電子理論基礎知識

電子理論根底學問-CAL-FENGHAI-(2023YEAR-YICAI)_JINGBIANDirectCurrent電壓電位

高電位與低電位的電位差，方向是電位降的方向E 實際方向由電源內(nèi)部的負極指向正極電路中任一點與參考點之間的電壓

U＝IR單位：伏特〔V〕電流和電壓的實際方向總是全都的，或設為關聯(lián)方向U＝IR；當兩者設為非關聯(lián)的參考方向時，U＝－IR功：正電荷Q〔=It〕a點通過Rb點。W＝UQ＝UIt＝I2Rt＝U2t∕R單位：焦耳〔J〕11度電：1kWh＝1000瓦×3600秒＝×106J功率：P＝W∕t＝UI＝U2∕R＝I2R單位：瓦〔W〕P﹥0組件吸取功率(電阻) P﹤0組件發(fā)出功率(電源)基爾霍夫電流定律KCL：任一瞬間，流入一個節(jié)點的電流總和等于從該節(jié)點流郵的電流總和。∑I＝0 任一時刻，電路中節(jié)點處電流的代數(shù)和為零?；鶢柣舴螂妷憾蒏VL：任一時刻，電路中任一回路，各段電壓的代數(shù)和等于零?！芔＝0 凡電壓的參考方向與繞行方向全都時此電壓前取正號，與繞行方向相反時此電壓前取負號?！艻R＝∑E任一回路，電阻電壓降的代數(shù)和等于電動勢的代數(shù)和。電動勢參考方向與繞行方向全都時，前面取正號。電阻串聯(lián)電路：通過串聯(lián)電阻的電流是同一電流I，串聯(lián)電阻兩端的總電壓等于各電阻上電壓的代數(shù)和【串聯(lián)分壓】1 2 1 U＝IR＋IR＋…＋IRn R＝R＋R＋…1 2 1 電阻并聯(lián)電路：各并聯(lián)電阻兩端電壓是同一電壓U，總電流等于各并聯(lián)電阻中電流的代數(shù)和【并聯(lián)分流】I＝U∕R＋U∕R＋…＋U∕Rn R＝R∥R∥…∥Rn 1∕R＝1∕R＋1∕R＋…＋1∕Rn1 2 1 2 1 2S 0 S UR串聯(lián)組成。U＝US 0 S 0 S S 在電壓源內(nèi)阻R＝0抱負狀況下，電源兩端電壓U≡U，該電壓源稱為恒壓源，其輸出電流I由外電路負載打算：I＝U∕0 S S S S S I與高值內(nèi)阻R并聯(lián)組成。I＝I－US S S S SL在電流源內(nèi)阻RS＝∞抱負狀況下，輸出電流I≡I﹐該電流源稱為恒流源，其兩端電壓U由外電路負載打算：U＝IS SLUs節(jié)點電壓法：〔彌爾曼定理〕U＝

∑R＋∑Is∑1R分子∑(Us/R)＋∑Is：各支路電壓源與本支路電阻相除后的代數(shù)和，電源參考方向依以下規(guī)章：①恒流源流向節(jié)點時取正號②電動勢正極指向節(jié)點時取正③恒壓源與節(jié)點電壓參考方向全都時取正號分母∑1/R：兩節(jié)點之間各支路的恒壓源為零(短路)后的電阻的倒數(shù)和，均為正值；但不計與恒流源串聯(lián)的電阻：在線性電路中，如有多個線性獨立電源同時作用時，則每一組件中的電流或電壓等于各個獨立源單獨作用于該組件所產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。Us＝0在電路中作短路處理；假設是電流源，則Is＝0，在電路中作開路處理。戴維南定理：任何一個線性有源二端網(wǎng)絡對外電路而言，可用一個電壓源和電阻R0串聯(lián)的電路等效代替。等效電壓源的電動勢E等于有源二端網(wǎng)絡開路電壓U0〔將負載開路〕；等效電壓源的內(nèi)阻R0等于有源二端網(wǎng)絡除源后〔恒壓源短路、恒流源開路〕所求得的無源二端網(wǎng)絡的等效電阻。諾頓定理：任何一個線性有源二端網(wǎng)絡對外電路而言，可用一個恒流源IS和電阻RS并聯(lián)的電路來等效。等效電流源的恒流源IS的大小等于有源二端網(wǎng)絡的短路電流〔將負載短路〕RS等于有源二端網(wǎng)絡除源后〔恒壓源短路、恒流源開路〕所得的無源二端網(wǎng)絡的等效電阻。PL＝IL2RL＝(U02∕(R0+RL2RLPLmax＝U02∕4R0＝U02∕4RL﹐50﹪溝通電AlternatingCurrentmUmIm溝通電的參考方向設定為正半周時的方向。mUmImme＝Esin(ωt＋ψ)m

