电器元件模型
电路分析基础第一章 电路模型和电路定律
+
–
+
–
+
实际方向
实际方向
+
U >0
U<0
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电压参考方向的两种表示方式
(1) 用正负极性表示
+
(2) 用双下标表示
U
A
UAB
B
UAB =UA- UB= -UBA
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3. 关联参考方向 元件或支路的u，i 采用相同的参考方向称之为关联 采用相同的参考方向称之为 参考方向,即电流从电压的“+”极流入,从“-” 极流出该元件。反之，称为非关联参考方向。 极流出该元件
P6吸 = U 6 I 3 = (−3) × (−1) = 3W
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注
对一完整的电路，发出的功率＝吸收的功率
3. 电能（W ,w）
在电压、电流一致参考方向下，在t0到t的时间内 该部分电路吸收的能量为
w(t0 , t ) = ∫ p (τ ) dτ = ∫ u (τ )i (τ ) dτ
t0 t0
电源 Sourse
灯 Lamp
RS US 电路模型
R
Circuit Models 干电池 Battery
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电路理论中研究的是 理想电路元件构成的电路（模型）。
电路模型，不仅能够反映实际电路及 其器件的基本物理规律，而且能够对 其进行数学描述。这就是电路理论把 电路模型作为分析研究对象的实质所 在。
干电池 Battery 电路理论中，“电路”与“网络”这两个术语可通用。“网络” 的含义较为广泛，可引申至非电情况。
例：手电筒电路
开关 灯泡
10BASE-T wall plate
电路原理第一章
(2) 设电流参考方向如 (c) 并在c点画上接地符号 并在 点画上接地符号
q 4 I = = − = −2 A t 2
= = W W
ac
电位： 电位：
V V V
a
q
bc
=
8 + 12 4
= 5V
b
q
12 = 4
= 3V
c
= 0
(c为参考点 为参考点) 为参考点
U
ab
所以电压： 所以电压：
= V a − V b = 5 − 3 = 2V
dw ( t ) p (t) = dt
由： u ( t ) = d w ( t )
对于实际电路，根据它的电气特性， 对于实际电路，根据它的电气特性，由电路 元件来抽象出它的电路模型的过程称为电路 的建模。电路的建模时， 的建模。电路的建模时，常需要用到理想化 来化简电路； 来化简电路；另一方面还需注意电器部件在 不同工作条件下的电气特性不一定相同， 不同工作条件下的电气特性不一定相同，因 而相应的电路模型也会不同。 而相应的电路模型也会不同。
选择的参考方向不同， 选择的参考方向不同，则列出的电路方程也 不一样，得到方程的解也不尽相同， 不一样，得到方程的解也不尽相同，但这些 解应该是大小相等而只存在着符号的差异。 解应该是大小相等而只存在着符号的差异。 综合解的符号和参考方向， 综合解的符号和参考方向，这些不同的电路 方程的解所表示的实际电流或电压应该是完 全一致的。 全一致的。 习惯上，电阻、电容、 习惯上，电阻、电容、电感等元件支路上的 端电压和流经电流取为关联参考方向。 端电压和流经电流取为关联参考方向。
抽象的电路元件用来体现单纯的电性质： 抽象的电路元件用来体现单纯的电性质： 导线----导通电流 导线 导通电流 电源----提供电能 电源 提供电能 电阻----消耗电能 电阻 消耗电能 电容----以电场形式储存电能 电容 以电场形式储存电能 电感----以磁场形式储存电能 电感 以磁场形式储存电能 这样就可以用理想化的电路元件来表示实际物 理电器件的某一方面电磁特性， 理电器件的某一方面电磁特性，而以其组合在 电路模型中来综合表示该实际物理电器件及其 构成的电路。 构成的电路。
1电路组成、功能与电路模型
LR
电感线圈的电路模型
-- E + RO
实际电源的电路模型 16
理想化电路元件组成电路模型
开关电器 电池
灯泡
手电筒电路
S
RO
+
R
E --
理想化连接导线
电路模型具有普遍的适用意义
本课结束 谢谢大家！
18
电缆
放大器
测 量 仪
压电式
器Байду номын сангаас
传感器
三.电路模型
（一）实际使用的电工设备和电子元器件表现出多种电 磁性质(能量转换过程)。
首先介绍负载所表现的电磁性质，建立负载模型。
负载中所表现出的电磁性质有以下三种基本形式
电阻性 消耗电能的电磁性质，将电能转换为热能 ， 不可逆地损耗掉了。
电感性 建立磁场，储存磁场能的电磁性质 。 可逆。
• 电感器
电容性 带电体建立电场，储存电场能的电磁性质 。 可逆。
• 电容器的结构
（二）模型——理想化电路元件
实际电工设备和电子元器件所表现出的电磁性质是十分 复杂的。
但在电路分析时，常常忽略实际电工设备和电子元器件
的次要性质,只保留它的主要性质,并用一个足以反映该
主要性质的模型—理想化电路元件来表示。
电工电子技术应用
——电路基本概念
主讲 : 谢飞
本课知识点 1、电路的组成 2、电路功能 3、电路模型
2
一.电路的组成 电路:电流流通的闭合路径。
举例 手电筒电路
开关电器 电池
灯泡
组成电路的基本部件
电源:电池、发电机等,电路中电能的来源。 将其他形式的能量转换为电能。
第一章-电路及基本元器件PPT课件
.
