电路和电路元件讲课课件

电路电路元件和电路模型电流、电压及其参考方向电路功率1.1电路和电路的基本物理量第2页/共77页电路电路元件和电路模型电流、电压及其参考方向电路功率1.11电路——由电源、开关、连接导线和负载等组成。强电电路——电压较高、电流和功率较大；实现电

能的传输和转换。（如电力系统等）

弱电电路——电压较低、电流和功率较小；实现信

号的传递和处理。（如扩音系统等）

发电机升压变压器降压变压器负载（如电灯、电动机等）话筒放大器扬声器电路第3页/共77页电路——由电源、开关、连接导线和负载等组成。强电电路—2电路元件和电路模型实际电路元件理想电路元件第4页/共77页电路元件和电路模型实际电路元件理想电路元件第4页/共77页3实际电路电路模型第5页/共77页实际电路电路模型第5页/共77页4电流、电压及其参考方向1.电流及其参考方向电流——电荷量对时间的变化率直流电流——电流的大小和方向不随时间变化电流的实际方向——规定为正电荷移动的方向电流的参考方向——假定方向，也称正方向交流电流——电流的大小和方向随时间变化库仑C秒S安培A第6页/共77页电流、电压及其参考方向1.电流及其参考方向电流——电荷量对时52.电压及其参考方向电压—

电场力移动单位正电荷从一点至另一点作的功电压的实际方向—

高电位指向低电位电压的参考方向—

假定方向焦耳J库仑C伏特V电动势—

非电场力移动单位正电荷从一点至另一点作的功电动势的方向从低电位指向高电位，与电压相反参考点——电路中人为规定的零电位点，符号丄第7页/共77页2.电压及其参考方向电压—电场力移动单位正电荷从一点至另一6为什么要设参考方向？

简单电路R2

＋－USI2

＋－U6IS

R1

I1

R4

I4

R3

I3

I5

电流/电压的实际方向可知各电流/电压的实际方向未知复杂电路注意电路图中电流/电压方向的表示方式第8页/共77页为什么要设参考方向？简单电路7电容器：标称电容值、额定电压外电场→空间电荷区变窄二极管的特性和主要参数根据功率与能量的关系，在t1~t2内时间，电路吸收的电能部分电容器的照片二极管的特性和主要参数基区空穴复合，电源向基区☆载流子的运动和电流的形成：增强型绝缘栅场效应管【例题】电路如图所示，D1，D2均为理想二极管，当输入电压ui>6V时，则uO=？输出电压等于源电压，与Ubd=R3I3=9V实际元件的主要参数及电路模型7V，试分析的工作情况并求I值。◆耗尽型NMOS管结构按定义，电路的功率为电场力在单位时间里所做的功。即如果某个元件（或某段电路）的电压和电流分别为u和i，那么，功率就等于电路功率biua+-N第9页/共77页电容器：标称电容值、额定电压按定义，电路的功8根据电压电流的参考方向，电路功率iNu＋－——N消耗功率（吸收功率）

——N输出功率（释放功率）

如图所示电压电流的参考方向，称为关联参考方向第10页/共77页根据电压电流的参考方向，电路功率iNu＋——N消耗功率（吸收9根据功率与能量的关系，在t1~t2内时间，电路吸收的电能若电压为伏特（V）,电流为安培(A)，时间为秒(S)，则电能单位为焦耳(J)；实用中常用千瓦时(kW·h)，1kWh=3.6×106J，俗称1度电。电能也有的地方用瓦时或安时来表示的，如电池的容量第11页/共77页根据功率与能量的关系，在t1~t2内时间，电10电流、电压、功率的符号和单位电量名称

符号基本单位

常用工程单位

电流I

（直流）i

（交流）

AkA、mA、μA、nA电压U

（直流）u

（交流）

VkV、MV、mV、μV功率P（平均功率）

WkW、MW、mW第12页/共77页电流、电压、功率的符号和单位电量符号基本常111=2A,I2=-1.25A,I3=0.75A。求：⑴a、b、c各点的电位Va、Vb、Vc；⑵电压Uab、Ubc；⑶E1、E2输出的功率PE1、PE2abcd[解]⑴Va=E1=10V

Vc=E2=8VUbd=R3I3=9VVb=Ubd=9V第13页/共77页1=2A,I2=-1.25A,I3=0.75A。求：12abcd⑵Uab=R1I1=0.5×2=1V∵I2参考方向c→b∴Ubc=-R2I2=-0.8×(-1.25)

=1V=Vb-Vc=Va-Vb⑶PE1=E1I1=10×2=20WPE2=E2I2=8×(-1.25)=-10W注意此处使用非关联参考方向，负值为吸收功率第14页/共77页abcd⑵Uab=R1I1=0.5×2=1V∵I2参考方向13电阻元件

