模擬數(shù)字電力電子技術(shù)第1章_基礎(chǔ)知識新

1、模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一章第一章 基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識模擬電子篇模擬電子篇模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理一、歐姆定律一、歐姆定律IRU 二、基爾霍夫電流定律（節(jié)電電流定律）二、基爾霍夫電流定律（節(jié)電電流定律）3條或3條以上支路的連接點稱為節(jié)點。電路中通過統(tǒng)一電流的每個分支稱為支路。電路中任意閉合路徑稱為回路。模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理outinII 0i表述一表述二在任一瞬時，流入任一節(jié)點的電流之和必定等于從該節(jié)點流出的電流之和。在任一瞬時，通過任一

2、節(jié)點電流的代數(shù)和恒等于零。3條支路2個節(jié)點3個回路模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理KCL通常用于節(jié)點，對于包圍幾個節(jié)點的閉合面也是適用的。例：列出下圖中各節(jié)點的KCL方程ab解：取流入為正節(jié)點節(jié)點節(jié)點c0641iii0542iii0653iii0321iii三式相加得：三式相加得：模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理三、基爾霍夫電壓定律（回路電壓定律）三、基爾霍夫電壓定律（回路電壓定律）UE 0U表述一表述二在任一瞬時，任一閉合回路中，電動勢的代數(shù)和等于電壓降的代數(shù)和。在任一瞬時

3、，任一回路電壓的代數(shù)和恒等于零。012321EEUUURRR21321EEUUURRR模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理例1.1.1 如圖電路， ， ， ， ， 試求各電阻中流過的電流及電阻兩端的電壓值。 k11RV81Ek232RRV42E 解：設(shè)電流方向如圖示，由節(jié)電電流定律，電流方程為321III21EEUUbcab1EUUbdab212311EERIRI13211ERIRI 由回路電壓定律將已知電阻和電動勢數(shù)據(jù)代入上式即可求出結(jié)果模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理四、疊加

4、原理四、疊加原理 在線性電路中，任何一條支路的電流（或電壓），都是各個電源單獨作用時在該支路中所產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和。這就是疊加定理。說明：當(dāng)某一獨立源單獨作用時，其他獨立源置零。即：開路短路0 0SSIu4VR1R22A22I例 如圖求電流I模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理解：應(yīng)用疊加定理，上圖變?yōu)镽12AIR2R1R2I4VA144 IA12222 IA211 III模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理五、戴維南定理五、戴維南定理(等效電壓源）等效電壓源）對外電路來說

5、，任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，都可以用一條含源支路即電壓源和電阻串聯(lián)的支路來代替，其電壓源電壓等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，電阻等于線性有源二端網(wǎng)絡(luò)除源后兩端間的等效電阻。這就是戴維南定理。NabusRoab+模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理(a) 電路(b) 求開路電壓的電路3+ 24V663 I3+ 24V662A+UOC2A例：用戴維南定理求圖示電路的電流I。解：(1)斷開待求支路，得有源二端網(wǎng)絡(luò)如圖(b)所示。由圖可求得開路電壓UOC為：V181262466632OCU模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線

6、性電路的常用定理線性電路的常用定理 6 3 6 Ro (c) 求串聯(lián)電阻的電路 (2)將圖(b)中的電壓源短路，電流源開路，得除源后的無源二端網(wǎng)絡(luò)如圖(c)所示，由圖可求得等效電阻Ro為：63366663oR I 18V63(d) 圖(a)的等效電路 +UOC Ro(3)根據(jù)UOC和Ro畫出戴維南等效電路并接上待求支路，得圖(a)的等效電路，如圖(d)所示，由圖可求得I 為：A23618I模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理六、諾頓定理（等效電流源）六、諾頓定理（等效電流源）諾頓定理描述了電壓源與電流源之間的等效互換關(guān)系。一個內(nèi)阻為 的恒

