电路和电路元件实用版课件.pptx

1、电路电路电路元件和电路模型电路元件和电路模型电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电路功率电路功率1.1 1.1 电路和电路的基本物理量电路和电路的基本物理量第第2页页/共共77页页电电 路路由电源、开关、连接导线和负载等组成。由电源、开关、连接导线和负载等组成。强电电路强电电路电压较高、电流和功率较大；实现电电压较高、电流和功率较大；实现电 能的传输和转换。（如电力系统等）能的传输和转换。（如电力系统等）弱电电路弱电电路电压较低、电流和功率较小；实现信电压较低、电流和功率较小；实现信 号的传递和处理。（如扩音系统等）号的传递和处理。（如扩音系统等）发电机发电机升压变压器升压变压器降压变

2、压器降压变压器负载负载（如电灯、（如电灯、电动机等电动机等）话筒话筒放大器放大器扬声器扬声器电路电路第第3页页/共共77页页电路元件和电路模型电路元件和电路模型o 实际电路元件实际电路元件o 理想理想电路元件电路元件第第4页页/共共77页页o 实际电路实际电路o 电路模型电路模型第第5页页/共共77页页电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向1.1.电流及其参考方向电流及其参考方向电流电流电荷量对时间的变化率电荷量对时间的变化率dqidt直流电流直流电流电流的大小和方向不随时间变化电流的大小和方向不随时间变化电流的实际方向电流的实际方向规定为正电荷移动的方向规定为正电荷移动的方向电流的参考

3、方向电流的参考方向假定方向，也称正方向假定方向，也称正方向交流电流交流电流电流的大小和方向随时间变化电流的大小和方向随时间变化库仑库仑 C秒秒S安培安培 A第第6页页/共共77页页2.2.电压及其参考方向电压及其参考方向电压电压 电场力电场力移动单位正电荷移动单位正电荷从一点至另一点作的功从一点至另一点作的功电压的实际方向电压的实际方向 高电位指向低电位高电位指向低电位 dwudq电压的参考方向电压的参考方向 假定方向假定方向焦耳焦耳 J库仑库仑 C伏特伏特 V电动势电动势 非电场力非电场力移动单位正电荷移动单位正电荷从一点至另一点作的功从一点至另一点作的功电动势的方向电动势的方向 从低电位指

4、向高电位，与电压相反从低电位指向高电位，与电压相反参考点参考点电路中人为规定的零电位点，符号电路中人为规定的零电位点，符号 丄丄第第7页页/共共77页页为什么要设参考方向？为什么要设参考方向？简单电路简单电路 R2 USI2 U6IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 电流电流/电压的电压的实际方向可知实际方向可知各各电流电流/电压的电压的实际方向未知实际方向未知复杂电路复杂电路注意电路图中电流注意电路图中电流/电压电压方向的表示方式方向的表示方式第第8页页/共共77页页 按定义，电路的功率为电场力在单位时间里按定义，电路的功率为电场力在单位时间里所做的功。即所做的功。即dwpdt如果

5、某个元件（或某段电路）的电压和电流分如果某个元件（或某段电路）的电压和电流分别为别为u和和i，那么，功率就等于，那么，功率就等于dwdw dqpuidtdq dt电路功率电路功率biua+-N第第9页页/共共77页页根据电压电流的参考方向，电路功率根据电压电流的参考方向，电路功率puiiNu N N消耗功率（吸收功率）消耗功率（吸收功率）0pui N N输出功率（释放功率）输出功率（释放功率）0pui如图所示电压电流的参考方向，称为如图所示电压电流的参考方向，称为关联参考方向关联参考方向第第10页页/共共77页页2211ttttwpdtuidt 根据功率与能量的关系，在根据功率与能量的关系，在

6、t1t2内时间，电内时间，电路吸收的电能路吸收的电能 若若电压为伏特（电压为伏特（V）,电流为安培电流为安培(A)，时间，时间为秒为秒(S)，则电能单位为焦耳，则电能单位为焦耳(J)；实用中常用；实用中常用千千瓦时瓦时(kWh)，1kWh=3.6106J，俗称，俗称 1度电。度电。电能电能 也有的地方用也有的地方用瓦时瓦时或或安时安时来表示的，如电来表示的，如电池的容量池的容量第第11页页/共共77页页电流、电压、功率的符号和单位电流、电压、功率的符号和单位 电电 量量 名名 称称 符符 号号 基基 本本 单单 位位 常用工程单位常用工程单位 电电 流流I （直流）（直流）i （交流）（交流）