1.2电阻、电感和电容元件电感元件

电容元件实际元件的主要参数及电路模型第15页/共77页电阻元件1.2电阻、电感和电容元件电感元件电容元件实14电压电流关系

电阻功率

电阻耗能

伏安特性——电压与电流的关系——耗能元件IUOIUO线性

电阻

非线性

电阻

（电阻R单位：）

电阻元件第16页/共77页电压电流关系电阻功率电阻耗能伏安特性——电压与电流的关15

部分电阻器的照片膜电阻器线绕电阻器电位器热敏电阻器水泥电阻器第17页/共77页部分电阻器的照片膜电阻器线绕电阻器电位器热敏电阻器水泥电阻16电感元件线性电感

电压电流关系

在直流电路中，i=I，为常数电感相当于短路-eL+-+uiL—常数第18页/共77页电感元件线性电感电压电流关系在直流电路中，i=I，为常数17电感是一种储能元件，储存的磁场能量

电感L的单位：亨利()、毫亨()、微亨()电感的功率在直流电路中，p=0电感的能量第19页/共77页电感是一种储能元件，储存的磁场能量电感L的单位：亨利(18部分电感器的照片不同类电感器陶瓷电感器标准电感器贴片电感器第20页/共77页部分电感器的照片不同类电感器陶瓷电感器标准电感器贴片电感器第19各电流/电压的实际方向未知基区空穴复合，电源向基区电流控制电压源（CCVS）基区空穴复合，电源向基区S置“2”时，D1导通●三个区：发射区—杂质浓度高（多数载流子最多）电压的实际方向—高电位指向低电位两个元件串并联时参数的计算集电结外电场→基区的大部分电子载流子进入集6绝缘栅场效应晶体管⑶当R=2Ω时，由右图电流的实际方向——规定为正电荷移动的方向等效---对外电路等效集电极—发射极反向击穿电压主要参数（额定参数）：电容元件线性电容

电压电流关系

在直流电路中，电容相当于开路电容是一种储能元件，储存的电场能量

电容C的单位：法拉、微法拉、皮法拉—C为常数第21页/共77页各电流/电压的实际方向未知电容元件线性电容电压电流关系20部分电容器的照片

电解电容器

普通电容器

电力电容器单相电动机

电容器第22页/共77页部分电容器的照片电解电容器普通电容器21两个元件串并联时参数的计算连接方式等效电阻等效电感等效电容串联R=R1+R2L=L1+L2并联C=C1+C2第23页/共77页两个元件串并联时参数的计算连接方式等效电阻等效电感等效电容串22

实际元件的主要参数及电路模型主要参数（额定参数）：电阻器：标称电阻值、额定功率电感器：标称电感值、额定电流电容器：标称电容值、额定电压电路模型:理想电路模型:电阻器R、电感器L、电容器C第24页/共77页实际元件的主要参数及电路模型主要参数（额定参数）：电阻器：23实际电路模型:理想元件模型的不同组合CRCRLRL电容器模型电感器模型CRL第25页/共77页实际电路模型:理想元件模型的不同组合CRCRLRL电容器模24[例题1.2.1]今需要一个阻值为150Ω、功率为1.5W的电阻，现有150Ω电阻器的额定功率为0.5W，试问应取多少个电阻组合才满足要求？[解]应取4个电阻连接，如下图所示R1R2R3R4R1R2R3R4等效电阻等效电阻等效电阻的额定功率为故满足要求。第26页/共77页[例题1.2.1]今需要一个阻值为150Ω、功率为1.5W251.3独立电源元件实际电源的模型电压源和电流源第27页/共77页1.3独立电源元件实际电源的模型电压源和电流源第27页/26电压源和电流源电压源（理想电压源）：

I——

端电压（输出电压）

——

端电流（输出电流）U

O

I

US输出电压

等于源电压，与输出电流和外电路的情况无关。USUSU——

源电压

UI第28页/共77页电压源和电流源电压源（理想电压源）：I——端电压（输出电27电流源（理想电流源）：I—

源电流IS—

端电压

U—

端电流IU

O

I

IS输出电流

等于源电流，与输出电压和外电路的情况无关。IIS第29页/共77页电流源（理想电流源）：I—源电流IS—端电压U—端电28实际电源的模型1.实际电压源—

端电压随端电流的增加而减小

，开路状态，

—

开路电压

，短路状态，—

短路电流

实际电压源在工作时要避免短路！U

O

I

US实际电源+U-abIR+U-abIRR0+-US第30页/共77页实际电源的模型1.实际电压源—端电压随端电流的增加而减小29部分电压源照片第31页/共77页部分电压源照片第31页/共77页302.实际电流源U

O

I

IS端电流随端电压的增加而减小。实际电源+U-abIR+U-abIRR0IS第32页/共77页2.实际电流源UOIIS端电流随端电压的增加而减小。31等效---对外电路等效3.两种实际电源模型的等效互换互换---实际电压源可变换为实际电流源，实际电流源可变换为实际电压源

+U-abIRR0+-US+U-abIRR’0IS第33页/共77页等效---对外电路等效3.两种实际电源模型的等效互换互换--32实际电源+U-abIR[例题已知图示实际电源电路中，R=0时I=2A，R=4Ω时I=1.2A，求：⑴电流源模型；⑵电压源模型；⑶R=2Ω时的I值[解]⑴电流源模型如图所示+U-abIRR0IS电流源模型当R=0时，I=IS，故IS=2A且有R0=6Ω

