電路分析與電子電路基礎(chǔ)電路復(fù)習(xí)(北郵計算機(jī)).演示教學(xué)

1、第一章第一章 電路模型與基爾霍夫定律電路模型與基爾霍夫定律第二章第二章 電阻電路的基本分析方法與定理電阻電路的基本分析方法與定理第三章第三章 動態(tài)電路的時域分析動態(tài)電路的時域分析第四章第四章 正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析第五章第五章 基本半導(dǎo)體器件基本半導(dǎo)體器件第六章第六章 基本放大基本放大(fngd)電路電路第七章第七章 集成運算放大集成運算放大(fngd)電路電路第八章第八章 負(fù)反饋放大負(fù)反饋放大(fngd)電路電路第九章第九章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源第十章第十章 波形產(chǎn)生與整形電路波形產(chǎn)生與整形電路X電路(dinl)與電子學(xué)基礎(chǔ)第一頁，共49頁。1-1 電路電路(dinl)與電

2、路與電路(dinl)模型模型1-2 電路分析中的基本變量電路分析中的基本變量 1、電流、電壓、電流、電壓(diny)及它們的參考方向及它們的參考方向 2、關(guān)聯(lián)參考方向、關(guān)聯(lián)參考方向 3、功率、功率X1-3 基爾霍夫定律基爾霍夫定律(dngl) 1、KCL（節(jié)點或封閉面）（節(jié)點或封閉面） 2、KVL1-4 直流電路的基本元件直流電路的基本元件 電阻、電阻、獨立源（理想、實際）、受控源獨立源（理想、實際）、受控源第一章第一章 電路模型與基爾霍夫定律電路模型與基爾霍夫定律第二頁，共49頁?；鶢柣舴螂娏骰鶢柣舴螂娏?dinli)(dinli)定律定律(KCL)(KCL)ii入出0123iii321ii

3、i對于任一集總電路中的任一節(jié)點對于任一集總電路中的任一節(jié)點(ji din)(ji din)，在任一時，在任一時刻，流入（或流出）該該節(jié)點刻，流入（或流出）該該節(jié)點(ji din)(ji din)的所有支路電的所有支路電流的代數(shù)和為零。流的代數(shù)和為零。1( )0bkki t3i2i1iXKCL 也適用于廣義也適用于廣義(gungy)節(jié)點（封閉面）。節(jié)點（封閉面）。第三頁，共49頁。基爾霍夫電壓基爾霍夫電壓(diny)(diny)定律定律(KVL) (KVL) 1( )0bkku tuu降升1234=uuuu對任一集總電路對任一集總電路(dinl)(dinl)中的任一回路，在任一時刻中的任一回路，

4、在任一時刻，沿該回路的所有支路電壓降的代數(shù)和為零：，沿該回路的所有支路電壓降的代數(shù)和為零：X1234 0uuuu順時針即：第四頁，共49頁。2-1 等效的概念及等效變換分析等效的概念及等效變換分析 1、電阻的串聯(lián)與分壓公式、電阻的串聯(lián)與分壓公式 2、電阻的并聯(lián)、電阻的并聯(lián)(bnglin)與分流公式與分流公式 3、電源的等效變換、電源的等效變換X2-2 復(fù)雜電路的系統(tǒng)分析方法復(fù)雜電路的系統(tǒng)分析方法 1、支路電流、支路電流(dinli)法法 2、節(jié)點電壓法、節(jié)點電壓法第二章第二章 電阻電路電阻電路(dinl)的基本分析方法的基本分析方法與定理與定理2-3 電路分析基本定理電路分析基本定理 1、疊加

5、定理疊加定理 2、替代定理、替代定理 3、戴維南定理和諾頓定理戴維南定理和諾頓定理 4、最大功率傳輸定理最大功率傳輸定理 5、對偶特性、對偶特性第五頁，共49頁。XissuRsuu0ssuuiRssiiu Risiu0ssi R對外電路等效對外電路等效(dn xio)：對：對外外VCR曲線完曲線完全相同。全相同。sssui RsssiuR實實際際(shj)電電壓壓源源實實際際(shj)電電流流源源實際電壓源實際電壓源/ /實際電流源實際電流源第六頁，共49頁。節(jié)點節(jié)點(ji din)(ji din)電壓法的電壓法的列寫規(guī)則列寫規(guī)則X節(jié)點電壓法的列寫規(guī)則：本節(jié)點電壓乘以本節(jié)點自電節(jié)點電壓法的列寫

6、規(guī)則：本節(jié)點電壓乘以本節(jié)點自電導(dǎo)，加上相鄰導(dǎo)，加上相鄰(xin ln)節(jié)點電壓乘以本節(jié)點與相鄰節(jié)點電壓乘以本節(jié)點與相鄰(xin ln)節(jié)點之間的互電導(dǎo)，等于流入本節(jié)點所有電節(jié)點之間的互電導(dǎo)，等于流入本節(jié)點所有電流源電流的代數(shù)和。流源電流的代數(shù)和。11 112211121 12222221 122nnsnnsnnnnnsnnG uG uG uiG uG uG uiG uG uG ui第七頁，共49頁。節(jié)點電壓節(jié)點電壓(diny)(diny)法的幾種特法的幾種特殊情況殊情況（1）若支路為電壓源與電阻串聯(lián)）若支路為電壓源與電阻串聯(lián)(chunlin)，則可等效為，則可等效為電流源與電阻并聯(lián)。電流源與電

