電子理論基礎知識

電子理論基礎知識電子理論基礎知識電子理論基礎知識xxx公司電子理論基礎知識文件編號：文件日期：修訂次數：第1.0次更改批準審核制定方案設計，管理制度直流電DirectCurrent電壓U高電位與低電位的電位差，方向是電位降的方向U＝IR單位：伏特（V）電動勢E實際方向由電源內部的負極指向正極電位V電路中任一點與參考點之間的電壓電流和電壓的實際方向總是一致的，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）在電場力作用下，由a點通過R移到b點。W＝UQ＝UIt＝I2Rt＝U2t∕R單位：焦耳（J）1千瓦小時為1度電：1kWh＝1000瓦×3600秒＝×106J功率：P＝W∕t＝UI＝U2∕R＝I2R單位：瓦（W）P﹥0組件吸收功率(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?！艻＝0任一時刻，電路中節(jié)點處電流的代數和為零?；鶢柣舴螂妷憾蒏VL：任一時刻，電路中任一回路，各段電壓的代數和等于零?！芔＝0凡電壓的參考方向與繞行方向一致時此電壓前取正號，與繞行方向相反時此電壓前取負號?！艻R＝∑E任一回路，電阻電壓降的代數和等于電動勢的代數和。電動勢參考方向與繞行方向一致時，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和【串聯(lián)分壓】U＝IR1＋IR2＋…＋IRnR＝R1＋R2＋…＋Rn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)電阻中電流的代數和【并聯(lián)分流】I＝U∕R1＋U∕R2＋…＋U∕RnR＝R1∥R2∥…∥Rn1∕R＝1∕R1＋1∕R2＋…＋1∕Rn電壓源：電壓US與低值內阻R0串聯(lián)組成。U＝US－IR0在電壓源內阻R0＝0理想情況下，電源兩端電壓U≡US，該電壓源稱為恒壓源，其輸出電流I由外電路負載決定：I＝US∕RL電流源：電激流IS與高值內阻RS并聯(lián)組成。I＝IS－U∕RS在電流源內阻RS＝∞理想情況下，輸出電流I≡IS﹐該電流源稱為恒流源，其兩端電壓U由外電路負載決定：U＝ISRL∑∑＋∑Is∑UsR1RU＝節(jié)點電壓法：（彌爾曼定理）U＝分子∑(Us/R)＋∑Is：各支路電壓源與本支路電阻相除后的代數和，電源參考方向依下列規(guī)則：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)點電壓參考方向一致時取正號分母∑1/R：兩節(jié)點之間各支路的恒壓源為零(短路)后的電阻的倒數和，均為正值；但不計與恒流源串聯(lián)的電阻疊加原理：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生的電流或電壓的代數和。當其它電源不作用時：若是恒壓源，則Us＝0在電路中作短路處理；若是電流源，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等于有源二端網絡開路電壓U0（將負載開路）；等效電壓源的內阻R0等于有源二端網絡除源后（恒壓源短路、恒流源開路）所求得的無源二端網絡的等效電阻。諾頓定理：任何一個線性有源二端網絡對外電路而言，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絡的短路電流（將負載短路）等效電源源的內阻

RS等于有源二端網絡除源后（恒壓源短路、恒流源開路）所得的無源二端網絡的等效電阻。負載獲得功率：PL＝IL2RL＝(U02∕(R0+RL))2RL當滿足RL＝R0﹐負載獲得取大功率PLmax＝U02∕4R0＝U02∕4RL﹐但電源輸出功率的效率僅有50﹪

交流電AlternatingCurrent交流電的參考方向設定為正半周時的方向。e＝Emsin(ωt＋ψ)u＝Umsin(ωt＋ψ)i＝Imsin(ωt＋ψ)最大值(幅值)：Em、Um、Im正弦電流/電壓的有效值是其幅值的1／(≈倍E＝U＝I＝相位差：兩個同頻率的正弦交流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，稱為反相周期T正弦量變化一次所需的時間T＝1/f＝2π/ω單位：秒（s）頻率f單位時間內正弦量重復變化的次數f＝1/T單位:赫茲（Hz）角頻率ω交流電在單位時間內變化的弧度ω＝2π/T＝2πf單位：弧度/秒（rad/s）度＝弧度×180°/π初相位ψt＝0時的相位角相量的加減可用代數式，相量乘除則用極座標式。相量相乘，模相乘，幅角相加；相除時，模相除，幅角相減。相量相量A＝a＋jb＝r(cosψ＋jsinψ)＝rejψ＝r∠ψ模r＝a2＋b2實部a＝rcosψ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）(電阻的倒數稱為電導)電容C＝Q∕Uc＝εS∕d單位：法拉（F）（ε介質介電常數(F∕m)、d極板間距、S極板的面積）容抗XC＝1∕(ωC)＝1∕(2πfC)單位

