第1章電路基本概念及元器件

1、第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 電工技術電工技術 ：電工學電工學（少學時）（少學時）電子技術電子技術 電路分析基礎電路分析基礎 模擬電子技術模擬電子技術 數(shù)字電子技術數(shù)字電子技術 緒緒 論論 第一章第一章 電路基本概念及電路基本概念及元器件元器件1.3 無源元件無源元件1.1 電路概述電路概述1.2 電路的基本物理量電路的基本物理量1.4 有源元件有源元件1.6 集成運算放大器集成運算放大器1.5 半導體器件半導體器件1.7 集成邏輯門電路集成邏輯門電路第第1 1章章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件第一章

2、第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 1.1.實現(xiàn)電能的輸送與轉換實現(xiàn)電能的輸送與轉換2.2.實現(xiàn)信號的傳遞與處理實現(xiàn)信號的傳遞與處理1.1.1 電路的作用和組成電路的作用和組成第一章第一章 電路基本概念及電路基本概念及元器件元器件電路電路：電流流通的路徑，由各種元件和器件組成電流流通的路徑，由各種元件和器件組成4 4、電源、電源( (信號源信號源) )的電壓或電流稱為的電壓或電流稱為激勵激勵；3 3、電路的基本組成、電路的基本組成第一章第一章 電路基本概念及電路基本概念及元器件元器件電源或信號源、電源或信號源、負載負載連接部分連接部分5、由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為、由激勵所產(chǎn)生

3、的電壓和電流稱為響應響應。第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 1.1.2 電路模型電路模型電路模型電路模型電路模型電路模型電路模型：由理想電路元件所組成的電路電路模型：由理想電路元件所組成的電路第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 當電源與負載接通，電路中有了電流當電源與負載接通，電路中有了電流及能量的輸送和轉換。電路的這一狀及能量的輸送和轉換。電路的這一狀態(tài)稱為態(tài)稱為通路通路。1.通路通路 IEUS UL S通路時，電源向負載輸出電功率，電源這時的狀態(tài)稱為通路時，電源向負載輸出電功率，電源這時的狀態(tài)稱為有有載載狀態(tài)。狀態(tài)。在使用電氣設備時，應嚴格遵守在使

4、用電氣設備時，應嚴格遵守額定值額定值的規(guī)定。的規(guī)定。1.1.3 電路的基本狀態(tài)電路的基本狀態(tài)額定值額定值：電氣設備在長期連續(xù)運行或規(guī)定的工作狀態(tài)下允：電氣設備在長期連續(xù)運行或規(guī)定的工作狀態(tài)下允許的最大值。許的最大值。第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 S1S2EEL1EL2當某一部分電路與電源斷開，當某一部分電路與電源斷開，該部分電路中沒有電流，亦該部分電路中沒有電流，亦無能量的輸送和轉換，這部無能量的輸送和轉換，這部分電路所處的狀態(tài)稱為分電路所處的狀態(tài)稱為開路開路。有有源源電電路路 開路的特點：開路的特點：開路處的開路處的電流電流等于等于零零I0開路處的電壓應視電路情況而

5、定開路處的電壓應視電路情況而定電源既不產(chǎn)生也不輸出電功率，電源狀態(tài)稱為電源既不產(chǎn)生也不輸出電功率，電源狀態(tài)稱為空載空載。U 視電視電路而定路而定2.開路開路 （斷路）（斷路） 第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 當某一部分電路的兩端用當某一部分電路的兩端用電阻可以忽略不計的導線電阻可以忽略不計的導線或開關連接起來，使得該或開關連接起來，使得該部分電路中的電流全部被部分電路中的電流全部被導線或開關所旁路，這一導線或開關所旁路，這一部分電路所處的狀態(tài)稱為部分電路所處的狀態(tài)稱為短路短路或或短接短接。S1S2電源短路電源短路短路的特點：短路的特點：短路處的短路處的電壓電壓等于等于零

6、零U0短路處的電流應視電路情況而定短路處的電流應視電路情況而定I 視電路而定視電路而定有有源源電電路路EL1EL23.短路短路 第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 1.2.1 電流及其參考方向電流及其參考方向第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 ABi第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 1.2.2 電壓及其參考方向電壓及其參考方向第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 ABiuABiu第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 1.2.3 電功率和電能量電功率和電能量)()(titup 電源：電源：發(fā)出功率發(fā)

7、出功率 負載：負載：吸收功率吸收功率 問題：問題： 1 1、是不是所有的電源在電路中都起電源作用？、是不是所有的電源在電路中都起電源作用？2 2、如何判斷電路元件是電源、如何判斷電路元件是電源( (發(fā)出功率發(fā)出功率) )還是還是 負載負載( (吸收功率吸收功率) )？第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 關聯(lián)參考方向下：關聯(lián)參考方向下： 如果如果P0，該元件該元件吸收吸收功率，功率，消耗消耗電能，起電能，起負載負載作用；作用； 如果如果P0，該元件該元件發(fā)出發(fā)出功率，功率，提供提供電能，起電能，起電源電源作用作用 P=UI 非關聯(lián)參考方向下：非關聯(lián)參考方向下： 如果如果P0，