7、阻并聯(lián)。（2 2）若電路中含有電流源與電阻）若電路中含有電流源與電阻(dinz)(dinz)串聯(lián)的支路，則串聯(lián)的支路，則在列節(jié)點方程時不考慮此電阻在列節(jié)點方程時不考慮此電阻(dinz)(dinz)。（3） 若電路中含有理想電壓源支路若電路中含有理想電壓源支路，則，則設(shè)其支路電流設(shè)其支路電流i為為未知量，同時增列一個電壓源支路電壓與相關(guān)節(jié)點電壓未知量，同時增列一個電壓源支路電壓與相關(guān)節(jié)點電壓的方程。的方程。（4 4）當(dāng)電路中含有受控源時當(dāng)電路中含有受控源時，把受控源當(dāng)作獨立源對待，把受控源當(dāng)作獨立源對待，按一般規(guī)則列寫?yīng)毩⒐?jié)點電壓方程。按一般規(guī)則列寫?yīng)毩⒐?jié)點電壓方程。設(shè)法設(shè)法以節(jié)點電壓表示以節(jié)點

8、電壓表示受受控源的控源的控制量，即每個控制量對應(yīng)一個輔助方程控制量，即每個控制量對應(yīng)一個輔助方程。第八頁，共49頁。疊加定理疊加定理疊加定理：在由線性電阻、線性受控源和獨立電源組疊加定理：在由線性電阻、線性受控源和獨立電源組成的電路中，任一元件的電流成的電路中，任一元件的電流( (或電壓或電壓) )可以看成是電可以看成是電路中每一個獨立電源單獨路中每一個獨立電源單獨(dnd)(dnd)作用于電路時，在作用于電路時，在該元件產(chǎn)生的電流該元件產(chǎn)生的電流( (或電壓或電壓) )的代數(shù)和。的代數(shù)和。單獨作用單獨作用(zuyng)(zuyng)的含義：指某一獨立源作用的含義：指某一獨立源作用(zuyng

9、)(zuyng)時，其他獨立源不作用時，其他獨立源不作用(zuyng)(zuyng)，即置零。，即置零。即獨立電壓源短路，獨立電流源開路。即獨立電壓源短路，獨立電流源開路。X X第九頁，共49頁。戴維寧定理戴維寧定理(dngl)(dngl)與諾頓定與諾頓定理理(dngl)(dngl)X XN+ +- -abocuN0ababeqRRNabsci第十頁，共49頁。的計算的計算(j sun) (j sun) 簡單電阻電路情況，用串并聯(lián)。簡單電阻電路情況，用串并聯(lián)。含受控電源的情況含受控電源的情況eqR戴維寧等效電阻戴維寧等效電阻 的計算的計算eqRX外加電壓外加電壓(diny)(diny)法法開路

10、電壓開路電壓(diny)(diny)短路電流法短路電流法 equRiui0N外加外加(wiji)(wiji)電壓法電壓法ocscequRi開路電壓短路電流法開路電壓短路電流法第十一頁，共49頁。2ocmax4LequPR此時負(fù)載得到的最大功率為：此時負(fù)載得到的最大功率為：由線性含源二端網(wǎng)絡(luò)傳遞給可變負(fù)載由線性含源二端網(wǎng)絡(luò)傳遞給可變負(fù)載 的功率的功率(gngl)(gngl)為最為最大的條件是：負(fù)載大的條件是：負(fù)載 應(yīng)與戴維寧等效電阻應(yīng)與戴維寧等效電阻 相等。相等。X X最大功率傳輸最大功率傳輸(chun sh)(chun sh)定理定理LReqRNBu LRAieqR ocu uLR i第十二頁

11、，共49頁。3-2 動態(tài)元件動態(tài)元件(yunjin)的基本特性的基本特性 1、電容元件、電容元件(yunjin) 2、電感元件、電感元件(yunjin)X3-4 一階電路的零輸入一階電路的零輸入(shr)響應(yīng)響應(yīng) 1、一階、一階RC電路的零輸入電路的零輸入(shr)響應(yīng)響應(yīng) 2、一階、一階RL電路的零輸入電路的零輸入(shr)響應(yīng)響應(yīng)第三章第三章 動態(tài)動態(tài)(dngti)電路的時域分析電路的時域分析3-5 一階電路的一階電路的零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng) 1、一階、一階RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)電路的零狀態(tài)響應(yīng) 2、一階、一階RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)電路的零狀態(tài)響應(yīng)3-6 一階電路的全響應(yīng)一階電路的全響應(yīng)3-7

12、一階電路的一階電路的三要素法三要素法3-7 換路定則及換路定則及初始值的確定初始值的確定第十三頁，共49頁。初始值：在換路的瞬間初始值：在換路的瞬間(shn jin)(shn jin)，電路中的某些電量會，電路中的某些電量會突然發(fā)生變化，而換路后這一瞬間突然發(fā)生變化，而換路后這一瞬間(shn jin)(shn jin)這些電量的這些電量的值稱為初始值。值稱為初始值。X X初始值初始值計算初始值的步驟：計算初始值的步驟：1 1、畫出、畫出 等效電路，其中，在直流激勵下的電容等效電路，其中，在直流激勵下的電容相當(dāng)于開路，電感相當(dāng)于短路，并根據(jù)該電路計算初相當(dāng)于開路，電感相當(dāng)于短路，并根據(jù)該電路計算