R=4Ω时I=1.2A第34页/共77页实+abIR[例题已知图示实际电源电路中，R=0时I=2A，33实际电源+U-abIR⑵电压源模型如图所示R0=6Ω

+U-abIRR0US电压源模型+-根据电源等效互换条件US=R0IS=6×2=12V⑶当R=2Ω时，由右图由电流源模型可求得同样结果。第35页/共77页实+abIR⑵电压源模型如图所示R0=6Ω+abIRR0U341.4二极管结及其单向导电性二极管的特性和主要参数二极管的工作点和理想特性稳压二极管发光二极管和光电二极管

第36页/共77页1.4二极管结及其单向导电性第36页/共77页35结及其单向导电性物质按导电能力分为：导体、半导体、绝缘体。本征半导体—

纯净的半导体（如硅、锗、砷化镓等）P型半导体—

在纯净的半导体硅、锗中掺入少量三价元素。—

多数载流子为空穴。N型半导体—

在纯净的半导体硅、锗中掺入少量五价元素。—

多数载流子为电子。第37页/共77页结及其单向导电性物质按导电能力分为：导体、半导体、绝缘体。本36PN结的形成：

浓度差→扩散和复合

空间电荷区（耗尽层）→内电场

扩散和复合→空间电荷区（耗尽层）内电场→阻止扩散、并引起少数载流子漂移最终，扩散与内电场作用达到平衡→PN结第38页/共77页PN结的形成：浓度差→扩散和复合空间电荷区（耗尽层）37PN结的单向导电性

PN结加正向电压

外电场与内电场方向相反外电场→空间电荷区变窄当外加电压足够大→外电场足够强→克服内电场作用→PN结导通→电流I从P流向N外加正向电压→外电场第39页/共77页PN结的单向导电性PN结加正向电压外电场与内电场方向相反38PN结加反向电压

PN结的单向导电性

外电场与内电场方向相同外电场→空间电荷区变宽→不导通（截止）结论：PN结具有单向导电性。PN结加正向电压导通，加反向电压截止，导通方向：P→N第40页/共77页PN结加反向电压PN结的单向导电性外电场与内电场方向相同39二极管的特性和主要参数二极管：一个PN结，两个电极--阳极、阴极1.二极管的伏安特性——二极管两湍的电压与流过的电流之间的关系曲线

●正向特性死区——电压小，基本不导通。死区电压：硅管0.4~0.5V锗管约0.1V第41页/共77页二极管的特性和主要参数二极管：一个PN结，两个电极--阳极、401.二极管的伏安特性非线性区——开始导通，电流小●正向特性导通区——近似线性，导通压降：硅管0.6~0.7V锗管0.2~0.3V●反向特性正常工作区——截止——

反向电流很小反向击穿区——反向电压过大，反向击穿第42页/共77页1.二极管的伏安特性非线性区——开始导通，电流小●正向特性412.二极管的主要参数最大正向电流

最高反向工作电压

反向电流

最高工作频率第43页/共77页2.二极管的主要参数最大正向电流最高反向工作电压反向电流42二极管的工作点和理想特性二极管的工作点

静态电阻

动态电阻

通常，同一工作点，

不同工作点的

均不同。

第44页/共77页二极管的工作点和理想特性二极管的工作点静态电阻动态电阻43二极管的理想特性考虑正向导通压降忽略正向导通压降

二极管电路的分析方法

分析关键：判断二极管是否导通——方法：单个二极管：阳极电位高于阴极电位足够大小；第45页/共77页二极管的理想特性考虑正向导通压降忽略正向导通压降二极管电44◆

阳极接于同一点（同电位），阴极电位最低的优先导通；◆阴极接于同一点（同电位），阳极电位最高的优先导通。二极管电路的分析方法

[例题设右图中二极管导通时的正向压降为0.7V，试分析的工作情况并求I值。

[解]

阳极同电位，阴极

导通，

截止，故

多个二极管：第46页/共77页◆阳极接于同一点（同电位），二极管电路的分析方法45【例题】电路如图所示，D1，D2

均为理想二极管，当输入电压ui>6V时，则uO

=？【解】∵ui>6V∴D1截止电路可以看成因此，D2

截止故uO

=3V第47页/共77页【例题】电路如图所示，D1，D2均为理想二极管，当输46【例题】图示电路，设二极管正向压降为0.7伏，当开关S置“1”时，Ua=

伏；当开关S置“2”时，Ua=

伏；当开关S置“3”时，Ua=

伏；

D1D2D31kΩ+-6V+-3V+-3VS123a【解】S置“1”时，D1截止Ua=1.4VS置“2”时，D1导通Ua=0.7VS置“3”时，D1导通Ua=-2.3V第48页/共77页【例题】图示电路，设二极管正向压降为0.7伏，当开关S置“47稳压二极管稳压二极管是一种特殊的二极管。1.稳压二极管的伏安特性

