第1章_电路和电路元件

1、江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学一一. .学习电工电子技术的目的学习电工电子技术的目的 1.1.科技发展的需要科技发展的需要 以电工电子技术为支撑的五个系统以电工电子技术为支撑的五个系统1) 通信系统通信系统 2) 计算机系统计算机系统3) 控制系统控制系统 4) 电力系统电力系统5) 信号处理系统信号处理系统2. 人才市场的需求，系统型、跨专业复合人才市场的需求，系统型、跨专业复合型人才需求扩大。型人才需求扩大。江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学1.1.大学学习的三个阶段：大学学习的三个阶段：基础教学、基础教学、专业基础教学专业基础教学、 专业教学专业教学 学习

2、方法上：学习方法上：应试学习到主动学习，到自主学习，应试学习到主动学习，到自主学习， 到研究性学习与创新到研究性学习与创新2.学习能力和思考能力学习能力和思考能力3.3.电工电子技术：电工电子技术：具有综述的特点，范围广；实践性具有综述的特点，范围广；实践性 强，具有一定的工程性；学时紧张，强，具有一定的工程性；学时紧张， 要求及时做作业练习和复习。要求及时做作业练习和复习。江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学电工电子技术电工电子技术电工技术电工技术电子技术电子技术电路分析基础电路分析基础电机及其控制电机及其控制模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术微型计算机原理及应用微型计算机原理及应

3、用单片机原理与应用单片机原理与应用EDA电信专业电信专业后续课程后续课程江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学发电机发电机升压变压器升压变压器降压变压器降压变压器负载（如负载（如电灯、电电灯、电动机等）动机等）话筒话筒放大器放大器扬声器扬声器江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学电流电流电荷量对时间的变化率：电荷量对时间的变化率：dqidt直流电流直流电

4、流电流的大小和方向不随时间变化。电流的大小和方向不随时间变化。电流的实际方向电流的实际方向正电荷移动的方向。正电荷移动的方向。电流的参考方向电流的参考方向假定方向，也称正方向。假定方向，也称正方向。交流电流交流电流电流的大小和方向随时间变化。电流的大小和方向随时间变化。江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学R2 USI2 U6IS R1 I1 R4 I4 R3 I3 I5 复杂电路复杂电路a+UUabIbE+江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学dwudq江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学acUacU3Vabc5V结论结论电路中电位参考点可任意选择；电路中电位参考点可任意选择；参考点参考点一经一经选定选定，

5、电路中，电路中各点的各点的电位值电位值就是就是唯一唯一的；当选择不同的电位参考点时，的；当选择不同的电位参考点时，电路中各点电位值将改变，但电路中各点电位值将改变，但任意两点间电压保持不变任意两点间电压保持不变。江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学puiiNu 0pui0pui 21ttuidtW江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学例例564123I2I3I1+-U6U5U4U3U2U1求图示电路中各方框求图示电路中各方框所代表的元件消耗或所代表的元件消耗或产生的功率。已知：产生的功率。已知： U1=1V, U2= -3V,U3=8V, U4= -4V,U5=7V, U6= -3V I1=2A, I2

6、=1A, I3= -1A 解解（发出）（发出）WIUP221111 （发出）（发出）WIUP62)3(122 （消耗）（消耗）WIUP1628133 （消消耗耗）WIUP3)1()3(366 （发出）（发出）WIUP7)1(7355 （发发出出）WIUP41)4(244 注注对一完整的电路，发出的功率消耗的功率对一完整的电路，发出的功率消耗的功率江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学i i =1Au u =5Vi i = 1Au u = 5V 若：若：i i 0，则：参考方向，则：参考方向与实际方向相同；与实际方向相同；i i 0，d i/d t0，则，则u0， ，

7、p0, 电感吸收功率。电感吸收功率。 当电流减小，当电流减小，i0，d i/d t0，则，则u0， ，p0，d u/d t0，则，则i0，q ， p0, 电容吸收功率。电容吸收功率。 当电容放电，当电容放电，u0，d u/d t0，则，则i0，q ，p-6V-6V时时D D导通导通,u,uo o=u=ui i当当u ui i-6V-6V时时D D截止截止,u,uo o=-6V=-6V当当u ui i6V6V时时D D导通导通,u,uo o=u=ui i当当u ui i6V6V时时D D截止截止,u,uo o=6V=6V当当u ui i6VUZ时有一定的时有一定的 IZ 。稳压二极管工作在反向击