电工电子技术基础 3、二极管的伏安特性曲线（硅管）
.
电工电子技术基础
五、半导体三极管
1、三极管的结构
图1-8
.
电工电子技术基础 2、三极管的电流放大作用 三极管工作在放大状态的条件是：发射结正偏，集电 结反偏。
.
电工电子技术基础
(1)电流分配关系：发射极电流等于基极电流和集电极电
流之和，即：
图1-9
.
电工电子技术基础
(1)输入特性 死区电压：硅管约为0.5V，锗管约为0.2V； 导通电压(发射结)：硅管约为0.7V，锗管约为0.3V。 (2)输出特性
截止区： UBE小于死区电压，IC≈ 0，UCE ≈UCC，。
饱和区：集电结正向偏置 ，UCE＜UBE， IC≈ UCC/RC 。
放大区：发射结正偏，集电结反偏 , IC≈βIB。
图1-2
.
图1-3
电工电子技术基础
三、电功率和电能
1、电功率
电流通过电路时传输或转换电能的速率称为电功率，
简称为功率，用符号p表示。
当电压与电流为关联参考方向时，功率的计算公
式为：
p dW ui dt
当电压与电流为非关联参考方向时，功率的计算
公式为：
pui
.
电工电子技术基础 2、电能 电路在一段时间内吸收的能量称为电能。在国际单 位制（SI）中，电能的单位是焦耳（J）。1J等于1W的用 电设备在1s内消耗的电能。电力工程中，电能常用“度” 作单位，它是千瓦小时（kWh）的简称，1度等于功率为 1kW的用电设备在1小时内消耗的电能。
图1-23
.
电工电子技术基础 在电子电路中，电源的一端通常是接地的，为了作
电路分析基础
集中参数电路(lumped circuit)是由集中参数元件(lumped elements)连接而成。集中参数元件的一个主要特点是：元件的外形尺寸与其正常工作频率所对应的波长而言很小。同理，集中参数电路要求实际电路的几何尺寸必须远小于工作电磁波的波长，如果不满足此条件，就不能采用集中参数电路模型来描述。
根据电压随时间变化的情况，电压可分为恒定电压与交变电压。如果电压的大小和极性都不随时间而变动，这样的电压称之为恒定电压或直流电压，用符号U表示。
根据定义，电压也是代数量。与电流类似，分析计算时，需要指定一个参考方向（也称参考极性）。同时规定，当参考方向与实际方向一致时，记电压为正值；否则，记电压为负值。这样，在指定电压参考方向以后，在对电路进行分析计算后，依据电压的正负，就可以确定电压的实际极性。
尽管规定正电荷的运动方向为电流方向，但在求解较复杂的电路时，往往很难事先判断电流的真实方向，为了分析电路方便，引入参考方向（reference direction）的概念。参考方向就是在分析电路时可以先任意假定一个电流方向，如果电流的真实方向与参考方向一致时，电流为正值，否则为负值。这样，在指定参考方向的前提下，结合电流的正负值就能够确定电流的实际方向。电流的参考方向一般直接用箭头标记在电流通过的路径上。
可知Uab>0，电压实际方向由a指向b，或者a为高电位端，b为低电位端；Ubd<0，表明电压实际方向与参考方向相反，即d为高电位端，b为低电位端；同理，Ucd>0，c点为高电位，d点为低电位。
初中物理常见模型之力学模型与电路模型
初中物理常见模型之力学模型与电路模型1. 力学模型力学模型是研究物体运动规律和作用力的模型。
在初中物理中，力学模型主要包括以下几种：1.1 简单机械模型简单机械模型是指在不考虑外界因素的情况下，通过简单的机械装置来研究物体的力和运动。
常见的简单机械模型包括杠杆、轮轴、滑轮等。
通过这些模型，我们可以研究力的传递、力的比例关系和机械效率等问题。
1.2 受力分析模型受力分析模型是研究物体受到力的作用后的运动状况的模型。
在受力分析模型中，我们通常会使用牛顿第二定律，即物体的加速度与作用于物体上的合力成正比，反比于物体的质量。
通过受力分析模型，我们可以研究物体受力情况下的加速度、速度和位移等问题。
物体的加速度与作用于物体上的合力成正比，反比于物体的质量。
通过受力分析模型，我们可以研究物体受力情况下的加速度、速度和位移等问题。
1.3 运动模型运动模型是指研究物体运动规律的模型。
在运动模型中，我们可以使用运动方程来描述物体的位置、速度和加速度之间的关系。
常见的运动模型包括匀速直线运动、匀加速直线运动和自由落体运动等。
通过运动模型，我们可以研究物体在不同条件下的运动规律。
2. 电路模型电路模型是研究电流、电势和电阻等电学量之间关系的模型。
在初中物理中，电路模型主要包括以下几种：2.1 串联电路模型串联电路模型是由多个电器元件依次连接而成的电路模型。
在串联电路中，电流的大小相同，而电势的大小则根据电阻的大小而有所不同。
通过串联电路模型，我们可以研究电流和电势在串联电路中的分布情况。