伏安特性图形符号反向击穿区特性曲线陡直——稳压特性稳压区——反向击穿区2.稳压二极管的主要参数稳定电压

、稳定电流

最大稳定电流

最大耗散功率

动态电阻

电压温系数

第49页/共77页稳压二极管稳压二极管是一种特殊的二极管。1.稳压二极管的伏安483.稳压二极管稳压电路

稳压条件：

有一定的

——稳压二极管工作在反向击穿状态。

第50页/共77页3.稳压二极管稳压电路稳压条件：有一定的——稳压二极管49发光二极管和光电二极管1.发光二极管发光二极管是一种能将电能转换成光能的器件，简称LED，正向导通后发光

导通压降大于普通二极管通常在1.4V以上发光二极管具有寿命长、抗冲击和抗振动性能好、可靠性高等优点，应用十分广泛，其外形众多第51页/共77页发光二极管和光电二极管1.发光二极管发光二极管是一种能将电能502.光电二极管光电二极管是一种将光能转换成电流的器件，其PN结封装在具有透明聚光窗的管壳内。光照射后导通，导通电流与光照强度相关。

I/μAU/V无光照射电流很小（暗电流）受到光照，反向电流增大（光电流）正向特性类同于普通二极管注意光电二极管使用时要反向接入电路中，即阳极接电源负极，阴极接电源正极。第52页/共77页2.光电二极管光电二极管是一种将光能转换成电流的器件，其PN51部分二极管的照片整流二极管稳压

二极管发光二极管光电

二极管第53页/共77页部分二极管的照片整流二极管稳压

二极管发光二极管光521.5双极晶体管基本结构和电流放大作用特性曲线和主要参数简化的小信号模型第54页/共77页1.5双极晶体管基本结构和电流放大作用第54页/共77页53基本结构和电流放大作用双极晶体管简称晶体管、三极管。1.基本结构和符号

NPN型PNP型第55页/共77页基本结构和电流放大作用双极晶体管简称晶体管、三极管。1.基本541.基本结构和符号●两个PN结：发射结、集电结●三个电极：发射极E、基极B、集电极C●三个区：发射区—杂质浓度高（多数载流子最多）集电区—杂质浓度高,比发射区稍低基区—杂质浓度相对很低第56页/共77页1.基本结构和符号●两个PN结：发射结、集电结●三个电极：发552.电流放大作用条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。☆载流子的运动和电流的形成：

发射结外电场→发射区大量电子载流子向基区运动,电源向发射区补充电子→发射极电流

进入基区的电子载流子少量与基区空穴复合，电源向基区补充空穴→基极电流

集电结外电场→基区的大部分电子载流子进入集电区，并由电源收集→集电极电流第57页/共77页2.电流放大作用条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。☆载流56S置“1”时，D1截止特点：发射结、集电结均正向偏置；单个二极管：阳极电位高于阴极电位足够大小；二极管的特性和主要参数也有的地方用瓦时或安时来表示的，如电池的容量电感是一种储能元件，储存的磁场能量[解]晶体管输入电阻2．晶体管的简化小信号模型当R=0时，I=IS，故IS=2A7V，试分析的工作情况并求I值。◆阴极接于同一点（同电位），发光二极管和光电二极管二极管的特性和主要参数皮法拉当外加电压足够大→外电场足够强→克服内电场☆电流放大作用：

小的基极电流变化量→大的集电极电流变化量，具有电流放大作用，电流控制作用——电流控制型器件。第58页/共77页S置“1”时，D1截止☆电流放大作用：小的基极电流变57特性曲线和主要参数1.共发射极输入、输出特性曲线☆输入特性曲线：与二极管正向特性曲线类似。☆输出特性曲线：第59页/共77页特性曲线和主要参数1.共发射极输入、输出特性曲线☆输入特性58截止区：

无放大作用；

曲线以下区域特点：集电结、发射结均反向偏置；

集电极与发射极相当于断开的开关——用于开关电路。饱和区：

特点：发射结、集电结均正向偏置；无放大作用；第60页/共77页截止区：无放大作用；曲线以下区域特点：集电结、发射结均反59集电极与发射极相当于接通的开关——用于开关电路。饱和区特点：放大区：特点：发射结正向偏置，集电结反向偏置，有放大作用——用于放大电路。