7、AkA、mA、A、nA 电电 压压U （直流）（直流）u （交流）（交流）VkV、MV、mV、V 功功 率率P（平均功率）（平均功率）WkW、MW、mW第第12页页/共共77页页1=2A,I2=-1.25A,I3=0.75A。求：。求：a、b、c各点的电位各点的电位Va、Vb、Vc；电压电压Uab、Ubc；E1、E2输出的功率输出的功率PE1、PE2abc1I2I3I10.5R 20.8R 312R d110VE28VE解解 Va=E1=10V Vc=E2=8V Ubd=R3I3=9V Vb=Ubd=9V第第13页页/共共77页页abc1I2I3I10.5R 20.8R 312R d110VE

8、28VE Uab=R1I1=0.52=1VI2参考方向参考方向cb Ubc=-R2I2 =-0.8(-1.25)=1V=Vb-Vc=Va-Vb PE1=E1I1=102=20WPE2=E2I2=8(-1.25)=-10W注意此处使用非关联参考方向，负值为吸收功率注意此处使用非关联参考方向，负值为吸收功率第第14页页/共共77页页电阻元件电阻元件 1.2 1.2 电阻、电感和电容元件电阻、电感和电容元件电感元件电感元件 电容元件电容元件实际元件的主要参数及电路模型实际元件的主要参数及电路模型第第15页页/共共77页页电压电流关系电压电流关系 uRi电阻功率电阻功率 电阻耗能电阻耗能 伏安特性伏安

9、特性电压与电流的关系电压与电流的关系22up uiRiR耗能元件耗能元件22112ttttWpdtRi dtIUOIUO线线 性性电电 阻阻 非线性非线性电电 阻阻 （电阻（电阻R R单位：单位：）k 电阻元件电阻元件第第16页页/共共77页页 部分电阻器的照片部分电阻器的照片膜电阻器膜电阻器线绕电阻器线绕电阻器电位器电位器热敏电阻器热敏电阻器水泥电阻器水泥电阻器第第17页页/共共77页页输出电流 等于源电流 ，与在D-S间外加电源，加于G-S间的电压 变 化时，漏极电流 变化。当外加电压足够大外电场足够强克服内电场 PE1=E1I1=102=20W发光二极管和光电二极管 端电压随端电流的增加

10、而减小伏安特性电压与电流的关系交流电流电流的大小和方向随时间变化五价元素。5W，试问应取多少个电阻组合才满足要求？非线性区开始导通，电流小电压源（理想电压源）：【例题】图示电路，设二极管正向压降为0.Va=E1=10V参考点电路中人为规定的零电位点，符号 丄直流电流电流的大小和方向不随时间变化晶体管工作在放大区，即:正向特性类同于普通二极管反向击穿状态。类型：N沟道绝缘栅场效应管（NMOS）电感元件电感元件线性电感线性电感 iNLiNLi电压电流关系电压电流关系 LdNdieLdtdt Lue diuLdt在直流电路中，在直流电路中，i=I，为常数，为常数0diuLdt 电感相当于短路电感相当

11、于短路-eL+-+uiL常数常数第第18页页/共共77页页电感是一种储能元件，储存的磁场能量电感是一种储能元件，储存的磁场能量 212LWLI电感电感L的单位：亨利的单位：亨利()、毫亨、毫亨()、微亨、微亨()HmHH电感的功率电感的功率dipuiLidt 在直流电路中，在直流电路中，p=0电感的能量电感的能量 212LdiwpdtLidtLidiLidt 第第19页页/共共77页页部分电感器的照片部分电感器的照片不同类电感器不同类电感器陶瓷电感器陶瓷电感器标准电感器标准电感器贴片电感器贴片电感器第第20页页/共共77页页电容元件电容元件线性电容线性电容 uqqCu 电压电流关系电压电流关系

12、 dqidtduiCdt在直流电路中，在直流电路中，0i 电容相当于开路电容相当于开路 电容是一种储能元件，储存的电场能量电容是一种储能元件，储存的电场能量 212WcCu电容电容C C的单位：法拉的单位：法拉 、微法拉、微法拉 、皮法拉皮法拉()F()F()pFC为常数为常数第第21页页/共共77页页 部分电容器的照片部分电容器的照片 电解电容器电解电容器 普通电容器普通电容器 电力电容器电力电容器单相电动机单相电动机 电容器电容器第第22页页/共共77页页两个元件串并联时参数的计算两个元件串并联时参数的计算连接方式连接方式等效电阻等效电阻等效电感等效电感等效电容等效电容串联串联R=R1+R

13、2L=L1+L2并联并联C=C1+C212111RRR 12111LLL 12111CCC 第第23页页/共共77页页 实际元件的主要参数及电路模型实际元件的主要参数及电路模型主要参数（额定参数）主要参数（额定参数）：电阻器：标称电阻值、额定功率电阻器：标称电阻值、额定功率电感器：标称电感值、额定电流电感器：标称电感值、额定电流电容器：标称电容值、额定电压电容器：标称电容值、额定电压电路模型电路模型:理想电路模型理想电路模型:电阻器电阻器 R R、电感器、电感器 L L、电容器、电容器 C C第第24页页/共共77页页实际电路模型实际电路模型:理想元件理想元件模型模型的不同组合的不同组合CRC

