(1)电路电磁学基础

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1、附录1电路的电磁学知识基础电路是将合适的元器件按一定方式连接起來的整体，用它实现各种各样的功能。不论是用于实现电能的传输和转换的“强电”电路，还是用于进行电信号的传递和处理的“弱电”电路，其基本特征是控制和利用电流。电路的具体形式多种多样，不论电路多大，组成电路的基本单元的种类却不多，包括无源元件电阻、电容、电感，半导体器件如二极管、双极型晶体三极管、场效应管等。在“电路”(理论或技术基础)这个专门学科中，对电路进行的是“模型化”分析，物理学对元器件特性千辛万苦的研究成果，到了这里只成了一些数学描述的模型。虽然在对电子技术入门的阶段，

2、不深入理解器件特性的物理原理，对于理解电路的工作原理不会造成严重困难，但是基本的物理基础还是很必要的。理解电路元器件工作特性的基础是电磁学和物质结构的基本知识。这里将与电路有关的物理基础知识集中地概述一下，为学习电子电路铺好台阶。从物理的角度将这些内容集中起來讲，思路有连贯性，可能容易接受一些。今后在讨论电路分析课题时，可以按模型化的思路展开，不与元器件的物理问题交叉，使逻辑性更强。一开头就讲这些内容，也表明了电路技术学科与物理科学基础的依赖关系。这里只是提纲挈领地将基本概念和结论罗列出來，详细的讲解是基础物理课程的内容，这些内容在电

3、路方面的应用，正是本课程要讲解的，随着课程的展开，理解才会不断加深。知识需要融会贯通。1.电荷早在公元前六百年，人们发现“磨擦起电”的现象。用塑料梳子梳头，可能看见头发飞扬，这就是起电的缘故。人们认为这个过程使物体“带电”，一种物体带正电荷，另外一种带负电荷，同性相斥，异性相吸。带电体所带电荷的数量叫做电量。电量的单位叫做库［仑］,记号是Co现代科学认识到物质由原子组成，原子核带正电，围绕它们运动的电子带负电。任何带电体的电量只能是最小的不可分的的整数倍。电荷的基本单元就是电子所带电荷的绝对值，叫做电子电荷，其量值用e表示。根据精确测

4、量的结果，e=1.60210Xi0-19(C)o2.电流电荷移动就形成电流。形成电流的带电粒子统称为载流子。习惯上规定正电荷移动的方向为电流的方向。金属导体中移动的电荷是电子，电子移动的方向与电流方向是相反的。单位时间里通过导线某一横截面的电量，叫做通过该截面的电流。或者说，某一体积内电荷量q对时间t的变化率称为电流，记作I,即2鲁•电流的单位是安［培］(A)o3.导体•绝缘体•半导体电荷在其中“能自由运动”的物体称为导体。金属是导体的代表。电荷在其中“不能自由运动”的物体称为绝缘体。绝缘体可以挡住电流。将电荷放到绝缘体上，电荷不会跑

5、掉，就是说，绝缘体能存储电荷。导电能力居于导体和绝缘体之间的物体是半导体。4.电势•电位•电压物体在离地面高的地方会自由地向低的地方落下，用力学的术语说，物体在重力场屮由势能高的地方向低的地方运动，要将物体由势能低的地方移动到势能高的地方，就需要外力对物体做功(例如人用力举物体)。类似地，正电荷在电场中也由电势能高的地方向低的地方移动。在电磁学的术语中，说正电荷由电势(电路理论中常叫电位)高的地方向电位低的地方移动。静电场中任意两点Z间的电位差等于沿任意途径将单位正电荷由一点移动到另一点时,电场力作的功。当选一点做参考点，取此点的电位

6、为零，任何点与参考点ZI'可电位差称为该点的电位。电位的单位为伏［特］(V)。任意两点之间的电位差称为电压。5.电功率电压卩是电场力驱使单位电荷移动所做的功，电流/是单位时间移动的电荷量Q,电压卩和电流/的乘积就是电场力单位时间移动电荷Q所做的总功。电在单位时间里做的功称为电功率，常记为R单位是瓦［特］(W)。P=IV.将电池与灯泡用导线连接起来就成为电路，如图1.1.1所示。其屮的作用是，在电池电动势的驱动下，正电荷由电池的正极向负极移动，形成电流厶电流在导线中无损失地流动，但在灯泡两端a、b之间造成电压忆灯泡的作用是发光。灯泡能将

7、电能变成光能，是一种“换能器”。就电路而言，灯泡的作用就是消耗电能而做功。在分析电路吋，不以电路的实体为讨论的对象，而是用抽象的模型，并用一些约定俗成的记号表示元件。在目前电路中，电池是“电源”，灯泡是“电阻”，它们用“导线”连接起来。如图1.1.2所示，电路由三个基本部分组成：电源，负载，导线。灯泡a导线电源0电阻图1.1.1电路的简单例子图1.1.2电路的基本组成在电路中常选一点当作参考点，取此点的电位为零，且用“地”的记号。其它任何点与它之间的电压称为电位。如在图1.1.2中取电池的负极做参考点“0”，那么b点电位14=0,a点

8、电位14=V,a点和b点Z间的电压是血二％-%二Vo图屮用“+”标记高电位端，用“-”标记低电位端，习惯上，电压是指电位降。现在情况下，数值上电压等于电池的电动势E。7.电压源•电动势•电源的端电压要将正电荷由电位低的地