電路和電路元件第PPT課件

1、電路電路電路元件和電路模型電路元件和電路模型電流、電壓及其參考方向電流、電壓及其參考方向電路功率電路功率1.1 1.1 電路和電路的基本物理量電路和電路的基本物理量第1頁/共60頁電電 路路由電源、開關(guān)、連接導線和負載等組成。由電源、開關(guān)、連接導線和負載等組成。 強電電路強電電路電壓較高、電流和功率較大；實現(xiàn)電電壓較高、電流和功率較大；實現(xiàn)電 能的傳輸和轉(zhuǎn)換。（如電力系統(tǒng)等）能的傳輸和轉(zhuǎn)換。（如電力系統(tǒng)等） 弱電電路弱電電路電壓較低、電流和功率較??；實現(xiàn)信電壓較低、電流和功率較??；實現(xiàn)信 號的傳遞和處理。（如擴音系統(tǒng)等）號的傳遞和處理。（如擴音系統(tǒng)等） 發(fā)電機升壓變壓器降壓變壓器負載（如電燈、

2、電動機等）話筒放大器揚聲器電路電路第2頁/共60頁電路元件和電路模型電路元件和電路模型 實際電路元件實際電路元件o 理想理想電路元件電路元件o實際電路實際電路o電路模型電路模型第3頁/共60頁電流、電壓及其參考方向電流、電壓及其參考方向1.1.電流及其參考方向電流電流電荷量對時間的變化率電荷量對時間的變化率dqidt直流電流直流電流電流的大小和方向不隨時間變化電流的大小和方向不隨時間變化電流的實際方向電流的實際方向正電荷移動的方向正電荷移動的方向電流的參考方向電流的參考方向假定方向，也稱正方向假定方向，也稱正方向交流電流交流電流電流的大小和方向隨時間變化電流的大小和方向隨時間變化第4頁/共60

3、頁為什么要設(shè)電流參考方向？為什么要設(shè)電流參考方向？ 簡單電路簡單電路 R2 USI2 U6IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 電流的實際方向可知電流的實際方向可知各電流的實際方向未知各電流的實際方向未知復雜電路復雜電路第5頁/共60頁2.2.電壓及其參考方向電壓電壓 單位正電荷從一點移至另一點作的功單位正電荷從一點移至另一點作的功電壓的實際方向電壓的實際方向 高電位指向低電位，電位降低高電位指向低電位，電位降低 的方向的方向 直流電壓直流電壓 電壓的大小和極性不隨時間變化電壓的大小和極性不隨時間變化交流電壓交流電壓 電壓的大小和極性隨時間變化電壓的大小和極性隨時間變化dwudq電壓

4、的參考方向電壓的參考方向 假定方向假定方向電位、電動勢電位、電動勢第6頁/共60頁電路功率電路功率根據(jù)電壓電流的參考方向，電路功根據(jù)電壓電流的參考方向，電路功率率puiiNu N N消耗功率（吸收功率）消耗功率（吸收功率）0pui N N輸出功率（釋放功率）輸出功率（釋放功率） 0pui第7頁/共60頁電流、電壓、功率的符號和單電流、電壓、功率的符號和單位位 電電 量量 名名 稱稱 符符 號號 基基 本本 單單 位位 常用工程單位常用工程單位 電電 流流I I （直流）（直流）i i （交流）（交流） A AkAkA、mA mA 、uAuA、nAnA 電電 壓壓U U （直流）（直流）u u

5、（交流）（交流） V VkVkV、mV mV 、uVuV 功功 率率P P（平均功率）（平均功率） W WkWkW、mWmW第8頁/共60頁電阻元件電阻元件 1.2 1.2 電阻、電感和電容元件電阻、電感和電容元件電感元件電感元件 電容元件電容元件實際元件的主要參數(shù)及電路模型實際元件的主要參數(shù)及電路模型第9頁/共60頁電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系 uRi電阻功率電阻功率 電阻耗能電阻耗能 伏安特性伏安特性電壓與電流的關(guān)系電壓與電流的關(guān)系22up uiRiR耗能元件耗能元件22112ttttWpdtRi dtIUOIUO線線 性性電電 阻阻 非線性非線性電電 阻阻 （電阻（電阻R R單位：單位： ）