14、RLRL电容器模型电容器模型电感器模型电感器模型CRL第第25页页/共共77页页例题例题1.2.1 今需要一个阻值为今需要一个阻值为150、功率为、功率为1.5W的电阻，现有的电阻，现有150电阻器的额定功率为电阻器的额定功率为0.5W，试问应取多少个电阻组合才满足要求？试问应取多少个电阻组合才满足要求？解解 应取应取4个电阻连接，如下图所示个电阻连接，如下图所示R1R2R3R4R1R2R3R4等效电阻等效电阻13241324()()()()RRRRRRRRR 150等效电阻等效电阻34121234R RR RRRRRR150等效电阻的额定功率为等效电阻的额定功率为4 0 52.NPW1 5.

15、W 故满足要求。故满足要求。第第26页页/共共77页页1.3 1.3 独立电源元件独立电源元件实际电源的模型实际电源的模型电压源和电流源电压源和电流源第第27页页/共共77页页 耗尽型MOS管参数S置“2”时，D1导通电区，并由电源收集集电极电流分析关键：判断二极管是否导通方法：二极管两湍的电压与流弱电电路电压较低、电流和功率较小；电压源（理想电压源）：正常工作区截止 反向电流很小通，加反向电压截止，导通方向：P N稳压二极管的伏安特性晶体管工作在放大区，即:双极晶体管简称晶体管、三极管。阳极接于同一点（同电位），电流控制电流源（CCCS）伏安特性电压与电流的关系 阳极接于同一点（同电位），在

16、二氧化硅绝缘层中掺入少量正离子，解 电流源模型如图所示电动势的方向 从低电位指向高电位，与电压相反互换-实际电压源可变换为实际电流源，电压源和电流源电压源和电流源电压源（理想电压源）：电压源（理想电压源）：I I 端电压（输出电压）端电压（输出电压）端电流（输出电流）端电流（输出电流）SUUU O I US输出电压输出电压 等于源电压等于源电压 ，与，与 输出电流和外电路的情况无关。输出电流和外电路的情况无关。USUSU 源电压源电压 UI I第第28页页/共共77页页电流源（理想电流源）：电流源（理想电流源）：I I 源电流源电流ISSII 端电压端电压 U 端电流端电流I IU O I I

17、S输出电流输出电流 等于源电流等于源电流 ，与，与输出电压和外电路的情况无关。输出电压和外电路的情况无关。I IIS第第29页页/共共77页页实际电源的模型实际电源的模型1.1.实际电压源实际电压源0SUUR I 端电压随端电流的增加而减小端电压随端电流的增加而减小 ，开路状态，开路状态，R 当0,I SU U 开路电压开路电压 ，短路状态短路状态，0R 当SOUIR0,U 短路电流短路电流 实际电压源在工作时要避免短路！实际电压源在工作时要避免短路！U O I US实实际际电电源源+U-abIR+U-abIRR0+-US第第30页页/共共77页页部分电压源照片部分电压源照片第第31页页/共共

18、77页页2.2.实际电流源实际电流源U O I IS0SUIIR00SUR IR I端电流随端电压的增加而减小端电流随端电压的增加而减小。实实际际电电源源+U-abIR+U-abIRR0IS第第32页页/共共77页页等效等效-对外电路等效对外电路等效3.3.两种实际电源模型的等效互换两种实际电源模型的等效互换互换互换-实际电压源可变换为实际电流源，实际电压源可变换为实际电流源，实际电流源可变换为实际电压源实际电流源可变换为实际电压源0SSUIR0SUUR I 00SUR IR I00RR0SSUR I+U-abIRR0+-US+U-abIRR 0IS第第33页页/共共77页页实实际际电电源源+

19、U-abIR例题已知图示实际电源电路中，例题已知图示实际电源电路中，R=0时时I=2A，R=4时时I=1.2A，求：电流源模型；电压源模，求：电流源模型；电压源模型；型；R=2时的时的I值值解解 电流源模型如图所示电流源模型如图所示+U-abIRR0IS电流源模型电流源模型00SRIIRR 当当R=0时，时，I=IS，故，故IS=2A且有且有R0=6 0SIRRII R=4时时I=1.2A第第34页页/共共77页页实实际际电电源源+U-abIR电压源模型如图所示电压源模型如图所示R0=6+U-abIRR0US电压源模型电压源模型+-根据电源等效互换条件根据电源等效互换条件US=R0IS=6 2

