計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)（高職計(jì)算機(jī)專業(yè)）全套教學(xué)課件

計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)全套可編輯PPT課件共九個(gè)項(xiàng)目：電路分析基礎(chǔ)、常用半導(dǎo)體器件的檢測(cè)與識(shí)別、基本放大電路、集成運(yùn)算放大器及信號(hào)處理電路、數(shù)字邏輯基礎(chǔ)、邏輯門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)序邏輯電路項(xiàng)目一

電路分析基礎(chǔ)電路電路的主要物理量電阻元件及歐姆定律理想電源實(shí)際電源的模型及其互換基爾霍夫定律電阻的串聯(lián)與并聯(lián)支路電流法網(wǎng)孔分析法結(jié)點(diǎn)分析法疊加定理等效電源定理任務(wù)一

電路1．電路的基本概念電路的定義：將元器件用導(dǎo)線連接所構(gòu)成的導(dǎo)電回路稱為電路，即電流的流通路徑。所謂的元器件是指電阻器、電感器、電容器、有源器件（二極管、三極管等）、變壓器、開(kāi)關(guān)、發(fā)電機(jī)和電池等。2．實(shí)際電路實(shí)際電路是由具體的電氣元器件互相連接而成的，由此組成了各種各樣的電子系統(tǒng)。從電路的組成看，實(shí)際電路按功能可分三個(gè)部分：一是向電路提供電能或信號(hào)的元器件，稱為電源或信號(hào)源；二是用電設(shè)備，稱為負(fù)載；三是中間環(huán)節(jié)，如導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)和控制器等。電路在電源或信號(hào)源的作用下，才會(huì)產(chǎn)生電壓、電流，因此，在某種場(chǎng)合又把電源或信號(hào)源稱為激勵(lì)，由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓或電流稱為響應(yīng)。3．電路模型當(dāng)接觸實(shí)際電路時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)情況非常復(fù)雜。例如，電路的線路長(zhǎng)的可達(dá)數(shù)百千米，甚至連接全世界，如電力網(wǎng)、通信網(wǎng)、因特網(wǎng)；而短的如集成電路，雖然只有指甲那么大，卻是由成千上萬(wàn)個(gè)小電路集合而成的一個(gè)電路或系統(tǒng)。因此，為了便于對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行分析，通常將實(shí)際電路元器件理想化（或稱模型化），即在一定條件下突出其主要的電磁性質(zhì)，忽略其次要因素，將其近似地看作理想電路元器件，并用規(guī)定的圖形符號(hào)表示，即建立電路模型。由一些理想化元器件組成的電路，就是實(shí)際電路的電路模型。一般將理想電路元器件簡(jiǎn)稱為元器件，將電路模型簡(jiǎn)稱為電路。4．電路的作用按照電路的作用分類，常見(jiàn)電路有兩大類：一類用于信號(hào)的傳遞和處理，如擴(kuò)音系統(tǒng)、電視接收系統(tǒng)等，如圖所示；另一類用于電能的傳輸與轉(zhuǎn)換，如照明和動(dòng)力電路，配電系統(tǒng)等。擴(kuò)音系統(tǒng)示意圖任務(wù)二

電路的主要物理量一、電流1．電流的定義帶電粒子的定向移動(dòng)形成電流。例如，導(dǎo)體中的自由電子、電解液和電離的氣體中的自由離子、半導(dǎo)體的電子和空穴，都屬于帶電粒子或稱載流子。單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的導(dǎo)體橫截面的電荷量定義為電流，用i表示，有式中：

為

時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。在直流電路中，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量是恒定不變的，有2．電流的單位在國(guó)際單位制（SI）中，電荷量的單位是庫(kù)[侖]（C），電流的單位是安[培]（A），時(shí)間的單位是秒（s）。在計(jì)算微小電流時(shí)，通常用毫安（mA）或微安（μA）作為單位，它們之間的關(guān)系為3．電流的方向和參考方向電流不但有大小，而且有方向。習(xí)慣上將正電荷移動(dòng)的方向規(guī)定為電流的實(shí)際方向。在分析電路時(shí)，對(duì)復(fù)雜電路中某一段電流的實(shí)際方向有時(shí)很難立即判定，有時(shí)電流的實(shí)際方向在不斷改變，因此在電路中很難標(biāo)明電流實(shí)際方向。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們引入?yún)⒖挤较蜻@個(gè)概念。電流的參考方向是任意選定的方向，當(dāng)選定的電流參考方向與實(shí)際方向一致時(shí)，電流值為正

；但選定的電流參考方向與實(shí)際方向不一致時(shí)，電流值為負(fù)

?？梢?jiàn)，在選定參考方向后，電流值才有正負(fù)之分。

電流的實(shí)際方向和參考方向二、電壓1．電壓的定義兩點(diǎn)之間的電位之差即為兩點(diǎn)間的電壓。從電場(chǎng)力做功概念來(lái)定義，電壓就是將單位正電荷從電路中一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)電場(chǎng)力做功的大小，用數(shù)學(xué)式表示，即為式中：dq為由a點(diǎn)移至b點(diǎn)的電荷量，單位為庫(kù)侖（C）；dw為移動(dòng)電荷dq電場(chǎng)力所做的功，單位為J（焦耳）。2．電壓的單位電壓的單位都是V（伏特），1V電壓相當(dāng)于為移動(dòng)1C正電荷電場(chǎng)力所做的功為1J。在電力系統(tǒng)中伏特單位太小，有時(shí)用kV（千伏）作為電壓?jiǎn)挝?。在無(wú)線電電路中伏特單位太大，常用mV（毫伏）、μV（微伏）作為電壓?jiǎn)挝弧?．電壓的方向和參考方向電壓的方向規(guī)定為由高電位指向低電位，即電位降低的方向；在電路中，電壓的方向常用“+”、“-”號(hào)來(lái)表示。電壓參考方向和電流參考方向一樣，也是任意選定的。在分析電路時(shí)，選定某一方向作為電壓方向，當(dāng)選定的電壓參考方向與實(shí)際方向一致時(shí)，則電壓為正（u>0）；當(dāng)選定的電壓參考方向與實(shí)際方向不一致時(shí)，則電壓為負(fù)（u<0）。三、電功率在電路的分析與計(jì)算中，研究能量的分配和交換是重要內(nèi)容之一，有的元器件吸收電能，并將電能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量，有的元器件將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能，即元器件向電路提供電能，而功率可直接反映出支路及整個(gè)電路的能量變化情況。1．電功率的定義電功率指單位時(shí)間內(nèi)元器件所吸收或發(fā)出的電能，在電路中，電功率常簡(jiǎn)稱為功率。功率的定義可推廣到任何一段電路，而不局限于一個(gè)元件，當(dāng)然，一個(gè)元件可看做是一段電路的特例。2．電功率的單位功率的單位為W（瓦）。1W功率就是每秒做功1J，即

。常用的單位還有mW（毫瓦）、kW（千瓦）等。任務(wù)三

電阻元件及歐姆定律一、電阻元件電阻元件是無(wú)源二端元件，是實(shí)際電阻器的理想化模型，簡(jiǎn)稱電阻，符號(hào)如圖所示。電阻元件電阻元件按其伏安特性曲線是否為通過(guò)原點(diǎn)的直線，可分為線性電阻元件和非線性電阻元件；按其特性曲線是否隨時(shí)間變化，又可分為時(shí)變電阻元件和非時(shí)變電阻元件。二、歐姆定律的表達(dá)式歐姆定律（Ohm'sLaw，OL）是電路分析的基本定律之一，它說(shuō)明流過(guò)線性電阻的電流與該電阻兩端電壓之間的關(guān)系，反映了電阻元件的特性。這里聯(lián)系電流、電壓參考方向討論歐姆定律。圖（a）是理想電阻模型，設(shè)電壓、電流參考方向關(guān)聯(lián)；圖（b）是它的伏安特性，為處在μ－i平面一、三象限過(guò)原點(diǎn)的直線。寫出該直線的數(shù)學(xué)解析式，即有此式就是歐姆定律公式，電阻的單位為Ω（歐姆）。如果特性曲線的斜率不隨時(shí)間變化，則稱為線性非時(shí)變電阻。（a）

（b）理想電阻模型和伏安特性如果電阻R上的電流、電壓參考方向非關(guān)聯(lián)，如圖所示，則歐姆定律公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào)，即電流、電壓參考方向非關(guān)聯(lián)電阻的倒數(shù)稱電導(dǎo)，以符號(hào)G表示，即在國(guó)際單位制中，電導(dǎo)的單位是西門子，簡(jiǎn)稱S（西）。從物理概念上看，電導(dǎo)是反應(yīng)材料導(dǎo)電能力強(qiáng)弱的參數(shù)。電阻、電導(dǎo)是從相反的兩個(gè)方面來(lái)表征同一材料特性的兩個(gè)電路參數(shù)，所以，定義電導(dǎo)為電阻的倒數(shù)是有道理的。應(yīng)用電導(dǎo)參數(shù)來(lái)表示電流和電壓之間關(guān)系時(shí)，歐姆定律形式可寫為如果電阻R上的電流、電壓參考方向非關(guān)聯(lián)，如上圖所示，則歐姆定律公式中應(yīng)冠以負(fù)號(hào)，即從式

可見(jiàn)，在參數(shù)值不等于零、不等于無(wú)限大的電阻、電導(dǎo)上，電流與電壓是同時(shí)存在、同時(shí)消失的?；蛘哒f(shuō)，在這樣的電阻、電導(dǎo)上，t時(shí)刻的電壓（或電流）只決定于t時(shí)刻的電流（或電壓）。這說(shuō)明電阻、電導(dǎo)上的電壓（或電流）不能記憶電阻、電導(dǎo)上的電流（或電壓）在“歷史”上（t時(shí)刻以前）所起過(guò)的作用。所以說(shuō)電阻、電導(dǎo)元件是無(wú)記憶性元件，又稱即時(shí)元件。任務(wù)四