最大值(幅值)：E、 、mmi＝Isin(ωt＋ψ)mm

正弦電流/電壓的有效值是其幅值的1／(≈倍E＝U＝ I＝相位差：兩個同頻率的正弦溝通電在任何瞬時的相位之差。相位差Δψ＝0°時，稱為同相；相位差Δψ＝180°時，稱為反相

T 正弦量變化一次所需的時間 f 單位時間內(nèi)正弦量重復變化的次數(shù)f＝1/Tω溝通電在單位時間內(nèi)變化的弧度 ψt＝0時的相位角

單位：秒〔s〕單位赫茲〔Hz〕單位：弧度/秒〔rad/s〕 度×180°/π模r＝a2b2幅角ψ＝arctg(b∕a) 虛部b＝rsinψ電阻R＝ρl∕s 單位：歐姆〔Ω〕(ρ為電阻率(Ω·m)、l長度、s截面積)衡量一個電阻器是否線性的，應看它的電壓－電流關系是否為線性函數(shù)一個二端電阻器，不管其電壓值是多少，只要其電流值恒等于零，就稱為開路。一個二端電阻器，不管其電流值是多少，只要其電壓值恒等于零，就稱為短路。電導G＝1∕R 單位：西門子〔S〕(電阻的倒數(shù)稱為電導)i＝Cducdtu＝1idtcC電容C＝Q∕Uc＝εS∕d 單位：法拉〔Fi＝Cducdtu＝1idtcCCX＝1∕(ωC)＝1∕(2πfC)單位：歐姆〔Ω〕CI＝UωC 90o

P＝0C無功功率Q＝UI 位：乏〔var〕CC C C電容對于直流電路視作開路，起隔直作用。XC＝1∕(2πfC＝1∕0＝∞Ω(f＝0):“短路““開路“RC電路的充放電過程都需要肯定的時間才能完成，充放電時間在3－5τ以后，可認為充放電根本完畢充放電過程的快慢打算于電路本身的時間常數(shù)(τ＝RC)，而與其它的因素無關充放電過程中，VC、IC、UR均按指數(shù)規(guī)律變化依據(jù)電路規(guī)律列寫電壓、電流的微分方程，假設微分方程是一階的，則該電路為一階電路〔一階電路中一般僅含一個儲能元件?！敞CCτCτ越大，過渡過t+所需要的時間越長C一階微分電路通用方程： 流i(t)初始值f(0+)：uc(0+)＝uc(0－) iL(0+)＝iL(0－)f(∞,C開路時間常數(shù)τRC求得；對于簡單的電路,R”RLC串聯(lián)電路消滅的諧振稱為串聯(lián)諧振，又稱電壓諧振。諧振條件：ωL－1/ωC＝0ω0＝1/(LC)電路串聯(lián)諧振時，電流最大，諧振時電感器和電容器上的電壓彼此相等但相位相反。Z＝R＋(XL－XC)＝RRLC并聯(lián)電路的諧振既稱并聯(lián)諧振，又稱電流諧振。諧振條件：ωC－1/ωL＝0 諧振頻率：ω0＝1/(LC)L＝ψ∕i＝NФ∕i＝uSN2∕l單位：亨利〔H〕〔u介質磁導率(H∕m)、S截面、N匝數(shù)、l線圈長度〕u＝－eu＝－e＝LLLdidtLLL感抗X＝ωL＝2πfL 單位：歐姆〔Ω〕LU＝IX＝IωL 90o