20、=12V当当R=2时，由右图时，由右图 012621 5.ASURRI 由电流源模型可求得同样结果。由电流源模型可求得同样结果。第第35页页/共共77页页1.4 1.4 二极管二极管结及其单向导电性结及其单向导电性二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数二极管的工作点和理想特性二极管的工作点和理想特性稳压二极管稳压二极管发光二极管和光电二极管发光二极管和光电二极管 第第36页页/共共77页页结及其单向导电性结及其单向导电性物质按导电能力分为：导体、半导体、绝缘体。物质按导电能力分为：导体、半导体、绝缘体。本征半导体本征半导体 纯净的半导体（如硅、锗、砷化镓等）纯净的半导体（如硅、锗、砷化镓

21、等）P P型半导体型半导体 在纯净的半导体硅、锗中掺入少量在纯净的半导体硅、锗中掺入少量 三价元素。三价元素。多数载流子为空穴多数载流子为空穴。N N型半导体型半导体 在纯净的半导体硅、锗中掺入少量在纯净的半导体硅、锗中掺入少量 五价元素。五价元素。多数载流子为电子。多数载流子为电子。第第37页页/共共77页页电压Uab、Ubc；阳极电位最高的优先导通。3mA，求：UBE=？理想电路模型:电阻器 R、电感器 L、电容器 C发光二极管和光电二极管三价元素。阳极接于同一点（同电位），反向击穿区特性曲线陡直稳压特性 Va=E1=10V 端电压随端电流的增加而减小1=2A,I2=-1.在二氧化硅绝缘层

22、中掺入大量正离子，不加（耗尽层）基 区杂质浓度相对很低最终，扩散与内电场作用达到平衡PN结基 区杂质浓度相对很低稳压二极管是一种特殊的二极管。特点：发射结正向偏置，集电结反向偏置，直流电流电流的大小和方向不随时间变化 Uab=R1I1=0.PNPN结的形成：结的形成：浓度差浓度差扩散和复合扩散和复合 空间电荷区（耗尽层）空间电荷区（耗尽层）内电场内电场 扩散和复合扩散和复合空间电荷区空间电荷区 （耗尽层）（耗尽层）内电场内电场阻止扩散、并引起少数载流子漂移阻止扩散、并引起少数载流子漂移最终，扩散与内电场作用达到平衡最终，扩散与内电场作用达到平衡PNPN结结第第38页页/共共77页页PNPN结的

23、单向导电性结的单向导电性 o PNPN结加正向电压结加正向电压 外电场与内电场方向相反外电场与内电场方向相反外电场外电场空间电荷区变窄空间电荷区变窄当外加电压足够大当外加电压足够大外电场足够强外电场足够强克服内电场克服内电场作用作用 PNPN结导通结导通电流电流I I从从P P流向流向N N外加正向电压外加正向电压外电场外电场第第39页页/共共77页页o PNPN结加反向电压结加反向电压 PNPN结的单向导电性结的单向导电性 外电场与内电场方向相同外电场与内电场方向相同外电场外电场空间电荷区变宽空间电荷区变宽不导通（截止）不导通（截止）结论：结论：PNPN结具有单向导电性。结具有单向导电性。P

24、NPN结加正向电压导结加正向电压导 通，加反向电压截止，导通方向：通，加反向电压截止，导通方向：P NP N第第40页页/共共77页页二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数二极管：一个二极管：一个PNPN结，两个电极结，两个电极-阳极、阴极阳极、阴极1.1.二极管的伏安特性二极管的伏安特性二极管两湍的电压与流二极管两湍的电压与流过的电流之间的关系曲线过的电流之间的关系曲线 正向特性正向特性死区死区电压小，基本不电压小，基本不导通。死区电压：硅管导通。死区电压：硅管0.40.40.5V 0.5V 锗管约锗管约0.1V0.1V第第41页页/共共77页页1.1.二极管的伏安特性二极管的伏安特性

25、非线性区非线性区开始导通，电流小开始导通，电流小 正向特性正向特性导通区导通区近似线性，导通压降：近似线性，导通压降：硅管硅管0.60.60.7V 0.7V 锗管锗管0.20.20.3V0.3V 反向特性反向特性正常工作区正常工作区截止截止 反向电流很小反向电流很小反向击穿区反向击穿区反向电压过大，反向击穿反向电压过大，反向击穿第第42页页/共共77页页2.2.二极管的主要参数二极管的主要参数o 最大正向电流最大正向电流 o 最高反向工作电压最高反向工作电压 o 反向电流反向电流 o 最高工作频率最高工作频率FMIRMURIMf第第43页页/共共77页页二极管的工作点和理想特性二极管的工作点和

