电工电子学(第三版)第1章PPT

价电子
硅原子
锗和硅的原子结构
单晶硅中的共价键结构
上页
下页
返回
第1章
在半导 体中，同 时存在着 电子导电 和空穴导 电。空穴 和自由电 子都称为 载流子。 它们成对 出现，成 对消失。
电子
复合
空穴 电子
电子
电子
电子
空穴
空穴
本征 激发
电子 电子 电子 电子
自由电子
在常温下自由电子和空穴的形成
上页
下页
返回
I3
12
0.8
+ US2
IS 30A
R12
I3 R3
8V
IS1
I3 R1 R3 R2
IS2 10A
I3
R 12 R12 + R 3
IS
20A
0.75A
上页
下页
返回
第1章 例1.3.3 用两种电源模型等效互换的方法求I1。 R2 R1 I1 R23 R1 I1
0.5 +
US1 10V R1 I1
第1章
1.2 电阻、电感和电容元件
1.2.1 电阻元件 1.2.2 电感元件 1.2.3 电容元件
上页
下页
返回
第1章
1.2.1
＋ u －
i R
电阻元件
电阻（R）：具有消耗电能特 性的元件。 2 u 2 u Ri, P ui Ri R t
W

2
Ri dt
2
t1
伏安特性：电阻元件上电压与电流间 的关系称为伏安特性。
3. 电流及其参考方向
▲电流参考方向标注形式： a b a b a b
i
iab
iba
• iab 表示参考方向由a指向b
• iba 表示参考方向由b指向a
4. 电位、电压及其参考方向
▲电压参考方向标注形式： a U ▲U ab表示a端为高电位端，b为低电位端
U ab U ba ▲某点a到参考点o的电压U ao 称为a点的电位，用Va表示 U ab Va Vb
上页 下页 返回
第1章
汽轮发电机和风 力发电机将机械能转 换成电能。
上页
下页
返回
第1章
负 载
电动机
手电钻
吸尘器
实际的负载包括电动机、 电动工具和家用电器等等。 上页 下页 返回
第1章
1.1.2.
电路元件和电路模型
S
+ –
电 路 模 型
E
I R
实 际 电 路
理想电路元件
实际电路元件
上页
下页
返回
第1章
上页 下页 返回
第1章
小结
1.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。 2.方程U=RI 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。 3.在解题前，一定先假定电压电流的“参考方向 ”，然 后再列方程求解。即 U、I为代数量，也有正负之分 。当参考方向与实际方向一致时为正，否则为负。 4.为方便列电路方程，习惯假设I与U 的参考方向一致 （关联参考方向）。 上页 下页 返回
上页 下页 返回
第1章
＋ u
i R
伏-安 特性曲线
i u
－ 当 R u 恒定不变时，称为线性电阻。
i
＋ u -
i
伏-安 特性曲线
i u
当电压与电流之间不是线性函数关系时， 称为非线性元件。
上页 下页 返回
第1章
几种常见的 电阻元件
普通金属 膜电阻
绕线 电阻 热敏 电阻
上页
下页
返回
第1章
1.2.2 电感元件
＋
u
－
C
du dq i= =C dt dt
电容元件的基本 伏—安关系式
du i=C dt
du dt =
电容元件在 直流电路中：
0
上页
i=0
C 相当于 开路!
下页 返回
第1章
几种常见的 电容器
电解电容器
普通电容器 电力电容器 上页 下页 返回
第1章
理想元件的伏安关系
（u与i参考方向一致）
R L C
+
U
U
U、I参考方向相反
R
b-
b+ 上页
P=–UI
下页 返回
第1章
P=UI
P U I
2）将U、I 的代数值代入式中
若计算的结果P > 0, 则说明U、I 的实际方 向一致，此部分电路吸收电功率（消耗能量） 负载 。 若计算结果P < 0, 则说明U、I 的实际方向 相反，此部分电路输出电功率（提供能量） 电源 。
第1章
1.1 电路和电路的基本物理量
1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 电路 电路元件和电路模型 电压、电流及其参考方向 电路功率
上页
下页
返回
第1章
1.1.1
电路
电路：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流的通路。
1.电路的作用
2.电路的组成
上页 下页 返回
第1章
1.电路的作用
负离子
少子
0.8
+
0.5 + US1 10V
R3
12
US2 8V
0.75 + US23
7.5V
R 23 R 2 // R 3 0.75
0.5
+ US1 R3 R2
IS2
U 23 R 23 I S 2 7.5V
10V
10A
I1
U S 1 U S 23 R1 + R 23
＋
＋ R0 U + US － －
R0 不消 耗能量
Is
R0 消耗 R0 U 能量
－ 上页 下页 返回
第1章
3） 电压源（恒压源）与电流源（恒流源）
之间不能互换。
+
US
–
Is
为什么?
上页
下页
返回
第1章 例1.3.2 用两种电源模型等效互换的方法求I3。 R1 R2
0.5
+ US1 10V R3
u R i u = Ri
u=L uL
di i d
d dt t
ddu u i = C i C ddt t
上页
下页
返回
第1章
1.3 独立电源元件
1.3.1 电压源和电流源 1.3.2 实际电源的模型 1.3.3 两种电源的等效互换
上页
下页
返回
第1章
1.3.1 电压源和电流源
1.电压源
外特性：输出电压与输出电流的关系。
等效互换 条件：
U = IR0· 0 R U s = I s· 0 R
R0 = R0
上页
= ( Is I ) · 0 R = Is · 0 I · 0 R R
下页 返回
第1章
电压源模型
I ＋ R0 U + US － － Is
电流源模型
I
＋
R0 U －
US Is = R 0 R0 = R0
电流源模型
N i