7、壓源 可以等效變換成一個內(nèi)阻 為的恒流源 。其中0REsRsI0REI s0RR s 同樣，一個內(nèi)阻為 的恒流源 可以等效變換成一個內(nèi)阻 為的恒壓源 。其中0REsRsIs0RR 0RIEs模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理例1.1-2 試將下圖所示電路變換成電壓源和電流源形式，并求出 和 。sIsR模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第一節(jié)第一節(jié) 線性電路的常用定理線性電路的常用定理解： （1）將恒流源開路，恒壓源短路，先求出等效電阻（如右圖示）k5 . 1)/(2130RRRR（2）開路電壓33RIEE按疊加原理求出 ，再用上

8、式得出3IEV3EA20msREIks5 . 10RR（3）最后由諾頓定律得出 和sIsR模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第二節(jié)第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管及整流電路半導(dǎo)體二極管及整流電路2. 2. 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管（1）二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管是由一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極和引線及管殼封裝而成的。由P區(qū)引出的電極稱為陽極（正極），N區(qū)引出的為陰極（負(fù)極）。因為PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，二極管導(dǎo)通時的電流方向是由陽極通過管子內(nèi)部流向陰極。電流二極管按材料的可分為硅二極管、鍺二極管和砷化鎵二極管等。按結(jié)構(gòu)不同可分為點接觸型、面接觸型和平面型二極管等。1.PN1.PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)?/p>

9、電性 利用半導(dǎo)體的制作工藝，在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。 當(dāng)PN結(jié)在外加正向電壓時，處于低電阻的導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)外加反向電壓時，處于高電阻的截止?fàn)顟B(tài)，這種導(dǎo)電特性，就是PN結(jié)單向?qū)щ娦?。利用PN結(jié)可以制造出各種半導(dǎo)體器件。如二極管、三極管和場效應(yīng)管等。模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第二節(jié)第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管及整流電路半導(dǎo)體二極管及整流電路（2）二極管的電流方程及伏安特性11TUUKTqUeIeIIss I 通過二極管的電流； U 加在二極管兩端的電壓； Is二極管的反向飽和電流； UT溫度的電壓當(dāng)量UT=kT/

10、q。 k是玻爾茲曼常數(shù)，當(dāng)外加正向電壓UUT時：當(dāng)外加反向電壓|U|UT時 TUUeIIssII模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第二節(jié)第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管及整流電路半導(dǎo)體二極管及整流電路二極管兩端的電壓U及其流過二極管的電流I之間的關(guān)系曲線，稱為二極管的伏安特性曲線。用實驗的方法，在二極管的正極和負(fù)極加上不同極性和不同數(shù)值的電壓，同時測量流過二極管的電流值，就得到二極管的伏安特性。二極管外加正向電壓時，電流和電壓的關(guān)系稱為二極管的正向特性。當(dāng)二極管所加正向電壓比較小時0U11；（3 3）三極管的電流分配及放大關(guān)系式為：）三極管的電流分配及放大關(guān)系式為：BEIIICBCII模擬、數(shù)字及

11、電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路(1) (1) 輸入特性曲線輸入特性曲線是指一定集電極和發(fā)射極電是指一定集電極和發(fā)射極電壓壓 下，三極管的基極電下，三極管的基極電流流 與發(fā)射結(jié)電壓與發(fā)射結(jié)電壓 之間之間的關(guān)系曲線。如右圖示的關(guān)系曲線。如右圖示CEUBEUBI (2) (2) 輸出特性曲線輸出特性曲線是指一定基極電流是指一定基極電流 下，三下，三極管的集電極電流極管的集電極電流 與集電與集電結(jié)電壓結(jié)電壓 之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線CEUBICI 常數(shù)CEUBEBUfI)(常數(shù)BICECUfI)(3. 3. 三極管的共射極特性曲線三

12、極管的共射極特性曲線模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路一般把三極管的輸出特性分為一般把三極管的輸出特性分為3個工作區(qū)域，分別介紹。個工作區(qū)域，分別介紹。 截止區(qū)截止區(qū) 三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)時，具有以下幾個特點：三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)時，具有以下幾個特點：（a）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置；（b）若不計穿透電流）若不計穿透電流 ，有，有 、 近似為近似為0；（c）三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管）三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管 相當(dāng)于一個開關(guān)斷開。相當(dāng)于一個開關(guān)斷開。CIBICEOI