26、理想特性o 二极管的工作点二极管的工作点 DSDUURI静态电阻静态电阻 DDDURI动态电阻动态电阻 DDDdUrdI通常，同一工作点，通常，同一工作点，DDRr不同工作点的不同工作点的 DDRr、均不同。均不同。第第44页页/共共77页页o 二极管的理想特性二极管的理想特性考虑正考虑正向导通向导通压降压降 忽略正忽略正向导通向导通压降压降 o 二极管二极管电路的分析方法电路的分析方法 分析关键：判断二极管是否导通分析关键：判断二极管是否导通方法：方法：单个二极管单个二极管：阳极电位高于阴极电位足够大小；：阳极电位高于阴极电位足够大小；第第45页页/共共77页页 阳极接于同一点（同电位），阳

27、极接于同一点（同电位），阴极电位最低的优先导通；阴极电位最低的优先导通；阴极接于同一点（同电位），阴极接于同一点（同电位），阳极电位最高的优先导通。阳极电位最高的优先导通。o 二极管二极管电路的分析方法电路的分析方法 例题设右图中二极管导通时的正例题设右图中二极管导通时的正向压降为向压降为0.7V0.7V，试分析，试分析 的工作情况并求的工作情况并求I I值。值。12DD、解解 阳极同电位，阴极阳极同电位，阴极 导通，导通，12DD、0,3,CbVVV 1D2.3,aVV 2D截止，故截止，故 212(2.3)4.773SaUVVImARk 多个二极管：多个二极管：第第46页页/共共77页页【

28、例题】【例题】电路如图所示，电路如图所示，D1，D2 均为理想二均为理想二极管，极管，当输入电压当输入电压 ui 6V 时，时，则则uO=？【解解】ui 6V D1截止截止电路可以看成电路可以看成因此因此，D2 截止截止故故 uO=3V第第47页页/共共77页页在直流电路中，i=I，为常数N型半导体 在纯净的半导体硅、锗中掺入少量耗尽型绝缘栅场效应管 阳极接于同一点（同电位），交流电流电流的大小和方向随时间变化外电场空间电荷区变窄注意此处使用非关联参考方向，负值为吸收功率电感L的单位：亨利()、毫亨()、微亨()反之，若原来处于饱和状态，减小RC能脱离饱和进入放大状态 Va=E1=10V内电场

29、阻止扩散、并引起少数载流子漂移双极晶体管简称晶体管、三极管。基 区杂质浓度相对很低根据电压电流的参考方向，电路功率在二氧化硅绝缘层中掺入少量正离子，Uab=R1I1=0.（电阻R单位：）电感是一种储能元件，储存的磁场能量解 电流源模型如图所示电压的实际方向 高电位指向低电位【例题例题】图示电路，设二极管正向压降为图示电路，设二极管正向压降为0.7伏，伏，当开关当开关S置置“1”时，时，Ua=伏；当开关伏；当开关S置置“2”时，时，Ua=伏；当开关伏；当开关S置置“3”时，时，Ua=伏；伏；D1D2D31k+-6V+-3V+-3VS123a【解解】S置置“1”时，时，D1截止截止Ua=1.4VS

30、置置“2”时，时，D1导通导通Ua=0.7VS置置“3”时，时，D1导通导通Ua=-2.3V第第48页页/共共77页页稳压二极管稳压二极管稳压二极管是一种特殊的二极管。稳压二极管是一种特殊的二极管。1.1.稳压二极管的伏安特性稳压二极管的伏安特性 伏安特性伏安特性图形图形符号符号反向击穿区特性曲线陡直反向击穿区特性曲线陡直稳压特性稳压特性稳压区稳压区反向击穿区反向击穿区2.2.稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数 稳定电压稳定电压 ZU、稳定电流稳定电流 ZI 最大稳定电流最大稳定电流 最大耗散功率最大耗散功率 动态电阻动态电阻 电压温系数电压温系数 ZMIZMPZrUZ第第49页页/共共

31、77页页3.3.稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路 稳压条件：稳压条件：IZUU有一定的有一定的 ZI稳压二极管工作在稳压二极管工作在 反向击穿状态。反向击穿状态。第第50页页/共共77页页发光二极管和光电二极管发光二极管和光电二极管1.1.发光二极管发光二极管发光二极管是一种能将电能发光二极管是一种能将电能转换成光能的器件，简称转换成光能的器件，简称LED，正向导通后发光，正向导通后发光 导通压降大于普通二极管导通压降大于普通二极管通常在通常在1.4V以上以上发光二极管具有寿命长、抗冲击和抗振动性能好、发光二极管具有寿命长、抗冲击和抗振动性能好、可靠性高等优点，应用十分广泛，其外形众多可靠

