電路與電子技術

《高等院校計算機系列教材.電路與電子技術》是根據國家教委高教司制定的電子技術課程教學基本要求，並結合作者多年來的教學經驗而編寫的專業技術基礎課教材。全書共分上、下兩篇。上篇為電路基礎，內容包括電路的基本概念和基本定律、直流線性電阻電路的分析、單相正弦交流電路、三相正弦交流電路和電路的暫態分析等。下篇為模擬電子技術基礎，內容包括半導體器件基礎、放大電路基礎、集成運算放大電路和半導體直流穩壓電源等。

全書內容簡明，力求體現計算機、電子信息類專業等對電路和電子技術理論知識的要求，在保證基本概念和基本理論講授的同時，突出知識的新穎性和實用性，注重對學生各方面能力的培養和綜合素質的提高。

《高等院校計算機系列教材?電路與電子技術》可作為普通高等院校計算機、電子信息類專業本、專科教材，也可作為自學考試和各類成人教育、有關工程技術人員的參考用書。 ^[1] 

第一篇 電路基礎

第1章 電路的基本概念和基本定律

1.1 電路和電路模型

電流流過的迴路叫做電路，又稱導電迴路。最簡單的電路，是由電源、負載、導線、開關等元器件組成。電路導通叫做通路。只有通路，電路中才有電流通過。電路某一處斷開叫做斷路或者開路。如果電路中電源正負極間沒有負載而是直接接通叫做短路，這種情況是決不允許的。另有一種短路是指某個元件的兩端直接接通，此時電流從直接接通處流經而不會經過該元件，這種情況叫做該元件短路。開路（或斷路）是允許的，而第一種短路決不允許，因為電源的短路會導致電源、用電器、電流表被燒壞。

電路（英語：Electrical circuit）或稱電子迴路，是由電器設備和元器件, 按一定方式連接起來，為電荷流通提供了路徑的總體，也叫電子線路或稱電氣迴路，簡稱網絡或迴路。如電源、電阻、電容、電感、二極管、三極管、晶體管、IC和電鍵等，構成的網絡、硬件。負電荷可以在其中流動。

電路模型是實際電路抽象而成，它近似地反映實際電路的電氣特性。電路模型由一些理想電路元件用理想導線連接而成。用不同特性的電路元件按照不同的方式連接就構成不同特性的電路。

電路模型近似地描述實際電路的電氣特性。根據實際電路的不同工作條件以及對模型精確度的不同要求，應當用不同的電路模型模擬同一實際電路。

這種抽象的電路模型中的元件均為理想元件。

1.1.1 實際電路及其基本功能

1.1.2 理想電路元件和電路模型

1.2 電路的基本物理量

1.2.1 電流

電流，是指電荷的定向移動。電源的電動勢形成了電壓，繼而產生了電場力，在電場力的作用下，處於電場內的電荷發生定向移動，形成了電流。電流的大小稱為電流強度（簡稱電流，符號為I），是指單位時間內通過導線某一截面的電荷量，每秒通過1庫侖的電量稱為1「安培」（A）。安培是國際單位制中所有電性的基本單位。 除了A，常用的單位有毫安（mA）、微安(μA) 。1A=1000mA=1000000μA電學上規定：正電荷流動的方向為電流方向。電流微觀表達式I=nesv,n為單位時間內通過導體橫截面的電荷數，e為電子的電荷量，s為導體橫截面積，v為電荷速度。

1.2.2 電壓

電壓，也稱作電勢差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場中由於電勢不同所產生的能量差的物理量。其大小等於單位 正電荷因受電場力作用從A點移動到B點所作的功，電壓的方向規定為從高電位指向低電位的方向。電壓的國際單位制為伏特(V)，常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(μV)、千伏(kV)等。此概念與水位高低所造成的“水壓”相似。需要指出的是，“電壓”一詞一般只用於電路當中，“電勢差”和“電位差”則普遍應用於一切電現象當中。

1.2.3 電動勢

電動勢（electromotive force (emf)）是一個表徵電源特徵的物理量。定義電源的電動勢是電源將其它形式的能轉化為電能的本領，在數值上，等於非靜電力將單位正電荷從電源的負極通過電源內部移送到正極時所做的功。它是能夠克服導體電阻對電流的阻力，使電荷在閉合的導體迴路中流動的一種作用。常用符號E（有時也可用ε）表示，單位是伏（V）。