8、該元件該元件發(fā)出發(fā)出功率，功率，提供提供電能，起電能，起電源電源作用作用 參考方向參考方向情況下情況下吸收功率吸收功率及及發(fā)出功率發(fā)出功率的判斷：的判斷：第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 例例1：如圖所示電路中，各元件電壓和電流的參考方向均：如圖所示電路中，各元件電壓和電流的參考方向均已設定。已知：已設定。已知：I1=2A, I2=-1A, I3=-1A, U1=7V, U2=3V, U3=4V, U4=8V, U5=4V, 求各元件消耗或向外發(fā)出的功率。求各元件消耗或向外發(fā)出的功率。 1U1+_I135I2I324U2U3U4U5+_ 解：元件解：元件1：為關聯(lián)參考方向

9、：為關聯(lián)參考方向 P1=U1I1=72=14w0, 吸收功率吸收功率,負載負載 元件元件2：為非關聯(lián)參考方向，：為非關聯(lián)參考方向， P2=U2I1=32=6w0, 發(fā)出功率發(fā)出功率,電源電源 元件元件3：為關聯(lián)參考方向：為關聯(lián)參考方向, P2=U3I2=4(1)=4w, 發(fā)出功率發(fā)出功率,電源電源第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 1U1+_I135I2I324U2U3U4U5+_ 解：元件解：元件4：為關聯(lián)參考方向：為關聯(lián)參考方向 P4=U4I3=8(1)=8w0 發(fā)出功率發(fā)出功率,電源電源 元件元件5：為非關聯(lián)參考方向：為非關聯(lián)參考方向 P5= U5I3=4(1)= 4

10、w0，電容充電，以電場能的形式儲存；，電容充電，以電場能的形式儲存；WC0，充電，以磁場能的形式儲存；，充電，以磁場能的形式儲存；WLVV陰陰 ，二極管導通；若，二極管導通；若V V陽陽V0.7V0.7V，二極管導通；若，二極管導通；若V V陽陽-V-V陰陰0.7V 6V 時，時，VD 導通，輸出導通，輸出 uo = 6V。 電路為單向限幅電路電路為單向限幅電路第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 4、穩(wěn)壓二極管、穩(wěn)壓二極管符號符號穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)工作在反向擊穿區(qū), , 兩端電壓變化很小兩端電壓變化很小UZ：穩(wěn)壓值：穩(wěn)壓值第一章第一章 電路基本概念及元器件

11、電路基本概念及元器件 使用穩(wěn)壓管注意事項：使用穩(wěn)壓管注意事項：v必須串接限流電阻必須串接限流電阻v串聯(lián)后的穩(wěn)壓值為各管穩(wěn)壓值之和串聯(lián)后的穩(wěn)壓值為各管穩(wěn)壓值之和v不能并聯(lián)使用不能并聯(lián)使用v必須工作在反向偏置必須工作在反向偏置第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 1.5.3 雙極型晶體管雙極型晶體管1、晶體管的結構和類型、晶體管的結構和類型NPN型型PNP型型第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 BECNPN型三極管型三極管BECPNP型三極管型三極管NPNCBEPNPCBE符號：符號：第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 制造工藝特點：制造工

12、藝特點：集電區(qū)：面集電區(qū)：面積較大積較大,摻雜摻雜濃度低濃度低基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高集電結集電結發(fā)射結發(fā)射結第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 2、晶體管工作狀態(tài)、晶體管工作狀態(tài) 放大狀態(tài)放大狀態(tài)發(fā)射結發(fā)射結正偏正偏, 集電結集電結反偏反偏 NPN型：型：VCVBVEPNP型：型：VCVBVE第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)VE，VB VCPNP型：型： VBVE，VB VC第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 截止狀態(tài)截止狀態(tài)發(fā)射結發(fā)射結反偏反偏, 集電

13、結集電結反偏反偏 NPN型：型：VBVE，VBVE，VB VC第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 3、晶體管的伏安特性、晶體管的伏安特性 輸入特性輸入特性iB= f (uBE) uCE=常數(shù)常數(shù) 硅管：硅管：UBE 0.7 V 鍺管：鍺管：UBE 0.3 VUBE 第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 輸出特性輸出特性iC= f (uCE) iB=常數(shù)常數(shù)放放 大大 區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 解：晶體管處在放大狀態(tài)時，對于解：晶體管處在放大狀態(tài)時，對于NPN型有：型有：VC VB VE；而對于而對于

