1所示。

（a）u, i为关联参考方向（b）u, i为非关联参考方向图1-1 二端元件及其参考方向方程U/I=R 只适用于R 中U、I参考方向一致的情况。

即欧姆定律表达式含有正、负号，当U、I参考方向一致时为正，否则为负。

电压、电流“实际方向”是客观存在的物理现象，“参考方向”是人为假设的方向。

（当电压采用双下标时，如电压uab 表示电压方向从第一个下标指向第二个下标，第一个下标为正，第二个下标为负。

）参见[例1.1.1]1.1.4 电路功率设电路任意两点间的电压为U ，电流为 I , 则这部分电路消耗的功率为：P = UI=W/t （W ）。

如果假设方向不一致怎么办？ 功率有无正、负？1.2 电阻、电感和电容元件电阻、电感和电容。

其电路元件符号及电压、电流参考方向如图1-2所示。

图1-2：（a ）电阻元件 （b ）电感元件 （c ）电容元件1.2.1 电阻元件：电压、电流特性为：R R u Ri =，耗能为：22R R R R R p u i Ri Gu ===（如果服从欧姆定律U=RI ，则R=U/I 为常数，这种电阻就称为线性电阻。

）1.2.2 电感元件：电压、电流特性为非线性。

d d LL i u Lt=， 储存的磁场能量为：21d 2t L L L L W u i t Li -∞==⎰1.2.3 电容元件：电压、电流特性为为非线性d d C C ui C t=，储存的电场能量为：21d 2t C C C C W u i t Cu -∞==⎰1.2.4 实际元件的主要参数及电路模型任何电气设备的电压、电流和功率都有一定的限额--额定值（不许超过）。

负载设备通常工作于额定状态。

电源设备的额定功率标志着电源的供电能力，是长期运行时允许的上限值。

如实际电容元件模型参见图1.2.2所示。

参见[例1.2.1]1.3 独立电源元件 1.3.1 电压源和电流源独立电源有理想电压源和理想电流源，它们是电路中的激励，其电路符号如图1-3所示。

（a ）理想电压源 （b ）理想电流源图1-3 两种独立源的电路符号理想电压源的电压、电流特性： S u 为恒定值、S i 为恒定值。

1.3.2 实际电源的模型实际电压源模型外特性方程：U = U S -IR0 实际电流源模型外特性方程：I = I S-IR0两种电源的等效互换。

U s=IR0，R0=R0 参见[例1.3.1]理想电压源与理想电流源之间不能互换，为什么?1.4 二极管1.4.1 PN结及其单向导电性P型半导体：在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。

在硅或锗中掺入三价元素，如硼或铝、镓，则形成P型半导体。

N型半导体：在N型半导体中，电子是多子。

在硅或锗中掺入少量的五价元素，如磷或砷、锑，则形成N型半导体。

PN结的形成：在同一块半导体单晶上，形成P型半导体区域和N型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成一个PN结。

PN结的单向导电性：外加正向电压，空间电荷区变窄，扩散运动增强，形成较大的正向电流，即正向导通。

外加反向电压，则反之，即反向截止。

1.4.2 二极管的特性和主要参数1.二极管的伏安特性2. 二极管的主要参数1.4.3 二极管的工作点和理想特性1.二极管的工作点2二极管的静态电阻和动态电阻3理想二极管1.4.4 稳压二极管稳压二极管工作在其反向特性端，因而在反向击穿的情况下可以保证负载两端的电压在一定的范围内基本保持不变。

1.4.5 发光二极管和光电二极管 参见[图1.4.10-11] 1.5 双极晶体管晶体管的工作，同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性的。

三个极是使用：集电极、基极、发射极来称呼的都是双极型晶体管。

一个普通的双极型晶体管有二个PN 结、三种工作状态(截止、饱和、放大)。

1.5.2 特性曲线和主要参数1.输入输出特性曲线2.主要参数电流放大系数：β=△I C / △I B ，极间反向饱和电流：I CEO =(1+β)I CBO1.5.3 简化的小信号模型 参见[例1.5.2]1.6 绝缘栅场效晶体管特点：没有流经栅极的电流，只取电压。

即利用电场效用来控制电流。

当u GS 小于某一阈值U T ，D-S 之间截止；u GS > U T 时，D-S 之间导通。

（思考题与习题1.1.1-1.5.6，取单数） ------------------------------------- 第2章 电路分析基础§2.1 基尔霍夫定律基尔霍夫两个定律是描述集总参数电路拓扑关系的基本定律。

结点：三个或三个以上电路元件的连接点。

支路：连接两个结点之间电路。

含有元件且电流相同。

回路：电路中任一闭合路径称为回路。

网孔：单孔回路。

基尔霍夫电流定律（KCL ）：在任何集总参数电路中，在任一时刻，流出（或流入）任一节点（或闭合面）的各支路电流的代数和为零，即0i =∑可取流出节点的电流为正，流入节点的电流为负；或反之。