P＝0L功率Q＝UI 位：乏〔var〕LL L L LL電感線圈對于直流電路，相當于短路組件。X＝2πfL＝0Ω(f＝0)LR L R、電感LC組件串聯(lián)的溝通電路：電壓U＝U2＋(U－U)2R L 212阻抗 ＝＋2＝＋XX2ω－LCωCLC·復阻抗·＝＋jX－X＝∠ψI L RU－UR

X－X Q阻抗角ψ＝arctg

LUg ＝gC PX＝X＝XL－X C假設X<0，則ψ<0，電壓滯后電流ψ角，電路呈阻容性假設X=0，則ψ=0，電壓與電流同相，電路呈阻性X>0時ψ＝90°X<0時ψ＝－90°有功功率P＝UIcosψ (單位：W)無功功率Q＝UIsinψ＝QL QC (單位：var)－視在功率S＝UI (單位：VA)R、電感LC組件并聯(lián)的溝通電路：求阻抗：先求各分支電流，再求總電流，然后用電壓除以總電流得出阻抗。半導體SemiconductorPositive正的，陽的：導電時以空穴(帶正電荷)載流子為主，又稱空穴型半導體。Negative負的，陰的：導電時以自由電子為主，又稱電子型半導體。PN結：利用特別摻雜工藝，在一塊芯片上兩邊分別生成NPPN結。PN結根本特性：單向導電性，抱負狀況下，導通壓降≈0。正偏：P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極。反偏：P區(qū)接電源負極，N區(qū)接電源正極。反偏時，抱負狀況下，PN結的反向電阻≈∞。結加上相應電極和引線及管殼封裝而成。電路連接極性：PN結正偏。最大整流電流IDM：允許流過二極管的最大正向平均電流。反向工作峰值電壓URWM：保證二極管不被反向擊穿，一般為反向擊穿電壓的1∕3～1∕2反向工作峰值電流IRM：二極管加上反向工作峰值電壓時的反向飽和電流。IRM愈小管子單向導電性愈好。Dz：工作在反向擊穿狀態(tài)。當Iz在較大范圍內(nèi)變化時，管子兩端電壓Uz卻根本保持不變，具有恒壓性。穩(wěn)壓管只有與限流電阻串聯(lián)接入整流電路才能起到穩(wěn)壓作用。CBIbβIbCBIbβIbCCBBENPN型E微變等效電路EPNP型在一塊半導體基片上，用特別工藝生成兩個PN結：放射結、集電結。PN結將基片分為三個區(qū)域：放射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。EmissionBaseCollect摻雜濃度：放射區(qū)高于集電區(qū)，遠高于基區(qū)。掌握方式：較小的基極電流IB掌握較大的集電極電流IC。工作原理：在基極放射極加正向電壓，放射區(qū)的空穴〔電子〕多子快速集中到基區(qū)，由于基區(qū)格外微薄且電子〔空穴〕多子濃度低，進入基區(qū)的空穴〔電子〕被復合的時機很少；在基極集電極加較大的反向電壓，集電結處形成較厚的內(nèi)電場，在集電結較厚的內(nèi)電場作用下，空穴〔電子〕很快運動到集電結的邊緣，進入內(nèi)電場區(qū)域，被收集(飄移)到集電區(qū)?；鶚O電壓U ≦0BEBECE BE>U基極電壓U ≦0BEBECE BE>UPN結狀況放射結反偏，集電結反偏狀態(tài)飽和I＝0 I＝IBC CBO說明≈0U≧UI＝βI ICB C幾乎與UCE大小無關U≧0BEU≦UCE BEIB增大時，IC幾乎不再增大應用范圍數(shù)字電路數(shù)字電路I＝βI

I＝I＋I

＝(1＋β)IC B E C B Bbe 晶體管輸入電阻r＝300Ω＋(1+β)×26(mV)∕I(mA) be 晶體管極限參數(shù)：集電極最大允許電流ICM、集電極最大允許損耗功率PCM、反向擊穿電壓U(BR)CEO①I﹤I