13、初始狀態(tài)始狀態(tài) 和和 ；2 2、根據(jù)換路定則，、根據(jù)換路定則， ；3 3、畫出、畫出 等效電路，其中電容用電壓值為等效電路，其中電容用電壓值為 的的電壓源代替，電感用電流值為電壓源代替，電感用電流值為 的電流源代替；的電流源代替；4 4、根據(jù)、根據(jù) 等效電路，用分析直流的方法計算電路中等效電路，用分析直流的方法計算電路中其他變量的初始值。其他變量的初始值。()(),CCuu00()()LLii000()Cu0()Li00()Cu0()Li00第十四頁，共49頁。零狀態(tài)響應(yīng)零狀態(tài)響應(yīng) (z.s.r)：動態(tài)：動態(tài)(dngti)元件的初始儲能為元件的初始儲能為零時，僅由外加激勵引起的響應(yīng)（充電過程）

14、。零時，僅由外加激勵引起的響應(yīng)（充電過程）。零輸入響應(yīng)零輸入響應(yīng)(z.i.r)：外加激勵為零時，僅由動態(tài)元件的非：外加激勵為零時，僅由動態(tài)元件的非零初始狀態(tài)引起零初始狀態(tài)引起(ynq)的響應(yīng)（放電過程）。的響應(yīng)（放電過程）。全響應(yīng)：動態(tài)元件處于非零初始狀態(tài)時，電路全響應(yīng)：動態(tài)元件處于非零初始狀態(tài)時，電路(dinl)在外加激勵作用下的響應(yīng)，是零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)在外加激勵作用下的響應(yīng)，是零輸入響應(yīng)與零狀態(tài)響應(yīng)之和。之和。X穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：電路達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)時一直存在的響應(yīng)電路達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)時一直存在的響應(yīng)。暫態(tài)響應(yīng)：暫態(tài)響應(yīng)：具有指數(shù)形式，隨著時間增長逐漸趨于零的響具有指數(shù)形式，隨著時

15、間增長逐漸趨于零的響應(yīng)。應(yīng)。響應(yīng)的強制分量：響應(yīng)的強制分量：形式由激勵決定的那部分響應(yīng)。形式由激勵決定的那部分響應(yīng)。響應(yīng)的自由分量：響應(yīng)的自由分量：形式由形式由電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)決定電路結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)決定的那的那部分響應(yīng)。部分響應(yīng)。第十五頁，共49頁。零輸入零輸入(shr)響應(yīng)響應(yīng) . .(0 ) 0tz i rytyet X不僅不僅(bjn)適用于狀態(tài)變量，也適用于非狀態(tài)變量。適用于狀態(tài)變量，也適用于非狀態(tài)變量。 . .( )(1e)0tz s rytyt 只適用于狀態(tài)變量。只適用于狀態(tài)變量。零狀態(tài)零狀態(tài)(zhungti)響響應(yīng)應(yīng)第十六頁，共49頁。X一階電路一階電路(dinl)的三要素法的

16、三要素法. .( )(0 )e0tz i rytyt . .( )( )(1e)0tz s rytyt ( )( ) (0 )( )e0ty tyyyt 在直流激勵下，需要求一階動態(tài)電路中任一支在直流激勵下，需要求一階動態(tài)電路中任一支(y zh)路路的電壓、電流時，只需知道待求量的初始值、穩(wěn)態(tài)值和的電壓、電流時，只需知道待求量的初始值、穩(wěn)態(tài)值和電路的時間常數(shù)三個量就能夠求得該量的解，這種方法電路的時間常數(shù)三個量就能夠求得該量的解，這種方法就成為三要素法。就成為三要素法。暫態(tài)響應(yīng)暫態(tài)響應(yīng)(xingyng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)不僅適用于狀態(tài)變量，也適用于非狀態(tài)變量。不僅適用于狀態(tài)變量，也適用于非狀態(tài)變

17、量。對于狀態(tài)變量對于狀態(tài)變量第十七頁，共49頁。RC 時間常數(shù)：時間常數(shù)：電壓、電流衰減的快慢取決于時間常數(shù)電壓、電流衰減的快慢取決于時間常數(shù)(sh jin chn sh)的大小，的大小， 越大，衰減越慢，反之則越快。越大，衰減越慢，反之則越快。X時間常數(shù)時間常數(shù)(sh jin chn sh) LR計算方法：計算方法：根據(jù)電路，利用公式根據(jù)電路，利用公式 和和 計算。對于復(fù)計算。對于復(fù)雜電路，利用戴維南定理或諾頓定理將除動態(tài)元件以雜電路，利用戴維南定理或諾頓定理將除動態(tài)元件以外的電路用戴維南等效電路或諾頓等效電路替代，由外的電路用戴維南等效電路或諾頓等效電路替代，由此可以確定此可以確定R為戴維

18、南等效電阻或諾頓等效電阻。為戴維南等效電阻或諾頓等效電阻。RCL R第十八頁，共49頁。4-1 正弦正弦(zhngxin)穩(wěn)態(tài)信號基本概念穩(wěn)態(tài)信號基本概念 1、正弦、正弦(zhngxin)信號的有效值信號的有效值 2、正弦、正弦(zhngxin)信號的相位差信號的相位差X4-2 正弦信號正弦信號(xnho)的相量表示法的相量表示法 1、正弦信號、正弦信號(xnho)的相量表示的相量表示第四章第四章 正弦正弦(zhngxin)穩(wěn)態(tài)電路的分析穩(wěn)態(tài)電路的分析4-3 正弦電路的相量分析法正弦電路的相量分析法 1、相量形式的、相量形式的KCL、KVL 2、電阻、電感、電容元件的相量模型、電阻、電感、電容