14、PNP型有：型有：VC VB VB，集電結也反偏，故晶體管工作于，集電結也反偏，故晶體管工作于截止狀態(tài)截止狀態(tài)。 (b) UBE = 3.7 - 3 = 0.7V，發(fā)射結正偏，發(fā)射結正偏，VC VB，集集電結反偏，故晶體管工作于電結反偏，故晶體管工作于放大狀態(tài)放大狀態(tài)。第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 1.6.1 集成電路基礎知識集成電路基礎知識 集成電路是集成電路是20 世紀世紀 60 年代發(fā)展起來的固體組件。它年代發(fā)展起來的固體組件。它是用微電子技術將元件、導線、電路集成在一塊很小的半是用微電子技術將元件、導線、電路集成在一塊很小的半導體芯片上。導體芯片上。 集成電路

15、的發(fā)展進程：集成電路的發(fā)展進程： 1960 年：小規(guī)模集成電路年：小規(guī)模集成電路 SSI。 1966 年：中規(guī)模集成電路年：中規(guī)模集成電路 MSI。 1969 年：大規(guī)模集成電路年：大規(guī)模集成電路 LSI 。 1975 年：超大規(guī)模集成電路年：超大規(guī)模集成電路 VLSI 。1958 1958 年美國德州儀器公司（年美國德州儀器公司（TITI）的基爾比等人研）的基爾比等人研制發(fā)明了世界第一塊集成電路制發(fā)明了世界第一塊集成電路第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 集成電路分類集成電路分類 模擬電路模擬電路 處理模擬信號的電路。處理模擬信號的電路。 如集成功率放大器、集成運算放大器

16、等。如集成功率放大器、集成運算放大器等。 數(shù)字電路數(shù)字電路 處理數(shù)字信號的電路。處理數(shù)字信號的電路。 如集成門電路、編碼器、譯碼器、觸發(fā)器等。如集成門電路、編碼器、譯碼器、觸發(fā)器等。 第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 集成運算放大器集成運算放大器 作用：作用：電壓放大作用電壓放大作用雙列直插封裝形式與引腳排列雙列直插封裝形式與引腳排列 uuuO Ao 同相輸入端同相輸入端 反相輸入端反相輸入端 輸出端輸出端 國標符號國標符號習慣符號習慣符號第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 反饋的概念反饋的概念 uuuO Ao 反饋反饋：凡是將放大電路：凡是將放大電路

17、輸出端的信號輸出端的信號（電壓或電流）的（電壓或電流）的 一部分或全部一部分或全部引回到輸入端引回到輸入端，與輸入信號迭加，與輸入信號迭加， 就稱為就稱為反饋反饋。若引回的信號削弱了輸入信號，就稱為若引回的信號削弱了輸入信號，就稱為負反饋負反饋。若引回的信號增強了輸入信號，就稱為若引回的信號增強了輸入信號，就稱為正反饋正反饋。有反饋有反饋：閉環(huán)：閉環(huán)無反饋無反饋：開環(huán)：開環(huán)iD u uuO 第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 集成運算放大器的主要參數(shù)集成運算放大器的主要參數(shù) uuuO Ao （1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)）開環(huán)電壓放大倍數(shù) AO 集成運放本身集成運放本身不引入反饋不

18、引入反饋時輸出電壓時輸出電壓 uo 與凈輸入與凈輸入電壓電壓uid =(u+u- )的比值，即的比值，即通常情況下，通常情況下，AO 的典型值為的典型值為 10 5 10 8 。uid第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 uuuO Ao （2）差模輸入電阻）差模輸入電阻 riduidiid 即集成運放開環(huán)時，凈輸入電壓作用下從集即集成運放開環(huán)時，凈輸入電壓作用下從集成運放兩個輸入端看過去的等效電阻。成運放兩個輸入端看過去的等效電阻。rid rid 值越大，集成運放向信號源取用的電流越值越大，集成運放向信號源取用的電流越小，放大器輸入端得到的信號電壓也越大。小，放大器輸入端得到

19、的信號電壓也越大。第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 （3）輸出電阻）輸出電阻 rO 用來衡量集成運放在不同負載條件下維持輸用來衡量集成運放在不同負載條件下維持輸出信號電壓（出信號電壓（ 或電流）恒定能力的強弱?；螂娏鳎┖愣芰Φ膹娙?。 （4）共模抑制比）共模抑制比 KCMRR共模抑制比越大，則電路抗外部干擾能力越強共模抑制比越大，則電路抗外部干擾能力越強 ro 越小，當負載發(fā)生較大變化時，輸出信號越小，當負載發(fā)生較大變化時，輸出信號電壓變化量也越小，集成運放帶負載能力越強。電壓變化量也越小，集成運放帶負載能力越強。 第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件

