第2課 電路基礎知識

1、燈板電路原理一、燈板電路一、燈板電路1、定義：由若干個發(fā)光二極管組成的有一定電氣特性的電路（1）燈板事物： 圖12 2、熱地、熱地（1）、熱地是帶電的地，是不安全的。 下面我們來分析帶多少伏特電壓，帶什么波形的電壓，見圖（2）。圖2（2 2）、由圖（）、由圖（2 2）可得結論：）可得結論： 熱地帶220Vrms 交流50Hz半波電壓。最高電壓是310V。是很危險的，必須隔離! 產(chǎn)品設計過程中，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品到了消費者使用過程中都要十分注意這個電壓。 安規(guī)就是各個國家管理這個電壓法律文件、操作規(guī)程?；A篇 一、電阻一、電阻 物體對電流的阻礙作用稱為電阻。物體對電流的阻礙作用稱為電阻。 利用

2、這種阻礙作用做成的元件稱為電阻器，簡稱電阻。利用這種阻礙作用做成的元件稱為電阻器，簡稱電阻。 單位：歐姆單位：歐姆 參數(shù)：功率，阻值，誤差是其主要參數(shù)。參數(shù)：功率，阻值，誤差是其主要參數(shù)。 符號：符號：1、貼片碳膜電阻：0603,0805,1206型編帶電阻。 誤差有5%，1%。多用于12V一下電路。2、1/2W, 1W, 2W碳膜，金屬膜，金屬氧化膜電阻： 在脈沖電路選擇電阻功率時，絕不能用萬用表直流檔 測得電阻兩端電壓值來計算電阻功率。而要用示波器測電 阻兩端電壓波形的最高值來計算電阻功率。這樣才能保證 可靠性。對于高壓脈沖電路要用實芯電阻，不能用薄膜電 阻。3、熱敏電阻： NTC負溫度系

3、數(shù)：一般用在消除浪涌電路。小電流可恢復保險絲小于10A。 PTC正溫度系數(shù)：用于消磁等電路4、光敏電阻： 一般用在環(huán)境光控制上。5、壓敏電阻：防止過電壓保護。安全件。6、電位器：種類繁多。是電阻類。7、電阻串聯(lián)算法： R1=4.7k R2=5.6K R(等效電阻)=R1+R2 R(等效電阻)=4.7+5.6=10.3歐姆8、電阻并聯(lián)算法： R1=4.7K R2=5.6K R1*R2 4.7*5.6 R(等效)=-=-=2.56歐姆 R1+R2 4.7+5.6 二、電容二、電容電容器是一種能儲存電荷能量的元件。能量可以長期保存。電容器是一種能儲存電荷能量的元件。能量可以長期保存。單位：法拉單位：

4、法拉 F F 瓷片電容：CT低頻、CC高頻；Pf-nF 薄膜電容：nF-uF 電解電容：1u-幾千uF 鉭電容： 穩(wěn)定性能好。 超大型法拉電容1F-幾百F參數(shù)：參數(shù)：耐壓，容量，損耗角ESR ，誤差，溫度特性，頻率特性是其主要參數(shù)。 電解電容要注意損耗角低ESR。符號：主要作用：隔直通交。 注意：電源次級整流后第一個電容要用高頻低漏電解電容1、電容串聯(lián)計算 C1=4.7uF C2=5.6uF C1*C2 4.7*5.6C(等效電容)=-=-=2.56uF C1+C2 4.7+5.62、電容并聯(lián)計算 C(等效電容）=C1+C2=4.7+5.6=10.3uF 三、電感三、電感電感是一種儲能元件，但

5、能量不能長期儲存，要立即釋放掉。電感是一種儲能元件，但能量不能長期儲存，要立即釋放掉。單位：亨利單位：亨利 H H參數(shù)：電感量，誤差，通過電流的最大值是其主要參數(shù)。參數(shù)：電感量，誤差，通過電流的最大值是其主要參數(shù)。符號：符號： 特性：電流連續(xù)，電壓跳變。 完成電能-磁能-電能的轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換的時候能量 是連續(xù)變化，不能跳變。1、電感串聯(lián)算法： L1=4.7uH L2=5.6uH L(等效電感)=L1+L2 L(等效電感)=4.7+5.6=10.3uH2、電感并聯(lián)算法： L1=4.7uH L2=5.6uH L1*L2 4.7*5.6 L(等效)=-=-=2.56uH L1+L2 4.7+5.6 四