第61页/共77页集电极与发射极相当于接通的饱和区特点：放大区：特点：发射结正602.主要参数电流放大系数

穿透电流集电极最大允许电流集电极最大允许耗散功率集电极—发射极反向击穿电压第62页/共77页2.主要参数电流放大系数穿透电流集电极最大允许电流集电极61+UCC-IBRCRBUBB+-+UCE-IC+UBE-Q1uCE/ViC/mAQ21.00.521.000.32.0iB=20μA[例题下左图的共发射极电路中，已知UCC=6V，IB=20μA时晶体管的iC-uCE曲线，求：工作点分别为Q1、Q2时的RC值。[解]Q1:RC=4kΩQ2:RC=11kΩ当UCC、IB为一定值时，增大RC使工作点沿iC-uCE曲线从放大状态进入饱和；反之，若原来处于饱和状态，减小RC能脱离饱和进入放大状态第63页/共77页+IBRCRBUBB++IC+Q1uCE/ViC/mAQ62简化的小信号模型1.受控源概念受控源——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。电压控制电压源（VCVS）电压控制电流源（VCCS）电流控制电压源（CCVS）电流控制电流源（CCCS）四种类型：第64页/共77页简化的小信号模型1.受控源概念受控源——非独立电源输出电压或63四种受控源符号：VCVSVCCSCCVSCCCS第65页/共77页四种受控源符号：VCVSVCCSCCVSCCCS第65页/共642．晶体管的简化小信号模型

晶体管工作在放大区，即:

B-E之间，工作在输入特性的近似线性区，C-E之间,用电流控制电流源模型。第66页/共77页2．晶体管的简化小信号模型晶体管工作在放大区，即:65部分晶体管的照片第67页/共77页部分晶体管的照片第67页/共77页66[例题下图基极电流IB=0.02mA，电流放大系数β=80。若ΔIC=0.3mA，求：ΔUBE=？BΔUCEΔUBE+－－+CEΔIBΔIC[解]晶体管输入电阻BΔUCEΔUBE+－－+CEΔIBΔICrbeβIB第68页/共77页[例题下图基极电流IB=0.02mA，电流放大系数β=80。671.6绝缘栅场效应晶体管基本结构和工作原理特性曲线和主要参数简化的小信号模型第69页/共77页1.6绝缘栅场效应晶体管基本结构和工作原理第69页/共7768集电极最大允许耗散功率—多数载流子为空穴。外电场→空间电荷区变窄⑶当R=2Ω时，由右图7V，试分析的工作情况并求I值。集电结外电场→基区的大部分电子载流子进入集光照射后导通，导通电流与光照强度相关。时才形成导电沟道。●三个区：发射区—杂质浓度高（多数载流子最多）反之，若原来处于饱和状态，减小RC能脱离饱和进入放大状态⑶当R=2Ω时，由右图PE2=E2I2=8×(-1.增强型MOS管必须外加一定的uGS才会导通，通常把│ID│=10μA时的uGS值规定为开启电压uGS(th)⑴a、b、c各点的电位Va、Vb、Vc；稳压二极管的伏安特性基本结构和工作原理类型：

N沟道绝缘栅场效应管（NMOS）

P沟道绝缘栅场效应管（PMOS）增强型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管1.基本结构◆耗尽型NMOS管结构G—

栅极S—

源极D—

漏极耗尽型

NMOS第70页/共77页集电极最大允许耗散功率基本结构和工作原理类型：N69◆耗尽型NMOS管结构

在二氧化硅绝缘层中掺入大量正离子，不加在区之间存在N型导电沟道。◆增强型NMOS管结构

在二氧化硅绝缘层中掺入少量正离子，尚未形成导电沟道，只有加入足够大的时才形成导电沟道。增强型

NMOSP沟道MOS管的符号增强型PMOS耗尽型PMOS第71页/共77页◆耗尽型NMOS管结构在二氧化硅绝缘层中掺入大量702.工作原理

—

电压控制型器件。

对耗尽型NMOS，

对增强型NMOS，

在D-S间外加电源，加于G-S间的电压变化时，漏极电流变化。第72页/共77页2.工作原理—电压控制型器件。对耗尽型NMOS，对增71特性曲线和主要参数1.特性曲线输出特性：

转移特性：

耗尽型NMOS管的特性曲线

耗尽型NMOS管的特性曲线近似表达式第73页/共77页特性曲线和主要参数1.特性曲线输出特性：转移特性：耗尽型72增强型NMOS管的特性曲线增强型MOS管必须外加一定的uGS才会导通，通常把│ID│=10μA时的uGS值规定为开启电压uGS(th)第74页/共77页增强型NMOS管的特性曲线增强型MOS管必须外加一定的uGS732.主要参数夹断电压

开启电压

饱和漏极电流

低频跨导

最大漏极电流最大耗散功率

最大漏-源极击穿电压

栅源直流电阻

—

耗尽型MOS管参数—

增强型MOS管参数

—

耗尽型MOS管参数

第75页/共77页2.主要参数夹断电压开启电压饱和漏极电流低频跨导最大74简化的小信号模型栅源电阻很大，栅极电流

栅源电压控制漏极电流

——电压控制电流源模型

第76页/共77页简化的小信号模型栅源电阻很大，栅极电流栅源电压控制漏极电流75本章结束返回目录第2章电路分析基础第77页/共77页本章结束返回目录第2章电路分析基础第77页/共77页76电压电流关系

电阻功率

电阻耗能

伏安特性——电压与电流的关系——耗能元件IUOIUO线性

电阻

非线性

电阻

（电阻R单位：）

电阻元件第16页/共77页电压电流关系电阻功率电阻耗能伏安特性——电压与电流的关77电感是一种储能元件，储存的磁场能量

电感L的单位：亨利()、毫亨()、微亨()电感的功率在直流电路中，p=0电感的能量第19页/共77页电感是一种储能元件，储存的磁场能量电感L的单位：亨利(786绝缘栅场效应晶体管实现电