1.3 電阻、電感和電容元件

1.3.1 電阻元件

1.3.2 電感元件

1.3.3 電容元件

1.4 電路的三種狀態

1.4.1 有載工作狀態

1.4.2 短路狀態

1.4.3 開路狀態

1.5 電功率

作為表示電流做功快慢的物理量，一個用電器功率的大小數值上等於它在1秒內所消耗的電能。如果在"t"（SI單位為s）這麼長的時間內消耗的電能“W”（SI單位為J），那麼這個用電器的電功率就是P=W/t（定義式）電功率等於導體兩端電壓與通過導體電流的乘積。

（P=U·I）。對於純電阻電路，計算電功率還可以用公式P=I^2 R和P=U^2 /R。

每個用電器都有一個正常工作的電壓值叫額定電壓，用電器在額定電壓

下正常工作的功率叫做額定功率，用電器在實際電壓下工作的功率叫做實際功率。

① W—電能—焦耳（J） ② 1kw·h=3.6×10^6J

t —時間—秒(s) t=1小時（h）=3600秒(s)

P—用電器的功率—瓦特（W） P=1kw=1000w

(兩套單位，根據不同需要，選擇合適的單位進行計算)

W—能量表示符號。

W—瓦，功率單位　電功率(簡稱功率)所表示的物理意義是電路元件或設備在單位時間內吸收或發出的電能。兩端電壓為U、通過電流為I的任意二端元件(可推廣到一般二端網絡)的功率大小為P = UI功率的國際單位制單位為瓦特(W)，常用的單位還有毫瓦(mW)、千瓦(kW)，它們與W的換算關係是：1 W = 1000 mW；1kw=1000W

吸收或發出：一個電路最終的目的是電源將一定的電功率傳送給負載，負載將電能轉換成工作所需要的一定形式的能量。即電路中存在發出功率的器件(供能元件)和吸收功率的器件(耗能元件)。習慣上，通常把耗能元件吸收的功率寫成正數，把供能元件發出的功率寫成負數，而儲能元件(如理想電容、電感元件)既不吸收功率也不發出功率，即其功率P = 0。通常所説的功率P又叫做有功功率或平均功率

1.6 基爾霍夫定律

基爾霍夫定律Kirchhoff laws是電路中電壓和電流所遵循的基本規律，是分析和計算較為複雜電路的基礎，1845年由德國物理學家G.R.基爾霍夫（Gustav Robert Kirchhoff，1824～1887）提出。它既可以用於直流電路的分析，也可以用於交流電路的分析，還可以用於含有電子元件的非線性電路的分析。運用基爾霍夫定律進行電路分析時，僅與電路的連接方式有關，而與構成該電路的元器件具有什麼樣的性質無關。基爾霍夫定律包括電流定律（KCL）電壓定律(KVL)，前者應用於電路中的節點而後者應用於電路中的迴路。