2.2 并联电路模型并联电路模型是由多个电器元件同时连接而成的电路模型。
在并联电路中，电势的大小相同，而电流的大小则根据电阻的大小而有所不同。
通过并联电路模型，我们可以研究电势和电流在并联电路中的分布情况。
2.3 电阻模型电阻模型是研究电流通过电阻时的电压、电流和电阻之间关系的模型。
在电阻模型中，根据欧姆定律，电压与电流成正比，而与电阻呈现反比关系。
multisim元件对照表
Multisim元件库分类介绍电子仿真软件“Mumsim8.3.30特殊版”的元件库中把元件分门别类地分成13个类别，每个类别中又有许多种具体的元器件，为便于读者在创建仿真电路时寻找元器件，现将电子仿真软件“Mumsim8.3.30特殊版”元件库和元器件的中文译意整理如下，供读者参考。
电子仿真软件Mumsim8.3.30特殊版的元件工具条如图1所示。
图11.点击“放置信号源”按钮，弹出对话框中的“系列”栏如图2所示。
图2(1). 选中“电源(POWER_SOURCES)”，其“元件”栏下内容如图3所示：图3(2). 选中“信号电压源(SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES)”，其“元件”栏下内容如图4所示：图4(3). 选中“信号电流源(SIGNAL_CURRENT_SOURCES)”，其“元件”栏下内容如图5所示：图5(4). 选中“控制函数块(CONTROL_FUNCTION_BLOCKS)”，其“元件”栏下内容如图6所示：图6(5). 选中“电压控源(CONTROLLED_VOLTAGE_SOURCES)”，其“元件”栏下内容如图7所示：图7(6). 选中“电流控源(CONTROLLED_CURRENT_SOURCES)”，其“元件”栏下内容如图8所示：图82. 点击“放置模拟元件”按钮，弹出对话框中“系列”栏如图9 所示。
图9(1). 选中“模拟虚拟元件(ANALOG_VIRTUAL)”，其“元件”栏中仅有虚拟比较器、三端虚拟运放和五端虚拟运放3个品种可供调用。
(2). 选中“运算放大器(OPAMP)”。
其“元件”栏中包括了国外许多公司提供的多达4243种各种规格运放可供调用。
(3). 选中“诺顿运算放大器(OPAMP_NORTON)”，其“元件”栏中有16种规格诺顿运放可供调用。
(4). 选中“比较器(COMPARATOR)”，其“元件”栏中有341种规格比较器可供调用。
(5). 选中“宽带运放(WIDEBAND_AMPS)”其“元件”栏中有144种规格宽带运放可供调用，宽带运放典型值达100MHz，主要用于视频放大电路。
《第十九章第1节家庭电路》教学设计教学反思-2023-2024学年初中物理人教版九年级全一册
《家庭电路》教学设计方案（第一课时）一、教学目标本课教学目标为使学生掌握家庭电路的基本概念和组成，理解电流、电压、电阻等在家庭电路中的作用。
通过实验操作，学生能够识别并安全使用家庭电路中的常见元件，如开关、插座和灯泡等，并能够分析简单的家庭电路故障。
同时，培养学生的观察能力、实验操作能力和分析解决问题的能力。
二、教学重难点教学重点在于让学生理解家庭电路的基本原理和组成，掌握安全使用家庭电路的注意事项。
教学难点在于引导学生通过实验操作，正确识别和操作家庭电路中的元件，并能够根据电路图连接简单的家庭电路。
同时，注重培养学生的安全意识和防范意识，预防因不当操作而导致的电路故障或安全事故。
三、教学准备课前准备包括教材、教具准备和教学环境布置。
教材需包括《家庭电路》的教材及配套的练习册。
教具包括电路图板、电线、灯泡、开关、插座等元件，以及实验操作所需的工具。
教学环境需配备足够的实验台和座位，保证每个学生都有充足的实验空间。
同时，为保障实验安全，还需准备好相应的安全设备和应急处理措施。
四、教学过程：一、导入新课在课堂开始之初，教师可以通过展示一幅家庭电路的示意图或实际家庭电路的照片，引导学生们回忆和思考家庭中常见的电器设备及其功能。
通过提问的方式，如“你们知道这些电器是如何连接的吗？”或“你们知道家庭电路的组成和作用吗？”来激发学生的好奇心和求知欲。
二、新课内容展示1. 家庭电路的基本概念教师将详细解释家庭电路的基本概念，包括家庭电路的组成、各部分的功能以及电路的连接方式等。
通过使用生动的实例和图表，使学生们能够直观地理解家庭电路的基本知识。
2. 家庭电路的元件介绍教师将逐一介绍家庭电路中的各种元件，如开关、插座、灯泡等，并详细解释它们的结构、工作原理以及在家庭电路中的作用。
同时，教师还可以通过实物展示或多媒体演示，使学生们更加直观地了解这些元件。
3. 家庭电路的连接方式教师将详细讲解家庭电路的连接方式，包括串联和并联等基本连接方式。