理想電源電源是電路中提供能量的元件，只有電阻而沒(méi)有電源的電路中不可能有電流存在，也就沒(méi)有能量的轉(zhuǎn)換發(fā)生。能將其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能的裝置稱為有源元件。本節(jié)介紹有源元件的兩種電路模型。一、理想電壓源一個(gè)二端元件，如果其端子間電壓能保持為一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)或一個(gè)確定值，而與通過(guò)它的電流和外接電路無(wú)關(guān)，則稱之為理想電壓源，如圖所示。理想電壓源模型理想電壓源有如下特點(diǎn)：1）對(duì)任意時(shí)刻

，理想電壓源的端電壓與輸出電流的關(guān)系曲線（稱為伏安特性曲線）是平行于i軸、其值為

的直線，如圖所示。2）由伏安特性曲線可進(jìn)一步看出，理想電壓源的端電壓與流經(jīng)它的電流方向、大小無(wú)關(guān)，即使流經(jīng)它的電流為無(wú)窮大，其兩端電壓仍為

（對(duì)

時(shí)刻），即

。當(dāng)

為常數(shù)時(shí)，就稱為直流電壓源。若理想電壓源

，則伏安特性為i－u平面上的電流軸，相當(dāng)于短路。理想電壓源的端電壓由自身決定，而流經(jīng)它的電流由它及外電路共同決定，或者說(shuō)它的輸出電流隨外電路變化。理想電壓源是不允許短路的，另外，理想電壓源實(shí)際上是不存在的，但是，通常的電池、發(fā)電機(jī)等實(shí)際電源在一定電流范圍內(nèi)可以近似地看作一個(gè)理想電壓源。也可以用理想電壓源與電阻元件來(lái)構(gòu)成實(shí)際電源的模型。一般來(lái)說(shuō)，電壓源在電路中是作為提供功率的元件出現(xiàn)的。理想電壓源的伏安特性曲線二、理想電流源一個(gè)二端元件，如果提供的電流為一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)或常量而與元件的端電壓外電路無(wú)關(guān)，則稱之為理想電流源，簡(jiǎn)稱電流源。理想電流源模型如圖所示。（a）

（b）理想電流源模型理想電流源有如下特點(diǎn)：1）對(duì)任意時(shí)刻

，理想電流源的伏安特性曲線是平行于u軸、其值為

的直線。2）由理想電流源的伏安特性曲線可進(jìn)一步看出，理想電流源發(fā)出的電流

與其兩端電壓大小、方向無(wú)關(guān)，即使兩端電壓為無(wú)窮大也是如此。例如，一個(gè)5A的電流源兩端接一個(gè)10Ω的電阻時(shí)，流過(guò)10Ω電阻的電流為5A，當(dāng)它兩端接一個(gè)100Ω的電阻時(shí)，流過(guò)100Ω電阻的電流仍然是5A。如果理想電流源

，則伏安特性曲線為u－i平面上的電壓軸，相當(dāng)于開(kāi)路。3）理想電流源的輸出電流由它本身決定，而它的兩端電壓由其本身的輸出電流與外部電路共同決定。理想電流源實(shí)際上是不存在的，但晶體三極管的集電極電流接近于理想電流源的條件，在做電路分析時(shí)，可以當(dāng)作理想電流源。實(shí)際的電流源可以看作理想電流源

與內(nèi)阻

的并聯(lián)。三、理想電源的等效變換1．理想電壓源串聯(lián)當(dāng)電路有多個(gè)電壓源串聯(lián)時(shí)，其等效電源的端電壓等于串聯(lián)的理想電壓源端電壓的代數(shù)和，如圖所示，即

。。

理想電壓源的等效變換2．理想電流源并聯(lián)當(dāng)電路中有多個(gè)電流源并聯(lián)時(shí)，其等效源的輸出等于并聯(lián)電流源輸出電流的代數(shù)和，如圖所示，即

。理想電流源的等效變換任務(wù)五

實(shí)際電源的模型及其互換一、實(shí)際電源的電壓源模型實(shí)際電源在工作時(shí)的端電壓隨著負(fù)載電流的增大而減小，這一現(xiàn)象可由一個(gè)電壓源與電阻的串聯(lián)作為模型，如圖所示，這種模型常被稱為實(shí)際電源的電壓源模型。的數(shù)值等于實(shí)際電源不接負(fù)載時(shí)的端電壓，即開(kāi)路電壓，用

表示，

。其中

為實(shí)際電源的內(nèi)阻，即輸出電阻。其端口的伏安特性為（a）

（b）實(shí)際電源的電壓源模型及其伏安特性曲線二、實(shí)際電源的電流源模型實(shí)際的電流源模型由一個(gè)理想電流源

和一個(gè)電阻

并聯(lián)組合而成。如圖所示，該電路的伏安特性為（a）

（b）實(shí)際電源的電流源模型及其伏安特性曲線三、電壓源、電流源模型的相互轉(zhuǎn)換電壓源與電流源作為兩種不同形式的電路模型，是可以相互轉(zhuǎn)換的，如圖所示，可將

變換為（a）

（b）兩種電源模型的等效變換根據(jù)等效概念知道，由上圖（a）已知的電壓源模型轉(zhuǎn)換到上圖（b）所示的電流源模型的等效條件為

或

。

電壓源與電流源進(jìn)行等效變換時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①電壓源與電流源的等效變換關(guān)系只對(duì)外電路而言，內(nèi)電路是不等效的。②電壓源與電流源進(jìn)行等效變換時(shí)，兩種電路模型的極性必須一致。③理想電壓源與理想電流源不能等效變換。例1.1

將圖（a）所示的電路等效化簡(jiǎn)為電壓源和電阻的串聯(lián)組合。解利用電源的串并聯(lián)和等效變換的方法，如圖（a）所示的電路按圖（b）～圖（d）所示順序逐步化簡(jiǎn)，便可得到等效電壓源和電阻的串聯(lián)組合，如圖（d）所示。例1.1用圖例1.2

電路如圖（a）所示，求電流I。解應(yīng)用任意元器件與理想電壓源并聯(lián)和等效為該電壓源互換等效原則，將圖（a）等效為圖（b），再應(yīng)用理想電壓源串聯(lián)等效，將圖（b）等效為圖（c）。從而算出例1.2用圖任務(wù)六

基爾霍夫定律基爾霍夫定律包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL），它們是計(jì)算和分析電路的基本定律，反映了電路中各電流、電壓之間的約束關(guān)系。在介紹基爾霍夫定律之前，首先介紹幾個(gè)名詞和術(shù)語(yǔ)。支路：沒(méi)有分支的電路稱為支路。如圖所示電路有ABE、ACE、ADE三條支路。結(jié)點(diǎn)：三條或三條以上支路的交點(diǎn)稱為結(jié)點(diǎn)。如圖所示電路中A、E都是結(jié)點(diǎn)，B、C、D則不是結(jié)點(diǎn)。回路：電路中任意一個(gè)閉合路徑稱為回路?；芈酚梢粭l或多條支路組成。如圖所示，此電路只有三個(gè)回路，分別是ABECA，ACEDA，ABEDA。網(wǎng)孔：回路平面上不含支路的回路稱為網(wǎng)孔。如圖所示電路中，回路ABECA和ACEDA就是網(wǎng)孔，而回路ABEDA平面內(nèi)含有ACE支路，所以它不是網(wǎng)孔。電路舉例一、基爾霍夫電流定律基爾霍夫電流定律可表述為：在任一時(shí)刻，對(duì)于電路中任一結(jié)點(diǎn)，流入結(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出該結(jié)點(diǎn)的電流之和，即流經(jīng)任意一個(gè)結(jié)點(diǎn)上的電流的代數(shù)和恒等于零。寫成數(shù)學(xué)表達(dá)式為

，該式為基爾霍夫第一定律，簡(jiǎn)稱KCL。在實(shí)際應(yīng)用中，也可按這樣的方法列寫KCL方程：流出結(jié)點(diǎn)的電流總和等于流入結(jié)點(diǎn)的電流總和，即這就是基爾霍夫電流定律的另一種表示形式，如圖所示。KCL定律若設(shè)流入電流為正，可寫出KCL方程為

或

。二、基爾霍夫電壓定律基爾霍夫電壓定律可表述為：對(duì)于電路中的任一回路，從回路中任意一點(diǎn)出發(fā)，沿該回路繞行一周，則沿此方向的電位上升之和等于電位下降之和。該式為基爾霍夫第二定律，簡(jiǎn)稱KVL。基爾霍夫電壓定律還可以表示為：對(duì)于電路中任一回路，沿該回路繞行一周各部分電壓的代數(shù)和恒等于零，即

。例1.3

圖所示為某電路中的一個(gè)回路，通過(guò)A，B，C，D四個(gè)結(jié)點(diǎn)與電路的其他部分相連接，求電阻R的大小。例1.3用圖解

先按KCL求出圖中的未知電流：再按KVL求出電阻R上的電壓：從而求出電阻R為任務(wù)七

電阻的串聯(lián)與并聯(lián)一、串聯(lián)電阻電路定義：電路中，兩個(gè)或兩個(gè)以上的元器件順序連接，且各連接點(diǎn)沒(méi)有分支的連接方式稱為串聯(lián)，如圖（a）所示。電阻關(guān)系：串聯(lián)電阻可用一個(gè)等效電阻R表示，如圖（b）所示。（a）