19、元件的相量模型 3、相量歐姆定理的一般形式、阻抗和導(dǎo)納、相量歐姆定理的一般形式、阻抗和導(dǎo)納第十九頁，共49頁。4-4 正弦電路的功率正弦電路的功率 1、瞬時功率、瞬時功率 2、平均功率（有功功率）和無功功率、平均功率（有功功率）和無功功率(w n n l) 3、視在功率與功率因數(shù)、視在功率與功率因數(shù)X4-7 RLC電路的諧振電路的諧振(xizhn) 1、RLC串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振(xizhn) 2、RLC并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振(xizhn)第四章第四章 正弦正弦(zhngxin)穩(wěn)態(tài)電路的分析穩(wěn)態(tài)電路的分析4-6 傳輸函數(shù)與濾波的基本知識傳輸函數(shù)與濾波的基本知識第二十頁，共49頁。正弦正弦(zhngxi

20、n)(zhngxin)信號的信號的有效值有效值201 ( )dTFfttT X 周期性電流周期性電流 的有效值等于周期性電流瞬時值的平的有效值等于周期性電流瞬時值的平方在一個周期內(nèi)的平均值再取平方根，即方在一個周期內(nèi)的平均值再取平方根，即方均根值方均根值。( )f tmm70702III.)cos()(utUtu m)cos()(itIti mmm0.7072UUU正弦電流信號正弦電流信號 的有效值的有效值( )i t正弦電壓信號正弦電壓信號 的有效值的有效值( )u t任一正弦信號任一正弦信號(xnho)的有效值總為其振幅的的有效值總為其振幅的0.707倍倍。第二十一頁，共49頁。電路中的量

21、電路中的量符號表示示例符號表示示例符號說明符號說明純直流量純直流量 ， 變量名與角標(biāo)都大寫變量名與角標(biāo)都大寫純交流量純交流量 ， 變量名與角標(biāo)都小寫變量名與角標(biāo)都小寫正弦信號的振幅正弦信號的振幅 , , 或者或者 , ,變量名大寫，角標(biāo)是變量名大寫，角標(biāo)是m m有效值有效值 ， 或者或者 ， 變量名大寫，或變量名大變量名大寫，或變量名大寫角標(biāo)小寫寫角標(biāo)小寫有效值有效值/ /振幅相量振幅相量 ， 或者或者 , ,變量名大寫，頭部帶點變量名大寫，頭部帶點帶直流分量的交帶直流分量的交流總量流總量 ， 變量名小寫，角標(biāo)大寫變量名小寫，角標(biāo)大寫B(tài)IBUbibuIUbIbUI&U&BiBu

22、常用電路變量常用電路變量(binling)(binling)符號表符號表示示mI&mU&mImUbmIbmU第二十二頁，共49頁。兩個兩個(lin )(lin )同頻率的正弦量：同頻率的正弦量：定義定義相位差相位差 ：121212()()tt120 120 12 122 二者同相二者同相二者反相二者反相正弦正弦(zhngxin)(zhngxin)信號信號的相位差的相位差) cos()(2m22tFtf) cos()(1m11tFtf二者正交二者正交X120 1( )f t12超前超前 相位相位2( )ft1( )f t12滯后滯后 相位相位2( )ft第二十三頁，共49頁。m

23、0 0，II相量形式相量形式(xngsh)(xngsh)的的KCLKCL：m0 0UU，X相量形式相量形式(xngsh)(xngsh)的的KVLKVL：電阻元件電阻元件(yunjin)(yunjin)的復(fù)數(shù)歐姆定律（相量的復(fù)數(shù)歐姆定律（相量形式）：形式）： RmRmURI RRURI RmRUU（） RRmRII（ ）RmURmIiuo+1+j電容元件的復(fù)數(shù)歐姆定律（相量形式）：電容元件的復(fù)數(shù)歐姆定律（相量形式）： CmCmIjCU CCIjCU Cj1()CmCUU()CmCIICmUCmIu90O+1+j第二十四頁，共49頁。()LmLUU ()LmLIILj LmLmUjLI LLUjL

24、I 電感元件電感元件(yunjin)(yunjin)的復(fù)數(shù)歐姆定律（相的復(fù)數(shù)歐姆定律（相量形式）：量形式）：LmULmIi90o+1+j UZI 支路的阻抗：支路的阻抗： （單位（單位(dnwi)：歐姆：歐姆）一個無源線性支路一個無源線性支路(zh l)，在關(guān)聯(lián)參考方向下：，在關(guān)聯(lián)參考方向下：串聯(lián)阻抗：串聯(lián)阻抗：并聯(lián)導(dǎo)納：并聯(lián)導(dǎo)納：nkkZZ1nkkYY11 YZ 支路的導(dǎo)納：支路的導(dǎo)納：（單位：西門子）（單位：西門子） IU 第二十五頁，共49頁。根據(jù)根據(jù)KCL、KVL、歐姆定律及電路元件、歐姆定律及電路元件VCR的相量形式的相量形式，運用相量并引用阻抗和導(dǎo)納，則正弦穩(wěn)態(tài)電路的計算，運用相量