6、k 電阻元件電阻元件第10頁/共60頁 部分電阻器的照部分電阻器的照片片膜電阻器線繞電阻器電位器熱敏電阻器水泥電阻器第11頁/共60頁電感元件電感元件線性電感線性電感 iNLiNLi電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系 LdNdieLdtdt Lue diuLdt電感在直流電路中，電感在直流電路中，0u 相當于短路相當于短路電感是一種儲能元件，儲存的磁場能量電感是一種儲能元件，儲存的磁場能量 212LWLI電感電感L L的單位：亨利的單位：亨利( )( )、毫亨、毫亨( )( )、微亨、微亨( )( )LHmHH第12頁/共60頁部分電感器的照片部分電感器的照片不同類電感器陶瓷電感器標準電感器第13頁/共

7、60頁電容元件電容元件線性電容線性電容 uqqcu 電壓電流關(guān)系電壓電流關(guān)系 dqidtduicdt電容在直流電路中，電容在直流電路中，0i 相當于開路相當于開路 電容是一種儲能元件，儲存的電場能量電容是一種儲能元件，儲存的電場能量 212Wccu電容電容C C的單位：法拉的單位：法拉 、微法拉、微法拉 、 微微法拉微微法拉()F()F()pF第14頁/共60頁 部分電容器的照片部分電容器的照片 電解電容器 普通電容器 電力電容器單相電動機 電容器第15頁/共60頁 實際元件的主要參數(shù)及電路模型實際元件的主要參數(shù)及電路模型主要參數(shù)（額定參數(shù)）：電阻器：標稱電阻值、額定功率電阻器：標稱電阻值、額

8、定功率電感器：標稱電感值、額定電流電感器：標稱電感值、額定電流電容器：標稱電容值、額定電壓電容器：標稱電容值、額定電壓電路模型電路模型: :理想電路模型理想電路模型: : 電阻器電阻器R R、電感器、電感器L L、電容器、電容器C C實際電路模型實際電路模型: : 理想元件理想元件模型模型的不同組合的不同組合第16頁/共60頁1.3 1.3 獨立電源元件獨立電源元件實際電源的模型實際電源的模型電壓源和電流源電壓源和電流源第17頁/共60頁電壓源和電流源電壓源和電流源電壓源（理想電壓源）： I I 端電壓（輸出電壓）端電壓（輸出電壓） 端電流（輸出電流）端電流（輸出電流）SUUU O I US輸

9、出電壓輸出電壓 等于源電壓等于源電壓 ，與，與 輸出電流和外電路的情況無關(guān)。輸出電流和外電路的情況無關(guān)。USUSU 源電壓源電壓 UI I第18頁/共60頁電流源（理想電流源）：電流源（理想電流源）：I I 源電流源電流ISSII 端電壓端電壓 U 端電流端電流I IU O I IS輸出電流輸出電流 等于源電流等于源電流 ，與，與輸出電壓和外電路的情況無關(guān)。輸出電壓和外電路的情況無關(guān)。I IIS第19頁/共60頁實際電源的模型實際電源的模型1.1.實際電壓源0SUUR I 端電壓隨端電流的增加而減小端電壓隨端電流的增加而減小 ，開路狀態(tài)，開路狀態(tài)， R 當0,I SU U 開路電壓開路電壓 ，