基尔霍夫电压定律（KVL ）：在任何集总参数电路中，在任一时刻，沿任一闭合路径，各支路电压的代数和为零，即0u =∑（可取与闭合路径绕行方向一致的电压为正，与闭合路径绕行方向相反的电压为负；或反之。

）KVL 的扩展应用--用于开口电路：例1-3 试写出图1-9所示复合支路电压u 与电流i 之间的关系。

（a ）（b ）图 1-9解 复合支路的电压、电流关系可根据元件特性及KCL 、KVL 写出。

对图1-9（a ）有:S S ()u u R i i =++对图1-9（b ）有:S S ()u u R i i =-+-+参见[例2.1.1]和[例2.1.2]§2.2 迭加定理与等效电源定理1），叠加定理叠加定理可表述为:在线性电路中，任一支路的电压与电流，都是各个独立源单独作用下，在该支路中产生的电压与电流的代数之和。

在应用叠加定理考虑某个电源的单独作用时，应保持电路结构不变，将电路中的其他理想电源视为零值，亦即理想电压源短路，电动势为零；理想电流源开路，电流为零。

2），等效电源定理等效电源定理包括电压源等效(戴维南定理)，和电流源等效(诺顿定理)两个定理。

①戴维南定理：对外电路来说，任意一个线性有源二端网络可以用一个电压源模型来等效代替。

②诺顿定理：……可以用一个电流源模型来等效代替。

参见[例2.2.2]和[例2.2.3]2.3 正弦交流电路正弦交流电路，指大小和方向随时间作周期性变化的电压或电流。

正弦交流电路中的所有各电压、电流都是与电源同频率的正弦量。

2.3.1 正弦量的三要素正弦交流电需用频率、峰值和位相三个物理量来描述。

交流电正弦电流的表示式中I = Imsin（ωt+φ0）中的ω称为角频率，它也是反映交流电随时间变化的快慢的物理量。

2.3.2 正弦量的相量表示法用以表示正弦量大小和相位的矢量叫相量，也叫做向量。

相量法是用相量的复数代表正弦量。

同频率正弦量相加，其结果仍是同一频率的正弦量。

在讨论同频率正弦量时，只要知道幅度与初相位即可。

相量法可以与三角形式、指数形式、极坐标形式等进行转化。

如：三角形式∶A=〡A〡(Cosθ+jSinθ)指数形式∶A=〡A〡e^jθ极坐标形式∶A=〡A〡∠θ2.3.3 电阻、电感、电容元件上电压与电流关系的相量形式（复数形式的欧姆定律） 1），电阻元件的相量形式：（1）电阻的电压相量和电流相量满足复数形式的欧姆定律： V=IR（2）电阻电压和电流的有效值也满足欧姆定律：U R =IR（3）电阻的电压和电流同相位，即：ψu= ψi. 2），电感元件的相量形式电感的电压相量和电流相量满足关系： X L =ωL =2πf L ，称为感抗，单位为Ω(欧姆). 3）,电容的电压相量和电流相量满足关系：其中 X C =1/ωC ，称为容抗，单位为Ω(欧姆).2.3.4 简单正弦交流电路的计算 1). 基尔霍夫定律的相量形式在电路任一结点上的电流相量代数和为零:∑ I = 0 沿任一回路，各支路电压相量的代数和为零: ∑ U = 02).阻抗(复阻抗)， 阻抗的串联和并联2.3.5 交流电路的功率交流电路的功率指：单位时间内交流电路中电场驱动电流所作的功。

交流电路中的功率有多种，包括瞬时功率、有功功率、无功功率、视在功率。

1.瞬时功率：在正弦稳态下，线性时不变一端口网络（图1）的端口电压u 与端口电流i 之积称为输入该网络的瞬时功率，用P 表示。

即 P ＝ui ， 若将代入上式，得： =UI (1–cos 2ωt )=P (1–cos 2ωt )+Q t ωsin式中I 、U 为i 、u 的平均值，ψi 、ψu 为初相角。

22sin p ui UI t ω==2. 有功功率、无功功率、视在功率：p =ui=UI(1-cos2ωt)=P(1-cos2ωt)+Qsin ωt (第一项为有功功率、第二项为无功功率)平均功率:P= Uicos ψ = S ϕcos ;无功功率:ϕsin UI Q = ＝Q L +Q C 视在功率: S=UI有功功率、无功功率与视在功率间的关系---功率三角形。

3.功率因数的提高---ϕcos工厂的电器设备多为感性负载（等效为RL 串联电路），导致功率因数低。

功率因数低会带来什么问题 ? 参见[例2.3.9]（及实验）1,供电设备的容量不能充分利用; 2, 增加线路与电机绕组的功率损耗。

3.注意：当功率因数提高到为1时， R L C 电路会发生谐振。

2.3.6 R L C 电路中的谐振电路的功率因数1cos =ϕ,称此电路处于谐振状态。

谐振：分串联谐振和并联谐振。

串联谐振的特点：1) 电流达到最大值（即阻抗值最小，电流最大。

） 2）u 、i 同相位，整个电路呈纯电阻性。