非线性电流电器元件的建模与仿真
非线性电流电器元件的建模与仿真随着科技的不断进步，电子产品的发展也越来越快速，其中电器元件的建模与仿真在电子产业中起着至关重要的作用。
非线性电流电器元件作为电器元件中的重要一类，其非线性特性对于电路分析和设计带来一定的难度，因此，建立合适的模型进行仿真分析对研究非线性电流电器元件至关重要。
本文将讨论非线性电流电器元件的建模与仿真。
1. 非线性电流电器元件的定义与分类非线性电流电器元件是指在电路中运行时，其电流与电压之间的关系不遵循线性规律的一类电器元件。
常见的非线性电流电器元件有二极管、晶体管、场效应管等，它们的特点是对外加电压的响应非线性，导致它们工作点的位置、电流与电压之间的关系等产生变化。
2. 非线性电流电器元件的模型建立非线性电流电器元件的模型是电路分析和设计的重点。
为了更好地描述电器元件在电路中的工作状态和性能，常用的方法是利用电器元件在电路中的电流、电压和功率等物理量建立数学模型。
以二极管为例，一般采用非线性电阻和电容的串联模型。
即将二极管在同极性的正半周上视为一种只有非线性电阻的电阻器，而在负半周上则可以视为一个电容。
根据这样的具体模型，就可以用较为简单的方程描述二极管在电路中的各种运作状态。
3. 使用仿真工具进行非线性电流电器元件模拟在模型建立之后，我们可以利用仿真软件来预测其工作状态及性能。
常用的仿真软件有SPICE、PSIM等，它们可根据我们建立的模型计算电路的电参数、电压波形、功率、电流、电子器件温升等，帮助我们预测电路的工作状态。
比如建立了一个半波整流电路，为了更好地分析二极管的导通和关断状态，我们可以采用SPICE软件建立电路模型。
通过仿真软件计算出电路的电压和电流波形，并利用这些数据对电路的功率和效率进行分析与计算。
这些计算结果可以有效地帮助我们了解电路的运行状态，检验电路中每个元件的可靠性和安全性。
4. 结语总之，非线性电流电器元件的建模与仿真是电路设计的基础，因为它们能帮助我们更好地理解非线性电器元件的特性和工作原理，从而提高电路设计的效率和可靠性。
电路模型及组成
各种各样的电器元件或部件按一定的方式联接起 来组成了电气设备与装置。这些电器元件及其联接 方式就构成了实际电路。 1. 电路按组成分类
（1）电源部分: 提供电能或电信号的电器装置。 作用是向电路元件提供工作时所必须的电压、电流 或功率。
（2）负载部分： 消耗电能的电器装置。作用是将 电源提供电能转换成其它形式的能量。
电子技术中：
电路可以实现电信号的传 递、存储和处理。
Hale Waihona Puke 信号处理：放大、调谐、检波等
信号源:
提供信息 话筒
放 扬声器 大 器
直流电源: 提供能源
直流电源
负载
3. 电路中的理想元件
在电路理论中对实际电器装置或电路元件进
行理论抽象后常用的理想元件分为无源和有源两 大类,主要有
无源二端元件
有源二端元件
+
IS
白炽灯电路
消耗电能的电 特性可用电阻 元件表征
由于白炽灯中耗能 的因素远大于产生 磁场的因素，因此
R L 可以忽略。
i
产生磁场的电 特性可用电感 元件表征
白炽灯的电
L 路模型可表
示为：
R
理想电路元件是实际电路器件的理想化和近似，其 电特性单一、确切，可定量分析和计算。
开关 电 源
连接导线
中间环节 S
负
载
R0
+
_ US
电源
I
+
RL U 负
–载
实际电路
电路模型
图1-3 手电筒的电路
与实际电路相对应，由理想元件电气符号构成的电路图，称为实际电路的 电路模型，简称电路。
R
L
C
电路及基本元器件
图1-3
图1-2
三、电功率和电能
1、电功率
电流通过电路时传输或转换电能的速率称为电功率，
简称为功率，用符号p表示。
当电压与电流为关联参考方向时，功率的
q CuC
常用电容元件的外型与图形符号
四、半导体二极管
1、半导体的基础知识 (1)半导体及其特性 • 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，常
用的半导体材料有硅和锗等。 • 根据掺杂半导体中导电粒子的不同，半导体可分为N型半
导体和P型半导体。 • N型半导体的导电粒子主要是自由电子， P型半导体的导
成电路(VLSI)。
1.3 电压源和电流源
一、电压源
1、理想电压源
图1-11 理想电压源
图1-12 理想电压源的伏安特性曲线
2、实际电压源
U=US-IR0
图1-13 实际电压源
图1-14 实际电压源的伏安特性
二、电流源
1、理想电流源
图1-15理想电流源
图1-16 理想电流源的伏安特性曲线
2、实际电流源
例：列写图1-22中求解支路电流的方程组。
图1-22