i
下页
返回
第1章
电感元件在 直流电路中
di dt
0
u 0
相当于一根 无阻导线 !
电感是一种储能元件 ，储存的磁场能量为
WL
上页
1 2
L i
2
下页
返回
第1章
几种常见的电感元件
陶瓷电感
带有磁心的电感 铁氧体电感 上页 下页 返回
第1章
1.2.3 电容元件
i
C
q u
电容：具有存储电场能量特性的元件。
上页 下页 返回
第1章 a + US1 10V R3 R1 0.5 I1
b I2
I3 12 d
R2 c 0.8 + US2
8V
解:(1) V a =U S 1 =10V
Vc=US2=8V Vb=R3I3=9V （2）U a b = R 1 I 1 = 1 V
Ubc=-R2I2=1V 图示电路，已知 I1=2A ， I2 = -1.25A ， （3）P S 1 =-U S 1 I 1 =-20W I3=0.75A 。试求：（1）Va 、Vb、Vc ； （2）Uab、Ubc PS2=-US2I2=10W ； （3）PS1、PS2 。 上页 下页 返回 [例1.1.2]
1.1.3 电压、电流及其参考方向
1.实际正方向和参考方向
▲实际正方向：物理中对电量规定的方向； ▲假设正方向（参考正方向）：在分析计算时，为
解决问题方便，对物理量任意假设的参考方向。
▲关联参考方向：某元件中电压、电流参考方向一
致，适合于电阻、电容、电感等负载元件；
▲非关联参考方向：某元件中电压、电流参考方向
＋ －
b
a
U ab
b
第1章 a
电流方向 ba,ab？
电压、电流实际方向： + a E2 I ＋ ＋ E R U ¯ ¯ E1 b b + 问题 在复杂电路中难于预先判断某段电路
中电流的实际方向，从而影响电路求解。
上页 下页 返回
第1章
解决方法:
在解题前先任意选定一个方向，称为参 考方向（或正方向）。依此参考方向，根据 电路定理、定律列电路方程，从而进行电路 分析计算。 由计算结果可确定U、I 的实际方向： 计算结果为正，实际方向与假设方向一致； 计算结果为负，实际方向与假设方向相反。
+
+
U
+
U R Is
a
IR0
I R
+
R0U
US –
b

电流源模型
b
电压源模型
U = U -IR
S
0
I = IS-IR0
---外特性方程
上页 下页 返回
--外特性方程
第1章 a R0
1.3.3 两种电源的等效互换
I
R 实际 电源 I
+
+
U
+
U R Is
a
IR0
I R
+
R0U
US –
b