1.6.1 基爾霍夫電流定律（KCL）

1.6.2 基爾霍夫電壓定律（KVL）

1.7 電阻的連接

1.7.1 等效網絡的概念

1.7.2 電阻的串聯

1.7.3 電阻的並聯

1.7.4 電阻的混聯

1.8 電壓源、電流源及其等效變換

1.8.1 電壓源

1.8.2 電流源

1.8.3 電壓源與電流源的等效變換

1.9 受控電源

本章小結

習題1

第2章 直流線性電阻電路的分析

2.1 支路電流法

2.2 疊加定理

2.3 戴維南定理

2.4 最大功率傳輸條件

本章小結

習題2

第3章 單相正弦交流電路

3.1 正弦交流電的基本概念

3.1.1 正弦量及其瞬時值

3.1.2 正弦交流電的三要素

3.1.3 相位差

3.1.4 正弦量的有效值

3.2 正弦量的相量表示法

3.2.1 複數的表達形式

3.2.2 正弦量的相量表示

3.3 單一參數的正弦交流電路

3.3.1 正弦交流電路中的電阻元件

3.3.2 正弦交流電路中的電感元件

3.3.3 正弦交流電路中的電容元件

3.4 RLC串聯交流電路

3.4.1 復阻抗的概念

3.4.2 RLC串聯電路及分析

3.5 復阻抗的串聯和並聯

3.5.1 復阻抗的串聯

3.5.2 復阻抗的並聯

3.6 正弦交流電路的功率及功率因數

3.6.1 瞬時功率和平均功率

3.6.2 視在功率和無功功率

3.6.3 功率因數

3.7 電路的諧振

3.7.1 串聯諧振

3.7.2 並聯諧振

本章小結

習題3

第4章 三相正弦交流電路

4.1 三相電源

4.1.1 三相發電機的結構原理

4.1.2 三相電源電壓

4.1.3 三相電源的連接方式

4.2 三相負載的連接

4.2.1 三相負載的星形連接

4.2.2 三相負載的三角形連接

4.3 三相電路的功率

本章小結

習題4

第5章 電路的暫態分析

5.1 換路定則及暫態過程初始值的確定

5.1.1 基本概念

5.1.2 換路定則

5.1.3 電壓、電流初始值的確定

5.2 一階電路的零輸入響應

5.2.1 RC電路的零輸入響應

5.2.2 RL電路的零輸入響應

5.3 一階電路的零狀態響應

5.3.1 RC電路的零狀態響應

5.3.2 RL電路的零狀態響應

5.4 一階電路的全響應

5.4.1 一階電路的全響應

5.4.2 求解一階電路的三要素法

5.5 微分電路和積分電路

5.5.1 微分電路

5.5.2 積分電路

本章小結

習題5

第二篇 模擬電子技術基礎

第6章 半導體器件基礎

6.1 半導體的基礎知識

6.1.1 本徵半導體

6.1.2 雜質半導體

6.1.3 PN結的形成及單向導電性

6.2 晶體二極管

6.2.1 二極管的分類

6.2.2 二極管的伏安特性

6.2.3 二極管的主要參數

6.2.4 穩壓二極管

6.3 晶體三極管

6.3.1 基本結構及符號

6.3.2 電流放大原理

6.3.3 共射輸入輸出特性曲線

6.3.4 主要參數

6.4 場效應管

6.4.1 結型場效應管

6.4.2 絕緣柵型場效應管

6.4.3 場效應管的主要參數及注意事項

6.4.4 場效應管和三極管的比較

本章小結

習題6

第7章 放大電路基礎

7.1 放大電路的組成及工作原理

7.1.1 放大電路的基本組成

7.1.2 直流通路與交流通路

7.1.3 靜態工作點的估算

7.1.4 單管共射放大電路的工作原理

7.2 放大電路的基本分析方法

7.2.1 圖解法

7.2.2 微變等效電路法

7.3 放大電路靜態工作點的穩定

7.3.1 温度對放大電路靜態工作點的影響

7.3.2 分壓式偏置電路

7.4 放大電路的三種組態及其比較

7.4.1 共集電極電路——射極輸出器

7.4.2 共基極放大電路

7.4.3 三種基本組態的比較

7.5 多級放大電路

7.5.1 耦合方式

7.5.2 多級放大電路的分析

7.6 差動式放大電路

7.6.1 電路的基本結構及輸入輸出方式

7.6.2 基本差動式放大電路的工作原理

7.6.3 帶射極公共電阻的差動放大電路及其分析

7.6.4 共模抑制比

7.6.5 帶恆流源的差動放大電路

7.6.6 差動式放大電路四種輸入輸出方式的比較

本章小結

習題7

第8章 集成運算放大電路

8.1 集成電路概述

8.1.1 集成電路及其發展

8.1.2 集成電路的特點

8.1.3 集成電路的分類

8.2 理想運算放大器

8.2.1 集成運算放大器簡介

8.2.2 理想運算放大器的主要性能指標

8.2.3 理想運算放大器的兩個重要概念

8.3 放大電路中的負反饋

8.3.1 反饋的基本概念

8.3.2 反饋類型的判斷

8.3.3 負反饋對放大電路性能的影響

8.4 基本運算電路

8.4.1 比例運算電路

8.4.2 加法運算電路

8.4.3 減法運算電路

8.4.4 積分和微分運算電路

8.5 電壓比較器

8.5.1 基本電壓比較器

8.5.2 滯回電壓比較器

8.6 正弦波振盪電路

8.6.1 產生正弦波振盪的條件

8.6.2 RC正弦波振盪電路

8.6.3 LC正弦波振盪電路

8.6.4 石英晶體振盪電路

本章小結

習題8

第9章 半導體直流穩壓電源

9.1 二極管整流電路

9.1.1 單相半波整流電路

9.1.2 單相橋式整流電路

9.2 濾波電路

9.2.1 電容濾波電路

9.2.2 電感濾波電路

9.2.3 複式濾波電路

9.3 穩壓電路

9.3.1 硅穩壓管穩壓電路

9.3.2 晶體管串聯型穩壓電路

9.3.3 三端集成穩壓器

本章小結

習題9

參考文獻