：歐姆（Ω）I＝UCωC電流超前于電壓90oi＝Cuc＝i＝Cuc＝idtducdt1C無功功率QC＝UCI單位：乏（var）電容對于直流電路視作開路，起隔直作用。XC＝1∕(2πfC)＝1∕0＝∞Ω(對于直流，f＝0)電容充放電的規(guī)律:電容器兩端電壓不能突變，在外在電壓突變瞬間，電容器相當于"短路"電容器充放電結束時，流過電容的電流為零，此時電容器相當于"開路"RC電路的充放電過程都需要一定的時間才能完成，充放電時間在3－5τ以后，可認為充放電基本結束充放電過程的快慢決定于電路本身的時間常數(τ＝RC)，而與其它的因素無關充放電過程中，VC、IC、UR均按指數規(guī)律變化根據電路規(guī)律列寫電壓、電流的微分方程，若微分方程是一階的，則該電路為一階電路（一階電路中一般僅含一個儲能元件。）τ＝RCτ越大，過渡過程曲線變化越慢，uC達到穩(wěn)態(tài)所需要的時間越長一階微分電路通用方程：f(t)可代表電壓u(t)或電流i(t)初始值f(0+)：uc(0+)＝uc(0－)iL(0+)＝iL(0－)穩(wěn)態(tài)值f(∞)：畫出等效電路,令C開路時間常數τ：對于一個電阻直接用RC求得；對于復雜的電路,要先求其等效內阻R'f(t)＝f(∞)＋[f(0+)－f(∞f(t)＝f(∞)＋[f(0+)－f(∞)]e–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)

電感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、l線圈長度）感應電動勢的實際方向總是企圖產生感受應電流來阻礙磁鏈的變化。規(guī)定自感電動勢eL的參考方向與磁鏈之間符合右螺旋定則。感抗XL＝ωL＝2πfL單位：歐姆（Ω）UL＝IXL＝IωL電壓超前于電流90ouL＝－eL＝uL＝－eL＝Li＝uLdtdidt1L功率QL＝ULI單位：乏（var）電感線圈對于直流電路，相當于短路組件。XL＝2πfL＝0Ω(對于直流，f＝0)電阻R、電感L和電容C組件串聯(lián)的交流電路：|Z|＝R2＋X2＝R2＋(XL－|Z|＝R2＋X2＝R2＋(XL－XC)2＝R2＋ωL－1ωC2＝R＋j(XL－XC)＝R＋j(XL－XC)＝|Z|∠ψ··UI復阻抗ψ＝arctgψ＝arctg＝arctg＝arctgUL－UCURXL－XCRQP有功功率 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)電抗X＝XL－XC若X>0，則ψ>0，電壓超前電流ψ角，電路呈阻感性若X<0，則ψ<0，電壓滯后電流ψ角，電路呈阻容性若X=0，則ψ=0，電壓與電流同相，電路呈阻性當分支電路中只有電感和電容時：X>0時ψ＝90°X<0時ψ＝－90°電阻R、電感L和電容C組件并聯(lián)的交流電路：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：利用特殊摻雜工藝，在一塊芯片上兩邊分別生成N型和P型半導體，兩者交界處稱為PN結。PN結基本特性：單向導電性，理想情況下，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，理想情況下，PN結的反向電阻≈∞。二極管Diode：由一個PN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。穩(wěn)壓管Dz：工作在反向擊穿狀態(tài)。當Iz在較大范圍內變化時，管子兩端電壓Uz卻基本保持不變，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。