②P ＝UI ③E≤～UC CM

CM CECM

(BR)CEOPCM25℃下測得的。Transistor場效應管的柵極與漏、源極及半導體絕緣，故名絕緣柵場效應管；因構造上有金屬、氧化物和半導體，所以又叫MOS管。MOSFET只有一種極性的載流子參與導電，故稱單極型晶體管。D掌握方式：柵源間電壓UGS掌握漏、源間電流I?！猜?、源極可互換〕D工作原理：利用柵、源間電壓UGS的外加電場在襯底中感應電荷來形成或復合漏、源間的導電溝道，使導電溝道變寬溝通或變窄夾斷，從而掌握漏、源間的電流ID導電溝道越寬，則溝道電阻越小，ID就越大。耗盡型：存在原始導電溝，當加上直流電壓U 后，漏、源間有電流I。DS D加上直流電壓UGSUGS>UGS(off)﹐原始導電溝在外電場作用下耗盡而夾斷，此時，ID≈0。增加型：當UGS＝0時，管中不存在原始導電溝道，因而當漏、源間加上直流電壓UDS時，ID＝0。只有當UGSUGS>UGS(th)﹐在外電場作用下溝通漏、源間的導通溝道，電路中才有ID。MOS管的襯底引出一電極，使用時通常將襯底與源極連在一起。溝道指向原則：N溝道(流出P溝道)﹐電流I流向與溝道全都。DG耗盡型柵源間電壓UGS極性可任意，一般與溝通(P＋N－)UGS極性UDS全都。GGDID DGG

D IDSNMOS管

S微變等效電路

SNMOS管＝0＝0時的漏極電流·飽和漏極電流IDSSUGSMOSFETUGS＝0UDS﹥0開關條件耗盡型IDU應用范圍I﹥0D夾斷：U﹥UGS GS(off)I＝ID DSS(1－GSU)2模擬電路GS(off)增加型ID＝0開啟：U﹥UGS GS(th)I＝U ( －1)2UGSDDSSUGS(th)數(shù)字電路

＞109Ω〔輸入電阻很高〕GS

的微小變量與由它引起的i

的微小變量之比。g

diDm DS gs

D

＝常數(shù)單位：西門子〔S〕P U P U DM DS D

m dugsDS注：存放時，使三個電極短路；取管子時，應留意人體靜電；焊接時，烙鐵要良好接地且去掉電源；電路中，應使柵源間有直流通路。根本放大電路IB太高，會產(chǎn)生飽和失真，即輸出波形的負半周(下半局部)產(chǎn)生非線性失真。IB太低，會產(chǎn)生截止失真，即輸出波形的正半周(上半局部)產(chǎn)生非線性失真。微變電路①②直流電源對溝通短路③電容對溝通短路r 計算根本放大電路的輸入電阻、輸出電阻 時，先r i or r i Sr r o L共射極放大電路基極偏置電阻RB一般為幾十千歐到幾百千歐。r B be 輸入電阻〔低〕ri=R∥r≈rr B be o CQ I V U R V R I I I I U V IR靜態(tài)工作點Q I V U R V R I I I I U V IRB CC BE B CC B C B CEO B CE CC CCR共射極放大電路的輸出電壓與輸入電壓的相位反相。電壓放大倍數(shù)＝－βRu L be共集電極放大電路———射極輸出器i B be 輸入電阻〔高〕r＝R∥[r＋(1＋β)R]i B be

)∕

時，r≈r

∕β，一般為幾十歐到幾百歐。SSo態(tài)工作點：IBRB＋UBE＋IERE＝VCC IE＝〔1＋β〕IB≈IC UCE＝VCC－IERESSo射極輸出器的輸出電壓與輸入電壓大小根本相等且相位同相。電壓放大倍數(shù)Au＝(1＋β)RL∕(rbe(1＋β)RL)≈1且＜1僅對差模信號進展放大。共模輸入信號：兩個輸入信號大小相等，極性一樣，即ui1＝ui2差模輸入信號：兩個輸入信號大小相等，極性相反，即ui1＝－ui2任意輸入信號可以分解為一對共模信號uc和一對差模信號ud的組合：ui1＝ud＋ucui2＝－ud＋uc典型差動放大電路的共模反響電阻RE對差模信號而言，幾乎沒有影響，可視為短路。共模抑制比KCMR＝20lg∣Aud∕Auc∣〔dB〕抱負狀況下，共模抑制比為無窮大。集成運放電路(電路構造：一個具有高開環(huán)放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路)識別雙列直插式組件的引腳時，將組件正面放置，引腳朝下，正面的半圓記號應在左側，從左下角開頭各引腳按逆時針方向挨次排列。抱負集成運放的條件和分析公式：A 抱負條件：①開環(huán)差模電壓放倍數(shù) ＝∞ ②差模輸入電阻A u0 idu輸出電壓u0