（b）電阻串聯(lián)及其等效電路等效的條件是在同一電壓U的作用下電流I保持不變。根據(jù)KVL，有式中：當(dāng)滿足上式時(shí)，上圖（a）、上圖（b）所示兩電路的外電路完全等效。電壓關(guān)系：由于兩個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)流過(guò)同一電流，則有即由式可見(jiàn)，串聯(lián)電路中各電阻上電壓的大小與其阻值成正比，即二、并聯(lián)電阻電路定義：將兩個(gè)或兩個(gè)以上元器件的一端連接在電路的同一點(diǎn)上，將另一端連接在電路的另一相同點(diǎn)上的連接方式，稱為并聯(lián)。圖（a）所示為兩個(gè)電阻并聯(lián)的電路，圖（b）為其等效電路，兩電路中電阻之間的關(guān)系為還可寫成（a）

（b）電阻的并聯(lián)及其等效電路電流關(guān)系：由于并聯(lián)元器件兩端承受的是同一電壓，所以電阻并聯(lián)分流與其電阻值成反比，即電阻值大時(shí)，通過(guò)電阻的電流就小。任務(wù)八

支路電流法前面講的分析方法利用了等效變換，將簡(jiǎn)單電路化簡(jiǎn)成單回路電路來(lái)求解。對(duì)于復(fù)雜的電路（如兩個(gè)及兩個(gè)以上回路或三個(gè)及三個(gè)以上結(jié)點(diǎn)的電路）往往不能化簡(jiǎn)為單回路電路，或者即使能化簡(jiǎn)，也相當(dāng)麻煩。因此，以下將介紹幾種分析線性電路的一般方法。這些方法都是選擇一組合適的電路變量（電流或電壓），根據(jù)KCL和KVL及元器件的電壓、電流關(guān)系（VCR）建立電路方程和求解方程的方法。對(duì)于線性電阻電路，電路方程是一組線性代數(shù)方程。列寫電路方程的最基本方法是支路分析法，由支路分析法為基礎(chǔ)得到的網(wǎng)孔分析法和結(jié)點(diǎn)分析法具有較少的方程數(shù)和變量數(shù)，易于求解。支路電流法的解題步驟如下：①

標(biāo)出各支路電流的參考方向及回路的繞行方向。②

根據(jù)基爾霍夫電流定律列出各結(jié)點(diǎn)的電流方程。如果電路中有n個(gè)結(jié)點(diǎn)，則可以列出

個(gè)獨(dú)立電流方程。③

根據(jù)基爾霍夫電壓定律列出回路的電壓方程。如果電路中有b個(gè)支路電流是未知量，則需要列出b個(gè)獨(dú)立方程，才能解出各支路電流。而根據(jù)KCL已經(jīng)列出了

個(gè)獨(dú)立的電流方程，所以根據(jù)KVL應(yīng)當(dāng)再列出

個(gè)回路電壓方程。④

求解聯(lián)立的方程組，得出各支路電流。例1.4用圖例1.4

在如圖所示電路中，已知

，

，

，

，

，

，求電壓

及各電源產(chǎn)生的功率。解

設(shè)支路電路電流

的參考方向如圖所示，根據(jù)KCL列寫結(jié)點(diǎn)a的電流方程為選網(wǎng)孔作為獨(dú)立回路，并設(shè)繞行方向于圖上，由KVL列寫Ⅰ、Ⅱ的電壓方程分別如下。網(wǎng)孔Ⅰ：

網(wǎng)孔Ⅱ：

聯(lián)立方程解得：

電壓：

設(shè)電源

產(chǎn)生的功率分別為

，由求得的支路電流，可算得：任務(wù)九

網(wǎng)孔分析法一、網(wǎng)孔方程網(wǎng)孔分析法舉例支路電流法求解電路時(shí)，需要求解b個(gè)獨(dú)立方程，當(dāng)電路復(fù)雜時(shí)，計(jì)算量也相當(dāng)繁重。為了減少求解方程數(shù)，可采用網(wǎng)孔電流為電路變量（未知量）來(lái)列寫方程，這種方法稱為網(wǎng)孔分析法，也稱為網(wǎng)孔電流法，如圖所示。若把

，

分別看作網(wǎng)孔1和網(wǎng)孔2流過(guò)的電流——網(wǎng)孔電流，其參考方向如圖所示，則對(duì)兩個(gè)網(wǎng)孔列KVL得兩個(gè)方程將上式改寫成式中：

和

分別代表兩個(gè)網(wǎng)孔的自電阻，它們?yōu)楦髯跃W(wǎng)孔中所有電阻之和

；

和

為兩個(gè)網(wǎng)孔的公共電阻，稱為互電阻

。由于列方程時(shí)網(wǎng)孔繞行的方向選定為與網(wǎng)孔電流參考方向一致，所以自電阻總是正的。當(dāng)通過(guò)互電阻的網(wǎng)孔電流

、

的參考方向一致時(shí)，互電阻

、

取正；當(dāng)參考方向相反時(shí)，互電阻

、

取負(fù)，如上圖中互電阻

。上式右邊的

和

分別表示兩個(gè)網(wǎng)孔電壓源電壓的代數(shù)和。各電壓源電壓順著繞行方向由負(fù)極到正極取正號(hào)，相反則取負(fù)號(hào)

。二、網(wǎng)孔分析法的計(jì)算步驟網(wǎng)孔分析法的計(jì)算步驟如下：1）選定各網(wǎng)孔電流的參考方向，它們也是列方程的繞行方向。2）列網(wǎng)孔方程式中：

，

，

，

為網(wǎng)孔電流。

，

，

，

等有相同下標(biāo)的電阻為各網(wǎng)孔的自電阻，它們分別是各網(wǎng)孔電阻之和，恒為正值。

，

，

有不同下標(biāo)的電阻為互電阻，分別等于兩個(gè)相關(guān)網(wǎng)孔的公共電阻，當(dāng)通過(guò)公共電阻的兩個(gè)網(wǎng)孔電流參考方向相同時(shí)，互電阻取正值，否則取負(fù)值；如果兩個(gè)網(wǎng)孔之間沒(méi)有公共電阻，則相應(yīng)的互電阻為零。一般情況下有

（含受控源的電路除外）。上式右端項(xiàng)

，

，

，

分別為各個(gè)網(wǎng)孔電壓源電壓的代數(shù)和。各電壓源電壓順著繞行方向由負(fù)極到正極取正號(hào)，相反則取負(fù)號(hào)。例1.5

對(duì)如圖所示的電路，求各支路的電流。例1.5用圖3）求解網(wǎng)孔方程，解得網(wǎng)孔電流。4）指定各支路電流的參考方向，支路電流則為有關(guān)網(wǎng)孔電流的代數(shù)和。在網(wǎng)孔分析法中，省略了KCL方程，與支路電流法比較，聯(lián)立方程的數(shù)目由等于支路數(shù)減少到網(wǎng)孔數(shù)，因而計(jì)算有所簡(jiǎn)化。但網(wǎng)孔分析法只適用于平面電路。解

本問(wèn)題有六個(gè)支路、三個(gè)網(wǎng)孔，用上節(jié)講的支路電流法解六元方程組，而用網(wǎng)孔法只需解三元方程，顯然網(wǎng)孔法要比支路電流法簡(jiǎn)單得多，今后若用手動(dòng)解算電路，則一般用網(wǎng)孔法而不用支路電流法。1）設(shè)網(wǎng)孔電流

、

、

如上圖所示。一般網(wǎng)孔電流方向即認(rèn)為是列KVL方程時(shí)的巡行方向。2）觀察電路，直接列寫方程。觀察電路，心算求自電阻、互電阻、等效電壓源數(shù)值，代入方程通式即寫出所需要的方程組。就本例而言，自電阻、互電阻、等效電壓源如下：3）解方程得各網(wǎng)孔電流。于是聯(lián)立解得各網(wǎng)孔電流分別為4）由網(wǎng)孔電流求各支路電流。設(shè)各支路電流參考電流參考方向如圖所示，根據(jù)支路電流與網(wǎng)孔電流之間的關(guān)系，得

5）如果需要，可由支路電流求電路中任何處的電壓、功率。

任務(wù)十

結(jié)點(diǎn)分析法結(jié)點(diǎn)分析法采用結(jié)點(diǎn)電壓為電路變量（未知量）來(lái)列寫方程，也稱為結(jié)點(diǎn)電壓法。它不僅適用于平面電路，還可用于非平面電路，對(duì)結(jié)點(diǎn)較少的電路尤其適用。目前電路的計(jì)算機(jī)輔助分析也常用結(jié)點(diǎn)分析法，因而它已成為電路分析中最重要的方法之一。電路中，任意選擇某一結(jié)點(diǎn)為參考結(jié)點(diǎn)，其他結(jié)點(diǎn)與參考結(jié)點(diǎn)間的電壓便是結(jié)點(diǎn)電壓。結(jié)點(diǎn)電壓的參考極性以參考結(jié)點(diǎn)為負(fù)。結(jié)點(diǎn)分析法：先以結(jié)點(diǎn)電壓為求解對(duì)象，求得結(jié)點(diǎn)電壓后，再求支路電壓和支路電流。下面以下圖為例，對(duì)結(jié)點(diǎn)分析法進(jìn)行介紹。如圖所示，它有四個(gè)結(jié)點(diǎn)，若選擇結(jié)點(diǎn)4作為參考點(diǎn)，則其余三個(gè)結(jié)點(diǎn)分別對(duì)參考結(jié)點(diǎn)的電壓設(shè)為