13、 放大區(qū)放大區(qū)輸出特性曲線近似平坦的區(qū)域稱為放大區(qū)。三極管工輸出特性曲線近似平坦的區(qū)域稱為放大區(qū)。三極管工作在放大狀態(tài)時，具有以下特點：作在放大狀態(tài)時，具有以下特點：（a）三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置；對；對NPN型的三極管，有電位關(guān)系：型的三極管，有電位關(guān)系：UCUBUE； （b）基極電流）基極電流 微小的變化會引起集電極電流微小的變化會引起集電極電流 較較大的變化，有電流關(guān)系式：大的變化，有電流關(guān)系式：CIBIBCII模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路 飽和區(qū)飽和區(qū) 三

14、極管工作在飽和狀態(tài)時具有如下特點：三極管工作在飽和狀態(tài)時具有如下特點：（a）三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置；（b）三極管的電流放大能力下降，通常有）三極管的電流放大能力下降，通常有ICIB，I1I2。模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路B B點的電位點的電位CCbbbBVRRRU212基極電位基極電位U UB B僅由僅由R Rb1b1、R Rb2b2和和V VCCCC決定，與環(huán)境溫度無關(guān)決定，與環(huán)境溫度無關(guān)，即當(dāng)溫度升高時，即當(dāng)溫度升高時，U UB B基本不變?；静蛔?。CCEEEEeBE

15、BEBC()TIIUUI RUUUII模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路2. 2. 靜態(tài)工作點的估算靜態(tài)工作點的估算b2BCCb1b2RUVRRI1=(510)IB，UB=(35)VCBIICECCCceUVIRRBBECEeUUIIRI I1 1越大于越大于I IB B，電路穩(wěn)定，電路穩(wěn)定Q Q 點的效果越好，但為了兼顧其他點的效果越好，但為了兼顧其他指標(biāo)，設(shè)計電路時，一般選?。褐笜?biāo)，設(shè)計電路時，一般選?。?I1=(1020)IB，UB=(13)V硅管硅管禇管禇管模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié)

16、半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)ocLbLui Ri R ib beeebbee(1)ui ri Ri rRLcL/RRR oLuibee(1)uRAurR 3. 3. 動態(tài)參數(shù)的估算動態(tài)參數(shù)的估算模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路輸入電阻輸入電阻bbeeiibeebb(1)(1)i rRuRrRiiib1b2iiib1b2iiib1b2bee(/)/(1)i RRRuRRRRiiRRrR 輸出電阻輸出電阻ocRR模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體

17、三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路Re越大，越大，Au下降越多，為了不使電壓放大倍數(shù)下降，常在下降越多，為了不使電壓放大倍數(shù)下降，常在Re兩端并聯(lián)一個大電容兩端并聯(lián)一個大電容Ce，容值約為幾十到幾百微法，稱，容值約為幾十到幾百微法，稱為旁路電容為旁路電容 。交流通路時，。交流通路時，Ce短路短路Re，電壓放大倍數(shù)不會，電壓放大倍數(shù)不會下降，而直流通路不變下降，而直流通路不變 。模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路beLurRALCLRRR/bebbbebirRRrRR/21CORR 電壓放大系數(shù)電壓放大系數(shù)輸入

18、電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻對應(yīng)在射極電阻并上電容以后的動態(tài)參數(shù)對應(yīng)在射極電阻并上電容以后的動態(tài)參數(shù)模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路五、基本共集電極放大電路（五、基本共集電極放大電路（射極輸出器射極輸出器）模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路1. 1. 靜態(tài)分析：求靜態(tài)工作點靜態(tài)分析：求靜態(tài)工作點CCBbBEBe(1)VI RUI RCCBEBbe(1)VUIRRCBIIEBC(1)IIICECCEeUVI R基極電流基極電流發(fā)射極電流發(fā)射極電流管

19、壓降管壓降當(dāng) 時：BECCUVebCCBRRVI)1 ( 模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路2. 2. 動態(tài)分析動態(tài)分析（1 1）電壓放大倍數(shù)）電壓放大倍數(shù)obL(1)ui RLeL/RRR b bebL(1)iui ri RoLuibeL(1)1(1)uRAurR射極跟隨器射極跟隨器模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路輸入電阻輸入電阻 輸出電阻輸出電阻iibeLb(1)uRrRiiibibbeLi/(1)uRRRRrRi將信號源短路，負(fù)載開路，將信

