第1章电路基本概念及元器件

1、第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 电工技术电工技术 ：电工学电工学（少学时）（少学时）电子技术电子技术 电路分析基础电路分析基础 模拟电子技术模拟电子技术 数字电子技术数字电子技术 绪绪 论论 第一章第一章 电路基本概念及电路基本概念及元器件元器件1.3 无源元件无源元件1.1 电路概述电路概述1.2 电路的基本物理量电路的基本物理量1.4 有源元件有源元件1.6 集成运算放大器集成运算放大器1.5 半导体器件半导体器件1.7 集成逻辑门电路集成逻辑门电路第第1 1章章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件第一章

2、第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 1.1.实现电能的输送与转换实现电能的输送与转换2.2.实现信号的传递与处理实现信号的传递与处理1.1.1 电路的作用和组成电路的作用和组成第一章第一章 电路基本概念及电路基本概念及元器件元器件电路电路：电流流通的路径，由各种元件和器件组成电流流通的路径，由各种元件和器件组成4 4、电源、电源( (信号源信号源) )的电压或电流称为的电压或电流称为激励激励；3 3、电路的基本组成、电路的基本组成第一章第一章 电路基本概念及电路基本概念及元器件元器件电源或信号源、电源或信号源、负载负载连接部分连接部分5、由激励所产生的电压和电流称为、由激励所产生

3、的电压和电流称为响应响应。第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 1.1.2 电路模型电路模型电路模型电路模型电路模型电路模型电路模型：由理想电路元件所组成的电路电路模型：由理想电路元件所组成的电路第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 当电源与负载接通，电路中有了电流当电源与负载接通，电路中有了电流及能量的输送和转换。电路的这一状及能量的输送和转换。电路的这一状态称为态称为通路通路。1.通路通路 IEUS UL S通路时，电源向负载输出电功率，电源这时的状态称为通路时，电源向负载输出电功率，电源这时的状态称为有有载载状态。状态。在使用电气设备时，应严格遵守在使

4、用电气设备时，应严格遵守额定值额定值的规定。的规定。1.1.3 电路的基本状态电路的基本状态额定值额定值：电气设备在长期连续运行或规定的工作状态下允：电气设备在长期连续运行或规定的工作状态下允许的最大值。许的最大值。第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 S1S2EEL1EL2当某一部分电路与电源断开，当某一部分电路与电源断开，该部分电路中没有电流，亦该部分电路中没有电流，亦无能量的输送和转换，这部无能量的输送和转换，这部分电路所处的状态称为分电路所处的状态称为开路开路。有有源源电电路路 开路的特点：开路的特点：开路处的开路处的电流电流等于等于零零I0开路处的电压应视电路情况而

5、定开路处的电压应视电路情况而定电源既不产生也不输出电功率，电源状态称为电源既不产生也不输出电功率，电源状态称为空载空载。U 视电视电路而定路而定2.开路开路 （断路）（断路） 第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 当某一部分电路的两端用当某一部分电路的两端用电阻可以忽略不计的导线电阻可以忽略不计的导线或开关连接起来，使得该或开关连接起来，使得该部分电路中的电流全部被部分电路中的电流全部被导线或开关所旁路，这一导线或开关所旁路，这一部分电路所处的状态称为部分电路所处的状态称为短路短路或或短接短接。S1S2电源短路电源短路短路的特点：短路的特点：短路处的短路处的电压电压等于等于零

6、零U0短路处的电流应视电路情况而定短路处的电流应视电路情况而定I 视电路而定视电路而定有有源源电电路路EL1EL23.短路短路 第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 1.2.1 电流及其参考方向电流及其参考方向第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 ABi第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 1.2.2 电压及其参考方向电压及其参考方向第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 ABiuABiu第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 1.2.3 电功率和电能量电功率和电能量)()(titup 电源：电源：发出功率发