I1R1+I3R3-US3-US1=0 I5R5+I4R4+US3-I3R3=0 -I2R2+US2-I4R4=0
1.6 电路中电位的计算
• 电路中某点的电位是指该点与参考点之间的电压。参 考点又称零电位点。
• 电路中各点的电位与参考点的选择有关。 • 由电位的定义可知：电路中a点到b点的电压就是a点电
电子元器件的失效模型与可靠性试验方法浅析
。
∗
)
)
电子元 器件的种类
电器 元件
∗ (
包含电 阻器和电位器 电容器
∗∗
)
,
,
线圈 和变压 器 电线
,
、
电缆 光纤光缆 熔断器
, ,
。
电子器 件
微 电路
,
电子模块
,
半导体分立 器件 真空 电子器 件 光 电子 器件 纤 维光学 器 件 声表面 波器 件
,
,
,
,
,
霍尔器件
) ∗
。
机 电 元件 短路器
,
环境应力 如温度等 ∋ 如 图 所 示 设 有 一 个稳 定值 强度与应力 分布互 不重叠 随着时 间的推移 在 应 力的作用 下
。
,
(
。
,
,
元 器件的承 受强 度会 逐渐下 降 如果施 加的应力超过 了可承受的强 度时
,
,
如图 中加了剖面 线的重 叠部分
。
,
,
就会产 生失 效 现 实中 应 力也 不会是一 种 恒定 中心 值的分布 但只要 应力大 于强度就 可 能失效 该模
, 、
。
月 , 峥 Λ 自‘
礼
)
,
Θ Θ ΡΣ
图
扩 大 裕度
用下
,
使其 最 终 失 效
,
这 就 像蜡 烛多 次燃烧 最 终 消耗 了整 个 寿命
,
总 损伤 量达 到规 定 的 失 效判 据
。
−∀ Ο ∋
∋ 寿命终 了 可 靠性 试验 中的步进应 力试验 和序进 应力试验 就是以这种 模型为依据 的
, 、 ,
一 种对 电子 产品施 加随
中考物理电学模型总结归纳
中考物理电学模型总结归纳电学模型是物理学中对电现象进行描述和解释的理论模型。
在中考物理考试中，电学模型是重要的考点之一。
本文将对中考物理电学模型进行总结归纳，以帮助同学们更好地理解和掌握相关知识。
一、电荷模型电荷模型是电学中最基本的模型之一。
根据电荷的性质，可以将电荷分为正电荷和负电荷。
同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。
电荷模型的核心概念是电量，用符号q表示，单位是库仑（C）。
二、电场模型电场模型是描述电荷周围电场分布情况的模型。
电荷周围存在一个电场，电荷在电场中产生力的作用。
电场的强弱用电场强度表示，用符号E表示，单位是牛顿/库仑（N/C）。
电场线是描述电场分布的一种图示方法，它指向正电荷，由负电荷指出。
三、电势模型电势模型是描述电场中点的电势情况的模型。
电势是指单位正电荷在电场中所具有的能量，用符号V表示，单位是伏特（V）。
电势的高低代表了点的电势能的大小，电势随着距离电荷的远近而变化，离电荷越近，电势越高，反之，电势越低。
四、导线模型导线模型是用来描述导体中电荷分布和电流传输情况的模型。
导体内部电荷呈自由移动状态，当导体两端存在电势差时，导体内电荷将发生移动形成电流。
电流的大小用符号I表示，单位是安（A）。
导线中的电流遵循欧姆定律，即电流等于电压与电阻的比值，用公式I=U/R 表示。
五、电阻模型电阻模型是用来描述导体阻碍电流通过的情况的模型。
电阻用符号R表示，单位是欧姆（Ω）。
电阻的大小与导体材料、长度、截面积以及温度等因素有关。
根据欧姆定律，电流和电阻成正比，电压和电阻成正比。
六、电路模型电路模型是用来描述电流在电路中传输和分布的情况的模型。
电路由电源、导线和电器元件组成。
电路中的总电流等于电路中各处电流的代数和。
串联电路中电流相等，电压之和等于总电压；并联电路中电压相等，电流之和等于总电流。
根据基尔霍夫定律，电路中各个节点电流代数和为零，电路中闭合回路沿一定方向电压代数和为零。
通过对中考物理电学模型的总结归纳，我们可以清晰地了解电学模型的基本概念和运用方法。
电路第一章
第一章电路模型和电路定律§1－1 电路和电路模型1．实际电路实际电路——由电器设备组成（如电动机、变压器、晶体管、电容等等），为完成某种预期的目的而设计、连接和安装形成电流通路。
图1是最简单的一种实际照明电路。
它由三部分组成：1）提供电能的能源（图中为干电池），简称电源或激励源或输入，电源把其它形式的能量转换成电能；2）用电设备（图中为灯泡），简称负载，负载把电能转换为其他形式的能量。
3）连接导线，导线提供电流通路，电路中产生的电压和电流称为响应。
任何实际电路都不可缺少这三个组成部分。
图1 手电筒电路实际电路功能：1）进行能量的传输、分配与转换（如电力系统中的输电电路）。
2）进行信息的传递与处理（如信号的放大、滤波、调协、检波等等）。
