电子电工学

电工电子学第一章：电路的基本概念电路的组成：电源信号源：非电能到电能中间环节：连接电源和负载负载：电能到非电能电路的作用：电能的输送和转换信号的传递与处理电路系统的概念：系统是由若干互相关联的单元或设备组成，并具有一定功能的有机整体。系统中电源（或信号源）的作用称为激励。由激励引起的结果（如某个元件的电流、电压）称为响应。电路的基本物理量：电流：电荷在导体中有规则的定向移动形成电流，亦叫电流强度，称电流i。分类：直流电流I、交流电流i。实际方向：习惯上规定正电荷移动的方向为电流的实际方向。参考方向：任选某一方向为其参考方向，也叫其正方向。电压：电场力把电位正电荷从电路中的一点移到另外一点所作的功，为这两点之间的电压。分类：直流电压U、交流电压u。实际方向：规定由高电位端指向低电位端。参考方向：任选某一方向为其参考方向，也叫其正方向。关联参考方向：电流和电压的参考方向一致；非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致；电动势：概念：描述了电源中外力做功的能力，它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到正极所做的功。实际方向：在电源内部由负极指向正极。电功率：概念：描述电路元件中电能变换的速度，其值为单位时间内元件所吸收或输出的电能。（P=UI或P=dW/dT）若P0，表示该原件吸收功率（负载）若P0，表示该原件产生功率（电源）注意：欧姆定律仅适用于线性电阻电路。电容元件：C称为电容器的电容对线性电容元件有：q=Cu线性电容元件：库伏特性曲线在u－q平面上为通过原点的直线。电流电压关系：i=Cdu/dt电场能量：W=1/2Cu²单位：1F=10-6F1nF=10-9F1pF=10-12F电感元件：L称为电感器的电感对线性电感元件有：=Li线性电感元件：韦安特性曲线在i－平面上为通过原点的直线。单位：亨利（H）1H=10-6H1mH=10-3H由电磁感应定律可得，自感电动势为：e=—d/dt=—Ldi/dt端电压：u=Ldi/dt磁场能量：W=1/2Li²恒压源:恒压源两端的电压与流过电源的电流无关。恒压源输出电流的大小取决于所连接的外电路。恒流源:恒流源输出的电流与恒流源的端电压无关。恒流源的端电压取决于与恒流源相连接的外电路。额定值:电器设备的安全使用值，用UN、IN和PN表示。电位：电路中某点的相对参考点的电压。参考点：零电位点、0点、“地”电位与参考点的选择有关；两点间电压与参考点的选择无关.Uab=Ua-Ub基尔霍夫电流定律(KCL)定律内容：任何结点，在任一瞬间,I入=I出或（I=0），流入取正号，流出取负号。定律的依据：电荷守恒、电流的连续性。基尔霍夫电压定律(KVL)定律内容：在任一瞬间，沿任意闭合回路循行方向绕行一周，U升=U降或(U=0)，升取正号，降取负号。开口电路：假想的闭合回路。第二章：电路分析方法基尔霍夫定律的应用:支路电流法解题步骤：①确定支路数目（b），结点数目（n），网孔数目（m）。②由KCL列（n-1）个结点的电流方程。③由KVL列m个网孔回路的电压方程。注意：①图中含恒流源的支路时，可减少列方程数。②列回路方程时，要避开含恒流源的支路。叠加定理:定理内容：含有多个电源的线性电路中的电压或电流，等于各电源单独作用时，对应的电压或电流的代数和。不作用的电压源(Us=0)短路不作用的电流源(Is=0)开路注意：叠加原理只能用于电压或电流的计算，不能用来求功率。等效法：电阻的串联：各个电阻流过同一电流；等效电阻等于各个电阻之和；串联电阻各个电阻的分压与其阻值成正比；电阻的并联：各个电阻两端承受相同电压；等效电阻的倒数等于各个电阻倒数之和；并联电阻各个电阻的分流与其阻值成反比；理想电压源串联：uS=uSk（注意参考方向）理想电压源并联：电压相同的电压源才能并联，每个电源中的电流不确定。理想电流源串联：电流相同的电流源才能串联，每个电流源电压不能确定。理想电流源并联：uIs=Isk（注意参考方向）注意：理想电压源与任何一条支路并联后，其等效电源仍为电压源(并联的支路可视为开路,在化简电路时可去掉)；理想电流源与任何一条支路串联后，其等效电源仍为电流源(串联的元件可视为短路,在化简电路时可看成导线)；等效电源定理：戴维南定理：任何一个线性有源二端口网络，对外电路来说，可以用一个电动势为E、内阻为R0的等效电压源来代替；其中电压源的电动势等于端口开路电压Uoc，内阻等于端口中所有独立电源置零后两端之间的等效电阻。（变成一个电压源串联一个电阻）解题步骤：第一步：求开路电压U0第二步：求等效电源的内阻R0第三步：求未知电流I诺顿定理：任何一个线性有源二端口网络，对外电路来说，可以用一个电流为IS、内阻为R0的等效电流源来代替；其中电流源的电流为有源二端网络的短路电流IS，内阻等于端口中所有独立电源置零两端之间的等效电阻。（变成一个电流源并联一个电阻）第三章：交流电路正弦交流电的基本概念:正弦量的三要素：Um、Im正弦量的幅值或最大值ω正弦量的角频率Ψu、Ψi正弦量的初相位有效值公式：注意：交流电压表、电流表测出的为有效值交流电器的额定电压、额定电流为有效值交流电路分析计算用有效值交流电器的耐压要用最大值)sin(umtUu)sin(imtIi2mII2mUU2mEE周期、频率及角频率：周期T：正弦量变化一周所需的时间频率f：正弦量单位时间内变化的周数角频率ω：正弦量单位时间内经历的电角度三者之间的关系：相位（ωt+ψ）：确定正弦量瞬时值的电角度，与时间t有关。