6、、變壓器四、變壓器不可做成標準件出售。對于特定的電路單獨進行設計。后面專講。不可做成標準件出售。對于特定的電路單獨進行設計。后面專講。 四、二極管四、二極管參數(shù)：導通最大電流，反向耐壓， 電流恢復時間是其主要 參數(shù)。類別：小反壓開關管，穩(wěn)壓管，高反壓大電流二極管， 肖特基二極管： 用于3.3V-5V之間電壓整流， 如1N5819、SB560、MBR10100 （適合輸出低電壓，大電流） 正向壓降0.40.8V； 反向恢復時間短1040ns； 反向耐壓低：200V 快恢復二極管： 恢復時間小于100ns。如FR 、HER、MUR開頭的二極 管，F(xiàn)R107、HER304、MUR860等二極管符號：

7、伏安特性曲線 五、三極管五、三極管 晶體三極管：晶體三極管：B Bipolar ipolar J Junction unction T Transistors (ransistors (BJTBJT) ) 三端器件，應用時易于控制；三端器件，應用時易于控制；用來實現(xiàn)受控源，它是放大器設計的基礎。用來實現(xiàn)受控源，它是放大器設計的基礎。晶體三極管是由晶體三極管是由兩個兩個靠得很近并且背對背排列的靠得很近并且背對背排列的PNPN結，它是由結，它是由自由電子自由電子與與空穴空穴作為載流子共同參與導電的，因此晶體三極管作為載流子共同參與導電的，因此晶體三極管晶體三極管：晶體三極管：B Bipolar i

8、polar J Junction unction T Transistors (ransistors (BJTBJT) ) 三端器件，應用時易于控制；三端器件，應用時易于控制；用來實現(xiàn)受控源，它是放大器設計的基礎。也稱為用來實現(xiàn)受控源，它是放大器設計的基礎。也稱為雙極型雙極型晶體管晶體管( (B Bipolar ipolar J Junction unction T Transistorsransistors) )，簡稱，簡稱BJTBJT。 BCENNP1、 晶體管的實際結構 (以NPN為例)NPNNPN型晶體管的橫截面如左圖型晶體管的橫截面如左圖所示。所示。結構特點：結構特點： 集電區(qū)是包圍

9、著發(fā)射區(qū)的，所集電區(qū)是包圍著發(fā)射區(qū)的，所以集電結比發(fā)射結有更大的結面積，以集電結比發(fā)射結有更大的結面積，這樣使得被注入到薄基區(qū)的自由電這樣使得被注入到薄基區(qū)的自由電子很難逃脫被收集的命運。因此，子很難逃脫被收集的命運。因此， 就非常接近于就非常接近于1 1， 非常大。非常大。 2 2、物理結構與電路符號、物理結構與電路符號根據(jù)根據(jù)PNPN結的排列方式不同，晶體三極管結的排列方式不同，晶體三極管NPNNPN型型和和PNPPNP型兩種。型兩種。qNPNNPN型型三極管的物理結構和電路符號如下圖所示。三極管的物理結構和電路符號如下圖所示。 發(fā)射極（發(fā)射極（E E） 集電極（集電極（C C） 基極（基

10、極（B B） 發(fā)射結（發(fā)射結（EBJEBJ） 集電結 （集電結 （CBJCBJ） 金屬接觸金屬接觸 C B E (a) (b) 基區(qū)基區(qū) P P 型型 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) N N+ +型型 集電區(qū)集電區(qū) N N 型型 NPN NPN型型(a)(a)物理結構物理結構 (b)(b)電路符號電路符號qPNPPNP型型三極管的物理結構和電路符號如下圖所示。三極管的物理結構和電路符號如下圖所示。 發(fā)射極（發(fā)射極（E E） 集電極（集電極（C C） 基極（基極（B B） 發(fā)射結（發(fā)射結（EBJEBJ） 集電結 （集電結 （CBJCBJ） 金屬接觸金屬接觸 C B E (a) (b) 基區(qū)基區(qū) N N 型型 發(fā)射