32、性高等优点，应用十分广泛，其外形众多第第51页页/共共77页页2.2.光电二极管光电二极管光电二极管是一种将光能转换成电流光电二极管是一种将光能转换成电流的器件，其的器件，其PN结封装在具有透明聚结封装在具有透明聚光窗的管壳内。光照射后导通，导通光窗的管壳内。光照射后导通，导通电流与光照强度相关。电流与光照强度相关。I/AU/V无光照射电流很小（暗电流）无光照射电流很小（暗电流）受到光照，受到光照，反向电流增反向电流增大（光电流）大（光电流）正向特性类同正向特性类同于普通二极管于普通二极管注意光电二极管使用时要反向接入电路中，即阳极接注意光电二极管使用时要反向接入电路中，即阳极接电源负极，阴极

33、接电源正极。电源负极，阴极接电源正极。第第52页页/共共77页页部分二极管的照片部分二极管的照片整流二极管整流二极管稳稳 压压二极管二极管发光二极管发光二极管光光 电电二极管二极管第第53页页/共共77页页1.5 1.5 双极晶体管双极晶体管基本结构和电流放大作用基本结构和电流放大作用特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数简化的小信号模型简化的小信号模型第第54页页/共共77页页基本结构和电流放大作用基本结构和电流放大作用双极晶体管简称晶体管、三极管。双极晶体管简称晶体管、三极管。1.1.基本结构和符号基本结构和符号 NPNNPN型型PNPPNP型型第第55页页/共共77页页1.1.基本结构和符

34、号基本结构和符号两个两个PNPN结：发射结、集电结结：发射结、集电结三个电极：发射极三个电极：发射极E E、基极、基极B B、集电极、集电极C C 三个区：发射区三个区：发射区杂质浓度高（多数载流子最多）杂质浓度高（多数载流子最多）集电区集电区杂质浓度高杂质浓度高,比发射区稍低比发射区稍低 基基 区区杂质浓度相对很低杂质浓度相对很低第第56页页/共共77页页2.2.电流放大作用电流放大作用o 条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。载流子的运动和电流的形成：发射结外电场发射结外电场发射区大量电子发射区大量电子载流子向基区运动载流子向基区运动,电源向发射区电源

35、向发射区补充电子补充电子发射极电流发射极电流 EI 进入基区的电子载流子少量与进入基区的电子载流子少量与基区空穴复合，电源基区空穴复合，电源 向基区向基区补充空穴补充空穴基极电流基极电流BBUBI 集电结外电场集电结外电场基区的大部分电子载流子进入集基区的大部分电子载流子进入集电区，并由电源收集电区，并由电源收集集电极电流集电极电流 CI第第57页页/共共77页页 耗尽型MOS管参数输出电流 等于源电流 ，与 阳极接于同一点（同电位），电压的实际方向 高电位指向低电位在直流电路中，i=I，为常数例题已知图示实际电源电路中，R=0时I=2A，R=4时I=1.通，加反向电压截止，导通方向：P N例

36、题设右图中二极管导通时的正直流电流电流的大小和方向不随时间变化晶体管工作在放大区，即:在二氧化硅绝缘层中掺入大量正离子，不加 端电压（输出电压）最终，扩散与内电场作用达到平衡PN结外电场与内电场方向相反 耗尽型MOS管参数作用 PN结导通电流I从P流向N 阳极接于同一点（同电位），增强型NMOS管结构3mA，求：UBE=？【例题】图示电路，设二极管正向压降为0.电流放大作用：EBCIIIBCEIIIBEBBBCEUIIIII改变变化，、BCEIII 小的基极电流变化量小的基极电流变化量大的集电极电流变化量，大的集电极电流变化量，具有电流放大作用，电流控制作用具有电流放大作用，电流控制作用电流控

37、制型器件。电流控制型器件。第第58页页/共共77页页特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数1.1.共发射极输入、输出特性曲线共发射极输入、输出特性曲线 输入特性曲线：输入特性曲线：()CCEBif ui常数()BBECEif uU常数与二极管正向特性与二极管正向特性曲线类似。曲线类似。输出特性曲线：输出特性曲线：第第59页页/共共77页页截止区：无放大作用；无放大作用；0BI曲线以下区曲线以下区域域特点：集电结、发射结均反向偏置；特点：集电结、发射结均反向偏置；0CCEOII集电极与发射极相当于断开集电极与发射极相当于断开的开关的开关用于开关电路。用于开关电路。饱和区饱和区：CEBEUU的区域特