25、并引用阻抗和導(dǎo)納，則正弦穩(wěn)態(tài)電路的計算可以仿照電阻電路的處理方法進(jìn)行。這種利用相量對正可以仿照電阻電路的處理方法進(jìn)行。這種利用相量對正弦穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析弦穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行分析(fnx)的方法稱為相量法。的方法稱為相量法。相量分析方法相量分析方法(fngf)時域模型時域模型 相量模型相量模型m()UUm( )IICj 1Lj R)(tu)(tiRLC X第二十六頁，共49頁。相量法解題相量法解題(ji t)步驟步驟(1) 寫出已知正弦寫出已知正弦(zhngxin)量的相量。量的相量。(2) 作出原電路作出原電路(dinl)的相量模型，求出電路的相量模型，求出電路(dinl)中各相量間的關(guān)系。中各相量

26、間的關(guān)系。(3) 根據(jù)所求得的根據(jù)所求得的相量，寫出相應(yīng)的正弦量。相量，寫出相應(yīng)的正弦量。X相量分析方法相量分析方法第二十七頁，共49頁。X相量圖法相量圖法(t f)相量圖法：先定性地畫出相量圖，然后相量圖法：先定性地畫出相量圖，然后(rnhu)根據(jù)根據(jù)圖形圖形特征解決問題的一種方法。特征解決問題的一種方法。有時只需計算有效值和相位差，對這類問題，更有時只需計算有效值和相位差，對這類問題，更適合于用相量圖法適合于用相量圖法(t f)求解。求解。(1)串聯(lián)電路通常以電流作為參考串聯(lián)電路通常以電流作為參考相量，并聯(lián)電路通常以相量，并聯(lián)電路通常以電壓作為參考相量，參考相量初相為零。電壓作為參考相量，

27、參考相量初相為零。(2) 測量儀表的讀數(shù)為有效值。測量儀表的讀數(shù)為有效值。(3) 根據(jù)電路元件的根據(jù)電路元件的VCR確定各相量間的相位關(guān)系確定各相量間的相位關(guān)系。(4) 根據(jù)實部、虛部的正負(fù)確定相量所在的象限，從根據(jù)實部、虛部的正負(fù)確定相量所在的象限，從 而確定相位角而確定相位角。第二十八頁，共49頁。功率功率(gngl)X( )( ) ( )p tu t i t 瞬時功率，關(guān)聯(lián)參考瞬時功率，關(guān)聯(lián)參考(cnko)方向時：方向時：平均功率平均功率:單位單位(dnwi)(dnwi)：W W（瓦特）（瓦特）支路的平均功率實際上是描述電阻成分所消耗的功率。支路的平均功率實際上是描述電阻成分所消耗的功率

28、。無功功率：無功功率：sinuiQUI 單位：單位：VARVAR（乏）（乏）無功功率僅與支路中的等效電抗成分有關(guān)無功功率僅與支路中的等效電抗成分有關(guān)，反映了，反映了支路電支路電抗成分與外電路交換能量的最大速度?？钩煞峙c外電路交換能量的最大速度。視在功率：視在功率：單位：伏安單位：伏安(VA)(VA)UIIUSmm21cosuiPS電路電路的功率因數(shù)的功率因數(shù)： cosuiPUI 第二十九頁，共49頁。5-1 半導(dǎo)體基本半導(dǎo)體基本(jbn)理論理論 1、P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 2、PN結(jié)結(jié)X5-3 晶體三極管晶體三極管 1、工作原理、工作原理 2、特性曲線、特性曲線 3、低頻小

29、信號、低頻小信號(xnho)電路模型電路模型第五章第五章 基本基本(jbn)半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件5-2 晶體二極管晶體二極管 1、工作原理及伏安特性、工作原理及伏安特性 2、穩(wěn)壓二極管、穩(wěn)壓二極管第三十頁，共49頁。N N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素（如磷、銻）后會出型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素（如磷、銻）后會出現(xiàn)多余電子，從而現(xiàn)多余電子，從而(cng r)(cng r)形成以自由電子為主的載流子，空形成以自由電子為主的載流子，空穴為少數(shù)載流子，這種半導(dǎo)體叫做穴為少數(shù)載流子，這種半導(dǎo)體叫做N N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。P P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素（如硼、銦等），形型半

30、導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素（如硼、銦等），形成多余空穴，從而成多余空穴，從而(cng r)(cng r)形成以空穴為主的載流子，電子為形成以空穴為主的載流子，電子為少數(shù)載流子，這種半導(dǎo)體叫做少數(shù)載流子，這種半導(dǎo)體叫做P P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。三價雜質(zhì)三價雜質(zhì)(zzh)(zzh)原原子的空穴被子的空穴被填補后變成填補后變成負(fù)離子負(fù)離子五價雜質(zhì)五價雜質(zhì)原子原子(yunz)(yunz)缺少自由缺少自由電子后變電子后變成正離子成正離子第三十一頁，共49頁。PNPN結(jié)結(jié) 由于濃度差，由于濃度差，N N區(qū)的多子（電子）向區(qū)的多子（電子）向P P區(qū)擴(kuò)散，從而形成帶正電的區(qū)擴(kuò)散，從而形成帶正電的區(qū)域。同