、

、

。以各結(jié)點(diǎn)電位為未知量，將各支路電流通過(guò)支路伏安特性用未知結(jié)點(diǎn)電位表示，根據(jù)KCL列結(jié)點(diǎn)電流方程（簡(jiǎn)稱結(jié)點(diǎn)方程），求解出各結(jié)點(diǎn)電位變量，進(jìn)而求得電路中需要求的電流、電壓、功率等，這種分析法稱為結(jié)點(diǎn)電位法。結(jié)點(diǎn)分析法用圖下面以上圖電路為例來(lái)列寫過(guò)程，并從中歸納總結(jié)出簡(jiǎn)便列寫方程的方法。參考點(diǎn)與各結(jié)點(diǎn)電位如上圖中所標(biāo)，設(shè)出各支路電流，由支路伏安特性將各支路電流用結(jié)點(diǎn)電位表示，即現(xiàn)在根據(jù)KCL列出結(jié)點(diǎn)1、2、3的KCL方程，設(shè)流出結(jié)點(diǎn)的電流取正號(hào)，流入結(jié)點(diǎn)的電流取負(fù)號(hào)，可得將兩式合并整理后得方程右端

、

、

分別為流入結(jié)點(diǎn)1、2、3的電流源代數(shù)和，電流流入取正，流出取負(fù)。例1.6

如圖所示電路，求電導(dǎo)

、

、

中的電流及圖中3個(gè)電流源分別產(chǎn)生的功率。例1.6用圖解

采用結(jié)點(diǎn)電位法求解。1）選參考點(diǎn)，設(shè)結(jié)點(diǎn)電位。對(duì)本問(wèn)題，選擇結(jié)點(diǎn)4為參考點(diǎn)，設(shè)結(jié)點(diǎn)1、2、3的電位分別為

、

、

。若電路接地點(diǎn)已給出，則不需要再選擇參考點(diǎn)，只要設(shè)出結(jié)點(diǎn)電位即可。2）觀察電路，應(yīng)用式直接列寫方程。一般心算求出各結(jié)點(diǎn)的自電導(dǎo)、互電導(dǎo)和等效電流源數(shù)值，代入通式寫出方程。當(dāng)然，寫出求自電導(dǎo)、互電導(dǎo)、等效電流源的過(guò)程亦可以。對(duì)本例電路，有

將求得的自電導(dǎo)、互電導(dǎo)、等效電流源代入公式得3）解方程，求得各結(jié)點(diǎn)電位。4）由求得的各結(jié)點(diǎn)電位，求題目中需要求的各量。先求三個(gè)電導(dǎo)上的電流。設(shè)通過(guò)電導(dǎo)

、

、

的電流分別為

、

、

，參考方向如圖1-25中所標(biāo)，由歐姆定律的電導(dǎo)形式算得三個(gè)電流分別為再求電流源產(chǎn)生的功率。設(shè)

、

、

分別代表電流源

、

、

產(chǎn)生的功率。由計(jì)算一段電路產(chǎn)生功率的公式，算得功率值：使用結(jié)點(diǎn)電位法的一般步驟如下：1）在電路中選擇一個(gè)合適的參考點(diǎn)，其余結(jié)點(diǎn)電壓為待求量（有的可能已知）。2）用電源的等效變換法將電路中所有電壓型電源轉(zhuǎn)換為電流型電源。3）列出所有未知結(jié)點(diǎn)電壓的結(jié)點(diǎn)方程，其中自電阻恒為正，互電導(dǎo)恒為負(fù)。4）聯(lián)立求解結(jié)點(diǎn)電壓，繼而求出其余量。任務(wù)十一

疊加定理疊加定理可表示為：在線性電路中當(dāng)有多個(gè)電源作用時(shí)，電路中任意一個(gè)支路的電流或電壓等于電路中每個(gè)電源分別單獨(dú)作用時(shí)在該支路產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。應(yīng)用疊加定理分析電路時(shí)，應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：①定理的表述中所謂某個(gè)電源單獨(dú)作用于電路是指其他電源應(yīng)對(duì)電路不起作用，也就是將其他電源看作零值，為此，應(yīng)將其他的電壓源短路，電流源開(kāi)路。②疊加定理只適用于線性電路。從數(shù)學(xué)上看，疊加定理就是線性方程的可加性。前面支路電流法和結(jié)點(diǎn)分析法列出的都是線性方程，所以支路電流或電壓都可以用疊加定理來(lái)求解。但功率的計(jì)算不能用疊加定理，因?yàn)楣β什皇请娫措妷夯螂娏鞯囊淮魏瘮?shù)。例1.7

試用疊加定理求圖（a）所示電路中的電流I。（a）

（b）

（c）解

根據(jù)疊加定理，可分別求出

和

單獨(dú)作用時(shí)的電流

和

，再進(jìn)行疊加。①當(dāng)

單獨(dú)作用時(shí)，要將電流源開(kāi)路，等效電路如圖（b）所示，有②當(dāng)

單獨(dú)作用時(shí)，將電壓源短路，等效電路如圖（c）所示，有如圖（a）所示電路中的電流I為兩個(gè)電流

和

之和，所以任務(wù)十二

等效電源定理凡是具有兩個(gè)端子的電路，不管其復(fù)雜程度如何，均稱為二端網(wǎng)絡(luò)。如果線性二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部含有電源就稱其為線性有源二端網(wǎng)絡(luò)。等效電源定理是簡(jiǎn)化線性有源二端網(wǎng)絡(luò)和分析電路時(shí)的一個(gè)很重要的定理。這個(gè)定理表示：任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于其外部電路來(lái)說(shuō)，總可以用一個(gè)等效電源模型來(lái)代替。因?yàn)殡娫茨Ｐ头譃殡妷涸茨Ｐ秃碗娏髟茨Ｐ停韵鄳?yīng)地，等效電源定理也有兩個(gè)：一個(gè)是戴維南定理，另一個(gè)是諾頓定理。一、戴維南定理戴維南定理：任何一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的對(duì)外作用，總可以用一個(gè)電壓源與一個(gè)電阻相串聯(lián)的電路（即電壓源模型）來(lái)等效代替。這個(gè)電壓源的電壓等于線性有源網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)路電壓，串聯(lián)的電阻等于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部電源均為零時(shí)的等效電阻。應(yīng)用戴維南定理得到的化簡(jiǎn)電阻稱為戴維南等效電路。下面以例題的形式，對(duì)戴維南定理的使用加以介紹。例1.8

求圖（a）所示的有源二端網(wǎng)絡(luò)的戴維南等效電路。（a）

（b）

（c）

（d）例1.8用圖解

根據(jù)戴維南定理，圖（a）的有源二端網(wǎng)絡(luò)可以等效為圖（b）所示的一個(gè)電壓源和電阻的串聯(lián)電路。問(wèn)題的關(guān)鍵是要利用圖（b）求出

并利用圖（c）求出

的大小。要注意的是，所謂開(kāi)路電壓，就是端口電流為零時(shí)的端電壓，即圖（b）中標(biāo)出的

。故由圖（b）得到：

。令圖（a）中的獨(dú)立電源全部為零，即電壓源短路、電流源開(kāi)路，得到圖（c），故由圖（c）得

，從而得到戴維南等效電路，如圖（d）所示。二、諾頓定理諾頓定理：一個(gè)線性有源二端網(wǎng)絡(luò)的對(duì)外作用可以用一個(gè)電流源與電導(dǎo)（或電阻）并聯(lián)的電路（即電流源模型）等效替代。其電流源的電流等于線性有源網(wǎng)絡(luò)的短路電流，其電導(dǎo)（或電阻）等于該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部電源均為零時(shí)的等效電導(dǎo)（或電阻）。戴維南定理和諾頓定理本質(zhì)上是相同的，只是形式不同而已。應(yīng)用諾頓定理得到的化簡(jiǎn)電路稱為諾頓等效電路。下面以例題的形式，對(duì)諾頓定理的使用加以介紹。例1.9

試計(jì)算如圖（a）所示電路中的電流I。（a）

（b）解

圖（a）中a，b左側(cè)電路的諾頓等效電路如圖（b）所示，則圖（a）中a，b右側(cè)的等效電阻為最后畫出總的等效電路，如右圖所示。等效電路圖項(xiàng)目二

常用半導(dǎo)體器件

的檢測(cè)與識(shí)別半導(dǎo)體基本知識(shí)二極管三極管任務(wù)一半導(dǎo)體基本知識(shí)一、半導(dǎo)體的基本特點(diǎn)根據(jù)導(dǎo)電能力（電阻率）的不同，自然界的各種物質(zhì)可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。目前，常用來(lái)制造電子元器件的半導(dǎo)體材料有硅（Si）、鍺（Ge）及砷化鎵（GaAs）等。它們的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，并具有摻雜性、光敏性和熱敏性等特性。熱敏性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度的升高而迅速增加的特性。光敏性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的變化有顯著改變的特性。摻雜性：半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力因摻入適當(dāng)?shù)碾s質(zhì)而發(fā)生很大變化。二、本征半導(dǎo)體完全純凈、晶體結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。硅和鍺是常見(jiàn)的本征半導(dǎo)體材料，它們都是四價(jià)元素，其原子結(jié)構(gòu)中最外層軌道上有四個(gè)價(jià)電子。半導(dǎo)體與金屬和許多絕緣體一樣，均具有晶體結(jié)構(gòu)，它們的原子形成規(guī)則排列，鄰近原子之間由共價(jià)鍵連接，其原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)如左圖所示。在本征半導(dǎo)體中存在著兩種極性的載流子：帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴。本征半導(dǎo)體受外界能量（熱能、電能和光能）的激發(fā)，同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)的過(guò)程，稱為本征激發(fā)，其過(guò)程如右圖所示。

硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

本征激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)的過(guò)程本征半導(dǎo)體存在以下特點(diǎn)：1）半導(dǎo)體中存在兩種載流子：一種是帶負(fù)電的自由電子，另一種是帶正電的空穴。它們都可以運(yùn)載電荷形成電流。2）在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴相伴產(chǎn)生，數(shù)目相同。3）在一定溫度下，本征半導(dǎo)體中電子空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合相對(duì)平衡，電子空穴對(duì)的數(shù)目相對(duì)穩(wěn)定。4）溫度升高，激發(fā)的電子空穴對(duì)數(shù)目增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增強(qiáng)?？昭ǖ某霈F(xiàn)是半導(dǎo)體導(dǎo)電區(qū)別于導(dǎo)體導(dǎo)電的一個(gè)主要特征。三、雜質(zhì)半導(dǎo)體如果在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)（其他元素），形成雜質(zhì)半導(dǎo)體，其導(dǎo)電能力會(huì)顯著變化。根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，可以分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。1．N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量的五價(jià)元素，如磷、砷、銻等，就形成N型半導(dǎo)體。雜質(zhì)原子替代了晶格中的某些硅原子，它的四個(gè)價(jià)電子和周圍四個(gè)硅原子組成共價(jià)鍵，而多出的一個(gè)價(jià)電子很容易受激發(fā)脫離原子核的束縛成為自由電子，但并不同時(shí)產(chǎn)生空穴，相應(yīng)的五價(jià)元素的原子因失去一個(gè)電子而成為不能自由移動(dòng)的帶正電粒子——正離子，由于雜質(zhì)原子可以提供電子，故也稱施主原子，如右圖所示。N型半導(dǎo)體摻入的雜質(zhì)濃度越高，產(chǎn)生自由電子的數(shù)目越多，所以電子為多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子。由于電子帶負(fù)（negative）電，所以稱這種半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體。這種半導(dǎo)體中還有少量本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴，稱為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子。N型半導(dǎo)體中電子的濃度比空穴的濃度高得多。當(dāng)在其兩端加電壓時(shí)，主要由電子定向移動(dòng)形成電流。2．P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量的三價(jià)元素，如硼、鋁、銦等，就形成P型半導(dǎo)體。雜質(zhì)原子替代了晶格中的某些硅原子，它的三個(gè)價(jià)電子和周圍四個(gè)硅原子組成共價(jià)鍵，而第四個(gè)共價(jià)鍵因缺少一個(gè)價(jià)電子出現(xiàn)空位，由于空位的存在，使鄰近共價(jià)鍵內(nèi)的電子只需很小的激發(fā)能便能填補(bǔ)這個(gè)空位，相應(yīng)的三價(jià)元素的原子因得到一個(gè)電子而成為不能自由移動(dòng)的帶負(fù)電粒子——負(fù)離子，由于雜質(zhì)原子得到電子，故也稱為受主原子，如右圖所示。這種雜質(zhì)半導(dǎo)體的多子是空穴，因空穴帶正（positive）電，所以稱為P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中空穴的濃度比電子的濃度高得多。當(dāng)在其兩端加電壓時(shí)，主要由空穴定向移動(dòng)形成電流。P型半導(dǎo)體四、PN結(jié)1．PN結(jié)的形成在同一塊半導(dǎo)體基片的兩邊分別形成N型和P型半導(dǎo)體，在它們的交界面附近會(huì)形成一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)。PN結(jié)的形成過(guò)程如圖所示。由圖（a）可知，交界面兩側(cè)明顯存在載流子的濃度差，N區(qū)的多子（電子）必然向P區(qū)擴(kuò)散，并與交界面附近P區(qū)的空穴復(fù)合，在N區(qū)留下一層不能移動(dòng)的正離子；同樣，P區(qū)的多子（空穴）也會(huì)向N區(qū)擴(kuò)散，并與交界面附近的N區(qū)電子復(fù)合而消失，在P區(qū)留下一層不能移動(dòng)的負(fù)離子。擴(kuò)散的結(jié)果是使交界面出現(xiàn)了空間電荷區(qū)，如圖（b）所示。

（a）載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

（b）空間電荷區(qū)的形成PN結(jié)的形成過(guò)程2．PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)正向偏置給PN結(jié)加上直流電源，使電源的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)（稱PN結(jié)正向偏置），如圖（a）所示。由于PN結(jié)是高阻區(qū)，而P區(qū)與N區(qū)電阻很小，因而外加電壓幾乎全部落在PN結(jié)上。由圖可見(jiàn)，外電場(chǎng)一方面將推動(dòng)P區(qū)多子（空穴）向右擴(kuò)散，與原空間電荷區(qū)的負(fù)離子中和；另一方面推動(dòng)N區(qū)的多子（電子）向左擴(kuò)散，與原空間電荷區(qū)的正離子中和，這樣空間電荷區(qū)變窄了，打破了原來(lái)的動(dòng)態(tài)平衡。同時(shí)，電源不斷地向P區(qū)補(bǔ)充正電荷，向N區(qū)補(bǔ)充負(fù)電荷，其結(jié)果是使電路中形成較大的正向電流，由P區(qū)流向N區(qū)。這時(shí)PN結(jié)對(duì)外呈現(xiàn)較小的阻值，處于正向?qū)顟B(tài)。（a）PN結(jié)加正向電壓（2）PN結(jié)反向偏置將PN結(jié)按圖（b）所示方式連接，即電源正極接N區(qū)，電源負(fù)極接P區(qū)（稱PN結(jié)反向偏置）。由圖（b）可見(jiàn)，外電場(chǎng)方向與內(nèi)電場(chǎng)方向一致，它將N區(qū)的多子（電子）從PN結(jié)拉走，將P區(qū)的多子（空穴）也從PN結(jié)拉走，使PN結(jié)變寬，呈現(xiàn)出很大的阻值，且打破了原來(lái)的動(dòng)態(tài)平衡，使漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)。由于漂移運(yùn)動(dòng)是少子運(yùn)動(dòng)，因此漂移電流很??；若忽略漂移電流，則可以認(rèn)為PN結(jié)反向截止。綜上所述，PN結(jié)正向偏置時(shí)，正向電流很大，處于正向?qū)顟B(tài)；PN結(jié)反向偏置時(shí)，反向電流很小，處于反向截止?fàn)顟B(tài)，即PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。（b）PN結(jié)加反向電壓任務(wù)二二極管二極管是電子技術(shù)中比較常用的電子器件。在日常生活中，二極管的應(yīng)用非常廣泛，家用電器中的指示燈、顯示板中顯示數(shù)字和符號(hào)的器件等都是二極管，電子設(shè)備中將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷恼麟娐?、穩(wěn)壓電路的關(guān)鍵器件也是二極管。一、二極管的結(jié)構(gòu)和類型二極管是由PN結(jié)加上電極引線和管殼組成的，常見(jiàn)的二極管外形如圖所示。二極管外形二極管有兩個(gè)電極：由P區(qū)引出的電極是正極，由N區(qū)引出的電極是負(fù)極。在二極管圖形符號(hào)中的三角箭頭方向表示二極管中正向電流的方向，二極管的文字符號(hào)在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中用VD來(lái)表示。電路符號(hào)如圖所示。二極管的種類很多，按材料來(lái)分，最常用的有硅管和鍺管兩種；按結(jié)構(gòu)形式來(lái)分，有點(diǎn)接觸型、面接觸型等幾種。二極管的電路符號(hào)1．點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)構(gòu)如圖所示。它由一根金屬觸絲與半導(dǎo)體表面相接觸，經(jīng)過(guò)特殊工藝，在接觸點(diǎn)上形成PN結(jié)，做出引線，加上管殼封裝而成。其特點(diǎn)是PN結(jié)面積小，因此結(jié)電容小，一般在1pF以下，工作頻率可達(dá)100MHz以上。其缺點(diǎn)是允許通過(guò)的正向電流和所能承受的正向電壓都小。因此，點(diǎn)接觸型二極管多用于高頻檢波和小功率整流，也用作數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)器件。點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)構(gòu)2．面接觸型二極管面接觸型二極管的PN結(jié)采用合金法工藝制成，結(jié)構(gòu)如圖所示。面接觸型二極管的特點(diǎn)是PN結(jié)的面積大，能夠通過(guò)較大的正向電流，但其結(jié)電容也大，因此工作頻率低，多用于低頻整流。面接觸型二極管的結(jié)構(gòu)3．平面型二極管平面型二極管的結(jié)構(gòu)如圖所示。該類型的二極管結(jié)面積可小、可大，小的工作頻率高，可作為脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)管，大的允許通過(guò)的電流大，可用于大功率整流。平面型二極管的結(jié)構(gòu)二、二極管的伏安特性二極管的伏安特性指通過(guò)二極管的電流和其兩端電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)伏安特性曲線可以了解二極管的工作情況。下圖所示為二極管伏安特性曲線。二極管伏安特性曲線1．正向特性當(dāng)二極管兩端加較小的正向電壓時(shí)，二極管不能導(dǎo)通，這段區(qū)域稱為死區(qū)，對(duì)應(yīng)于該點(diǎn)上的電壓稱為死區(qū)電壓或開(kāi)啟電壓，記作