7、出功率 负载：负载：吸收功率吸收功率 问题：问题： 1 1、是不是所有的电源在电路中都起电源作用？、是不是所有的电源在电路中都起电源作用？2 2、如何判断电路元件是电源、如何判断电路元件是电源( (发出功率发出功率) )还是还是 负载负载( (吸收功率吸收功率) )？第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 关联参考方向下：关联参考方向下： 如果如果P0，该元件该元件吸收吸收功率，功率，消耗消耗电能，起电能，起负载负载作用；作用； 如果如果P0，该元件该元件发出发出功率，功率，提供提供电能，起电能，起电源电源作用作用 P=UI 非关联参考方向下：非关联参考方向下： 如果如果P0，

8、该元件该元件发出发出功率，功率，提供提供电能，起电能，起电源电源作用作用 参考方向参考方向情况下情况下吸收功率吸收功率及及发出功率发出功率的判断：的判断：第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 例例1：如图所示电路中，各元件电压和电流的参考方向均：如图所示电路中，各元件电压和电流的参考方向均已设定。已知：已设定。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发出的功率。求各元件消耗或向外发出的功率。 1U1+_I135I2I324U2U3U4U5+_ 解：元件解：元件1：为关联参考方向

9、：为关联参考方向 P1=U1I1=72=14w0, 吸收功率吸收功率,负载负载 元件元件2：为非关联参考方向，：为非关联参考方向， P2=U2I1=32=6w0, 发出功率发出功率,电源电源 元件元件3：为关联参考方向：为关联参考方向, P2=U3I2=4(1)=4w, 发出功率发出功率,电源电源第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 1U1+_I135I2I324U2U3U4U5+_ 解：元件解：元件4：为关联参考方向：为关联参考方向 P4=U4I3=8(1)=8w0 发出功率发出功率,电源电源 元件元件5：为非关联参考方向：为非关联参考方向 P5= U5I3=4(1)= 4

10、w0，电容充电，以电场能的形式储存；，电容充电，以电场能的形式储存；WC0，充电，以磁场能的形式储存；，充电，以磁场能的形式储存；WLVV阴阴 ，二极管导通；若，二极管导通；若V V阳阳V0.7V0.7V，二极管导通；若，二极管导通；若V V阳阳-V-V阴阴0.7V 6V 时，时，VD 导通，输出导通，输出 uo = 6V。 电路为单向限幅电路电路为单向限幅电路第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 4、稳压二极管、稳压二极管符号符号稳压二极管稳压二极管工作在反向击穿区工作在反向击穿区, , 两端电压变化很小两端电压变化很小UZ：稳压值：稳压值第一章第一章 电路基本概念及元器件

11、电路基本概念及元器件 使用稳压管注意事项：使用稳压管注意事项：v必须串接限流电阻必须串接限流电阻v串联后的稳压值为各管稳压值之和串联后的稳压值为各管稳压值之和v不能并联使用不能并联使用v必须工作在反向偏置必须工作在反向偏置第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 1.5.3 双极型晶体管双极型晶体管1、晶体管的结构和类型、晶体管的结构和类型NPN型型PNP型型第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 BECNPN型三极管型三极管BECPNP型三极管型三极管NPNCBEPNPCBE符号：符号：第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 制造工艺特点：制造工

12、艺特点：集电区：面集电区：面积较大积较大,掺杂掺杂浓度低浓度低基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高集电结集电结发射结发射结第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 2、晶体管工作状态、晶体管工作状态 放大状态放大状态发射结发射结正偏正偏, 集电结集电结反偏反偏 NPN型：型：VCVBVEPNP型：型：VCVBVE第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 饱和状态饱和状态VE，VB VCPNP型：型： VBVE，VB VC第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 截止状态截止状态发射结发射结反偏反偏, 集电

13、结集电结反偏反偏 NPN型：型：VBVE，VBVE，VB VC第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 3、晶体管的伏安特性、晶体管的伏安特性 输入特性输入特性iB= f (uBE) uCE=常数常数 硅管：硅管：UBE 0.7 V 锗管：锗管：UBE 0.3 VUBE 第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 输出特性输出特性iC= f (uCE) iB=常数常数放放 大大 区区截止区截止区饱和区饱和区第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 解：晶体管处在放大状态时，对于解：晶体管处在放大状态时，对于NPN型有：型有：VC VB VE；而对于而对于