31、樣，區(qū)域。同樣，P P區(qū)的多子（空穴區(qū)的多子（空穴(kn xu)(kn xu)）向）向N N區(qū)擴(kuò)散，使得區(qū)擴(kuò)散，使得P P區(qū)有多余的電子，從而形成帶負(fù)電荷的區(qū)域。最終在區(qū)有多余的電子，從而形成帶負(fù)電荷的區(qū)域。最終在PNPN結(jié)處形成結(jié)處形成空間電荷區(qū)（空間電荷區(qū)（N N正正P P負(fù)），該電荷區(qū)形成內(nèi)電場，方向由負(fù)），該電荷區(qū)形成內(nèi)電場，方向由N N區(qū)指向區(qū)指向P P區(qū)，正好阻止擴(kuò)散的繼續(xù)。區(qū)，正好阻止擴(kuò)散的繼續(xù)。隨著隨著(su zhe)(su zhe)擴(kuò)散的繼擴(kuò)散的繼續(xù)，內(nèi)電場也逐漸加強續(xù)，內(nèi)電場也逐漸加強，最終達(dá)到擴(kuò)散與阻止，最終達(dá)到擴(kuò)散與阻止擴(kuò)散的平衡狀態(tài)，于是擴(kuò)散的平衡狀態(tài)，于是空間電荷區(qū)

32、的寬度穩(wěn)定空間電荷區(qū)的寬度穩(wěn)定下來，可以認(rèn)為載流子下來，可以認(rèn)為載流子被耗盡，因此空間電荷被耗盡，因此空間電荷區(qū)也稱為耗盡層。區(qū)也稱為耗盡層。第三十二頁，共49頁。PNPN結(jié)加正向結(jié)加正向(zhn xin)(zhn xin)電電壓壓正向正向(zhn xin)(zhn xin)導(dǎo)通導(dǎo)通 如果在如果在PNPN結(jié)的兩端外加電壓，將破結(jié)的兩端外加電壓，將破壞原來的平衡狀態(tài)，半導(dǎo)體器件上壞原來的平衡狀態(tài)，半導(dǎo)體器件上施加的外電壓稱為偏置電壓。施加的外電壓稱為偏置電壓。 當(dāng)電源正極接到當(dāng)電源正極接到PNPN結(jié)的結(jié)的P P端，負(fù)極接端，負(fù)極接到到PNPN結(jié)的結(jié)的N N端，稱為正向偏置電壓。端，稱為正向偏置電

33、壓。此時此時(c sh)(c sh)外加電場與內(nèi)電場方外加電場與內(nèi)電場方向相反，將多數(shù)載流子推向空間電向相反，將多數(shù)載流子推向空間電荷區(qū)，外加電場削弱了內(nèi)電場（耗荷區(qū)，外加電場削弱了內(nèi)電場（耗盡層變窄），引起載流子的擴(kuò)散運盡層變窄），引起載流子的擴(kuò)散運動持續(xù)進(jìn)行，從而形成正向電流，動持續(xù)進(jìn)行，從而形成正向電流，PNPN結(jié)導(dǎo)通。結(jié)導(dǎo)通。第三十三頁，共49頁。PNPN結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓(diny)(diny)反反向截止向截止 當(dāng)電源正極接到當(dāng)電源正極接到PNPN結(jié)的結(jié)的N N端，負(fù)極接到端，負(fù)極接到PNPN結(jié)的結(jié)的P P端，稱為反向偏置電壓端，稱為反向偏置電壓。此時外加電場與內(nèi)電。此時外加電

34、場與內(nèi)電場方向相同，使內(nèi)電場場方向相同，使內(nèi)電場加強（耗盡層變寬），加強（耗盡層變寬），進(jìn)一步阻止進(jìn)一步阻止(zzh)(zzh)載載流子的擴(kuò)散，阻止流子的擴(kuò)散，阻止(zzh)(zzh)電流的形成，電流的形成，PNPN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。第三十四頁，共49頁。2.2.二極管的伏安特性二極管的伏安特性(txng)(txng)(正向特性正向特性(txng)(txng) 當(dāng)正向當(dāng)正向(zhn xin)(zhn xin)電壓很小，不足以克服電壓很小，不足以克服PNPN結(jié)結(jié)內(nèi)電場的影響是，二極管呈現(xiàn)很高的電阻特性，內(nèi)電場的影響是，二極管呈現(xiàn)很高的電阻特性，其正向其正向(zhn xin)(zhn

35、 xin)特性的起始電流幾乎為零特性的起始電流幾乎為零，該段區(qū)域稱為死區(qū)；，該段區(qū)域稱為死區(qū)； 隨著外加正向隨著外加正向(zhn xin)(zhn xin)偏置電壓的升高，當(dāng)偏置電壓的升高，當(dāng)電壓足以克服內(nèi)電場的影響時，正向電壓足以克服內(nèi)電場的影響時，正向(zhn (zhn xin)xin)電流開始上升，二極管開始導(dǎo)通；正向電流開始上升，二極管開始導(dǎo)通；正向(zhn xin)(zhn xin)導(dǎo)通電壓：導(dǎo)通電壓： 一般按照硅管一般按照硅管0.7V0.7V。 外加正向偏置電壓超過死區(qū)電壓后，二極管內(nèi)電場被大大削弱，正向外加正向偏置電壓超過死區(qū)電壓后，二極管內(nèi)電場被大大削弱，正向電流增長很快，與正