，硅二極管的死區(qū)電壓為0.5V左右，鍺二極管的死區(qū)電壓為0.1V左右。當(dāng)外加電壓超過(guò)死區(qū)電壓后，正向電流迅速增加，二極管的電阻變小，電流按指數(shù)規(guī)律迅速增大，處于導(dǎo)通狀態(tài)。導(dǎo)通時(shí)二極管兩端電壓壓降變化不大，該電壓值稱為導(dǎo)通電壓，常溫下硅二極管的導(dǎo)通電壓約為0.7V，鍺二極管的導(dǎo)通電壓約為0.3V。此時(shí)二極管在電路中相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的接通狀態(tài)。2．反向特性當(dāng)給二極管兩端加反向電壓時(shí)，二極管反向電阻很大，反向電流很小，并且在很大的范圍內(nèi)不隨反向電壓的變化而變化，二極管進(jìn)入反向截止區(qū)。此時(shí)二極管在電路中相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)反向電壓超過(guò)

后，二極管的反向電流急劇增加，稱為反向擊穿。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓

稱為反向擊穿電壓。由于反向擊穿后電流過(guò)大會(huì)損壞二極管，所以正常使用二極管時(shí)不允許出現(xiàn)這種情況，只有穩(wěn)壓二極管才工作在反向擊穿狀態(tài)。結(jié)論：二極管同PN結(jié)一樣也存在單向?qū)щ娦裕?dāng)二極管兩端加正向壓降時(shí)導(dǎo)通，加反向壓降時(shí)截止。三、二極管的主要參數(shù)二極管的各種參數(shù)可以從半導(dǎo)體器件手冊(cè)中查出，它們是反應(yīng)二極管性能的質(zhì)量指標(biāo)，是合理選擇和使用二極管的主要依據(jù)。實(shí)際應(yīng)用中的二極管的主要參數(shù)有以下幾個(gè)。

1．最大整流電流IF最大整流電流是指二極管在室溫下長(zhǎng)期運(yùn)行允許通過(guò)的最大正向平均電流。當(dāng)實(shí)際電流超過(guò)這個(gè)允許值時(shí)，二極管會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而燒壞。2．最高反向工作電壓URM最高反向工作電壓是指二極管正常工作時(shí)允許外加的最大反向電壓。它是保證二極管不被擊穿的反向峰值工作電壓，一般取反向擊穿電壓的一半作為二極管最高反向工作電壓。3．反向電流IS反向電流是指在二極管加反向電壓而未被擊穿時(shí)的反向電流值。反向電流越小，二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶?。此外，還有正向降壓、工作頻率等參數(shù)，在選用二極管時(shí)也應(yīng)適當(dāng)加以考慮。四、溫度對(duì)二極管伏安特性的影響環(huán)境溫度的變化對(duì)二極管的伏安特性影響較大。溫度對(duì)二極管伏安特性的影響曲線如圖所示。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性曲線將左移。這說(shuō)明產(chǎn)生同樣大小的正向電流時(shí)，正向壓降隨溫度的升高而減小。另外，二極管的反向電流是由少子漂移形成的，當(dāng)溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體中本征激發(fā)增強(qiáng)，少子濃度升高，故反向電流增大。所以，二極管的反向特性曲線隨溫度的升高將向下移動(dòng)。小功率鍺管的反向電流可達(dá)幾十微安，而小功率硅管的反向電流要小得多，一般小于0.1μA。二極管的溫度特性曲線五、特殊二極管除了前面介紹的普通二極管外，還有一些特殊的二極管，如穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、發(fā)光二極管、光電二極管和激光二極管，它們采用特殊工藝制造，具有特殊功能，在電子線路中得到廣泛的應(yīng)用。1．穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是用特殊工藝制造的面接觸型硅二極管，它是利用PN結(jié)的反向擊穿具有穩(wěn)定電壓的特性來(lái)工作的。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線和電路符號(hào)如圖所示。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線和電路符號(hào)穩(wěn)壓二極管的工作條件：反向擊穿區(qū)，且反向電壓大小應(yīng)不低于反向擊穿電壓，同時(shí)應(yīng)將穩(wěn)壓二極管與負(fù)載并聯(lián)；此外，反向電流不能超過(guò)極限電流。穩(wěn)壓二極管的特性：正向特性與普通二極管相同，反向擊穿特性較陡，反向擊穿電壓為幾伏至十幾伏。穩(wěn)壓管的工作場(chǎng)合：在穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中獲得廣泛應(yīng)用。2．發(fā)光二極管發(fā)光二極管（LightEmittingDiode，LED）是一種把電能轉(zhuǎn)換成光能的器件，由砷化鎵、磷化鎵等特殊的半導(dǎo)體材料制成。發(fā)光二極管的電路符號(hào)如圖所示。發(fā)光二極管的電路符號(hào)當(dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，二極管就會(huì)發(fā)光。根據(jù)材料的不同，發(fā)光二極管能發(fā)出紅、綠、黃、藍(lán)或白等多種顏色的可見(jiàn)光，有的還能發(fā)出人眼看不見(jiàn)的紅外光。發(fā)光二極管的工作條件：正向?qū)?。發(fā)光二極管的特性：與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?；體積小，發(fā)光均勻穩(wěn)定，亮度較高，響應(yīng)快，使用壽命長(zhǎng)；工作電壓低（約1.5V或2V），工作電流?。s10mA，照明及大功率LED除外）。發(fā)光二極管工作場(chǎng)合：在各種電子電路、家用電器、儀表等設(shè)備中，作電源指示或電平指示，或者組成文字或數(shù)字顯示。3．光電二極管光電二極管也稱光敏二極管，是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的器件。它的管殼上有一個(gè)透明的窗口，以便接受光照。光電二極管的電路符號(hào)如圖所示。光電二極管電路符號(hào)光電二極管的工作條件：反向偏置。光電二極管的特征：無(wú)光照時(shí)，暗電流小，反向電阻高達(dá)幾十兆歐；有光照時(shí)，產(chǎn)生光電流，光電流隨光照強(qiáng)弱變化，反向電阻降為幾千歐至幾十千歐。光電二極管工作場(chǎng)合：在自動(dòng)控制中，作為光電檢測(cè)器件。當(dāng)制成大面積的光電二極管時(shí)，能將光能直接轉(zhuǎn)換為電能，可作為一種能源，因而稱為光電池。任務(wù)三三極管三極管又稱晶體管。因三極管中有兩種帶有不同極性的載流子參與導(dǎo)電，所以也稱為雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor，BJT）。它是組成各種放大電路和電子電路的核心器件。幾種常用三極管的外形如圖所示。幾種常用的三極管外形一、三極管的結(jié)構(gòu)三極管是在同一塊半導(dǎo)體材料上，通過(guò)一定的工藝加工形成不同雜質(zhì)類型和濃度的三個(gè)區(qū)及兩個(gè)PN結(jié)而制成的。因?yàn)殡s質(zhì)半導(dǎo)體有P型和N型兩種，所以三極管可組成NPN型和PNP型兩種，圖（a）所示為NPN型三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，圖（b）所示為NPN和PNP型三極管的電路符號(hào)。NPN型和PNP型三極管符號(hào)的區(qū)別是發(fā)射極的箭頭方向不同，這個(gè)箭頭方向表示發(fā)射結(jié)正向偏置時(shí)的電流方向。（a）NPN型三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)

（b）電路符號(hào)無(wú)論是NPN型還是PNP型三極管，其內(nèi)部均包含三個(gè)區(qū)，即發(fā)射區(qū)（emitter）、基區(qū)（base）和集電區(qū)（collector），相應(yīng)地引出三個(gè)電極，即發(fā)射極（E）、基極（B）和集電極（C）。同時(shí)，在三個(gè)區(qū)的兩兩交界處，分別形成兩個(gè)PN結(jié)，基區(qū)和集電極之間形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)，基區(qū)和發(fā)射極之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)。二、三極管的分類三極管的種類很多，分類方法也有以下多種。1）按半導(dǎo)體材料和極性不同，分為硅材料的NPN型與PNP型三極管、鍺材料的PNP型與NPN型三極管。2）按用途不同，分為普通放大三極管、低噪聲三極管、光電三極管、開(kāi)關(guān)三極管、達(dá)林頓三極管和帶阻尼三極管。3）按功率不同，分為小功率三極管、中功率三極管和大功率三極管。4）按工作頻率不同，分為低頻三極管和高頻三極管。5）按制作工藝不同，分為平面型三極管、合金型三極管和擴(kuò)散型三極管。6）按外形封裝不同，分為金屬封裝三極管、玻璃封裝三極管、陶瓷封裝三極管和塑料封裝三極管等。三、三極管的連接方式為了發(fā)揮三極管的電流控制作用，把三極管接入電路時(shí)必須涉及兩個(gè)回路：一是控制電流所在的輸入回路，二是受控電流所在的輸出回路。三極管有3個(gè)電極，因此在組成放大電路時(shí)必有一個(gè)電極作為輸入端，第二個(gè)電極作為輸出端，第三個(gè)電極作為輸入、輸出回路的公共端。根據(jù)所選擇的公共端E、C和B的不同，三極管在電路中有3種不同的連接方式，如圖所示。（a）共基極接法

（b）共發(fā)射極接法

（c）共集電極接法三極管三種不同的連接方式圖（a）所示為共基極接法：以發(fā)射極作為輸入端，集電極作為輸出端。圖（b）所示為共發(fā)射極接法：以基極作為輸入端，集電極作為輸出端。圖（c）所示為共集電極接法：以基極作為輸入端，發(fā)射極作為輸出端。三極管的不同連接方式有不同的伏安特性曲線，其中，共發(fā)射極接法應(yīng)用最為廣泛。下面以NPN型管共發(fā)射極接法為例討論三極管的電流放大原理及輸入、輸出特性。四、三極管的放大原理1．三極管的放大條件為了實(shí)現(xiàn)電流控制和放大作用，三極管的三個(gè)區(qū)在制作時(shí)結(jié)構(gòu)、尺寸和摻雜濃度有如下重要特點(diǎn)：1）基區(qū)很薄，厚度一般只有幾微米，摻雜濃度很低。2）發(fā)射區(qū)和集電區(qū)雖然摻雜類型相同，但發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于集電區(qū)。3）集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積。以上三點(diǎn)是保證三極管能夠?qū)崿F(xiàn)放大作用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件。此外三極管還要滿足外部工作條件。1）發(fā)射結(jié)必須“正向偏置”，以利于發(fā)射區(qū)電子的擴(kuò)散，形成擴(kuò)散電流，即發(fā)射極電流