晶體管Transistor：兩種不同極性的載流子同時參與導電，故稱雙極型晶體管。BECPNPBECPNP型BECNPN型BEC微變等效電路IbβIb兩個PN結將基片分為三個區(qū)域：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。每區(qū)各引一電極，分別為發(fā)射極Emission、基極Base、集電極Collect摻雜濃度：發(fā)射區(qū)高于集電區(qū)，遠高于基區(qū)?？刂品绞剑狠^小的基極電流IB控制較大的集電極電流IC。工作原理：在基極發(fā)射極加正向電壓，發(fā)射區(qū)的空穴（電子）多子迅速擴散到基區(qū)，由于基區(qū)非常微薄且電子（空穴）多子濃度低，進入基區(qū)的空穴（電子）被復合的機會很少；在基極集電極加較大的反向電壓，集電結處形成較厚的內電場，在集電結較厚的內電場作用下，空穴（電子）很快運動到集電結的邊緣，進入內電場區(qū)域，被收集(飄移)到集電區(qū)。工作狀態(tài)：(以NPN型為例)基極電壓PN結情況狀態(tài)說明應用范圍UBE≦0發(fā)射結反偏，集電結反偏截止IB＝0IC＝ICBO≈0數字電路UBE≧導通電壓UCE>UBE發(fā)射結正偏，集電結反偏放大IC＝βIBIC幾乎與UCE大小無關模擬電路UBE≧0UCE≦UBE發(fā)射結正偏，集電結正偏飽和IB增大時，IC幾乎不再增大數字電路IC＝βIBIE＝IC＋IB＝(1＋β)IB晶體管輸入電阻rbe＝300Ω＋(1+β)×26(mV)∕IE(mA)（工程中估算方式）晶體管極限參數：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)CEO①IC﹤ICM②PCM＝UCEICM③EC≤～U(BR)CEOPCM受結溫限制，標稱值為常溫25℃下測得的。

絕緣柵型場效應管MOSFET(MetalOxideSemiconderFieldEffectTransistor)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?？刂品绞剑簴旁撮g電壓UGS控制漏、源間電流ID。（漏、源極可互換）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，從而控制漏、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UDS后，漏、源間有電流ID。加上直流電壓UGS到某一值時UGS>UGS(off)﹐原始導電溝在外電場作用下耗盡而夾斷，此時，ID≈0。增強型：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UGS增大到某一值時UGS>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：流入N溝道(流出P溝道)﹐電流ID流向與溝道一致。耗盡型柵源間電壓UGS極性可任意，一般與溝通(P＋N－)一致；增強型柵源間電壓UGS極性UDS一致。DSGDSGN溝通增強型MOS管IDDSG微變等效電路DSGN溝通耗盡型MOS管ID飽和漏極電流IDSS：柵、源間電壓UGS＝0時的漏極電流·MOSFETUGS＝0且UDS﹥0開關條件漏極電流ID應用范圍耗盡型ID﹥0夾斷：UGS﹥UGS(off)IID＝IDSS(1－)2UGSUGS(off)模擬電路增強型ID＝0開啟：UGS﹥UGS(th)IID＝UDSS(－1)2UGSUGS(th)數字電路diDdugs直流參數：RGS＞109diDdugs低頻跨導gm：當UDS＝常數時，ugs的微小變量與由它引起的iD的微小變量之比。gm＝∣UDS＝常數單位：西門子（S）是表征柵、源電壓對漏極電流控制作用大小的一個參數。最大漏極功耗PDM＝UDS·ID注：存放時，使三個電極短路；取管子時，應注意人體靜電；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。

基本放大電路IB太高，會產生飽和失真，即輸出波形的負半周(下半部分)產生非線性失真。IB太低，會產生截止失真，即輸出波形的正半周(上半部分)產生非線性失真。微變電路①放大狀態(tài)下的三極管的瞬時極性：基極與發(fā)射極同相，基極與集電極反相②直流電源對交流短路③電容對交流短路計算基本放大電路的輸入電阻ri、輸出電阻ro時，先將交流通路用微變等效電路取代：求輸入電阻ri，不應包括信號源內阻RS求輸出電阻ro，不應包括負載電阻RL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。輸入電阻（低）ri=RB∥rbe≈rbe，一般為幾百歐到幾千歐。輸出電阻（高）ro≈RC，一般為幾千歐到幾十千歐。靜態(tài)工作點Q：IB＝（VCC－UBE）∕RB≈VCC∕RBIC＝βIB＋ICEO≈βIBUCE＝VCC－ICRC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Au＝－βRL∕rbe共集電極放大電路射極輸出器輸入電阻（高）ri＝RB∥[rbe＋(1＋β)RL]，一般為幾十千歐到幾百千歐。輸出電阻（低）ro≈(rbe＋RS)∕β；當rbe>>RS時，ro≈rbe∕β，一般為幾十歐到幾百歐。靜態(tài)工作點：IBRB＋UBE＋IERE＝VCCIE＝（1＋β）IB≈ICUCE＝VCC－IERE射極輸出器的輸出電壓與輸入電壓大小基本相等且相位同相。電壓放大倍數Au＝(1＋β)RL∕(rbe＋(1＋β)RL)≈1且＜1差動放大電路僅對差模信號進行放大。共模輸入信號：兩個輸入信號大小相等，極性相同，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＋uc，ui2＝－ud＋uc典型差動放大電路的共模反饋電阻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）理想情況下，共模抑制比為無窮大。