实际电路的外貌结构、具体功能以及设计方法各不相同，但遵循同一理论基础，即电路理论。
2．电路模型电路模型——足以反映实际电路中电工设备和器件（实际部件）的电磁性能的理想电路元件或它们的组合。
理想电路元件——抽掉了实际部件的外形、尺寸等差异性，反映其电磁性能共性的电路模型的最小单元。
发生在实际电路器件中的电磁现象按性质可分为：1）消耗电能；2）供给电能；3）储存电场能量；4）储存磁场能量假定这些现象可以分别研究。
将每一种性质的电磁现象用一理想电路元件来表征，有如下几种基本的理想电路元件：1）电阻——反映消耗电能转换成其他形式能量的过程（如电阻器、灯泡、电炉等）。
2）电容——反映产生电场，储存电场能量的特征。
3）电感——反映产生磁场，储存磁场能量的特征。
4）电源元件——表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件需要注意的是：1）具有相同的主要电磁性能的实际电路部件，在一定条件下可用同一模型表示；2）同一实际电路部件在不同的工作条件下，其模型可以有不同的形式。
如在直流情况下，一个线圈的模型可以是一个电阻元件；在较低频率下，就要用电阻元件和电感元件的串联组合模拟；在较高频率下，还应计及导体表面的电荷作用，即电容效应，所以其模型还需要包含电容元件。
探究电子元器件的失效模型与可靠性试验方法
探究电子元器件的失效模型与可靠性试验方法
中国船舶重工集团公司第七一五研究所 强 苗
电子元器件质量决定其工作可靠性，根据电子元器件失效机理判断 其失效模型，可以准确判断电子元器件缺陷和故障问题，推动产品质量 的提升。基于此，本文首先介绍了电子元器件的种类，其次对失效模型 进行了简单的介绍，最后根据电子元器件失效模型研究了可靠性试验方 法，需要综合分析电子元器件工作场景和内容，设计科学的试验方案。
根据过应力失效机理判断应力强度模型，该失效模型表 示电子元器件在工作环境中受到外部负荷，导致内部应力响 应。外部载荷引起应力超出产品内在，造成产品失效。最具 代表性的应力强度模型如静电过载模型以及机械应力模型， 在单向拉伸力作用下，让电子元器件内部出现拉伸应力，当 拉伸应力达到强度极限值时，电子元器件受到破坏作用。
ELECTRONICS WORLD・探索与观察
表1 太阳能电池KC200GT的主要电气参数(STC)
参数
数值
P
200W
m
V
26.3V
m
I
7.61A
m
V
32.9V
oc
I
8.21A
sc
N
54
图2所示给出的是当T保持为25℃不变，而日照强度S变化时的
KC200GT的I-V特征曲线。可以看出，当S取不同数值（200、400、 600、800、1000W/m2）时，本文算法的仿真数据(连续曲线)和太阳能电
图2 KC200GT在T=25℃时I-V曲线仿真结果
图3 KC200GT在S=1000W/m2时I-V曲线仿真结果
4.结论 针对太阳能电池的数学模型难以求解的问题，本文提出了一种
简单的I-V特性曲线求解方法。先通过太阳能电池理想电路模型求 解出理想模型的输出特性曲线，然后根据基尔霍夫定律结合串行电 阻和并行电阻求解出I-V特性曲线。仿真实验结果验证了本文求解 方法的有效性，能够满足实际工程应用的需求。
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Engl i sh电器元件模型:放大电路中的电感放大电路中的电感本模型研究了一种放大电路中电感的有限元模型。
简介现代电子器件复杂程度高，在产品开发和制造过程中更依赖于计算机辅助设计。
常用的计算软件基于SPICE模式，最初由Berkeley大学研发出来(Ref. 1)。
SPICE模式包括一个标准化设置的模型，用于描述电器件——尤其是半导体器件，如晶体管，二极管和晶闸管等。
SPICE还包含一个简单的，易于阅读的文本格式，用于电路网表和模型参数说明。
虽然网表格式本质上与开始没什么不同，但模型设置和参数经常变化，随着半导体器件的发展，新模型不断加入到最近的文件中。
当器件尺寸降低时，会发生一些新效应，需被正确的模拟。
持续不断的研究新器件的模拟过程将产生新的模型例子。
当工程师设计一个新的电器元件时，比如电容或电感，器件的SPICE参数未知。
既可以来源于有限元软件例如COMSOL多物理场也可以来源于试验测量。
为了加速设计过程，SPICE电路模拟部分包含有限元模型将非常便捷，计算器件在真实电路中的情况。
本模型计算一个简单的放大电路，用有限元模型更换其中一个磁芯电感。
COMSOL多物理场计算整个系统的转换情况。
利用script添加电路原件作为电感模型的常微分方程（ODEs），同时添加电路中SPICE 器件所需的模型参数。