，擴(kuò)散電子的少數(shù)與基區(qū)空穴復(fù)合，形成基極電流

，多數(shù)繼續(xù)向集電結(jié)邊緣擴(kuò)散。2）集電結(jié)必須“反向偏置”，以利于收集擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的多數(shù)擴(kuò)散電子，收集到集電區(qū)的電子形成集電極電流

。2．三極管的電流放大原理在下圖中，

為基極電源電壓，用于向發(fā)射結(jié)提供正向電壓，

為限流電阻。

為集電極電源，要求

。它通過(guò)

、集電結(jié)、發(fā)射結(jié)形成通路。由于發(fā)射結(jié)獲得了正向偏置電壓，其值很?。ü韫芗s為0.7V），因而

主要降落在電阻

和集電結(jié)兩端，使集電結(jié)獲得反向偏置電壓，即滿足三極管放大的外部條件。共射放大電路三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)示意圖在正向電壓的作用下，發(fā)射區(qū)的多子（電子）不斷向基區(qū)擴(kuò)散，并不斷地由電源得到補(bǔ)充，形成發(fā)射極電流

?；鶇^(qū)多子（空穴）也要向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，其數(shù)量很小，可忽略。到達(dá)基區(qū)的電子繼續(xù)向集電結(jié)方向擴(kuò)散，在擴(kuò)散過(guò)程中，少部分電子與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成基極電流

。由于基區(qū)很薄且摻雜濃度低，因而絕大多數(shù)電子都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。由于集電結(jié)反偏，所以這些電子全部漂移過(guò)集電結(jié)，形成集電極電流

。為了進(jìn)一步了解三極管的電流放大作用，下面通過(guò)一個(gè)電流測(cè)試實(shí)驗(yàn)加以說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)電路如圖所示。三極管電流放大實(shí)驗(yàn)電路在電路圖中，B、E兩極之間加電源電壓

，C、E兩極之間加電源電壓

，且

，保證發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的要求。電路接通后，在三極管的3個(gè)電極都有電流流過(guò)，它們分別是：基極電流

、集電極電流

和發(fā)射極電流

。調(diào)節(jié)可調(diào)電阻

的阻值以改變

，并記錄對(duì)應(yīng)的

和

，得到如下表所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。三極管電流放大作用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：1）三極管的電流分配關(guān)系滿足：

，即發(fā)射極電流等于基極電流與集電極電流之和。無(wú)論是NPN型還是PNP型三極管，均符合這一規(guī)律。從外部看，如果我們將三極管看作一個(gè)大結(jié)點(diǎn)，那么由基爾霍夫電流定律可以得到各級(jí)之間的電流關(guān)系，即流入三極管的電流之和

等于流出三極管的電流之和

。2）若基極電流

變化，則集電極電流

也隨之發(fā)生變化，且集電極電流與基極電流之比基本保持不變，近似為一個(gè)常數(shù)，記作：其中

，

稱為三極管的直流電流放大系數(shù)。3）若有輸入電壓

作用，則三極管的基極電流將在基極電流

的基礎(chǔ)上疊加動(dòng)態(tài)電流

，集電極電流也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)疊加的動(dòng)態(tài)電流

，

與

之比稱為共發(fā)射交流電流放大系數(shù)，記作

，即：基極電流的變化對(duì)集電極電流的變化具有控制作用，且集電極電流的變化遠(yuǎn)大于基極電流的變化，這就是三極管的電流放大作用。一般情況下，

與

比較接近，電路分析和計(jì)算中可以相互代替。五、三極管的共射特性曲線及主要參數(shù)1．三極管的特性曲線三極管的特性曲線是指各電極電壓與電流之間的關(guān)系曲線。三極管的共射接法應(yīng)用最廣，故下面以NPN管共射接法為例來(lái)分析三極管的特性曲線。（1）輸入特性曲線當(dāng)

不變時(shí)，輸入回路中的電流

與

電壓

之間的關(guān)系曲線被稱為輸入特性曲線，即

。輸入特性曲線如右圖所示。三極管的輸入特性曲線1）當(dāng)

時(shí)，三極管的輸入回路相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)，三極管的輸入特性是兩個(gè)正向二極管的伏安特性。2）當(dāng)

時(shí)，B、E兩極之間加上正向電壓。與

時(shí)相比，在相同

條件下，

要小得多，輸入特性曲線向右移動(dòng)；若

繼續(xù)增大，則曲線繼續(xù)右移。曲線右移是因?yàn)?/p>

增大了，集電結(jié)收集電子的能力增強(qiáng)，而在基區(qū)參與復(fù)合運(yùn)動(dòng)的非平衡少子將隨

的增大而減少。因此，要獲得同樣的

，就必須加大

，使發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入更多的電子。3）當(dāng)

時(shí)，

繼續(xù)增大，

變化不大，因?yàn)?/p>

>1V以后，集電結(jié)收集電子的能力已經(jīng)趨于飽和，再增大

，

也不能明顯增大，即

基本不變，不同

值的各條輸入特性曲線幾乎重疊在一起，所以常用

的某條輸入特性曲線來(lái)代表

更高的情況。在實(shí)際應(yīng)用中，三極管的

一般大于1V，因?yàn)?/p>

時(shí)的曲線更具有實(shí)際意義。由三極管的輸入特性曲線可看出：三極管的輸入特性曲線是非線性的，輸入電壓小于某一值時(shí)，三極管不導(dǎo)通，基極電流為零，該電壓為開(kāi)啟電壓。關(guān)于開(kāi)啟電壓，硅管約為0.5V，鍺管約為0.1～0.2V。當(dāng)三極管正常工作時(shí)，發(fā)射結(jié)壓降變化不大，硅管壓降約為0.6～0.7V，鍺管壓降約為0.2～0.3V。（2）輸出特性曲線當(dāng)

不變時(shí)，集電極電流

與管壓降

之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性曲線，即

。

值固定，可得到一條輸出特性曲線；改變

值，可得到一族輸出特性曲線，其輸出特性曲線族如圖所示。在輸出特性曲線上可劃分3個(gè)區(qū)：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)。三極管的輸出特性曲線1）放大區(qū)：當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置（

大于發(fā)射結(jié)開(kāi)啟電壓

）時(shí)，集電結(jié)反向偏置，即對(duì)于共射電路，

，且

。此時(shí)，

與

成正比而與

關(guān)系不大，所以輸出特性曲線幾乎與橫軸平行，當(dāng)

一定時(shí)，

的值基本不隨

變化，具有恒流特性。當(dāng)

等量增加時(shí)，輸出特性曲線等間隔地平行上移。由于工作在這一區(qū)域的三極管具有放大作用，因而把該區(qū)域稱為放大區(qū)。2）截止區(qū)：其特征是發(fā)射結(jié)電壓小于開(kāi)啟電壓

且集電結(jié)反向偏置，即對(duì)于共射電路，

且

。當(dāng)

時(shí)，

。由于穿透電流

很小，故輸出特性曲線是一條幾乎與橫軸重合的直線。3）飽和區(qū)：其特征是發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均處于正向偏置，即對(duì)于共射電路，

且

。此時(shí)，

與

不成比例，它隨

的增加而迅速上升，這一區(qū)域稱為飽和區(qū)，

稱為臨界飽和。綜上所述，對(duì)于NPN型三極管，工作于放大區(qū)時(shí)，

；工作于截止區(qū)時(shí)，

；工作于飽和區(qū)時(shí)，

。2．三極管的主要參數(shù)三極管的參數(shù)可分為性能參數(shù)、極限參數(shù)和頻率參數(shù)。三極管的參數(shù)是選用三極管的重要依據(jù)。了解三極管的參數(shù)可避免因選用不當(dāng)而損壞管子。（1）性能參數(shù)1）共射電流放大系數(shù)

、

電流放大系數(shù)是衡量三極管電流放大能力的一個(gè)重要參數(shù)，

，

。兩者含義不同，前者表示直流放大系數(shù)，后者表示交流放大系數(shù)，但數(shù)值差異很小，一般認(rèn)為

。2）集電極－基極反向飽和電流

是發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極－基極間的反向電流。

數(shù)值很小，受溫度影響很大。

的值越小，表明三極管的熱穩(wěn)定性越好。3）集電極－發(fā)射極反向飽和電流

是指基極開(kāi)路時(shí)，從集電極直接穿透三極管而到達(dá)發(fā)射極的電流，故又稱為穿透電流。它是衡量管子熱穩(wěn)定性的重要參數(shù)。

的值越小，表明三極管的性能越穩(wěn)定。硅管的

值一般較鍺管小。如果在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)

值很大，則此管不宜使用。（2）極限參數(shù)1）集電極最大允許電流

集電極電流

增大到一定數(shù)值后，三極管的

值將會(huì)明顯下降。因此，規(guī)定當(dāng)

值下降到正常值的三分之二時(shí)的

為集電極最大允許電流

。當(dāng)實(shí)際的集電極電流超過(guò)此值時(shí)，三極管性能會(huì)變差，管芯發(fā)熱，有燒壞的可能。2）集電極－發(fā)射極反向擊穿電壓