36、向偏置電壓近似成正比，伏安電流增長很快，與正向偏置電壓近似成正比，伏安(f n)(f n)特性曲線特性曲線近似成一條直線，該段區(qū)域稱為線性區(qū)；近似成一條直線，該段區(qū)域稱為線性區(qū)； 反向截止；反向截止； 反向擊穿；反向擊穿；第三十五頁，共49頁。 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管工作在擊穿穩(wěn)壓二極管工作在擊穿(j chun)(j chun)區(qū)。由于齊納區(qū)。由于齊納擊穿擊穿(j chun)(j chun)效應(yīng)，在維持一定的電流條件下，二極效應(yīng)，在維持一定的電流條件下，二極管的反向偏置電壓會穩(wěn)定在一個固定數(shù)值，當(dāng)反向偏置管的反向偏置電壓會穩(wěn)定在一個固定數(shù)值，當(dāng)反向偏置電壓撤銷后，能恢復(fù)原來狀態(tài)電壓撤

37、銷后，能恢復(fù)原來狀態(tài) 。主要用于電壓限制和。主要用于電壓限制和調(diào)整，也可作為電路的過電壓保護(hù)器件。調(diào)整，也可作為電路的過電壓保護(hù)器件。穩(wěn)壓二極管的電路穩(wěn)壓二極管的電路(dinl)(dinl)符號：符號：第三十六頁，共49頁。三極管的工作三極管的工作(gngzu)(gngzu)原理原理對發(fā)射結(jié)（對發(fā)射結(jié)（b be e結(jié)）施加正結(jié)）施加正向偏置電壓，向偏置電壓，b be e結(jié)導(dǎo)通，大結(jié)導(dǎo)通，大量自由電子因擴(kuò)散運動越過發(fā)量自由電子因擴(kuò)散運動越過發(fā)射結(jié)到達(dá)基區(qū)，產(chǎn)生射結(jié)到達(dá)基區(qū)，產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)由由e e向向b b的電子流的電子流。發(fā)射區(qū)不斷從電源得到補充。發(fā)射區(qū)不斷從電源得到

38、補充電子，持續(xù)擴(kuò)散運動形成發(fā)射電子，持續(xù)擴(kuò)散運動形成發(fā)射極電極電 。EI對集電結(jié)（對集電結(jié)（b bc c結(jié)）施加反向偏置電壓結(jié)）施加反向偏置電壓(diny)(diny)，集電極就具有很強的，集電極就具有很強的a a電子吸電子吸收能力。收能力。由于基區(qū)很薄，由發(fā)射區(qū)到達(dá)基區(qū)的電子小部分被基由于基區(qū)很薄，由發(fā)射區(qū)到達(dá)基區(qū)的電子小部分被基極空穴復(fù)合，由于基區(qū)接電源正極，電源將電子吸收極空穴復(fù)合，由于基區(qū)接電源正極，電源將電子吸收，相當(dāng)于電源向基區(qū)持續(xù)提供空穴，形成基極電流，相當(dāng)于電源向基區(qū)持續(xù)提供空穴，形成基極電流 。BI 發(fā)射極發(fā)射極 集電極集電極第三十七頁，共49頁。三極管的工作三極管的工作(g

39、ngzu)(gngzu)原理原理在一定范圍內(nèi)，集電極電流與基極電流保持了比較固定的比例在一定范圍內(nèi)，集電極電流與基極電流保持了比較固定的比例關(guān)系關(guān)系(gun x)(gun x)，在此范圍內(nèi)，基極電流越大，集電極電流就越，在此范圍內(nèi)，基極電流越大，集電極電流就越大，表現(xiàn)出三極管的放大特性。大，表現(xiàn)出三極管的放大特性。自由電子自由電子(z yu din z)(z yu din z)從發(fā)從發(fā)射區(qū)到達(dá)基區(qū)，基區(qū)很薄，又由射區(qū)到達(dá)基區(qū)，基區(qū)很薄，又由于集電極具有很強的電子吸收能于集電極具有很強的電子吸收能力，因此到達(dá)基區(qū)的大部分電子力，因此到達(dá)基區(qū)的大部分電子在外電場的作用下越過集電結(jié)到在外電場的作用下

40、越過集電結(jié)到達(dá)集電區(qū)，漂移運動形成集電極達(dá)集電區(qū)，漂移運動形成集電極電流電流 。CI由于集電極所收集的電子數(shù)大于進(jìn)入基極的由于集電極所收集的電子數(shù)大于進(jìn)入基極的電子數(shù)，因此集電極電流大于基極電流。電子數(shù)，因此集電極電流大于基極電流。 發(fā)射極發(fā)射極 集電極集電極第三十八頁，共49頁。(2) (2) 當(dāng)當(dāng)UCEUCE變大，使集電極反偏后，變大，使集電極反偏后，集電結(jié)內(nèi)電場很大，能將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)集電結(jié)內(nèi)電場很大，能將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子中的絕大部分拉散到基區(qū)的自由電子中的絕大部分拉到集電區(qū)，從而形成到集電區(qū)，從而形成(xngchng)(xngchng)了了集電極電流集電極電流ICIC?；鶇^(qū)復(fù)合