8、穿状态。稳压二极管工作在反向击穿状态。 +UIIZ+URUZUOILIDZRRL江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学1. 基本结构和符号基本结构和符号 NPN型型PNNCEB集电结集电结发射结发射结发射区发射区基区基区集电区集电区BECPNP型型BECPNCEB集电结集电结发射结发射结发射区发射区基区基区集电区集电区P三个电极：发射极三个电极：发射极E、基极、基极B、集电极、集电极C 三个区：发射区三个区：发射区杂质浓度高（多数载流子最多）杂质浓度高（多数载流子最多） 集电区集电区杂质浓度高杂质浓度高,

9、 ,比发射区稍低比发射区稍低 基基 区区杂质浓度相对很低杂质浓度相对很低江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学99 在一块半导体晶片上制成两个相距很近的在一块半导体晶片上制成两个相距很近的PNPN结，再引结，再引出三根电极，然后用金属管壳封装，就构成双极晶体管出三根电极，然后用金属管壳封装，就构成双极晶体管（三极管、晶体管、简称（三极管、晶体管、简称BJTBJT）。）。N型硅型硅P型型N型型二氧化硅保护膜CBEN型锗铟球铟球P型P型CEBNPN平面型结构平面型结构PNP合金型结构合金型结构由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为因此，

10、还被称为双极型晶体管双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor,简称简称BJT）。）。江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论三极管中的两个三极管中的两个 PN 结结cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。来保证。不具备不具备放大作用放大作用2. 三极管的电流放大原理三极管的电流放大原理（1 1）放大条件）放大条件江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学晶体管实现电流晶体管实现电流放大作用的放大作用的发射区掺杂浓度很高，以便有

11、足够的载流子供“发射”。为减少载流子在基区的复合机会，基区做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度极低。集电区体积较大，且为了顺利收集边缘载流子，掺杂浓度界于发射极和基极之间。 可见，双极型三极管并非是两个PN 结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学ECRCIC UCECEBUBE共发射极接法放大电路共发射极接法放大电路三极管具有电流控制作用的三极管具有电流控制作用的外部条件外部条件 发射结正向偏置；发射结正向偏置；集电结反向偏置。集电结反向偏置。以以NPN型三极管为例型三极管为例应满足应

12、满足: UBE 0UBC VB VE输出输出回路回路输入输入回路回路公公共共端端EBRBIB PNP型晶体管应满足型晶体管应满足 VCVB 1 。所以有所以有 IC IB江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射共射直流电流放大系数直流电流放大系数：BCII_工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电相应

13、的集电极电流变化为极电流变化为 IC，则则交流电流放大倍数交流电流放大倍数为：为：BIIC电流放大系数电流放大系数和和 _有有 IC IB同样有同样有: IC IB所以说三极管具有电流控制作用所以说三极管具有电流控制作用,也称之为电流放大作用。也称之为电流放大作用。江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学一组三极管电流关系典型数据一组三极管电流关系典型数据IB/mA 0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961. 任何一列电

14、流关系符合任何一列电流关系符合 IE = IB + IC，IB IC基区：减少基区向发射区发射基区：减少基区向发射区发射的多子，提高发射效率。的多子，提高发射效率。q 基区的作用：基区的作用：将发射到基区的多子，自发射结将发射到基区的多子，自发射结传输到集电结边界。传输到集电结边界。 基区很薄基区很薄：可：可减少多子传输过程中在基区的复合减少多子传输过程中在基区的复合机会，保证绝大部分载流子扩散到机会，保证绝大部分载流子扩散到集电结边界集电结边界。q 集电结反偏、且集电结面积大：集电结反偏、且集电结面积大：保证扩散到集电保证扩散到集电结边界的载流子全部漂移到集电区，形成受控的集结边界的载流子全

15、部漂移到集电区，形成受控的集电极电流。电极电流。江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学输入特性曲线：输入特性曲线： 与二极管正向与二极管正向特性曲线类似。特性曲线类似。输出特性曲线：输出特性曲线：iB=f (uBE)|UCE=常数常数iC=f (uCE)|iB=常数常数BEC+uBE+uCEiCiB80400.40.8UCE1VuBE/VOiB/A2uCE/VOiC/mA4682468100AIB=0饱和区饱和区截止区截止区放大区放大区80A60A40A20A江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学特点：特点：集电结、发射结均反向偏集电结、发射结均反向偏置，置，无放大作用，无放大作用，IC=ICEO0 ，集