14、PNP型有：型有：VC VB VB，集电结也反偏，故晶体管工作于，集电结也反偏，故晶体管工作于截止状态截止状态。 (b) UBE = 3.7 - 3 = 0.7V，发射结正偏，发射结正偏，VC VB，集集电结反偏，故晶体管工作于电结反偏，故晶体管工作于放大状态放大状态。第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 1.6.1 集成电路基础知识集成电路基础知识 集成电路是集成电路是20 世纪世纪 60 年代发展起来的固体组件。它年代发展起来的固体组件。它是用微电子技术将元件、导线、电路集成在一块很小的半是用微电子技术将元件、导线、电路集成在一块很小的半导体芯片上。导体芯片上。 集成电路

15、的发展进程：集成电路的发展进程： 1960 年：小规模集成电路年：小规模集成电路 SSI。 1966 年：中规模集成电路年：中规模集成电路 MSI。 1969 年：大规模集成电路年：大规模集成电路 LSI 。 1975 年：超大规模集成电路年：超大规模集成电路 VLSI 。1958 1958 年美国德州仪器公司（年美国德州仪器公司（TITI）的基尔比等人研）的基尔比等人研制发明了世界第一块集成电路制发明了世界第一块集成电路第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 集成电路分类集成电路分类 模拟电路模拟电路 处理模拟信号的电路。处理模拟信号的电路。 如集成功率放大器、集成运算放大器

16、等。如集成功率放大器、集成运算放大器等。 数字电路数字电路 处理数字信号的电路。处理数字信号的电路。 如集成门电路、编码器、译码器、触发器等。如集成门电路、编码器、译码器、触发器等。 第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 集成运算放大器集成运算放大器 作用：作用：电压放大作用电压放大作用双列直插封装形式与引脚排列双列直插封装形式与引脚排列 uuuO Ao 同相输入端同相输入端 反相输入端反相输入端 输出端输出端 国标符号国标符号习惯符号习惯符号第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 反馈的概念反馈的概念 uuuO Ao 反馈反馈：凡是将放大电路：凡是将放大电路

17、输出端的信号输出端的信号（电压或电流）的（电压或电流）的 一部分或全部一部分或全部引回到输入端引回到输入端，与输入信号迭加，与输入信号迭加， 就称为就称为反馈反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈正反馈。有反馈有反馈：闭环：闭环无反馈无反馈：开环：开环iD u uuO 第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数 uuuO Ao （1）开环电压放大倍数）开环电压放大倍数 AO 集成运放本身集成运放本身不引入反馈不

18、引入反馈时输出电压时输出电压 uo 与净输入与净输入电压电压uid =(u+u- )的比值，即的比值，即通常情况下，通常情况下，AO 的典型值为的典型值为 10 5 10 8 。uid第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 uuuO Ao （2）差模输入电阻）差模输入电阻 riduidiid 即集成运放开环时，净输入电压作用下从集即集成运放开环时，净输入电压作用下从集成运放两个输入端看过去的等效电阻。成运放两个输入端看过去的等效电阻。rid rid 值越大，集成运放向信号源取用的电流越值越大，集成运放向信号源取用的电流越小，放大器输入端得到的信号电压也越大。小，放大器输入端得到

19、的信号电压也越大。第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 （3）输出电阻）输出电阻 rO 用来衡量集成运放在不同负载条件下维持输用来衡量集成运放在不同负载条件下维持输出信号电压（出信号电压（ 或电流）恒定能力的强弱。或电流）恒定能力的强弱。 （4）共模抑制比）共模抑制比 KCMRR共模抑制比越大，则电路抗外部干扰能力越强共模抑制比越大，则电路抗外部干扰能力越强 ro 越小，当负载发生较大变化时，输出信号越小，当负载发生较大变化时，输出信号电压变化量也越小，集成运放带负载能力越强。电压变化量也越小，集成运放带负载能力越强。 第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件