受控兩個輸入端電位差 ＝uA0 u0uA

(u－u)；＋ －集成運放工作在線性區(qū)：〔在閉環(huán)狀態(tài)下引入深度負反響〕uA由于 為線性區(qū)的有限值且uA0

＝∞，u＝u＋ －＋ u＝u 兩者同電位,可作短路處理，但不是真正的短路，稱為＋ ＋ u＝u＝0兩個輸入端只要有一個取得地電位〔0〕，則另一個雖無接地但也馬上取得地電位，稱為虛地＋ r＝∞，iii＝i

＝0(兩個輸入電流均為零，但不允許與輸入端斷開，稱為虛斷)id ＋ － ＋ －〔工作在開環(huán)狀況下〕r

＝i＝0id＋－＋－

＋＋－＋－

－UO＝UO(sat)(正向飽和輸出電壓)(對于數(shù)字電路為高電平：UOH)

UO＝UO(sat)(負向飽和輸出電壓)(對于數(shù)字電路為低電平：UOL)＋ －＋－u－u＋－

＋ ＋－＝0u＝u＋－

UO發(fā)生突變的時刻。此時的電壓值，即為門限電壓U。T〔工作在正反響狀況下〕正反響自激振蕩條件：Uf＝UiAF＝1TBA幅度平衡：∣A∣·∣F∣＝1 相位平衡：ψ＋ψ＝2π×n(n為自然數(shù))BA振蕩器必需在起振過程中滿足∣A∣·∣F∣＞1LC〕0RCf＝1∕〔2πRC〕LC〕00LCf＝1∕〔2π0

用作高頻振蕩器正負反響類型判別：在放大電路的輸入端，假設一個輸入信號對地的極性，用“+”、“-”表示。按信號傳輸方向依次推斷相關點的瞬時極性，直至推斷出反響信號的瞬時極性。假設反響信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反響；反之為正反響反響信號和輸入信號加于輸入回路一點時，瞬時極性一樣的為正反響，瞬時極性相反的是負反響。反響信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性一樣的為負反響，瞬時極性相反的是正反響。瞬時極性都是指對地而言；對三極管來說這兩點是基極和放射極，對運算放大器來說是同相輸入端和反相輸入端。AA＝Af＝開環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)F＝AF＝反響系數(shù)環(huán)路放大倍數(shù)Af＝輸出∕輸入＝輸出∕(反響＋凈輸入＝輸出∕(AF×凈輸入＋凈輸入)＝(輸出∕凈輸入)∕(1+AF＝A∕(1+AF)＝|A|∕|Af|1＋|A|×|F|＞＞1時，稱為深度負反響，|Af|＝|A|∕(1＋|A|×|F|)≈1∕|F|〔dAf∕Af〕＝1∕(1＋|A|×|F|)×〔dA∕A〕短路法直觀法短路法直觀法Uo＝0，假設反響信號消逝為電壓反響；否則為電流反響。將三極管輸入內(nèi)阻rbe短路，假設反響信號消逝為并聯(lián)反響；否則為串聯(lián)反響。反響信號與輸出信號引自同一端為電壓反響；否則為電流反響。反響信號與輸入信號引自同一端為并聯(lián)反響；否則為串聯(lián)反響。直流負反響的作用：穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點。溝通負反響影響放大器性能：降低了放大倍數(shù)、提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性、減小了非線性失真、展寬了通頻頻帶·串聯(lián)負反響提高輸入電阻并聯(lián)負反響降低輸入電阻電流負反響提高輸出電阻電壓負反響降低輸出電阻

信號源由低內(nèi)阻的電壓源供給輸入信號，可取得滿足的反響效果。信號源由高內(nèi)阻的電流源供給輸入信號，可取得滿足的反響效果。并穩(wěn)定輸出電流并穩(wěn)定