20、第一章第一章 電路基本概念及電路基本概念及元器件元器件1.6.2 理想的運算放大器理想的運算放大器開環(huán)電壓放大倍數(shù)：開環(huán)電壓放大倍數(shù)：Ao 開環(huán)輸入電阻：開環(huán)輸入電阻：rid開環(huán)輸出電阻：開環(huán)輸出電阻：ro0 u uuO 理想運放的符號理想運放的符號 理想運放的主要條件理想運放的主要條件 第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 uO = UOM (2) 當當 uu時，時， 即即 uD 0 OuOuid+UOMUOM不加反饋時，稍有不加反饋時，稍有 uid 即進入飽和區(qū)。即進入飽和區(qū)。理想運算放大器理想運算放大器的電壓傳輸特性的電壓傳輸特性 約等于外約等于外接正電源電壓接正電源電

21、壓 理想運放的特性理想運放的特性 約等于外約等于外接負電源電壓接負電源電壓 正飽和區(qū)正飽和區(qū) 負飽和區(qū)負飽和區(qū)第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 iid 反饋電路反饋電路 u uuO (1) Ao uOAouid = 0 u u (2) ri uid ridiid = 0 故稱為虛短路。故稱為虛短路。 故稱為虛開路。故稱為虛開路。 引入負反饋后的理想運放引入負反饋后的理想運放 加負反饋時，加負反饋時，工作在線性區(qū)工作在線性區(qū)uO=Aouid= Ao (u - u) 第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 例例 1由理想運放所構成的電路如圖所示，求電路的輸由理

22、想運放所構成的電路如圖所示，求電路的輸出電壓出電壓 UO。II解：假設流過解：假設流過 10k 電阻和電阻和20k 電阻的電流為電阻的電流為 I1 和和 I2，由理想運放由理想運放“虛短虛短”的性質可知的性質可知 u u=0 則則 10k 電阻兩端電壓為電阻兩端電壓為 2V，電流，電流 I1 為為 再由理想運放再由理想運放“虛斷虛斷”的性質可知，流入反相輸?shù)男再|可知，流入反相輸入端的電流入端的電流 i - 0 ，故，故 10k電阻和電阻和 20k 電阻可近電阻可近似看成串聯(lián)，則似看成串聯(lián)，則 I2 I 1 ，則，則UO = 2 + 200.2 = 6V第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本

23、概念及元器件 邏輯代數(shù)：邏輯代數(shù)：是按一定邏輯規(guī)律進行運算的代數(shù)，又稱為布是按一定邏輯規(guī)律進行運算的代數(shù)，又稱為布 爾代數(shù)。爾代數(shù)。注注：1、邏輯代數(shù)用字母邏輯代數(shù)用字母（A、B、C、 ）表示變量，表示變量， 這種變量稱為這種變量稱為邏輯變量邏輯變量。2、每、每個邏輯變量的取值只有個邏輯變量的取值只有0 0和和1 1兩種可能，這里兩種可能，這里0 0和和1 1 不再表示數(shù)量的大小，只代表兩種不同的狀態(tài)。不再表示數(shù)量的大小，只代表兩種不同的狀態(tài)。例如：開關閉合為例如：開關閉合為1 晶體管導通為晶體管導通為1 電位高為電位高為 1 斷開為斷開為0 截止為截止為0 低為低為 0正邏輯：正邏輯： 負邏

24、輯：負邏輯： 規(guī)定高電平為邏輯規(guī)定高電平為邏輯 1、低電平為邏輯、低電平為邏輯 0 規(guī)定低電平為邏輯規(guī)定低電平為邏輯 1、高電平為邏輯、高電平為邏輯 0 通常未加說明，則為正邏輯通常未加說明，則為正邏輯 概述概述第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 1、與與邏輯運算邏輯運算00010 00 11 01 1ABUFA B F 與與邏輯運算邏輯運算真值表真值表1.7.1 基本邏輯運算及其門電路基本邏輯運算及其門電路真值表：真值表：能反映輸入變量所有取值及其對應輸能反映輸入變量所有取值及其對應輸 出值的表格。出值的表格。注：注：書寫真值表時，通常將原因作為輸入變量，書寫真值表時，通常將原因作為輸入變量，將結果作為輸出變量。將結果作為輸出變量。邏輯函數(shù)表達式：邏輯函數(shù)表達式：FAB第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 與門與門的的圖形符號：圖形符號：&ABF國標國標圖形符號圖形符號國外國外圖形符號圖形符號曾用曾用圖形符號圖形符號與門：與門：在邏輯電路中能實現(xiàn)在邏輯電路中能實現(xiàn)與邏輯運算與邏輯運算功能的電路功能的電路常用的常用的與門與門芯片：芯片：74LS08第一章第一章 電路基本概念及元器件電路基本概念及元器件 2、或或邏輯運算邏輯運算UABF01110 00 11 01 1A B F 真值表真值表邏輯函數(shù)表達式