11、區(qū)發(fā)射區(qū) P P+ +型型 集電區(qū)集電區(qū) P P 型型 PNPPNP型型(a)(a)物理結構物理結構 (b)(b)電路符號電路符號q結構特點結構特點：基區(qū)的寬度很基區(qū)的寬度很薄薄(m(m級級) )，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠大于，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠大于基區(qū)，集電結的面積大于發(fā)射結面積基區(qū)，集電結的面積大于發(fā)射結面積。3 3、三極管的工作模式、三極管的工作模式依據(jù)晶體管的發(fā)射結依據(jù)晶體管的發(fā)射結(EBJ)(EBJ)和集電結和集電結(CBJ)(CBJ)的的偏置偏置情況，情況，晶體管的工作模式如下表所示：晶體管的工作模式如下表所示： 晶體管的工作模式晶體管的工作模式工作模式工作模式發(fā)射結（發(fā)射結（EBJEB

12、J）集電結（集電結（CBJCBJ）放大模式放大模式正偏正偏反偏反偏截止模式截止模式反偏反偏反偏反偏飽和模式飽和模式正偏正偏正偏正偏4、晶體管內(nèi)部載流子的傳遞(以NPN為例) 偏置電壓偏置電壓V VBEBE保證發(fā)射結正向偏置，偏置電壓保證發(fā)射結正向偏置，偏置電壓V VCBCB保證集保證集電結反向偏置，放大模式時晶體管內(nèi)部的載流子運動如下圖電結反向偏置，放大模式時晶體管內(nèi)部的載流子運動如下圖所示。所示。 VBE VCB IB IC IE E B C N+ N P IEN IB1 IB2 復復合合電電子子 IEP ICN1 ICN2 ICP ICBO 漂漂移移電電子子 漂漂移移空空穴穴 收收集集電電

13、子子 擴擴散散電電子子 注注入入電電子子 注注入入空空穴穴 發(fā)發(fā)射射結結 集集電電結結 q在發(fā)射結處在發(fā)射結處( (正偏正偏) ) ：由兩邊的多子通過發(fā)射結由兩邊的多子通過發(fā)射結擴散運動擴散運動而形成的電流。而形成的電流。包括：包括： 發(fā)射區(qū)中的多子發(fā)射區(qū)中的多子( (自由電子自由電子) )通過發(fā)射結注入到基區(qū)而形成的電通過發(fā)射結注入到基區(qū)而形成的電子電流子電流 基區(qū)的多子基區(qū)的多子( (空穴空穴) )通過發(fā)射結注入到發(fā)射區(qū)而形成的空穴電流通過發(fā)射結注入到發(fā)射區(qū)而形成的空穴電流 注意：注意：注入到基區(qū)的自由電子邊注入到基區(qū)的自由電子邊擴散邊復合，同時向集電結邊界擴散邊復合，同時向集電結邊界行進

14、。因基區(qū)很薄，絕大部分都行進。因基區(qū)很薄，絕大部分都到達了集電結邊界，僅有很小部到達了集電結邊界，僅有很小部分被基區(qū)中的空穴復合掉（形成分被基區(qū)中的空穴復合掉（形成電流電流 ）。）。 VBE VCB IB IC IE E B C N+ N P IEN IB1 IB2 復合電子復合電子 IEP ICN1 ICN2 ICP ICBO 漂移電子漂移電子 漂移空穴漂移空穴 收集電子收集電子 擴散電子擴散電子 注入電子注入電子 注入空穴注入空穴 發(fā)射結發(fā)射結 集電結集電結 ENI 1BEPII2BIq在集電結處在集電結處( (反偏反偏):):兩邊的少子通過集電結漂移而形成的。包括：兩邊的少子通過集電結漂