是指當(dāng)基極開(kāi)路時(shí)，加在集電極與發(fā)射極之間的最大允許電壓。當(dāng)實(shí)際的集－射極電壓超過(guò)

時(shí)，集電極電流會(huì)迅速增大，此時(shí)三極管已擊穿，并導(dǎo)致?lián)p壞。3）集電極最大允許耗散功率

由于集電極電流流經(jīng)集電結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，使結(jié)溫上升，過(guò)高的結(jié)溫將會(huì)燒壞三極管。因此為確保安全，規(guī)定三極管集電結(jié)溫度升高到不至于將三極管燒毀所消耗的功率為集電極最大允許耗散功率

，

。使用時(shí)若超過(guò)此值，三極管會(huì)因過(guò)熱而損壞。

（3）頻率參數(shù)特征頻率

：當(dāng)

值下降到1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱為特征頻率

。當(dāng)工作頻率高于

后，三極管不再具有電流放大能力，即

是三極管使用中的極限頻率。3．溫度對(duì)三極管特性的影響同二極管一樣，三極管也是一種對(duì)溫度十分敏感的器件，隨溫度的變化，三極管的性能參數(shù)也會(huì)改變。左圖和右圖為三極管的特性曲線受溫度的影響情況，實(shí)線為20℃時(shí)的特性曲線，虛線為60℃時(shí)的特性曲線，溫度對(duì)輸入特性影響與二極管類似，溫度升高時(shí)，正向特性將左移，反之將右移；溫度對(duì)輸出特性影響，溫度升高時(shí)由于

、

增大，且輸入特性曲線左移，導(dǎo)致集電極電流增大，即輸出特性曲線上移。

溫度對(duì)三極管輸入特性曲線的影響

溫度對(duì)三極管輸出特性曲線的影響六、特殊三極管1．光電三極管光電三極管是一種相當(dāng)于在基極和集電極間接入光電二極管的三極管。為了對(duì)光有良好的響應(yīng)，其基區(qū)面積比發(fā)射區(qū)面積大得多，以擴(kuò)大光照面積。光電三極管的管腳有3個(gè)的，也有兩個(gè)的，在兩個(gè)管腳的光電三極管中，光窗口即為基極。其電路符號(hào)和等效電路如圖所示。（a）電路符號(hào)

（b）等效電路光電三極管的電路符號(hào)和等效電路圖2．光耦合器光耦合器是把發(fā)光二極管和光電三極管組裝在一起而成的光－電轉(zhuǎn)換器件，其主要原理是以光為媒介，實(shí)現(xiàn)了電－光－電的傳遞與轉(zhuǎn)換。光耦合器的電路符號(hào)如圖所示。在光電隔離電路中，為了切斷干擾的傳輸途徑，電路的輸入回路和輸出回路必須各自獨(dú)立，不能共地。由于光耦合器是一種以光為媒介傳送信號(hào)的器件，實(shí)現(xiàn)了輸出端與輸入端的電器隔離，其絕緣電阻大于

，耐壓可達(dá)1kV以上，且為單向傳輸，所以沒(méi)有內(nèi)部反饋，抗干擾能力強(qiáng)，尤其是抗電磁干擾能力強(qiáng)，是一種廣泛應(yīng)用于微機(jī)檢測(cè)和控制系統(tǒng)中光電隔離方面的新型器件。光耦合器的電路符號(hào)項(xiàng)目三

基本放大電路基本共射放大電路典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路基本共集和共基放大電路多級(jí)放大電路差動(dòng)放大電路功率放大器放大電路中的負(fù)反饋任務(wù)一

基本共射放大電路一、放大的基本概念放大電路是一種用來(lái)放大電信號(hào)的裝置，是電子設(shè)備中使用最廣泛的一種電路，也是現(xiàn)代通信、自動(dòng)控制、電子測(cè)量、生物電子等設(shè)備中不可缺少的組成部分。其主要功能是將微弱的電信號(hào)（電壓、電流和功率）進(jìn)行放大，以滿足人們的實(shí)際需要。利用擴(kuò)音機(jī)放大聲音，是電子學(xué)中放大器的應(yīng)用，其原理框圖如圖所示。話筒作為信號(hào)源，當(dāng)人們對(duì)著話筒講話時(shí)，聲音信號(hào)經(jīng)過(guò)話筒（傳感器）被轉(zhuǎn)變成微弱的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓放大電路放大后得到較大的電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)功率放大電路，得到較大的功率信號(hào)，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出清晰、洪亮的聲音。擴(kuò)音機(jī)原理框圖放大電路主要用于放大微弱的電信號(hào)。電子技術(shù)中所說(shuō)的“放大”，表面上看是將信號(hào)的幅度由小變大，用較小的輸入信號(hào)去控制較大的輸出信號(hào)，且輸出與輸入之間的變化情況完全一致，實(shí)現(xiàn)所謂的“線性放大”且不能產(chǎn)生失真。放大的實(shí)質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換。在一個(gè)能量較小的輸入信號(hào)作用下，放大電路將直流電源所提供的能量轉(zhuǎn)換成交流能量輸出，驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。負(fù)載（如揚(yáng)聲器）所獲得的這個(gè)能量大于信號(hào)源所提供的能量，也就是用小的能量來(lái)控制大的能量。因此，放大電路的基本特征是功率放大，即負(fù)載上總是獲得比輸入信號(hào)大得多的電壓或電流信號(hào)，也可能兼而有之。那么，由誰(shuí)來(lái)控制能量轉(zhuǎn)換呢？答案是具有能量控制作用的有源器件，如三極管或場(chǎng)效應(yīng)管等。二、基本共射放大電路下面以基本共射放大電路為例，說(shuō)明放大電路的組成原則及電路中各元器件的作用。1．電路組成及各元器件的作用基本共射放大電路的電路原理如圖所示。由于該電路以三極管發(fā)射極作為交流輸入、輸出回路的公共端，因此，稱其為共發(fā)射極放大電路，簡(jiǎn)稱共射放大電路?；竟采浞糯箅娐罚?）放大電路中各元器件的作用對(duì)照上圖，基本共射放大電路中各元器件的作用如下：1）T：三極管，起電流放大作用，是放大電路的核心器件。2）

：直流電源，有兩個(gè)作用，一是通過(guò)

和

為三極管的發(fā)射結(jié)提供正偏電壓，為集電結(jié)提供反偏電壓，保證三極管工作于放大區(qū)；二是為放大電路提供能源。3）

：基極偏置電阻，使發(fā)射結(jié)獲得正偏置電壓，向三極管的基極提供合適的偏置電流。4）

：集電極負(fù)載電阻，把三極管的電流放大轉(zhuǎn)換為電壓放大，其阻值的大小影響放大器的電壓放大倍數(shù)。5）

和

：耦合電容，傳遞交流信號(hào)、隔斷直流信號(hào)，避免放大電路的輸入端與信號(hào)源之間、輸出端與負(fù)載之間直流分量的互相影響。（2）放大電路中電壓、電流符號(hào)的規(guī)定從上圖可以看出，在放大電路中，既有輸入信號(hào)源

產(chǎn)生的交流量，又有直流電源

產(chǎn)生的直流量。因此，為了避免電路分析時(shí)出現(xiàn)符號(hào)上的混淆，特做如下規(guī)定：1）大寫物理量符號(hào)加大寫下標(biāo)，表示直流信號(hào)，如

表示基極直流電流。2）小寫物理量符號(hào)加小寫下標(biāo)，表示交流信號(hào)，如

表示基極交流電流。3）小寫物理量符號(hào)加大寫下標(biāo)，表示交流和直流疊加信號(hào)，如

表示基極電流的總和。4）大寫物理量符號(hào)加小寫下標(biāo)，表示交流信號(hào)的有效值，如

表示基極交流電流的有效值。2．放大電路的基本分析方法一般情況下，在放大電路中，直流信號(hào)（靜態(tài)電流與電壓）和交流信號(hào)（動(dòng)態(tài)電流與電壓）總是共存的。但是由于電容、電感等電抗元件的存在，直流信號(hào)所流經(jīng)的通路與交流信號(hào)所流經(jīng)的通路是不完全相同的。因此，為了研究問(wèn)題方便起見(jiàn)，常把直流電源對(duì)電路的作用和輸入信號(hào)對(duì)電路的作用區(qū)分開(kāi)來(lái)，分成直流通路和交流通路。（1）靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)，放大電路中沒(méi)有加輸入信號(hào)（

）時(shí)，電路中電壓、電流都是直流狀態(tài)，稱為直流工作狀態(tài)或靜態(tài)工作狀態(tài)，簡(jiǎn)稱靜態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，三極管的基極電流

、集電極電流

、B－E間電壓

、管壓降

稱為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q，常將這四個(gè)物理量記作

、

、

、

。在近似估算中常認(rèn)為

為已知量，對(duì)于硅管通常取

，對(duì)于鍺管取

。1）直流通路研究靜態(tài)工作點(diǎn)要針對(duì)其直流通路進(jìn)行分析。所謂直流通路是在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路，也就是靜態(tài)電流流經(jīng)的通路。對(duì)于直流通路：①電容視為開(kāi)路；②電感線圈視為短路，即忽略線圈電阻；③信號(hào)源視為短路，但應(yīng)保留其內(nèi)阻。2）靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算圖解法和近似法是計(jì)算三極管靜態(tài)工作點(diǎn)的常用方法。圖解法是在三極管伏安特性曲線上直接用作圖的方法來(lái)分析放大電路的工作情況的分析方法，常用來(lái)分析判斷三極管的工作狀態(tài)，這里不做詳述。工程上常用近似法，近似法是由直流通路寫出電壓方程，推