-
b
U = UsI· 0 R
I
电压源模型
I ＋
＋ Is R0 U －
R0 U + US － －
上页
U S = Is · 0 R
R0 = R0
下页 返回
第1章
说明
1）电压源模型与电流源模型互换前后电流的 方向保持不变，即IS和Us方向一致。 2）所谓“等效”是指“对外电路”等效（即对 外电 路的伏－安特性一致），对于电源内部并不 I I 一定等效。例如，在电源开路时：
上页 下页 返回
第1章
[例1.1.1] 已知：U = 10 V, I = 1 A 。按图中 I 假设的正方向列式：P = UI a ＋ P =10 W (负载性质）
U －
b
若：U = 10 V, I = －1 A 则 P =－10 W （电源性质）
小结：
1 ) P 为“＋”表示该元件吸收功率； P 为“－ 则表示输出功率。 2）在同一电路中，电源产生的总功率和负 载消耗的总功率是平衡的。
不一致，适合于电源元件。
上页 下页 返回
第1章
2.基本物理量及其实际正方向
方向 单位 I（直流） A 、 mA 、μ A 正电荷移动的方向 电流 i（交流） 高电位流向低电位 U（直流） V 、 kV 、 mV 、 电位降的方向 电压 （高电位 低电位） u（交流） μ V 物理量 E（直流）V 、 kV 、 mV 、电源力驱动正电荷的方 电动势 向 （低电位 高电位） e（交流） μ V W 、 kW 、 mW (用电或供电) 功率 P 上页 下页 返回
电感：能够存储磁场能量的元件。 i

符号
L
L
N i


i
单位电流产生的磁链 单位：H, mH, H
上页 下页 返回
第1章
电感元件的基本关系式
+ u i i
eL +
eL
d dt
L
di dt
L
u eL L
di dt
di u=L dt
其中： L
电感元件的基本 伏—安关系式 上页
2A
上页
下页
返回
第1章
1.4 二极管
1.4.1 PN结及其单向导电性
1.4.2 二极管的特性和主要参数
1.4.3 二极管的电路模型 1.4.4 稳压二极管
上页 下页 返回
第1章
1.4.1 PN结及其单向导电特性
1.本征半导体
完全纯净 的具有晶体 结构的半导 体称为本征 半导体 。它 具有共价键 结构。
第1章
2. N型半导体和P型半导体
N型半导体
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。 结构图 原理图
磷原子 正离子 自由电子 多余价电子
电子
少子
正离子
P+ P
电子
多子
在N型半导体中，电子是多子，空穴是少子
上页
下页
返回
第1章
P型半导体
在硅或锗中
在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。
第1章
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
a I
+
U
R
P = UI
b-
如果假设方向不一致怎么办？ 问题： 功率有无正负？
上页 下页 返回
第1章
功率的计算
1)按所设参考方向列式
a
I R
+
U
a
I
U R
U、I参考方向一致
ba
b+ I a I R
P=UI
I
+ U _
RL
O
U
+ US _
I
Leabharlann Baidu
特 点 ：
1.端电压始终恒定，等于直流电压 US 。 2.输出电流是任意的，即随负载(外电路） 的改变而改变。
上页 下页 返回
第1章
2.电流源
I IS U
＋
外特性方程 IS RL
I
－
I = IS
O
U
U=IS.RL
特 点 2.端电压是任意的,即随负载不同而不同
上页 下页 返回
1.输出电流恒定不变
第1章 I R
Is
＋ U=? －
US
+
[例1.3.1] 已知：Is ，US ，R 问：I 等于 多少？U 又等于多少？
分析：IS 固定不变, US 固定不变。 所以： I = Is ,
U IR US
上页
下页
返回
第1章 a R0
1.3.2 实际电源的模型
I
R 实际 电源 I
发电机
升 压 降 压
电 力 系 统
变压器
放 大 器
变压器
电 灯 电 炉 电动机
扩 音 器
话筒
扬声器
电路的作用
实现电能的传输和转换 实现信号的传递和处理
上页 下页 返回
第1章
2.
实 际 电 路
电路组成
电路的组成：
电源、负载和导线、开关等。
上页
下页
返回
第1章
电 源
各种蓄电池和干 电池由化学能转换成 电能。