15、移而形成的。包括：集電區(qū)中少子集電區(qū)中少子( (空穴空穴) )漂移而形成的漂移電流漂移而形成的漂移電流基區(qū)中少子基區(qū)中少子( (自由電子自由電子) )漂移而形成的漂移電流漂移而形成的漂移電流發(fā)射區(qū)注入的大量自由電子經(jīng)集電結被集電區(qū)收發(fā)射區(qū)注入的大量自由電子經(jīng)集電結被集電區(qū)收集而形成的電流集而形成的電流 CPI2CNI1CNI說明：說明：q發(fā)射區(qū)為高摻雜濃度、基區(qū)為低摻雜的濃度，因此有發(fā)射區(qū)為高摻雜濃度、基區(qū)為低摻雜的濃度，因此有q集電區(qū)中因集電區(qū)中因 由少數(shù)載流子形成的，因此有由少數(shù)載流子形成的，因此有 q正向受控的電流正向受控的電流：發(fā)射區(qū)中的自由電子通過發(fā)射結注入、發(fā)射區(qū)中的自由電子通過發(fā)

16、射結注入、基區(qū)擴散基區(qū)擴散( (復合復合) )和集電區(qū)收集三個環(huán)節(jié)將發(fā)射區(qū)的注入電子和集電區(qū)收集三個環(huán)節(jié)將發(fā)射區(qū)的注入電子轉(zhuǎn)化為集電結電流，成為正向受控的電流，且其大小僅受發(fā)轉(zhuǎn)化為集電結電流，成為正向受控的電流，且其大小僅受發(fā)射結的正向偏置電壓射結的正向偏置電壓V VBEBE控制，而幾乎與集電結反向偏置電控制，而幾乎與集電結反向偏置電壓壓V VCBCB無關。無關。q寄生電流寄生電流：其它載流子運動產(chǎn)生的電流對正向受控作用都其它載流子運動產(chǎn)生的電流對正向受控作用都是無用的，稱為寄生電流。是無用的，稱為寄生電流。EPENIICPCNCNIII、212CNCPII、q一般情況下，由少子形成的電流一般

17、情況下，由少子形成的電流 可忽略不計。但隨著可忽略不計。但隨著溫度升高溫度升高，本征激發(fā)，本征激發(fā)的增強，基區(qū)和集電區(qū)的少子劇增，則該電的增強，基區(qū)和集電區(qū)的少子劇增，則該電流顯著增大。流顯著增大。 2CNCPII、 VBE VCB IB IC IE E B C N+ N P IEN IB1 IB2 復復合合電電子子 IEP ICN1 ICN2 ICP ICBO 漂漂移移電電子子 漂漂移移空空穴穴 收收集集電電子子 擴擴散散電電子子 注注入入電電子子 注注入入空空穴穴 發(fā)發(fā)射射結結 集集電電結結 5、晶體管的各極電流 IC C N B 2 IC N 1 IC N 2 IC P IC B O 收

18、收 集集 電電 子子 （1 1）集電極電流）集電極電流 CBOCNCPCNCNCIIIIII121其中：其中： 為反向飽和電流，為反向飽和電流，常溫下很小，常溫下很小，可忽略不計?？珊雎圆挥嫛５c溫度密切相關，溫度每升高但與溫度密切相關，溫度每升高1010度度， 約增大一倍。約增大一倍。因此，集電極的電流主要是因此，集電極的電流主要是 ，它主要受發(fā)射結的正它主要受發(fā)射結的正向偏置電壓向偏置電壓V VBEBE影響。影響。CPCNCBOIII 21CNICI其中其中I IS S 為飽和電流，與基區(qū)的寬度成反比，與發(fā)射結的面積成正比，為飽和電流，與基區(qū)的寬度成反比，與發(fā)射結的面積成正比，也稱為比例也

19、稱為比例( (刻度刻度) )電流。典型范圍為：電流。典型范圍為：1010-12-121010-18-18A A。它也與溫度有關，溫度每升高它也與溫度有關，溫度每升高5 5度，約增大一度，約增大一倍。倍。 集電極的電流可表示為：集電極的電流可表示為：TBEVVSCeII IB N P IB 1 IB 2 復復 合合 電電 子子 IC N 1 IC N 2 IC P IC B O 漂漂 移移 電電 子子漂漂 移移 空空 穴穴 收收 集集 電電 子子 擴擴 散散 電電 子子 注注 入入 電電 子子 注注 入入 空空 穴穴 集集 電電 結結 （2 2）基極電流）基極電流 BI2121BBCBOBBBI