38、点：发射结、集电结均正向偏置；特点：发射结、集电结均正向偏置；无放大作用；无放大作用；第第60页页/共共77页页,0CCECESIUU有但集电极与发射极相当于接通集电极与发射极相当于接通的的开关开关用于开关电路。用于开关电路。饱和区特点：饱和区特点：放大区：放大区：特点：发射结正向偏置，集电结反向偏置，特点：发射结正向偏置，集电结反向偏置，有放大作用有放大作用用于放大电路。用于放大电路。0.3)CEUV（很小，约第第61页页/共共77页页2.2.主要参数主要参数电流放大系数电流放大系数 CCEOCBBIIIII （直流）CBII (交流)穿透电流穿透电流CEOI集电极最大允许电流集电极最大允许

39、电流CMI集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率C MP集电极集电极发射极反向击穿电压发射极反向击穿电压()BR CEOU第第62页页/共共77页页+UCC-IBRCRBUBB+-+UCE-IC+UBE-Q1uCE/ViC/mAQ21.00.521.00 0.32.0iB=20A例题下左图的共发射极电路中，已知例题下左图的共发射极电路中，已知UCC=6V，IB=20A时晶体管的时晶体管的iC-uCE曲线，求：工作点分别为曲线，求：工作点分别为Q1、Q2时的时的RC值。值。解解 CCCECCUUR ICCCECCUURI Q1:RC=4kQ2:RC=11k当当UCC、IB为一定值时，为一定

40、值时，增大增大RC使工作点沿使工作点沿iC-uCE曲线从放大状态进入饱曲线从放大状态进入饱和；反之，若原来处于和；反之，若原来处于饱和状态，减小饱和状态，减小RC能脱能脱离饱和进入放大状态离饱和进入放大状态第第63页页/共共77页页简化的小信号模型简化的小信号模型1.1.受控源概念受控源概念受控源受控源非独立电源非独立电源输出电压或电流受电路中另一电压或电流的控制。输出电压或电流受电路中另一电压或电流的控制。电压控制电压源（电压控制电压源（VCVSVCVS）电压控制电流源（电压控制电流源（VCCSVCCS）电流控制电压源（电流控制电压源（CCVSCCVS）电流控制电流源（电流控制电流源（CCC

41、SCCCS）四种类型：四种类型：第第64页页/共共77页页四种受控源符号：四种受控源符号：VCVSVCVSVCCSVCCSCCVSCCVSCCCSCCCS第第65页页/共共77页页2 2晶体管的简化小信号模型晶体管的简化小信号模型 晶体管工作在放大区，即晶体管工作在放大区，即:B-EB-E之间，工作在输入特性之间，工作在输入特性的近似线性区，的近似线性区，ber用电阻模拟26(1)BEbebBEUrrII200br EImA单位C-EC-E之间之间,CBIICCEIU与基本无关，用电流控制电流源模型用电流控制电流源模型。第第66页页/共共77页页部分晶体管的照片部分晶体管的照片第第67页页/共

42、共77页页例题下图基极电流例题下图基极电流IB=0.02mA，电流放大系数，电流放大系数=80。若若IC=0.3mA，求：，求：UBE=？BUCEUBE+CEIBIC2626(1)2620015000.02bebbEBrrrII解解 晶体管输入电阻晶体管输入电阻BUCEUBE+CEIBICrbeIB30.33.75 10 mA80CBII31500 3.75 105.625mVBEbeBUrI第第68页页/共共77页页1.6 1.6 绝缘栅场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管基本结构和工作原理基本结构和工作原理特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数简化的小信号模型简化的小信号模型第第69页页/共共77

43、页页基本结构和工作原理基本结构和工作原理类型：类型：N N沟道绝缘栅场效应管（沟道绝缘栅场效应管（NMOSNMOS）P P沟道绝缘栅场效应管（沟道绝缘栅场效应管（PMOSPMOS）增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管 耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管1.1.基本结构基本结构耗尽型耗尽型NMOSNMOS管结构管结构G G 栅极栅极S S 源极源极D D 漏极漏极耗尽型耗尽型 NMOSNMOS第第70页页/共共77页页 耗尽型耗尽型NMOSNMOS管结构管结构 在二氧化硅绝缘层中掺入大量正离子，不加在二氧化硅绝缘层中掺入大量正离子，不加 在在 区之间存在区之间存在N N型导电沟道。型导

44、电沟道。GSUN 增强型增强型NMOSNMOS管结构管结构 在二氧化硅绝缘层中掺入少量正离子，在二氧化硅绝缘层中掺入少量正离子，尚未形成导电沟道，只有加入足够大的尚未形成导电沟道，只有加入足够大的 时才形成导电沟道。时才形成导电沟道。GSU增强增强型型 NMOSNMOSP P沟道沟道MOSMOS管的符号管的符号 增强型增强型PMOSPMOS耗尽型耗尽型PMOSPMOS第第71页页/共共77页页2.2.工作原理工作原理 GSUDIGSDUI控制 电压控制型器件。电压控制型器件。对耗尽型对耗尽型NMOSNMOS，GSU可正可负；对增强型对增强型NMOSNMOS，GSU为正。在在D-SD-S间外加电