模型定义电感模型采用AC/DC模块的方位角电感电流模块，计算磁势A:其中μ0真空下的磁导率, μr为相对磁导率，σ为电导率。
由于电感有很多匝数，单独为每一圈建模型效率不高。
该模型使用方块代替整个线圈，其中方块的恒定外部电流密度等效于线圈中每一匝的电流。
方块的电导率为0可避免产生涡流，经事实证明独立线圈之间没有电流，每个线圈之间的涡流可忽略。
连接到SPICE电路电路为一个标准的放大电路，其中有一个场效应晶体管，偏压电阻，输入滤波器和输出滤波器（见下图）。
输入正弦信号1 V ，10 kHz。
下面列出该电路的SPICE网表：* BJT Amplifier circuit.OPTIONS TNOM=27.TEMP 27Vin 1 0 sin(0 1 10kHz)Vcc 4 0 15Rg 1 2 100Cin 2 3 10uR1 4 3 47kR2 3 0 10kX1 4 5 inductorRE 7 0 1kCout 5 6 10uRl 6 0 10kQ1 5 3 7 BJT.MODEL BJT NPN(Is=15f Ise=15f Isc=0 Bf=260 Br=6.1+ Ikf=.3 Xtb=1.5 Ne=1.3 Nc=2 Rc=1 Rb=10 Eg=1.11+ Cjc=7.5p Mjc=.35 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=20p Mje=0.4 Vje=0.75+ Vaf=75 Xtf=3 Xti=3).SUBCKT inductor V_coil I_coil COMSOL: *.ENDS.END器件X1代表文件末尾定义的子电路。
子电路的定义采用SPICE标准的一部分来定义电路方框，这样可以在主电路中再生成。
这里使用特殊执行语句定义COMSOL多物理场模块对应的子电路，参考COMSOL 选项COMSOL: <file name> | <application mode name> | *。
星号意味着COMSOL 多物理场在本模型中寻找首次出现定义的参数V_coil和I_coil。
这些参数是连接模型和电路的变量，必须在模型中采用某特定方式定义。
变量V_coil必须给出施加在器件上的电压，定义为全局变量。
I_coil也是全局变量，用在模型中作为器件中的电流。
脚本还可以解决两个终端以上的模型文件，这就有必要定义每个终端作为悬浮电位边界条件。
注意任何使用接地边界条件时，都将导致这些边界直接接到电路的地节点，标志为0。
晶体管的模型参数与实际器件不匹配，但是数量上还是趋于实际情况的。
输入的SPICE网表不完全匹配SPICE格式；尤其半导体器件模型，仅仅支持很少量的一些参数。
提供不支持的参数不会导致错误提示，但是参数不会应用到电流模型中。
例如，瞬时电容和温度效应不支持晶体管模型。
结果和讨论放大器的偏压常常是一个复杂的问题，特别是单独采用晶体管时。
添加一个电感作为集电极阻抗简化偏压设计，因为晶体管集电极瞬时电压高于供给电压，这对于电阻器是不可能的。
有电感的放大器带宽可以很窄。
开始瞬时计算前，需计算合理的初始化条件。
对于这个模型，足够通过非线性变量求解器坡度化外加电压至15V。
坡度化后，DC偏压情况正确的被计算，可将这以计算结果作为瞬时计算的初始条件。
0.2ms后，磁通密度图如下图 4-26所示。
图4-26: 偏压点计算后磁通密度（色彩）图。
采用全局变量绘图，可轻易在一张图上绘出输入信号，输出信号和电感电压。
图4-27: 输入信号(U_VIN_cir)，输出信号(U_RL_cir)和电感电压(U_X1_cir) 作为时间函数。
输出信号幅值相对输入信号放大1.5倍。
参考文献1. “ SPICE首页,” /Classes/IcBook/SPICE.模型库路径:ACDC_Module/Electrical_Components/amplifier_and_inductor 使用图形化的交互界面模型导航视窗1 在模型导航视窗中，选择空间维度列表中的轴对称（2D）。
2 AC/DC模块选择静磁>方位角感应电流，向量位能。
3 点确定关闭模型导航视窗。
选项和设置1 选项菜单选择常数。
常数对话框中，根据下表输入名称、表达式和描述（可选填）：名称表达式描述t 0[s] 静止计算时间N 1e3 线圈匝数t ，因此可忽略。
3 点确定。
4 选项菜单，选择表达式>全局表达式。
全局表达式对话框中，根据下表输入名称、表达式和描述（可选填）；点确定。
几何建模选择绘图>指定对象>圆 创建圆，属性如下：3点主工具栏的缩放至视窗大小按钮观察对象。
4 选中圆和三个矩形 (C1 and R3)，然后点绘图工具栏的交集按钮。
