第一篇电路分析基础

第1章电路的基本概念和基本定律

1．1电路模型与电路基本物理量

1．1．1电路

电流流过的回路叫做电路，又称导电回路。最简单的电路，是由电源、负载、导线、开关等元器件组成。电路导通叫做通路。只有通路，电路中才有电流通过。电路某一处断开叫做断路或者开路。如果电路中电源正负极间没有负载而是直接接通叫做短路，这种情况是决不允许的。另有一种短路是指某个元件的两端直接接通，此时电流从直接接通处流经而不会经过该元件，这种情况叫做该元件短路。开路（或断路）是允许的，而第一种短路决不允许，因为电源的短路会导致电源、用电器、电流表被烧坏。

电路（英语：Electrical circuit）或称电子回路，是由电器设备和元器件, 按一定方式连接起来，为电荷流通提供了路径的总体，也叫电子线路或称电气回路，简称网络或回路。如电源、电阻、电容、电感、二极管、三极管、晶体管、IC和电键等，构成的网络、硬件。负电荷可以在其中流动。

1．1．2电路的状态

1．1．3电路模型

电路模型是实际电路抽象而成，它近似地反映实际电路的电气特性。电路模型由一些理想电路元件用理想导线连接而成。用不同特性的电路元件按照不同的方式连接就构成不同特性的电路。

电路模型近似地描述实际电路的电气特性。根据实际电路的不同工作条件以及对模型精确度的不同要求，应当用不同的电路模型模拟同一实际电路。

1．1．4电路的基本物理量

1．2欧姆定律与线性电阻电路分析

1．2．1电阻元件

电阻（Resistance，通常用“R”表示），在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体，电阻一般不同，电阻是导体本身的一种特性。电阻将会导致电子流通量的变化，电阻越小，电子流通量越大，反之亦然

1．2．2欧姆定律

在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比，这就是欧姆定律，基本公式是I=U/R。欧姆定律由乔治·西蒙·欧姆提出，为了纪念他对电磁学的贡献，物理学界将电阻的单位命名为欧姆，以符号Ω表示。

1．2．3电阻的串联和并联

1．3有源电路等效变换与基尔霍夫定律

1．3．1电源模型

1．3．2基尔霍夫定律

基尔霍夫定律Kirchhoff laws是电路中电压和电流所遵循的基本规律，是分析和计算较为复杂电路的基础，1845年由德国物理学家G.R.基尔霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824～1887）提出。它既可以用于直流电路的分析，也可以用于交流电路的分析，还可以用于含有电子元件的非线性电路的分析。运用基尔霍夫定律进行电路分析时，仅与电路的连接方式有关，而与构成该电路的元器件具有什么样的性质无关。基尔霍夫定律包括电流定律（KCL)和电压定律(KVL)，前者应用于电路中的节点而后者应用于电路中的回路

1．4叠加定理

1．4．1叠加定理的特性

叠加定理陈述为：由全部独立电源在线性电阻电路中产生的任一电压或电流，等于每一个独立电源单独作用所产生的相应电压或电流的代数和。

在线性电路中，任一支路的电流（或电压）可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流（或电压）的代数和（叠加）。

线性电路的这种叠加性称为叠加定理。

也就是说，只要电路存在惟一解，线性电阻电路中的任一结点电压、支路电压或支路电流均可表示为以下形式：

y=H1us1 H2us2 …Hmusm K1is1 K2is2 … Knisn

式中uSk(k=1,2,…,m)表示电路中独立电压源的电压；

iSk(k=1,2,…,n)表示电路中独立电流源的电流。

Hk(k=1,2,…,m)和Kk(k=1,2,…,n)是常量，它们取决于电路的参数和输出变量的选择，而与独立电源无关。

在使用叠加定理分析计算电路应注意以下几点：

（1） 叠加定理只能用于计算线性电路（即电路中的元件均为线性元件）的支路电流或电压（不能直接进行功率的叠加计算，因为功率与电压或电流是平方关系,而不是线性关系。）；

