电路及基本元器件
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的大小等于外力在电源内部克服电场力把单位正电荷从负 极移动到正极所做的功，用字母来表示。它的实际方向在 电源内部是由电源负极指向电源正极的，如图1-3所示。
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
直流放大系数，即：
IC
IB
(3)电流控制关系 ：△ IC与△ IB的比值称为三极管共发射
极交流电流放大系数，即：
IC
I B
3、三极管的伏安特性曲线 三极管的特性曲线分为输入特性曲线和输出特
性曲线两种，如图1-9所示。
图1-9
(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
图1-7
3、二极管的伏安特性曲线（硅管）
五、半导体三极管
1、三极管的结构
图1-8
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。
(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：
IE IB IC
(2)电流比例关系：IC与IB的比值称为三极管的共发射极
一、电路的组成和作用
电路一般由电源、负载和中间环节三部分组成。 • 电源是向电路提供电能的设备，它们可将机械能、化
学能等转换为电能； • 负载为各类用电器，它们吸收电能并将电能转换成光
能、热能和机械能等； • 中间环节主要起连接和控制作用。
二、电路模型
• 实际电路中元件种类很多，电磁性质也比较复杂。为了 使问题简化，采用将实际电路元件理想化的方法，以便 突出其主要的电磁性质，这就是所谓的理想电路元件。
路绕行方向相反时该电压取负。
KVL应用于电路
(左)R1I1+R3I3-US1=0 (右)-R3I3-R2I2+US2=0
KVL可以推广应用到电路中任一不闭合的假想回路
R0I-E+U=0
图1-21 基尔霍夫电压定律的推广
1.5 支路电流法
支路电流法是以支路电流为未知量，利用基尔霍夫定律列 写方程进行求解的方法，是分析复杂电路最基本的方法之一。 支路电流法分析问题的一般步骤如下： • 选定各支路电流的参考方向，并在电路图中标明。 • 对有n个结点的电路，应列出（n-1）个独立结点电流方程。 • 选定网孔绕行方向，应列出b-（n-1）个独立回路电压方程， b为电路的支路数。 代入数值，联立求解方程组。
I=IS-U/R0
图1-17 实际电流源
图1-18实际电流源的伏安特性曲线
1.4 基尔霍夫定律
一、名词介绍
1、支路 2、节点 3、回路 4、网孔
图1-19 复杂直流电路
二、基尔霍夫定律
1、基尔霍夫电流定律（KCL）
基尔霍夫电流定律描述了结点处各支路电流间的关系，
体现的是电流的连续性。其内容为：对电路中任一结点
L NL Li A
i
＋
u
图1-5
L ,L
B i －
常见电感器的外型和图形符号
三、电容元件
电容元件是实际电容器的理想化模型，它是反映在电 路中储存电场能量这一物理性能的理想元件。我们常将电 容元件简称为电容，它也是表征材料（或器件）储存电场 能量的一种参数。
电容元件的电容量与电容器上存储的电荷量q和它两 端的电压uC的关系为：
而言，任意时刻流入该结点的电流总和等于流出该结点
的电流总和。
或
Ii Io
I 0
KCL还可以推广应用到电路中任意假想的封闭面（广 义结点）。即：在任一瞬间通过任一封闭面的电流的代 数和恒等于零。
图1-20 基尔霍夫电流定律推广
如对图1-20（a）中的封闭面得:I1+I2+I3=0 ；对图 1-20（b）中的封闭面得:I1-I2=0 。
电粒子主要是空穴。
(2)PN结及其特性 一块P型半导体和一块N型半导体采用特殊工艺合为
一体，则在其交界处就会形成一种特殊的薄层。这种薄 层称为PN结，如图1-6所示。
图1-6
2、二极管的结构与特性 从PN结的P区和N区各引出一个电极，再用
管壳加以封装，即构成一个二极管。由P区引出的电极 称为正极，由N区引出的电极称为负极。二极管具有单 向导电性，其实验电路如图1-7所示。
u=Ri
线性电阻的电阻值是一个常数， 所以其伏安特性曲线是一条经过原
点的直线，如图1-4所示。
图1-4
常用电阻元件的外形与图形符号
二、电感元件
电感元件是实际电感器的理想化模型，它是反映 电路器件储存磁场能量这一物理性能的理想元件。
如图1-5所示，一个电感线圈，当电流通过后， 会产生磁通，若磁通与N匝线圈相交链，则线圈的磁链：
i dq dt