能的传输和转换。具有电流放大作用，电流控制作用Ubd=R3I3=9V—增强型MOS管参数电压控制电流源（VCCS）主要参数（额定参数）：⑵Uab=R1I1=0.P型半导体—在纯净的半导体硅、锗中掺入少量电压的实际方向—高电位指向低电位光照射后导通，导通电流与光照强度相关。电容器：标称电容值、额定电压主要参数（额定参数）：∴Ubc=-R2I2主要参数（额定参数）：[例题1.2.1]今需要一个阻值为150Ω、功率为1.5W的电阻，现有150Ω电阻器的额定功率为0.5W，试问应取多少个电阻组合才满足要求？[解]应取4个电阻连接，如下图所示R1R2R3R4R1R2R3R4等效电阻等效电阻等效电阻的额定功率为故满足要求。第26页/共77页6绝缘栅场效应晶体管[例题1.2.1]今需要一个阻值为1792.实际电流源U

O

I

IS端电流随端电压的增加而减小。实际电源+U-abIR+U-abIRR0IS第32页/共77页2.实际电流源UOIIS端电流随端电压的增加而减小。80PN结的形成：

浓度差→扩散和复合

空间电荷区（耗尽层）→内电场

扩散和复合→空间电荷区（耗尽层）内电场→阻止扩散、并引起少数载流子漂移最终，扩散与内电场作用达到平衡→PN结第38页/共77页PN结的形成：浓度差→扩散和复合空间电荷区（耗尽层）81PN结的单向导电性

PN结加正向电压

外电场与内电场方向相反外电场→空间电荷区变窄当外加电压足够大→外电场足够强→克服内电场作用→PN结导通→电流I从P流向N外加正向电压→外电场第39页/共77页PN结的单向导电性PN结加正向电压外电场与内电场方向相反82+UCC-IBRCRBUBB+-+UCE-IC+UBE-Q1uCE/ViC/mAQ21.00.521.000.32.0iB=20μA[例题下左图的共发射极电路中，已知UCC=6V，IB=20μA时晶体管的iC-uCE曲线，求：工作点分别为Q1、Q2时的RC值。[解]Q1:RC=4kΩQ2:RC=11kΩ当UCC、IB为一定值时，增大RC使工作点沿iC-uCE曲线从放大状态进入饱和；反之，若原来处于饱和状态，减小RC能脱离饱和进入放大状态第63页/共77页+IBRCRBUBB++IC+Q1uCE/ViC/mAQ83基本结构和工作原理类型：

N沟道绝缘栅场效应管（NMOS）

P沟道绝缘栅场效应管（PMOS）增强型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管1.基本结构◆耗尽型NMOS管结构G—

栅极S—

源极D—

漏极耗尽型

NMOS第70页/共77页基本结构和工作原理类型：N沟道绝缘栅场效应管（N84电路电路元件和电路模型电流、电压及其参考方向电路功率1.1电路和电路的基本物理量第2页/共77页电路电路元件和电路模型电流、电压及其参考方向电路功率1.185电路——由电源、开关、连接导线和负载等组成。强电电路——电压较高、电流和功率较大；实现电

能的传输和转换。（如电力系统等）

弱电电路——电压较低、电流和功率较小；实现信

号的传递和处理。（如扩音系统等）

发电机升压变压器降压变压器负载（如电灯、电动机等）话筒放大器扬声器电路第3页/共77页电路——由电源、开关、连接导线和负载等组成。强电电路—86电路元件和电路模型实际电路元件理想电路元件第4页/共77页电路元件和电路模型实际电路元件理想电路元件第4页/共77页87实际电路电路模型第5页/共77页实际电路电路模型第5页/共77页88电流、电压及其参考方向1.电流及其参考方向电流——电荷量对时间的变化率直流电流——电流的大小和方向不随时间变化电流的实际方向——规定为正电荷移动的方向电流的参考方向——假定方向，也称正方向交流电流——电流的大小和方向随时间变化库仑C秒S安培A第6页/共77页电流、电压及其参考方向1.电流及其参考方向电流——电荷量对时892.电压及其参考方向电压—

电场力移动单位正电荷从一点至另一点作的功电压的实际方向—

高电位指向低电位电压的参考方向—

假定方向焦耳J库仑C伏特V电动势—

非电场力移动单位正电荷从一点至另一点作的功电动势的方向从低电位指向高电位，与电压相反参考点——电路中人为规定的零电位点，符号丄第7页/共77页2.电压及其参考方向电压—电场力移动单位正电荷从一点至另一90为什么要设参考方向？