（2） 电压源不作用时应视为短路，电流源不作用时应视为开路；电路中的所有线性元件（包括电阻、电感和电容）都不予更动，受控源则保留在各分电路中；

（3） 叠加时要注意电流或电压的参考方向，正确选取各分量的正负号

1．4．2叠加定理相关知识

1．5戴维南定理

1．5．1戴维南电路模型

戴维南定理（又译为戴维宁定理）又称等效电压源定律，是由法国科学家L·C·戴维南于1883年提出的一个电学定理。由于早在1853年，亥姆霍兹也提出过本定理，所以又称亥姆霍兹-戴维南定理。其内容是：一个含有独立电压源、独立电流源及电阻的线性网络的两端，就其外部型态而言，在电性上可以用一个独立电压源V和一个松弛二端网络的串联电阻组合来等效。在单频交流系统中，此定理不仅只适用于电阻，也适用于广义的阻抗。

对于含独立源，线性电阻和线性受控源的单口网络（二端网络），都可以用一个电压源与电阻相串联的单口网络（二端网络）来等效，这个电压源的电压，就是此单口网络（二端网络）的开路电压，这个串联电阻就是从此单口网络（二端网络）两端看进去，当网络内部所有独立源均置零以后的等效电阻。

uoc 称为开路电压。Ro称为戴维南等效电阻。在电子电路中，当单口网络视为电源时，常称此电阻为输出电阻，常用Ro表示；当单口网络视为负载时，则称之为输入电阻，并常用Ri表示。电压源uoc和电阻Ro的串联单口网络，常称为戴维南等效电路。

当单口网络的端口电压和电流采用关联参考方向时，其端口电压电流关系方程可表为：U=R0i uoc

1．5．2戴维南定理

戴维南定理（Thevenin's theorem）：含独立电源的线性电阻单口网络N，就端口特性而言，可以等效为一个电压源和电阻串联的单口网络。电压源的电压等于单口网络在负载开路时的电压uoc；电阻R0是单口网络内全部独立电源为零值时所得单口网络N0的等效电阻。

1．6电路基础Multisim 10仿真实例

小结

习题

第2章正弦交流电路

2．1正弦交流电路的基本概念

2．1．1正弦交流电路的参考方向及基本数学模型

2．1．2正弦交流电的三要素法

2．1．3相位差

2．1．4交流电的有效值

2．2正弦交流电的相量表示法

2．2．1复数及其表示形式

2．2．2正弦交流电的相量形式

2．3正弦交流电路中R、L、C元件规律

2．3．1电阻元件R

2．3．2电感元件L

2．3．3电容元件C

2．4R、L、C元件串联交流电路及串联谐振

2．4．1RLC串联交流电路的物理参数

2．4．2RLC串联电路特性的判定

2．4．3RLC串联电路中的功率计算

2．4．4RLC串联电路的谐振

2．5正弦交流电路Multisim 10仿真实例

小结

习题

第二篇模拟电子技术

第3章常用半导体器件

3．1半导体二极管

二极管又称晶体二极管,简称二极管(diode)，另外，还有早期的真空电子二极管；它是一种具有单向传导电流的电子器件。在半导体二极管内部有一个PN结两个引线端子，这种电子器件按照外加电压的方向，具备单向电流的转导性。一般来讲，晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面。在其界面的两侧形成空间电荷层，构成自建电场。当外加电压等于零时，由于p-n 结两边载流子的浓度差引起扩散电流和由自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态，这也是常态下的二极管特性。

3．1．1半导体基础知识

3．1．2半导体二极管

3．1．3特殊用途的二极管

3．2半导体三极管

半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结，组成一个PNP（或NPN）结构。中间的N区（或P区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极B、发射极E和集电极C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。

3．2．1半导体三极管的基本知识

3．2．2三极管伏安特性曲线

3．3场效应管

3．3．1绝缘栅型场效应管

3．3．2结型场效应管(JFET)

3．3．3场效应管的主要参数及使用注意事项

3．4半导体器件Multisim 10仿真实例

小结

习题

第4章放大电路基础

4．1放大电路的组成及工作原理

4．1．1放大电路的基本概念

4．1．2放大电路的组成原理

4．2静态工作点的稳定与分压式偏置电路

4．2．1影响静态工作点稳定的因素及改进方法

4．2．2分压式偏置电路

4．2．3静态工作点的计算

4．3共集电极电路——射极输出器

4．3．1电路组成

……

第三篇数字电子技术

附录

参考文献