当电流的大小、方向均不随时间变化时，称为直流电流 ，
即：
Iq t
2、电流的方向 • 正电荷运动的方向为电流的正方向。任意选定某一方向作
为电流的正方向，称为电流的参考方向。 • 当电流的实际方向与参考方向一致时，该电流为正值；当
电流的实际方向与参考方向相反时，该电流为负值，如图 1-1所示。
第一章 电路及基本元器件
➢ 知识要点 ➢ 电路及基本物理量 ➢ 电路中的基本元器件 ➢ 电压源和电流源 ➢ 基尔霍夫定律 ➢ 支路电流法 ➢ 电路中电位的计算
返回主目录
知识要点
电路模型的概念 电流、电压的参考方向 功率、电位的计算 电路基本元件的特性 基尔霍夫定律及其应用
1.1 电路和电路模型
图1-1
二、电压和电动势
1、电压
电场力把单位正电荷从 a点移动到b点所做的功称为a
b两点间的电压，即：
U AB
dW dq
电压的实际方向是由高电位端指向低电位端。在实际 电路的分析计算中，也需要引入一个电压的参考方向。根据电 压的参考方向与数值的正负就可判断出电压的实际方向，如图 1-2所示。
2、电动势 电动势描述的是在电源中外力做功的能力，它
2、基尔霍夫电压定律（KVL） 基尔霍夫电压定律描述了电路中任一闭合回路中各部
分电压间的关系，其内容为：任一瞬间，电路的任一闭合 回路中，各段电压的代数和恒等于零回路的绕行方向， 并标出各支路或元件的电 流与电压参考方向。当回路中 各段电压的参考方向与绕行方向一致时该电压取正；与回
1kW的用电设备在1小时内消耗的电能。
t
W pdt t0
1.2 电路中的基本元器件
一、电阻元件
1、电阻和电导
电阻是反映元件对电流阻碍作用的参数，电阻元件
在电路中的主要特征是消耗电能。
电阻的倒数称为电导，电导表示了导体的导电能力，
用G来表示，即
G 1 R
电导的单位是西门子（S）。
2、伏安特性
在关联参考方向下，流过线性电阻元件的电流与电阻两 端的电压成正比，其表达式为：
八、集成电路
• 集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上 制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层 布线或隧道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。
• 集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路和 数字集成电路两大类。
• 集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路(SSI)、 中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)和超大规模集
• 在理想电路元件中主要有理想电阻元件、理想电感元件、 理想电容元件、理想电源元件等。
• 由理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模 型。
常用理想电路元件图形符号
1.2 电路的基本物理量及其参考方向
一、电流
1、电流的大小：
电荷的定向移动就形成了电流，电流的 大小为单位
时间内通过某导体横截面的电荷量，即：
位与b点电位之差，即：
UAB=VA-VB
例：计算图1-23中各点的电位。
解：选e点为参考点，Ve=0，则 I=(6+4)/(2+3+4+1)=1A Va=Uae=－3×1+4=1V Vb=Vbe=1×(4+1)=5V Vc=Uce=1×1=1V
图1-23
在电子电路中，电源的一端通常是接地的，为 了作图简便，习惯上不画电源，而在电源的非接地端标 注其电位的数值。图1-24（a）、图1-24（b）是等价的。
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。
六、MOS型场效应晶体管
场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的电压 控制型器件，它的输入阻抗高且热稳定性好，并且还 有制造工艺简单等优点，现在已经在放大电路中得到 广泛应用。
图1-24 电源接地电路
感谢下 载
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： p ui
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
场效应晶体管分为结型（J型）和绝缘栅型（MOS
型）两大类。
MOS型场效晶体管的图形符号
七、晶闸管