10、短路狀態(tài)，短路狀態(tài)， 0R 當SOUIR0,U 短路電流短路電流 實際電壓源在工作時要避免短路！實際電壓源在工作時要避免短路！U O I US第20頁/共60頁部分電壓源照片部分電壓源照片第21頁/共60頁2.2.實際電流源U O I IS0SUIIR00SUR IR I端電流隨端電壓的增加而減小端電流隨端電壓的增加而減小 。第22頁/共60頁等效等效-對外電路等效對外電路等效3.3.兩種實際電源模型的等效互換兩種實際電源模型的等效互換互換互換-實際電壓源可變換為實際電流源，實際電壓源可變換為實際電流源， 實際電流源可變換為實際電壓源實際電流源可變換為實際電壓源0SSUIR0SUUR I 00

11、SUR IR I00RR0SSUR I 第23頁/共60頁1.4 1.4 二極管二極管結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦远O管的特性和主要參數(shù)二極管的特性和主要參數(shù)二極管的工作點和理想特性二極管的工作點和理想特性穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管和光電二極管發(fā)光二極管和光電二極管 第24頁/共60頁結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦晕镔|(zhì)按導電能力分為：導體、半導體、絕緣體。物質(zhì)按導電能力分為：導體、半導體、絕緣體。本征半導體本征半導體 純凈的半導體（如硅、鍺、砷化鎵等）純凈的半導體（如硅、鍺、砷化鎵等）P P型半導體型半導體 在純凈的半導體硅、鍺中摻入少量在純凈的半導體硅、鍺中摻入少量 三價元素。三價

12、元素。 多數(shù)載流子為空穴多數(shù)載流子為空穴。N N型半導體型半導體 在純凈的半導體硅、鍺中摻入少量在純凈的半導體硅、鍺中摻入少量 五價元素。五價元素。 多數(shù)載流子為電子。多數(shù)載流子為電子。第25頁/共60頁PNPN結(jié)的形成： 濃度差濃度差擴散和復合擴散和復合 空間電荷區(qū)（耗盡層）空間電荷區(qū)（耗盡層）內(nèi)電場內(nèi)電場 擴散和復合擴散和復合空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) （耗盡層）（耗盡層）內(nèi)電場內(nèi)電場阻止擴散、并引起少數(shù)載流子漂移阻止擴散、并引起少數(shù)載流子漂移最終，擴散與內(nèi)電場作用達到平衡最終，擴散與內(nèi)電場作用達到平衡PNPN結(jié)結(jié)第26頁/共60頁PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦?PNPN結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓 外電場

13、與內(nèi)電場方向相反外電場與內(nèi)電場方向相反外電場外電場空間電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄當外加電壓足夠大當外加電壓足夠大外電場足夠強外電場足夠強克服內(nèi)電場克服內(nèi)電場作用作用 PNPN結(jié)導通結(jié)導通電流電流I I從從P P流向流向N N外加正向電壓外加正向電壓外電場外電場第27頁/共60頁 PNPN結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓 PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦?外電場與內(nèi)電場方向相同外電場與內(nèi)電場方向相同外電場外電場空間電荷區(qū)變寬空間電荷區(qū)變寬不導通（截止）不導通（截止）結(jié)論：結(jié)論：PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴＝Y(jié)具有單向?qū)щ娦?。PNPN結(jié)加正向電壓導結(jié)加正向電壓導 通，加反向電壓截止，導通方向：通，加反向電壓截止，導通方向

14、：P NP N第28頁/共60頁二極管的特性和主要參數(shù)二極管的特性和主要參數(shù)二極管：一個二極管：一個PNPN結(jié)，兩個電極結(jié)，兩個電極-陽極、陰陽極、陰極極1.1.二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管兩湍的電壓與流二極管兩湍的電壓與流過的電流之間的關(guān)系曲線過的電流之間的關(guān)系曲線 正向特性正向特性死區(qū)死區(qū)電壓小，基本不電壓小，基本不導通。死區(qū)電壓：硅管導通。死區(qū)電壓：硅管0.40.40.5V 0.5V 鍺管約鍺管約0.1V0.1V第29頁/共60頁1.1.二極管的伏安特性非線性區(qū)非線性區(qū)開始導通，電流開始導通，電流小小 正向特性導通區(qū)導通區(qū)近似線性，導通壓降：近似線性，導通壓降： 硅管硅管0.6