16、电极与发射极相当于断开的开集电极与发射极相当于断开的开关关用于开关电路。用于开关电路。 饱和区：饱和区：UCEIC，UCE 0.3V (3) 截止区：截止区： UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 三极管具有两种作用：三极管具有两种作用：（1）三极管工作在放大区，以实现放大作用。用于）三极管工作在放大区，以实现放大作用。用于放大电路放大电路（2）三极管工作在截止区或饱和区，相当于一个开关的断开或）三极管工作在截止区或饱和区，相当于一个开关的断开或接通。用于接通。用于开关电路开关电路！江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学114 例题例题1.5.11.5.1 共发射极电路如图

17、，设共发射极电路如图，设U UCCCC=6V=6V，I IB B=20A=20A时晶体管时晶体管i iC Cu uCECE曲线如图，求（曲线如图，求（1 1）工作点）工作点为为Q Q1 1时时R RC C值；（值；（2 2）工作点为）工作点为Q Q2 2时时R RC C值。值。I IC C解解: :u uCECE/V/VI IB BI IE ER RC CR RB BU UCCCCU UBBBB+ +- -+ +- - - -+ + +U UBEBEU UCECEi iC C/mA/mAQ Q1 1Q Q2 20.30.32.02.01.01.03.03.00.520.521.01.0I IB

18、 B=20A=20A0 0（1 1）在）在Q Q1 1点时，晶体管处于放大区，由图得点时，晶体管处于放大区，由图得（2 2）在）在Q Q2 2点时，晶体管处于饱和状态，由图得点时，晶体管处于饱和状态，由图得1CImA2CEUVCCCCCEUR IU6241CCCECCUURkI0.52CImA0.3CEUV60.3110.52CCCECCUURkI根据闭合电路欧姆定律得根据闭合电路欧姆定律得故故所以所以江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学例：例： =50=50， U USCSC =12V=12V， R RB B =70k=70k ， R RC C =6k=6k 当当U USBSB = = -2V-

19、2V，2V2V，5V5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB =-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0 ， IC=0Q位于截止区位于截止区 江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学例：例： =50=50， U USCSC =12V=12V， R RB B =70k=70k ， R RC C =6k=6k 当当U USBSB = -2V= -2V，2V2V，5V5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q Q位位于哪个区？于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V时：时：9mA01070702

20、.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBCUsc=Uce+Ic*RcUce=6.3VQ处于放大区处于放大区江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学USB =5V时时:例：例： =50=50， U USCSC =12V=12V， R RB B =70k=70k ， R RC C =6k=6k 当当U USBSB = -2V= -2V，2V2V，5V5V时，时，问：晶体管工作于哪个区？问：晶体管工作于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时位于饱和区，此时IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系。倍的关系。mA061070705.RUUIBBESBB5mA

21、0 .3mA061.050BImA2612maxCSCCRUIUsc=Uce+Ic*RcUce=-6.3V假设右式成立：假设右式成立：江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学1. 受控源概念受控源概念受控源受控源非独立电源非独立电源输出电压或电流受电路中另一电压或电流的控制。输出电压或电流受电路中另一电压或电流的控制。电压控制电压源（电压控制电压源（VCVS）电压控制电流源（电压控制电流源（VCCS） 电流控制电压源（电流控制电压源（CCVS）电流控制电流源（电流控制电流源（CCCS）四种类型：四种类型：江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学VCVSVCCSCCVSCCCS江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学晶

22、体管工作在放大区，即晶体管工作在放大区，即: B-E之间，工作在输入特性之间，工作在输入特性的近似线性区，用电阻的近似线性区，用电阻rbe模拟。模拟。 26(1)BEbebBEUrrII用电流控制电流源模型用电流控制电流源模型 。rb=200 IE单位单位mA。C-E之间，之间，IC=IB。IC与与UCE基本无关。基本无关。江汉大学江汉大学江汉大学江汉大学121 例题例题1.5.21.5.2 图示晶体管基极电流图示晶体管基极电流I IB B=0.02mA=0.02mA，电流放大系数电流放大系数=80=80。如果集电极电流变化量为。如果集电极电流变化量为IIC C=0.3mA=0.3mA，问基极和发射极之间应加入的电压，问基极和发射极之间应加入的电压变化量变化量UUBEBE为多少？为多少？+ + +- - -UUBEBE小信号模型小信号模型UUCECEIIB BIIC CB BC CE EUUBEBEUUCECEIIB BIIC CIIB B- - -+ + +B BC CE Er rbebe解：解：晶体管的输入电阻为晶体管的输入电阻为2626(1)200 (80 1)1500(80 1) 0.02bebErrI故故30.33.75 1080CBIImAmA3(15003.75 10 )5.625BEbeBUrIVmV其中其中()(1)EBC