45、源，加于间外加电源，加于G-SG-S间的电压间的电压 变变 化时，漏极电流化时，漏极电流 变化。变化。GSU第第72页页/共共77页页特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数1.1.特性曲线特性曲线输出特性：输出特性：()DDSGSif UU常数转移特性：转移特性：()DGSDSif UU常数耗尽型耗尽型NMOSNMOS管的特性曲线管的特性曲线 耗尽型耗尽型NMOS管的特性曲线近似表达式管的特性曲线近似表达式2()1GSDDSSGS offUIIU第第73页页/共共77页页增强型增强型NMOSNMOS管管的特性的特性曲线曲线增强型增强型MOS管必须外加一定的管必须外加一定的uGS才会导通，通常才会

46、导通，通常把把ID=10A时的时的uGS值规定为值规定为开启电压开启电压uGS(th)第第74页页/共共77页页2.2.主要参数主要参数夹断电压夹断电压 开启电压开启电压 饱和漏极电流饱和漏极电流 低频跨导低频跨导 最大漏极电流最大漏极电流 最大耗散功率最大耗散功率 最大漏最大漏-源极击穿电压源极击穿电压 栅源直流电阻栅源直流电阻 耗尽型耗尽型MOSMOS管参数管参数 增强型增强型MOSMOS管参数管参数 耗尽型耗尽型MOSMOS管参数管参数()GS offU()GS thUDSSImgDmDSGSIgUU常数DMIDMP()BR DSUGSR第第75页页/共共77页页简化的小信号模型简化的小

47、信号模型栅源电阻很大，栅极电流栅源电阻很大，栅极电流 栅源电压控制漏极电流栅源电压控制漏极电流 电压控制电流源模型电压控制电流源模型 0GI第第76页页/共共77页页本章结束本章结束返回目录返回目录第第2 2章章 电路分析基础电路分析基础第第77页页/共共77页页条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。电压控制电压源（VCVS）当UCC、IB为一定值时，增大RC使工作点沿iC-uCE曲线从放大状态进入饱和；外电场与内电场方向相反输出电流和外电路的情况无关。S置“3”时，D1导通5W的电阻，现有150电阻器的额定功率为0.kV、MV、mV、V输出电压和外电路的情况无关。US=R0IS=6 2=12

48、V电压的实际方向 高电位指向低电位电流的参考方向假定方向，也称正方向稳压二极管是一种特殊的二极管。两个元件串并联时参数的计算由电流源模型可求得同样结果。耗尽型NMOS管结构端电流随端电压的增加而减小。反向击穿区特性曲线陡直稳压特性外电场与内电场方向相反 端电压（输出电压）电压电流关系电压电流关系 uRi电阻功率电阻功率 电阻耗能电阻耗能 伏安特性伏安特性电压与电流的关系电压与电流的关系22up uiRiR耗能元件耗能元件22112ttttWpdtRi dtIUOIUO线线 性性电电 阻阻 非线性非线性电电 阻阻 （电阻（电阻R R单位：单位：）k 电阻元件电阻元件第第16页页/共共77页页电感

49、是一种储能元件，储存的磁场能量电感是一种储能元件，储存的磁场能量 212LWLI电感电感L的单位：亨利的单位：亨利()、毫亨、毫亨()、微亨、微亨()HmHH电感的功率电感的功率dipuiLidt 在直流电路中，在直流电路中，p=0电感的能量电感的能量 212LdiwpdtLidtLidiLidt 第第19页页/共共77页页例题例题1.2.1 今需要一个阻值为今需要一个阻值为150、功率为、功率为1.5W的电阻，现有的电阻，现有150电阻器的额定功率为电阻器的额定功率为0.5W，试问应取多少个电阻组合才满足要求？试问应取多少个电阻组合才满足要求？解解 应取应取4个电阻连接，如下图所示个电阻连接

50、，如下图所示R1R2R3R4R1R2R3R4等效电阻等效电阻13241324()()()()RRRRRRRRR 150等效电阻等效电阻34121234R RR RRRRRR150等效电阻的额定功率为等效电阻的额定功率为4 0 52.NPW1 5.W 故满足要求。故满足要求。第第26页页/共共77页页2.2.实际电流源实际电流源U O I IS0SUIIR00SUR IR I端电流随端电压的增加而减小端电流随端电压的增加而减小。实实际际电电源源+U-abIR+U-abIRR0IS第第32页页/共共77页页PNPN结的形成：结的形成：浓度差浓度差扩散和复合扩散和复合 空间电荷区（耗尽层）空间电荷区