41、減少，同樣。基區(qū)復(fù)合減少，同樣的的UBEUBE下下IBIB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。(1) (1) 當(dāng)當(dāng)UCE=0VUCE=0V時，發(fā)射極與集電極時，發(fā)射極與集電極短路，相當(dāng)于并聯(lián)的兩個短路，相當(dāng)于并聯(lián)的兩個(lin (lin )二極管正向特性曲線。二極管正向特性曲線。UCE = 0VUCE 1V(3) (3) 當(dāng)當(dāng)UCE1VUCE1V時，集電極已經(jīng)反偏，若再增大時，集電極已經(jīng)反偏，若再增大UCEUCE，只要，只要(zhyo)UBE(zhyo)UBE不變則不變則IBIB基本不變?；静蛔?。第三十九頁，共49頁。輸出特性曲線輸出特性曲線(qxin)(qxin)IC = f (UCE

42、 ) | IB = 常常數(shù)數(shù)(chngsh)IBIB與與ICIC密切相關(guān)，密切相關(guān)，IBIB不同對應(yīng)不同的曲不同對應(yīng)不同的曲線線(qxin)(qxin)。對于某一曲線對于某一曲線(qxin)(qxin)，當(dāng)，當(dāng)UCEUCE從零逐從零逐漸增大，集電結(jié)電場隨之增強，收集基漸增大，集電結(jié)電場隨之增強，收集基區(qū)自由電子的能力也逐漸增大，因此區(qū)自由電子的能力也逐漸增大，因此ICIC也就逐漸增大。也就逐漸增大。當(dāng)當(dāng)U UCECE增大到一定數(shù)值時，集電結(jié)電場足以將基區(qū)的絕大部分自增大到一定數(shù)值時，集電結(jié)電場足以將基區(qū)的絕大部分自由電子都收集到集電極，由電子都收集到集電極，U UCECE再增大，收集能力也不能

43、明顯提再增大，收集能力也不能明顯提高為表現(xiàn)為曲線幾乎平行與橫軸。高為表現(xiàn)為曲線幾乎平行與橫軸。第四十頁，共49頁。輸出特性曲線輸出特性曲線(qxin)(qxin)輸出特性曲線的三個區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域:1、截止區(qū)：、截止區(qū)：IC接近零的區(qū)接近零的區(qū)域，相當(dāng)域，相當(dāng)IB=0的曲線的下的曲線的下方。其特征是發(fā)射極電壓方。其特征是發(fā)射極電壓小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反向偏置。此時向偏置。此時IB=0 ， ICICEO 。其中。其中ICEO稱稱為穿透電流，即基極開路為穿透電流，即基極開路（ IB=0 ）時，在集電極）時，在集電極電源作用電源作用(zuyng)下的集下的集電極和發(fā)射

44、極之間形成的電極和發(fā)射極之間形成的電流，電流，ICEO值很小，通值很小，通常忽略不計。常忽略不計。第四十一頁，共49頁。輸出特性曲線輸出特性曲線(qxin)(qxin)輸出特性曲線的三個區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域:2、放大區(qū)（線性區(qū)）：、放大區(qū)（線性區(qū)）：IC平行于平行于UCE軸的區(qū)域，曲線基本軸的區(qū)域，曲線基本(jbn)平行等距。其特征是發(fā)射平行等距。其特征是發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。此時。此時IC幾乎僅僅決定于幾乎僅僅決定于IB，而與而與UCE無關(guān)，集電極電流無關(guān)，集電極電流IC與基極電流與基極電流IB成比例：成比例： CBII 第四十二頁，共49頁。輸出特

45、性曲線輸出特性曲線(qxin)(qxin)輸出特性曲線的三個區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域:3、飽和區(qū)：曲線上升和彎曲部、飽和區(qū)：曲線上升和彎曲部分的區(qū)域。其特征是發(fā)射結(jié)與分的區(qū)域。其特征是發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏置。集電結(jié)均處于正向偏置。臨界飽和：臨界飽和：UCE = UBE，即，即UCB =0，集電區(qū)收集擴(kuò)散到基區(qū)自，集電區(qū)收集擴(kuò)散到基區(qū)自由電子由電子(z yu din z)的能力的能力大大減弱，大大減弱，IB對對IC的控制作用的控制作用不復(fù)存在，三極管的放大作用不復(fù)存在，三極管的放大作用消失；消失；過飽和狀態(tài)：過飽和狀態(tài)： UCE UBE， IC不僅與不僅與IB有關(guān)，而且明顯隨有關(guān)，而且明

46、顯隨UCE的增大而增大，三極管的的增大而增大，三極管的放大作用消失。放大作用消失。第四十三頁，共49頁。6-1基本共射放大電路基本共射放大電路 1、靜態(tài)分析，包括估算法和圖解法、靜態(tài)分析，包括估算法和圖解法 2、動態(tài)分析，包括圖解法和微變等效電路法、動態(tài)分析，包括圖解法和微變等效電路法 3、失真的種類、原因、改善、失真的種類、原因、改善 4、分壓偏置放大電路的靜態(tài)分析、分壓偏置放大電路的靜態(tài)分析6-2其他放大電路其他放大電路 1、射極輸出、射極輸出(shch)器的靜態(tài)分析和動態(tài)分析、特點器的靜態(tài)分析和動態(tài)分析、特點6-4多級放大電路與頻率特性多級放大電路與頻率特性 1、多級放大電路的組成、多級放大電路的組成 2、頻率特性，特別是高