20、號源短路，負(fù)載開路，在輸出端加入測試電壓在輸出端加入測試電壓u，產(chǎn)生電流產(chǎn)生電流i，如圖，如圖besoe/1rRuRRissb/RRR 通常通常 bese1rRRbeso1rRR模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工第四節(jié)第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管及基本放大電路基本共集電極放大電路的顯著特點基本共集電極放大電路的顯著特點 輸入電阻高輸入電阻高 輸出電阻低輸出電阻低 當(dāng)當(dāng) 時，時， ，表現(xiàn)出跟隨特性，表現(xiàn)出跟隨特性)/)(1 (LebeRRrioUU 基本共集電極放大電路的電壓放大倍數(shù)小于基本共集電極放大電路的電壓放大倍數(shù)小于1，即無電，即無電壓放大作用。但其輸入電阻高，

21、從信號源索取的電流壓放大作用。但其輸入電阻高，從信號源索取的電流??；輸出電阻低，從而帶負(fù)載能力強(qiáng)，即有足夠的電小；輸出電阻低，從而帶負(fù)載能力強(qiáng)，即有足夠的電流放大作用。因此得到廣泛應(yīng)用流放大作用。因此得到廣泛應(yīng)用模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工一、填空題一、填空題1.1本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量的三價元素后，其中多數(shù)本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量的三價元素后，其中多數(shù)載流子是載流子是 。1.2本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量的五價元素后，其中多數(shù)本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入微量的五價元素后，其中多數(shù)載流子是載流子是 。1.3二極管的主要特征是二極管的主要特征是 。1.4硅材料二極管導(dǎo)通時，其兩端電壓

22、為硅材料二極管導(dǎo)通時，其兩端電壓為 伏；伏；鍺材料二極管導(dǎo)通時，其兩端電壓為鍺材料二極管導(dǎo)通時，其兩端電壓為 伏。伏。1.5半導(dǎo)體二極管的反向飽和電流越半導(dǎo)體二極管的反向飽和電流越 ，說明該二極管的，說明該二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩蜗驅(qū)щ娦栽胶?。?xí)題解析習(xí)題解析空穴空穴自由電子自由電子單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?.60.80.10.3小小模擬、數(shù)字及電力電子技術(shù)厚德達(dá)理 勵志勤工習(xí)題解析習(xí)題解析1.6穩(wěn)壓管擊穿區(qū)的特性曲線越陡，管子的動態(tài)電阻越穩(wěn)壓管擊穿區(qū)的特性曲線越陡，管子的動態(tài)電阻越 ，穩(wěn)壓性能就越穩(wěn)壓性能就越 。1.7三極管的三種狀態(tài)分別是三極管的三種狀態(tài)分別是 、 、 ；若發(fā)射結(jié)反偏，則三極

23、管工作在若發(fā)射結(jié)反偏，則三極管工作在 ；若發(fā)射結(jié)正偏、；若發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，則三極管工作在集電結(jié)反偏，則三極管工作在 ；若發(fā)射結(jié)正偏、；若發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏，則三極管工作在集電結(jié)正偏，則三極管工作在 。1.8半導(dǎo)體三極管屬于半導(dǎo)體三極管屬于 控制型器件，場效應(yīng)管屬于控制型器件，場效應(yīng)管屬于 控制型器件，二者相比，控制型器件，二者相比， 的輸入電阻更高的輸入電阻更高1.9根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同，場效應(yīng)管可分為根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同，場效應(yīng)管可分為 和和 。 1.10共集電極放大電路沒有共集電極放大電路沒有 放大作用，但有放大作用，但有 和和 放大作用放大作用1.11多級放大電路的三種耦合方式是多級放大電路的三種耦合方式是 、 和和 。靜態(tài)工作點相互獨立的是。靜態(tài)工作點相互獨立的是 電路，電路，既能放大直流信號又能放大交流信號的是既能放大直流信號又能放大交流信號的是 電路。電路。小小好好截止區(qū)截止區(qū)放大區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)截止區(qū)