晶闸管是一种可控的大功率半导体器件，具有 体积小、重量轻、耐压高、容量大、效率高、控制灵敏等 优点。
晶闸管的外部结构有三个电极：阳极A、阴极K 和控制极G（也称门极），晶闸管的图形符号如图1-10 所 示。
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
直流放大系数，即：
IC
IB
(3)电流控制关系 ：△ IC与△ IB的比值称为三极管共发射
极交流电流放大系数，即：
IC
I B
3、三极管的伏安特性曲线 三极管的特性曲线分为输入特性曲线和输出特
性曲线两种，如图1-9所示。
图1-9
(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
图1-7
3、二极管的伏安特性曲线（硅管）
五、半导体三极管
1、三极管的结构
图1-8
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。
(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：
IE IB IC
(2)电流比例关系：IC与IB的比值称为三极管的共发射极
一、电路的组成和作用
电路一般由电源、负载和中间环节三部分组成。 • 电源是向电路提供电能的设备，它们可将机械能、化
学能等转换为电能； • 负载为各类用电器，它们吸收电能并将电能转换成光
能、热能和机械能等； • 中间环节主要起连接和控制作用。
二、电路模型
• 实际电路中元件种类很多，电磁性质也比较复杂。为了 使问题简化，采用将实际电路元件理想化的方法，以便 突出其主要的电磁性质，这就是所谓的理想电路元件。
路绕行方向相反时该电压取负。
KVL应用于电路
(左)R1I1+R3I3-US1=0 (右)-R3I3-R2I2+US2=0
KVL可以推广应用到电路中任一不闭合的假想回路
R0I-E+U=0
图1-21 基尔霍夫电压定律的推广
1.5 支路电流法
支路电流法是以支路电流为未知量，利用基尔霍夫定律列 写方程进行求解的方法，是分析复杂电路最基本的方法之一。 支路电流法分析问题的一般步骤如下： • 选定各支路电流的参考方向，并在电路图中标明。 • 对有n个结点的电路，应列出（n-1）个独立结点电流方程。 • 选定网孔绕行方向，应列出b-（n-1）个独立回路电压方程， b为电路的支路数。 代入数值，联立求解方程组。
I=IS-U/R0
图1-17 实际电流源
图1-18实际电流源的伏安特性曲线
1.4 基尔霍夫定律
一、名词介绍
1、支路 2、节点 3、回路 4、网孔
图1-19 复杂直流电路
二、基尔霍夫定律
1、基尔霍夫电流定律（KCL）
基尔霍夫电流定律描述了结点处各支路电流间的关系，
体现的是电流的连续性。其内容为：对电路中任一结点
L NL Li A
i
＋
u
图1-5
L ,L
B i －
常见电感器的外型和图形符号
三、电容元件
电容元件是实际电容器的理想化模型，它是反映在电 路中储存电场能量这一物理性能的理想元件。我们常将电 容元件简称为电容，它也是表征材料（或器件）储存电场 能量的一种参数。
电容元件的电容量与电容器上存储的电荷量q和它两 端的电压uC的关系为：
而言，任意时刻流入该结点的电流总和等于流出该结点
的电流总和。
或
Ii Io
I 0
KCL还可以推广应用到电路中任意假想的封闭面（广 义结点）。即：在任一瞬间通过任一封闭面的电流的代 数和恒等于零。
图1-20 基尔霍夫电流定律推广
如对图1-20（a）中的封闭面得:I1+I2+I3=0 ；对图 1-20（b）中的封闭面得:I1-I2=0 。
电粒子主要是空穴。
(2)PN结及其特性 一块P型半导体和一块N型半导体采用特殊工艺合为
一体，则在其交界处就会形成一种特殊的薄层。这种薄 层称为PN结，如图1-6所示。
图1-6
2、二极管的结构与特性 从PN结的P区和N区各引出一个电极，再用
管壳加以封装，即构成一个二极管。由P区引出的电极 称为正极，由N区引出的电极称为负极。二极管具有单 向导电性，其实验电路如图1-7所示。
u=Ri
线性电阻的电阻值是一个常数， 所以其伏安特性曲线是一条经过原
点的直线，如图1-4所示。
图1-4
常用电阻元件的外形与图形符号
二、电感元件
电感元件是实际电感器的理想化模型，它是反映 电路器件储存磁场能量这一物理性能的理想元件。
如图1-5所示，一个电感线圈，当电流通过后， 会产生磁通，若磁通与N匝线圈相交链，则线圈的磁链：
i dq dt
当电流的大小、方向均不随时间变化时，称为直流电流 ，
即：
Iq t