20、IIIII 其中：其中：I IB1B1是由基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的空穴產(chǎn)生的電流，是由基區(qū)注入到發(fā)射區(qū)的空穴產(chǎn)生的電流，I IB2B2是基區(qū)中的空穴與發(fā)射區(qū)注入的自由電子復合引起的電是基區(qū)中的空穴與發(fā)射區(qū)注入的自由電子復合引起的電流。流。兩者均與兩者均與 成比例關系?；鶚O電流也與集電極成比例關系?；鶚O電流也與集電極電流成比例關系，它可表示為：電流成比例關系，它可表示為：TBEVVSCBeIII TBEVVe其中其中稱為稱為共發(fā)射極的電流放大系數(shù)共發(fā)射極的電流放大系數(shù)，反映了基極電流對，反映了基極電流對集電極電流的控制能力。集電極電流的控制能力。對于給定的晶體管，其對于給定的晶體管，其值為常數(shù)，一般在

21、值為常數(shù)，一般在5050到到200200之間，之間，但會受溫度影響。但會受溫度影響。 VBE VCB IB IC IE E B C N+ N P IEN IB1 IB2 IEP ICN1 ICN2 ICP ICBO 收集電子收集電子 擴散電子擴散電子 注入電子注入電子 注入空穴注入空穴 EI（3 3）發(fā)射極電流）發(fā)射極電流 EPENEIII 內(nèi)部看內(nèi)部看CCCBEIIIII 11 外部看外部看其中其中為為共基極電流放大倍數(shù)共基極電流放大倍數(shù)，它反映了發(fā)射極電流，它反映了發(fā)射極電流 轉(zhuǎn)化為集電極電流轉(zhuǎn)化為集電極電流 的能力。其值一般的能力。其值一般小于約等于小于約等于1 1 。 CI與與 的關系

22、滿足：的關系滿足： 或者或者注意：注意：PNPPNP型晶體管的工作原理與型晶體管的工作原理與NPNNPN型晶體管對型晶體管對應，外部各極電流的大小與應，外部各極電流的大小與NPNNPN型一樣，但其實型一樣，但其實際電流的際電流的流向流向則與則與NPNNPN型晶體管型晶體管相反相反。 1 16 6、輸入特性曲線、輸入特性曲線 vBE/V iB 0 0.5 vCE=0V 0.7 0.3V 10V 當當V VCECE為常數(shù)時，輸入特性為常數(shù)時，輸入特性曲線是描述輸入端口電流曲線是描述輸入端口電流i iB B隨端口電壓隨端口電壓v vBEBE變化的曲變化的曲線。改變參變量線。改變參變量V VCECE的

23、值，的值，得到一組曲線得到一組曲線, ,如左圖所如左圖所示。示。 當參變量當參變量VCEVCE增大時，增大時，曲線向右移動，或者當曲線向右移動，或者當vBEvBE一定時，一定時，iBiB隨隨VCEVCE的增的增大而減小。大而減小。 7 7、 輸出特性曲線輸出特性曲線 vCE iC 0 VCE(sat) V(BR)CEO AiB10AiB20AiB30AiB40AiB50AiB0放 大 區(qū) 截 止 區(qū) Ci 飽和區(qū) 它分為四個區(qū)域：它分為四個區(qū)域：v放大區(qū)放大區(qū)v截止區(qū)截止區(qū)v飽和區(qū)飽和區(qū)v擊穿區(qū)擊穿區(qū)（1 1）、放大區(qū)）、放大區(qū) vCE iC 0 VCE(sat) V(BR)CEO AiB10AiB20AiB30AiB40AiB50AiB0放大區(qū) 截止區(qū) Ci 飽和區(qū) AiB 0 satCECEVv 區(qū)域區(qū)域： 且且 特點特點：滿足：滿足 BCii 當當i iB B等量增加時，輸出特性等量增加時，輸出特性曲線也將等間隔地平行上曲線也將等間隔地平行上移。移。（2 2）、截止區(qū)）、截止區(qū)工程上規(guī)定工程上規(guī)定 以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。晶體管工作在截止模式時各極電流均為零，即：晶體管工作在截止模式時各極電流均為零，即： AiB0 0 ECBiii satCECEVv （3 3）、飽和區(qū)）、飽和區(qū) 當當 時，晶體管的兩