20、第一章第一章 电路基本概念及电路基本概念及元器件元器件1.6.2 理想的运算放大器理想的运算放大器开环电压放大倍数：开环电压放大倍数：Ao 开环输入电阻：开环输入电阻：rid开环输出电阻：开环输出电阻：ro0 u uuO 理想运放的符号理想运放的符号 理想运放的主要条件理想运放的主要条件 第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 uO = UOM (2) 当当 uu时，时， 即即 uD 0 OuOuid+UOMUOM不加反馈时，稍有不加反馈时，稍有 uid 即进入饱和区。即进入饱和区。理想运算放大器理想运算放大器的电压传输特性的电压传输特性 约等于外约等于外接正电源电压接正电源电

21、压 理想运放的特性理想运放的特性 约等于外约等于外接负电源电压接负电源电压 正饱和区正饱和区 负饱和区负饱和区第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 iid 反馈电路反馈电路 u uuO (1) Ao uOAouid = 0 u u (2) ri uid ridiid = 0 故称为虚短路。故称为虚短路。 故称为虚开路。故称为虚开路。 引入负反馈后的理想运放引入负反馈后的理想运放 加负反馈时，加负反馈时，工作在线性区工作在线性区uO=Aouid= Ao (u - u) 第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 例例 1由理想运放所构成的电路如图所示，求电路的输由理

22、想运放所构成的电路如图所示，求电路的输出电压出电压 UO。II解：假设流过解：假设流过 10k 电阻和电阻和20k 电阻的电流为电阻的电流为 I1 和和 I2，由理想运放由理想运放“虚短虚短”的性质可知的性质可知 u u=0 则则 10k 电阻两端电压为电阻两端电压为 2V，电流，电流 I1 为为 再由理想运放再由理想运放“虚断虚断”的性质可知，流入反相输的性质可知，流入反相输入端的电流入端的电流 i - 0 ，故，故 10k电阻和电阻和 20k 电阻可近电阻可近似看成串联，则似看成串联，则 I2 I 1 ，则，则UO = 2 + 200.2 = 6V第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本

23、概念及元器件 逻辑代数：逻辑代数：是按一定逻辑规律进行运算的代数，又称为布是按一定逻辑规律进行运算的代数，又称为布 尔代数。尔代数。注注：1、逻辑代数用字母逻辑代数用字母（A、B、C、 ）表示变量，表示变量， 这种变量称为这种变量称为逻辑变量逻辑变量。2、每、每个逻辑变量的取值只有个逻辑变量的取值只有0 0和和1 1两种可能，这里两种可能，这里0 0和和1 1 不再表示数量的大小，只代表两种不同的状态。不再表示数量的大小，只代表两种不同的状态。例如：开关闭合为例如：开关闭合为1 晶体管导通为晶体管导通为1 电位高为电位高为 1 断开为断开为0 截止为截止为0 低为低为 0正逻辑：正逻辑： 负逻

24、辑：负逻辑： 规定高电平为逻辑规定高电平为逻辑 1、低电平为逻辑、低电平为逻辑 0 规定低电平为逻辑规定低电平为逻辑 1、高电平为逻辑、高电平为逻辑 0 通常未加说明，则为正逻辑通常未加说明，则为正逻辑 概述概述第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 1、与与逻辑运算逻辑运算00010 00 11 01 1ABUFA B F 与与逻辑运算逻辑运算真值表真值表1.7.1 基本逻辑运算及其门电路基本逻辑运算及其门电路真值表：真值表：能反映输入变量所有取值及其对应输能反映输入变量所有取值及其对应输 出值的表格。出值的表格。注：注：书写真值表时，通常将原因作为输入变量，书写真值表时，通常将原因作为输入变量，将结果作为输出变量。将结果作为输出变量。逻辑函数表达式：逻辑函数表达式：FAB第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 与门与门的的图形符号：图形符号：&ABF国标国标图形符号图形符号国外国外图形符号图形符号曾用曾用图形符号图形符号与门：与门：在逻辑电路中能实现在逻辑电路中能实现与逻辑运算与逻辑运算功能的电路功能的电路常用的常用的与门与门芯片：芯片：74LS08第一章第一章 电路基本概念及元器件电路基本概念及元器件 2、或或逻辑运算逻辑运算UABF01110 00 11 01 1A B F 真值表真值表逻辑函数表达式