2、电流的方向 • 正电荷运动的方向为电流的正方向。任意选定某一方向作
为电流的正方向，称为电流的参考方向。 • 当电流的实际方向与参考方向一致时，该电流为正值；当
电流的实际方向与参考方向相反时，该电流为负值，如图 1-1所示。
第一章 电路及基本元器件
➢ 知识要点 ➢ 电路及基本物理量 ➢ 电路中的基本元器件 ➢ 电压源和电流源 ➢ 基尔霍夫定律 ➢ 支路电流法 ➢ 电路中电位的计算
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知识要点
电路模型的概念 电流、电压的参考方向 功率、电位的计算 电路基本元件的特性 基尔霍夫定律及其应用
1.1 电路和电路模型
图1-1
二、电压和电动势
1、电压
电场力把单位正电荷从 a点移动到b点所做的功称为a
b两点间的电压，即：
U AB
dW dq
电压的实际方向是由高电位端指向低电位端。在实际 电路的分析计算中，也需要引入一个电压的参考方向。根据电 压的参考方向与数值的正负就可判断出电压的实际方向，如图 1-2所示。
2、电动势 电动势描述的是在电源中外力做功的能力，它
2、基尔霍夫电压定律（KVL） 基尔霍夫电压定律描述了电路中任一闭合回路中各部
分电压间的关系，其内容为：任一瞬间，电路的任一闭合 回路中，各段电压的代数和恒等于零回路的绕行方向， 并标出各支路或元件的电 流与电压参考方向。当回路中 各段电压的参考方向与绕行方向一致时该电压取正；与回
1kW的用电设备在1小时内消耗的电能。
t
W pdt t0
1.2 电路中的基本元器件
一、电阻元件
1、电阻和电导
电阻是反映元件对电流阻碍作用的参数，电阻元件
在电路中的主要特征是消耗电能。
电阻的倒数称为电导，电导表示了导体的导电能力，
用G来表示，即
G 1 R
电导的单位是西门子（S）。
2、伏安特性
在关联参考方向下，流过线性电阻元件的电流与电阻两 端的电压成正比，其表达式为：
八、集成电路
• 集成电路是采用半导体制作工艺，在一块较小的单晶硅片上 制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件，并按照多层 布线或隧道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。
• 集成电路按其功能、结构的不同，可以分为模拟集成电路和 数字集成电路两大类。
• 集成电路按集成度高低的不同可分为小规模集成电路(SSI)、 中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)和超大规模集
• 在理想电路元件中主要有理想电阻元件、理想电感元件、 理想电容元件、理想电源元件等。
• 由理想电路元件所组成的电路，就是实际电路的电路模 型。
常用理想电路元件图形符号
1.2 电路的基本物理量及其参考方向
一、电流
1、电流的大小：
电荷的定向移动就形成了电流，电流的 大小为单位
时间内通过某导体横截面的电荷量，即：
位与b点电位之差，即：
UAB=VA-VB
例：计算图1-23中各点的电位。
解：选e点为参考点，Ve=0，则 I=(6+4)/(2+3+4+1)=1A Va=Uae=－3×1+4=1V Vb=Vbe=1×(4+1)=5V Vc=Uce=1×1=1V
图1-23
在电子电路中，电源的一端通常是接地的，为 了作图简便，习惯上不画电源，而在电源的非接地端标 注其电位的数值。图1-24（a）、图1-24（b）是等价的。
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。
六、MOS型场效应晶体管
场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的电压 控制型器件，它的输入阻抗高且热稳定性好，并且还 有制造工艺简单等优点，现在已经在放大电路中得到 广泛应用。
图1-24 电源接地电路
感谢下 载
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： p ui
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
场效应晶体管分为结型（J型）和绝缘栅型（MOS
型）两大类。
MOS型场效晶体管的图形符号
七、晶闸管
晶闸管是一种可控的大功率半导体器件，具有 体积小、重量轻、耐压高、容量大、效率高、控制灵敏等 优点。
晶闸管的外部结构有三个电极：阳极A、阴极K 和控制极G（也称门极），晶闸管的图形符号如图1-10 所 示。