15、0.7V 0.60.7V 鍺管鍺管0.20.3V0.20.3V 反向特性正常工作區(qū)正常工作區(qū)截止截止 反向電流很小反向電流很小反向擊穿區(qū)反向擊穿區(qū)反向電壓過大，反向擊穿反向電壓過大，反向擊穿第30頁/共60頁2.2.二極管的主要參數(shù) 最大正向電流最大正向電流 o最高反向工作電壓最高反向工作電壓 o反向電流反向電流 o最高工作頻率最高工作頻率FMIRMURIMf第31頁/共60頁二極管的工作點和理想特性二極管的工作點和理想特性 二極管的工作點 DSDUURI靜態(tài)電阻靜態(tài)電阻 DDDURI動態(tài)電阻動態(tài)電阻 DDDdUrdI通常，同一工作點，通常，同一工作點， DDRr不同工作點的不同工作點的 DD

16、Rr、均不同。均不同。 第32頁/共60頁 二極管的理想特性考慮正考慮正向?qū)ㄏ驅(qū)▔航祲航?忽略正忽略正向?qū)ㄏ驅(qū)▔航祲航?o 二極管二極管電路的分析方法電路的分析方法 分析關(guān)鍵：判斷二極管是否導通分析關(guān)鍵：判斷二極管是否導通方法：方法：單個二極管單個二極管：陽極電位高于陰極電位足夠大??；：陽極電位高于陰極電位足夠大??；第33頁/共60頁 陽極接于同一點（同電位），陽極接于同一點（同電位）， 陰極電位最低的優(yōu)先導通；陰極電位最低的優(yōu)先導通； 陰極接于同一點（同電位），陰極接于同一點（同電位）， 陽極電位最高的優(yōu)先導通。陽極電位最高的優(yōu)先導通。o 二極管二極管電路的分析方法電路的分析方法 例

17、題例題 設(shè)右圖中二極管導通時的正設(shè)右圖中二極管導通時的正向壓降為向壓降為0.7V0.7V，試分析，試分析 的工作情況并求的工作情況并求I I值。值。 12DD、 解解 陽極同電位，陰極陽極同電位，陰極 導通，導通， 12DD、0,3 ,CbVVV 1D2.3 ,aVV 2D截止，故截止，故 212( 2.3)4.773SaUVVImARk 多個二極管：多個二極管：第34頁/共60頁穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種特殊的二極管。穩(wěn)壓二極管是一種特殊的二極管。1.1.穩(wěn)壓二極管的伏安特性穩(wěn)壓二極管的伏安特性 伏安特性圖形符號反向擊穿區(qū)特性曲線陡直反向擊穿區(qū)特性曲線陡直穩(wěn)壓特性穩(wěn)壓特性穩(wěn)壓區(qū)穩(wěn)壓

18、區(qū)反向擊穿區(qū)反向擊穿區(qū)2.2.穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 ZU、穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 ZI 最大穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流 最大耗散功率最大耗散功率 動態(tài)電阻動態(tài)電阻 電壓溫系數(shù)電壓溫系數(shù) ZMIZMPZrUZ第35頁/共60頁3.3.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓條件：穩(wěn)壓條件： IZUU有一定的有一定的 ZI穩(wěn)壓二極管工作在穩(wěn)壓二極管工作在 反向擊穿狀態(tài)。反向擊穿狀態(tài)。 第36頁/共60頁發(fā)光二極管和光電二極管發(fā)光二極管和光電二極管1.1.發(fā)光二極管正向?qū)ê蟀l(fā)光正向?qū)ê蟀l(fā)光 導通壓降大于普通二極管導通壓降大于普通二極管2.2.光電二極管光電二極管光照射后導通，導通電流與