5绘图菜单，打开圆角/去角对话框。
6 对话框中，打开矩形R1，选择顶点2，3。
然后打开矩形R2，选择所有顶点。
按住Ctrl 键可多选。
7 设置半径为5e-4，点确定。
.物理量设置变量1 选项菜单，点击积分耦合变量，选择求解域变量。
在求解域积分变量对话框中，根据下表定义如下两个变量，积分阶数为4和全局目的端。
3 点确定。
求解域设置1 由物理量菜单，打开求解域设定对话框。
2 选择求解域2，点击导入按钮打开材料/系数数据库对话框。
3 材质里面，打开 Electric (AC/DC) Material Properties 库，选择Soft Iron (without losses)。
（可能需要移动水平和垂直滚动条来看库的名称。
）4 点确定关闭材质/系数数据库对话框。
5 选择求解域3，外部电流密度编辑框里输入 J_coil 。
6 点初始页，选中所有求解域，初始值编辑框里输入1。
7 点确定。
边界条件1 由物理量菜单打开边界设定对话框。
2 选中边界1, 2和 4, 边界条件列表中选择轴对称。
其他所有边界采用缺省设置，磁绝缘。
3 点确定。
生成网格1 由网格菜单打开自由网格参数对话框。
2 单击通常网格尺寸，狭区松弛度中输入4。
3 点击重划网格，点确定。
求解1 点击求解按钮。
2 文件菜单下选择另存为。
保存文件到文件夹amplifier_and_inductor_nocircuit.mph 。
计算的第一步完成了。
This completes the first part of the model.SPICE 导入1物理量菜单下，选择SPICE 电路编辑。
2 在 SPICE 电路编辑对话框里， 点击从文件导入网络列表按钮。
3打开文件 amplifier.cir ，位于模型库路径ACDC_Module/Electrical_Components/amplifier_and_inductor .4 点击导入列表。
整个文件出现在SPICE网络框里。
5 点击确定关闭SPICE电路编辑对话框。
另一种方法导入文件，手动在SPICE电路编辑里输入编码。
* BJT Amplifier circuit.OPTIONS TNOM=27.TEMP 27Vin 1 0 sin(0 1 10kHz)Vcc 4 0 15Rg 1 2 100Cin 2 3 10uR1 4 3 47kR2 3 0 10kX1 4 5 inductorRE 7 0 1kCout 5 6 10uRl 6 0 10kQ1 5 3 7 BJT.MODEL BJT NPN(Is=15f Ise=15f Isc=0 Bf=260 Br=6.1+ Ikf=.3 Xtb=1.5 Ne=1.3 Nc=2 Rc=1 Rb=10 Eg=1.11+ Cjc=7.5p Mjc=.35 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=20p Mje=0.4 Vje=0.75+ Vaf=75 Xtf=3 Xti=3).SUBCKT inductor V_coil I_coil COMSOL: *.ENDS.END本模型和之前的一样，但是添加了全局变量和ODE变量代表放大电路。
变量的语法与文件名相关。
变量I_R1_cir代表电阻R1中的电流，value_VCC_cir是外加的VCC电压的值，U_X1_cir 是器件X1两端电压，也就是之前创建的电感。
变量以字母V开头的是接地的节点电势，0，电路的。
作为上述步骤的替代，可以从模型库路径中打开网络列表。
求解带电路的模型1 由求解菜单，选择求解器参数。
2 在求解器参数对话框中，选择求解器列表中的特征值。
3 欲求的特征值编辑框中输入value_VCC_cir，特征值搜索范围编辑框里输入1:15。
4 点确定。
5 点更新求解按钮。
计算步骤拉斜保存在value_VCC_cir up 中的外加电压到 15 V 。
坡度对于解决场效应晶体管模型的高非线性作用很有必要。
电路现在处于偏置点，图应该与 214页图 4-26 类似。
瞬态事例现在可以瞬时计算。
之前的静态事例中，没有自感电场，但是更改为瞬态事例时，自感电场需添加为除电阻效应外对电压V_coil 有贡献的另外一部分。
在应用模块中，自感电场与变量 Ephi_emqa 有关，并且作为磁势的时间导数被计算。
1 选项菜单，选择积分耦合变量，点击求解域变量。
在求解域积分变量对话框中，更改V_coil 表达式使其与下列表达式匹配。
名称求解域3表达式V_coil N*2*pi*r*(I_coil/(sigma_coil*pi*r_coil^2)-Ephi_emqa)/A3 点击确定。