集成運放電路(電路結構：一個具有高開環(huán)放大倍數的多級直接耦合放大電路)辨認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，從左下角開始各引腳按逆時針方向順序排列。理想集成運放的條件和分析公式：理想條件：①開環(huán)差模電壓放倍數Au0＝∞②差模輸入電阻rid＝∞輸出電壓u0受控兩個輸入端電位差u0＝Au0(u＋－u－)；集成運放工作在線性區(qū)：（在閉環(huán)狀態(tài)下引入深度負反饋）由于u0為線性區(qū)的有限值且Au0＝∞，所以u＋＝u－u＋＝u－兩者同電位,可作短路處理，但不是真正的短路，稱為虛短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立即取得地電位，稱為虛地。因為rid＝∞，所以兩個輸入電流i＋和i－均為零：i＋＝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)集成運放工作在非線區(qū)：（工作在開環(huán)情況下）由于rid＝∞，所以i＋＝i－＝0當u＋－u－﹥0，即u＋﹥u－時，UO＝＋UO(sat)(正向飽和輸出電壓)(對于數字電路為高電平：UOH)當u＋－u－﹤0，即u＋﹤u－時，UO＝－UO(sat)(負向飽和輸出電壓)(對于數字電路為低電平：UOL)當u＋－u－＝0，即u＋＝u－時，是輸出電壓UO發(fā)生突變的時刻。此時的電壓值，即為門限電壓UT。集成運放工作在非線區(qū)：（工作在正反饋情況下）正反饋自激振蕩條件：Uf＝Ui且AF＝1幅度平衡：∣A∣·∣F∣＝1相位平衡：ψA＋ψB＝2π×n(n為自然數)振蕩器必須在起振過程中滿足∣A∣·∣F∣＞1RC正弦波振蕩器的振蕩頻率f0＝1∕（2πRC）用作低頻信號源LC正弦波振蕩器的振蕩頻率f0＝1∕（2πLC）用作高頻振蕩器

正負反饋類型判別：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判斷相關點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時極性。如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反饋；反之為正反饋反饋信號和輸入信號加于輸入回路一點時，瞬時極性相同的為正反饋，瞬時極性相反的是負反饋。反饋信號和輸入信號加于輸入回路兩點時，瞬時極性相同的為負反饋，瞬時極性相反的是正反饋。瞬時極性都是指對地而言；對三極管來說這兩點是基極和發(fā)射極，對運算放大器來說是同相輸入端和反相輸入端。負反饋放大電路：A＝輸出∕凈輸入開環(huán)放大倍數F＝反饋∕輸出反饋系數Af＝輸出∕輸入閉環(huán)放大倍數AF＝反饋∕凈輸入環(huán)路放大倍數閉環(huán)放大倍數Af＝輸出∕輸入＝輸出∕(反饋＋凈輸入)＝輸出∕(AF×凈輸入＋凈輸入)＝(輸出∕凈輸入)∕(1+AF)＝A∕(1+AF)反饋深度＝1＋|A|×|F|＝|A|∕|Af|當滿足1＋|A|×|F|＞＞1時，稱為深度負反饋，|Af|＝|A|∕(1＋|A|×|F|)≈1∕|F|開環(huán)與閉環(huán)放大倍數的相對變化關系：（dAf∕Af）＝1∕(1＋|A|×|F|)×（dA∕A）判斷反饋類型的兩種方法：短路法將負載短路，則Uo＝0，若反饋信號消失為電壓反饋；否則為電流反饋。將三極管輸入內阻rbe短路，若反饋信號消失為并聯(lián)反饋；否則為串聯(lián)反饋。直觀法反饋信號與輸出信號引自同一端為電壓反饋；否則為電流反饋。反饋信號與輸入信號引自同一端為并聯(lián)反饋；否則為串聯(lián)反饋。直流負反饋的作用：穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點。交流負反饋影響放大器性能：降低了放大倍數、提高了放大倍數的穩(wěn)定性、減小了非線性失真、展寬了通頻頻帶·串聯(lián)負反饋提高輸入電阻信號源由低內阻的電壓源提供輸入信號，可取得滿意的反饋效果。并聯(lián)負反饋降低輸入電阻信號源由高內阻的電流源提供輸入信號，可取得滿意的反饋效果。電流負反饋提高輸出電阻并穩(wěn)定輸出電流電壓負反饋降低輸出電阻并穩(wěn)定輸出電壓，增強了帶負載的能力。

功率放大器