19、光照光照射后導通，導通電流與光照強度相關(guān)。強度相關(guān)。 第37頁/共60頁部分二極管的照片部分二極管的照片整流二極管穩(wěn) 壓二極管發(fā)光二極管光 電二極管第38頁/共60頁1.5 1.5 雙極晶體管雙極晶體管基本結(jié)構(gòu)和電流放大作用基本結(jié)構(gòu)和電流放大作用特性曲線和主要參數(shù)特性曲線和主要參數(shù)簡化的小信號模型簡化的小信號模型第39頁/共60頁基本結(jié)構(gòu)和電流放大作用基本結(jié)構(gòu)和電流放大作用雙極晶體管簡稱晶體管、三極管。雙極晶體管簡稱晶體管、三極管。1.1.基本結(jié)構(gòu)和符號基本結(jié)構(gòu)和符號 NPNNPN型型PNPPNP型型第40頁/共60頁1.1.基本結(jié)構(gòu)和符號兩個兩個PNPN結(jié)：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)結(jié)：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)三

20、個電極：發(fā)射極三個電極：發(fā)射極E E、基極、基極B B、集電極、集電極C C 三個區(qū)：發(fā)射區(qū)三個區(qū)：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度高（多數(shù)載流子最多）雜質(zhì)濃度高（多數(shù)載流子最多） 集電區(qū)集電區(qū)雜質(zhì)濃度高雜質(zhì)濃度高, ,比發(fā)射區(qū)稍低比發(fā)射區(qū)稍低 基基 區(qū)區(qū)雜質(zhì)濃度相對很低雜質(zhì)濃度相對很低第41頁/共60頁2.2.電流放大作用 條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。載流子的運動和電流的形成： 發(fā)射結(jié)外電場發(fā)射結(jié)外電場發(fā)射區(qū)大量電子發(fā)射區(qū)大量電子載流子向基區(qū)運動載流子向基區(qū)運動, ,電源向發(fā)射區(qū)電源向發(fā)射區(qū)補充電子補充電子發(fā)射極電流發(fā)射極電流 EI 進入基區(qū)的電子載流子少量與進

21、入基區(qū)的電子載流子少量與基區(qū)空穴復合，電源基區(qū)空穴復合，電源 向基區(qū)向基區(qū)補充空穴補充空穴基極電流基極電流BBUBI 集電結(jié)外電場集電結(jié)外電場基區(qū)的大部分電子載流子進入集基區(qū)的大部分電子載流子進入集電區(qū)，并由電源收集電區(qū)，并由電源收集集電極電流集電極電流 CI第42頁/共60頁電流放大作用：電流放大作用：EBCIIIBCEIIIBEBBBCEUIIIII改變變化 ，、BCEIII 小的基極電流變化量小的基極電流變化量大的集電極電流變化量，大的集電極電流變化量，具有電流放大作用，電流控制作用具有電流放大作用，電流控制作用電流控制型器件。電流控制型器件。第43頁/共60頁特性曲線和主要參數(shù)特性曲線

22、和主要參數(shù)1.1.共發(fā)射極輸入、輸出特性曲線 輸入特性曲線：輸入特性曲線：()CCEBif ui常數(shù)()BBECEif uU常數(shù)與二極管正向特性與二極管正向特性曲線類似。曲線類似。輸出特性曲線：輸出特性曲線：第44頁/共60頁截止區(qū)截止區(qū)： 無放大作用；無放大作用； 0BI曲線以下區(qū)域曲線以下區(qū)域特點：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)均反向偏置；特點：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)均反向偏置； 0CCEOII集電極與發(fā)射極相當于斷開集電極與發(fā)射極相當于斷開的開關(guān)的開關(guān)用于開關(guān)電路。用于開關(guān)電路。 飽和區(qū)飽和區(qū)： CEBEUU的區(qū)域特點：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正向偏置；特點：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正向偏置；無放大作用；無放大作用；第45頁/