简单电路R2

＋－USI2

＋－U6IS

R1

I1

R4

I4

R3

I3

I5

电流/电压的实际方向可知各电流/电压的实际方向未知复杂电路注意电路图中电流/电压方向的表示方式第8页/共77页为什么要设参考方向？简单电路91电容器：标称电容值、额定电压外电场→空间电荷区变窄二极管的特性和主要参数根据功率与能量的关系，在t1~t2内时间，电路吸收的电能部分电容器的照片二极管的特性和主要参数基区空穴复合，电源向基区☆载流子的运动和电流的形成：增强型绝缘栅场效应管【例题】电路如图所示，D1，D2均为理想二极管，当输入电压ui>6V时，则uO=？输出电压等于源电压，与Ubd=R3I3=9V实际元件的主要参数及电路模型7V，试分析的工作情况并求I值。◆耗尽型NMOS管结构按定义，电路的功率为电场力在单位时间里所做的功。即如果某个元件（或某段电路）的电压和电流分别为u和i，那么，功率就等于电路功率biua+-N第9页/共77页电容器：标称电容值、额定电压按定义，电路的功92根据电压电流的参考方向，电路功率iNu＋－——N消耗功率（吸收功率）

——N输出功率（释放功率）

如图所示电压电流的参考方向，称为关联参考方向第10页/共77页根据电压电流的参考方向，电路功率iNu＋——N消耗功率（吸收93根据功率与能量的关系，在t1~t2内时间，电路吸收的电能若电压为伏特（V）,电流为安培(A)，时间为秒(S)，则电能单位为焦耳(J)；实用中常用千瓦时(kW·h)，1kWh=3.6×106J，俗称1度电。电能也有的地方用瓦时或安时来表示的，如电池的容量第11页/共77页根据功率与能量的关系，在t1~t2内时间，电94电流、电压、功率的符号和单位电量名称

符号基本单位

常用工程单位

电流I

（直流）i

（交流）

AkA、mA、μA、nA电压U

（直流）u

（交流）

VkV、MV、mV、μV功率P（平均功率）

WkW、MW、mW第12页/共77页电流、电压、功率的符号和单位电量符号基本常951=2A,I2=-1.25A,I3=0.75A。求：⑴a、b、c各点的电位Va、Vb、Vc；⑵电压Uab、Ubc；⑶E1、E2输出的功率PE1、PE2abcd[解]⑴Va=E1=10V

Vc=E2=8VUbd=R3I3=9VVb=Ubd=9V第13页/共77页1=2A,I2=-1.25A,I3=0.75A。求：96abcd⑵Uab=R1I1=0.5×2=1V∵I2参考方向c→b∴Ubc=-R2I2=-0.8×(-1.25)

=1V=Vb-Vc=Va-Vb⑶PE1=E1I1=10×2=20WPE2=E2I2=8×(-1.25)=-10W注意此处使用非关联参考方向，负值为吸收功率第14页/共77页abcd⑵Uab=R1I1=0.5×2=1V∵I2参考方向97电阻元件

1.2电阻、电感和电容元件电感元件

电容元件实际元件的主要参数及电路模型第15页/共77页电阻元件1.2电阻、电感和电容元件电感元件电容元件实98电压电流关系

电阻功率

电阻耗能

伏安特性——电压与电流的关系——耗能元件IUOIUO线性

电阻

非线性

电阻

（电阻R单位：）

电阻元件第16页/共77页电压电流关系电阻功率电阻耗能伏安特性——电压与电流的关99

部分电阻器的照片膜电阻器线绕电阻器电位器热敏电阻器水泥电阻器第17页/共77页部分电阻器的照片膜电阻器线绕电阻器电位器热敏电阻器水泥电阻100电感元件线性电感

电压电流关系

在直流电路中，i=I，为常数电感相当于短路-eL+-+uiL—常数第18页/共77页电感元件线性电感电压电流关系在直流电路中，i=I，为常数101电感是一种储能元件，储存的磁场能量

电感L的单位：亨利()、毫亨()、微亨()电感的功率在直流电路中，p=0电感的能量第19页/共77页电感是一种储能元件，储存的磁场能量电感L的单位：亨利(102部分电感器的照片不同类电感器陶瓷电感器标准电感器贴片电感器第20页/共77页部分电感器的照片不同类电感器陶瓷电感器标准电感器贴片电感器第103各电流/电压的实际方向未知基区空穴复合，电源向基区电流控制电压源（CCVS）基区空穴复合，电源向基区S置“2”时，D1导通●三个区：发射区—杂质浓度高（多数载流子最多）电压的实际方向—高电位指向低电位两个元件串并联时参数的计算集电结外电场→基区的大部分电子载流子进入集6绝缘栅场效应晶体管⑶当R=2Ω时，由右图电流的实际方向——规定为正电荷移动的方向等效---对外电路等效集电极—发射极反向击穿电压主要参数（额定参数）：电容元件线性电容

电压电流关系

在直流电路中，电容相当于开路电容是一种储能元件，储存的电场能量

电容C的单位：法拉、微法拉、皮法拉—C为常数第21页/共77页各电流/电压的实际方向未知电容元件线性电容电压电流关系104部分电容器的照片

电解电容器

普通电容器

电力电容器单相电动机

电容器第22页/共77页部分电容器的照片电解电容器普通电容器105两个元件串并联时参数的计算连接方式等效电阻等效电感等效电容串联R=R1+R2L=L1+L2并联C=C1+C2第23页/共77页两个元件串并联时参数的计算连接方式等效电阻等效电感等效电容串106