初相位（ψ）：t=0的相位；确定正弦量初始值的电角度，与计时起点有关。相位差（φ）：两个同频率正弦量的相位之差：注意：相位差与计时起点无关同频率正弦量叠加后，仍为同频率正弦量三角式：指数式：极坐标式：代数式：模：辐角：U—表示正弦量的有效值或幅值ψ—表示正弦量的初相位加、减运算：乘法运算：除法运算：周数时间T时间周数ftTf1fT2212UU)()()()(2121221121bbjaajbajbaUUUUUUUUUUU)(212122112121UUU21UUUUUUUU)(2121221121；21UUU21)sin(cosjUU22baUabarctanjUeUjbaU电阻电路：基本关系：电压与电流的关系：电功率：瞬时功率p：平均功率（有功功率）P：电感电路：基本关系：电压与电流的关系：感抗：（反映了电感对电流的反抗作用）1：电感通直阻交2：电感通低频阻高频电功率：瞬时功率p：P0储存磁场能量P0泄放磁场能量平均功率（有功功率）P：电感不消耗电能，电感为储能元件电容电路:基本关系：电压与电流的关系:有效值关系：容抗：（反映了电容对电流的反抗作用）dtdiLutUusin2tItRURuisin2sin2)2cos1(sin2sin2sin22tUItUItItUuipRURIUIP22Rui)90sin(2sin2tUutIifLLXL2；LIXUiu2tUIttUItUtIuip2sincossin2cos2sin2010dtpTPTdtduCi)90sin(2sin2tIitUuLXILIUfCCXC2111：电容隔直通交2：电容通高频阻低频电功率:瞬时功率p：P0储存电场能量P0泄放电场能量平均功率（有功功率）P：电容不消耗电能，电容为储能元件单一参数正弦交流电路小结:R-L-C串联交流电路:电流、电压的关系:电路电压、电流关系解析式有效值相量图相量式电功率RiuiRutUusin2tIisin2IRURIUUIu、i同相LiudtdiLuiudtduCitIisin2)90sin(2tUutIisin2)90sin(2tUuLXIXULLCXIXUCC1UIu超前i90°UIu滞后i90°IjXULIjXUC基本关系耗能元件储能元件储能元件；CIXUiu2tUIttUItItUiup2sincossin2cos2sin2010dtpTPTCLRuuuu)90sin()1(2)90sin()(2sin2tCItLItIRutIisin2相量方程式：复数形式的欧姆定律:Z：复数阻抗:实部为阻;虚部为抗Z和总电流、总电压的关系:Z和电路性质的关系:R、L、C串联电路中的功率计算:瞬时功率:平均功率P（有功功率）:平均功率P与总电压U、总电流I间的关系：无功功率Q：视在功率S：电路中总电压与总电流有效值的乘积。功率三角形：0IICLRUUUUCLCLXXRIXIXIRIUjjjZIUCLXXRZj)(iuiuIUZIUIUZIUZiuRXXCLiu1tanRXXXXRZCLCL122tan)(CLRpppiupRIIUPtpppTtpTPRRTCLRT200d)(1d1cosUIPsinIUIUUIUIUQQQCLCLCL）（）（UIS有功功率：无功功率：视在功率：阻抗的串联与并联：阻抗的串联：阻抗的串联：交流电路的功率因数：对电源利用程度的衡量。的意义：电压与电流的相位差，阻抗的幅角。：由负载性质决定。与电路的参数和频率有关，与电路的电压、电流无关。提高功率因数的措施:1：并电容：设原电路的功率因数为cosL，要求补偿到cos须并联多大电容？（设U、P为已知）三相交流电路：三相电动势瞬时表示式:对称三相电动势:频率相同;幅值相等;相位互差120。对称三相电动势的瞬时值之和为0。三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。sinUIQcosUIPUISQSP21ZZZZUIUZZZU21222121ZUZUIII2121ZZZZZIZZZI2112coscossincossincosUPUPCULL)(2tgtgUPCL)sin(m1202tEetEesinm1)sin(m1203tEe0321eee即：0321EEE或相电压：端线与中性线间（发电机每相绕组）的电压线电压：端线与端线间的电压负载的相电压：每相负载两端的电压＝电源相电压。负载端的线电压：负载一侧端线之间的电压＝电源线电压。线电压超前相应的相电压30º线电流＝相电流Il=Ip中线电流：负载对称时，线电流也对称。负载对称时,中线无电流,可省掉中线。中线的作用：对称负载：中线电流为0，可去掉中线。不对称负载：中线电流不为0，中线不可去掉，要为电流提供通路。更重要的是要保证每相负载两端的电压等于电源的相电压。第四章：分立元件放大电路半导体导电性能的特点:热敏性:温度升高导电能力增强；光敏性:光照增强导电能力增强；掺杂后导电能力剧增。本征半导体：完全纯净、具有晶体结构的半导体。本征半导体的导电性能:(1)在绝对0度和没有外界影响时,共价键中的价电子被束缚很紧,本征半导体中无载流子的存在,具有绝缘体的性能。(2)在常温下（温度升高）使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴---本征激发.本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。杂质半导体：掺入有用杂质的半导体。N型半导体：掺入五价元素掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度