23、共60頁,0CCECESIUU有但集電極與發(fā)射極相當于接通的集電極與發(fā)射極相當于接通的開關(guān)開關(guān)用于開關(guān)電路。用于開關(guān)電路。飽和區(qū)特點：飽和區(qū)特點：放大區(qū)：放大區(qū)：特點：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，特點：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置， 有放大作用有放大作用用于放大電路。用于放大電路。 0.3 )CEUV（很小，約第46頁/共60頁2.2.主要參數(shù)電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) CCEOCBBIIIII （直流）CBII (交流)穿透電流穿透電流CEOI集電極最大允許電流集電極最大允許電流CMI集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率C MP集電極集電極發(fā)射極反向擊穿電壓發(fā)射極反向擊穿電壓()

24、BR CEOU第47頁/共60頁簡化的小信號模型簡化的小信號模型1.1.受控源概念受控源概念受控源受控源非獨立電源非獨立電源輸出電壓或電流受電路中另一電壓或電流的控制。輸出電壓或電流受電路中另一電壓或電流的控制。電壓控制電壓源（電壓控制電壓源（VCVSVCVS）電壓控制電流源（電壓控制電流源（VCCSVCCS） 電流控制電壓源（電流控制電壓源（CCVSCCVS）電流控制電流源（電流控制電流源（CCCSCCCS）四種類型：四種類型：第48頁/共60頁四種受控源符號：四種受控源符號：VCVSVCVSVCCSVCCSCCVSCCVSCCCSCCCS第49頁/共60頁2 2晶體管的簡化小信號模型 晶體

25、管工作在放大區(qū)，即晶體管工作在放大區(qū)，即: : B-EB-E之間，工作在輸入特性之間，工作在輸入特性的近似線性區(qū)，的近似線性區(qū)， ber用電阻模擬26(1)BEbebBEUrrII200br EImA單位C-EC-E之間之間, ,CBIICCEIU與基本無關(guān)，用電流控制電流源模型用電流控制電流源模型 。第50頁/共60頁部分晶體管的照片部分晶體管的照片第51頁/共60頁1.6 1.6 絕緣柵場效應(yīng)晶體管絕緣柵場效應(yīng)晶體管基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理特性曲線和主要參數(shù)特性曲線和主要參數(shù)簡化的小信號模型簡化的小信號模型第52頁/共60頁基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理類型：類型： N

26、N溝道絕緣柵場效應(yīng)管（溝道絕緣柵場效應(yīng)管（NMOSNMOS） P P溝道絕緣柵場效應(yīng)管（溝道絕緣柵場效應(yīng)管（PMOSPMOS） 增強型絕緣柵場效應(yīng)管增強型絕緣柵場效應(yīng)管 耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管1.1.基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)耗盡型耗盡型NMOSNMOS管結(jié)構(gòu)管結(jié)構(gòu)G G 柵極柵極S S 源極源極D D 漏極漏極耗盡型 NMOSNMOS第53頁/共60頁 耗盡型耗盡型NMOSNMOS管結(jié)構(gòu)管結(jié)構(gòu) 在二氧化硅絕緣層中摻入大量正離子，不加在二氧化硅絕緣層中摻入大量正離子，不加 在在 區(qū)之間存在區(qū)之間存在N N型導電溝道。型導電溝道。GSUN 增強型增強型NMOSNMOS管結(jié)構(gòu)管結(jié)構(gòu) 在二氧化硅絕緣層中摻入少量正離子，在二氧化硅絕緣層中摻入少量正離子，尚未形成導電溝道，只有加入足夠大的尚未形成導電溝道，只有加入足夠大的 時才形成導電溝道。時才形成導電溝道。GSU增強型 NMOSNMOSP P溝道溝道MOSMOS管的符號管的符號 增強型PMOSPMOS耗盡型PMOSPMOS 在二氧化硅絕緣層