实际元件的主要参数及电路模型主要参数（额定参数）：电阻器：标称电阻值、额定功率电感器：标称电感值、额定电流电容器：标称电容值、额定电压电路模型:理想电路模型:电阻器R、电感器L、电容器C第24页/共77页实际元件的主要参数及电路模型主要参数（额定参数）：电阻器：107实际电路模型:理想元件模型的不同组合CRCRLRL电容器模型电感器模型CRL第25页/共77页实际电路模型:理想元件模型的不同组合CRCRLRL电容器模108[例题1.2.1]今需要一个阻值为150Ω、功率为1.5W的电阻，现有150Ω电阻器的额定功率为0.5W，试问应取多少个电阻组合才满足要求？[解]应取4个电阻连接，如下图所示R1R2R3R4R1R2R3R4等效电阻等效电阻等效电阻的额定功率为故满足要求。第26页/共77页[例题1.2.1]今需要一个阻值为150Ω、功率为1.5W1091.3独立电源元件实际电源的模型电压源和电流源第27页/共77页1.3独立电源元件实际电源的模型电压源和电流源第27页/110电压源和电流源电压源（理想电压源）：

I——

端电压（输出电压）

——

端电流（输出电流）U

O

I

US输出电压

等于源电压，与输出电流和外电路的情况无关。USUSU——

源电压

UI第28页/共77页电压源和电流源电压源（理想电压源）：I——端电压（输出电111电流源（理想电流源）：I—

源电流IS—

端电压

U—

端电流IU

O

I

IS输出电流

等于源电流，与输出电压和外电路的情况无关。IIS第29页/共77页电流源（理想电流源）：I—源电流IS—端电压U—端电112实际电源的模型1.实际电压源—

端电压随端电流的增加而减小

，开路状态，

—

开路电压

，短路状态，—

短路电流

实际电压源在工作时要避免短路！U

O

I

US实际电源+U-abIR+U-abIRR0+-US第30页/共77页实际电源的模型1.实际电压源—端电压随端电流的增加而减小113部分电压源照片第31页/共77页部分电压源照片第31页/共77页1142.实际电流源U

O

I

IS端电流随端电压的增加而减小。实际电源+U-abIR+U-abIRR0IS第32页/共77页2.实际电流源UOIIS端电流随端电压的增加而减小。115等效---对外电路等效3.两种实际电源模型的等效互换互换---实际电压源可变换为实际电流源，实际电流源可变换为实际电压源

+U-abIRR0+-US+U-abIRR’0IS第33页/共77页等效---对外电路等效3.两种实际电源模型的等效互换互换--116实际电源+U-abIR[例题已知图示实际电源电路中，R=0时I=2A，R=4Ω时I=1.2A，求：⑴电流源模型；⑵电压源模型；⑶R=2Ω时的I值[解]⑴电流源模型如图所示+U-abIRR0IS电流源模型当R=0时，I=IS，故IS=2A且有R0=6Ω

R=4Ω时I=1.2A第34页/共77页实+abIR[例题已知图示实际电源电路中，R=0时I=2A，117实际电源+U-abIR⑵电压源模型如图所示R0=6Ω

+U-abIRR0US电压源模型+-根据电源等效互换条件US=R0IS=6×2=12V⑶当R=2Ω时，由右图由电流源模型可求得同样结果。第35页/共77页实+abIR⑵电压源模型如图所示R0=6Ω+abIRR0U1181.4二极管结及其单向导电性二极管的特性和主要参数二极管的工作点和理想特性稳压二极管发光二极管和光电二极管

第36页/共77页1.4二极管结及其单向导电性第36页/共77页119结及其单向导电性物质按导电能力分为：导体、半导体、绝缘体。本征半导体—

纯净的半导体（如硅、锗、砷化镓等）P型半导体—

在纯净的半导体硅、锗中掺入少量三价元素。—

多数载流子为空穴。N型半导体—

在纯净的半导体硅、锗中掺入少量五价元素。—

多数载流子为电子。第37页/共77页结及其单向导电性物质按导电能力分为：导体、半导体、绝缘体。本120PN结的形成：

浓度差→扩散和复合

空间电荷区（耗尽层）→内电场

扩散和复合→空间电荷区（耗尽层）内电场→阻止扩散、并引起少数载流子漂移最终，扩散与内电场作用达到平衡→PN结第38页/共77页PN结的形成：浓度差→扩散和复合空间电荷区（耗尽层）121PN结的单向导电性

PN结加正向电压

外电场与内电场方向相反外电场→空间电荷区变窄当外加电压足够大→外电场足够强→克服内电场作用→PN结导通→电流I从P流向N外加正向电压→外电场第39页/共77页PN结的单向导电性PN结加正向电压外电场与内电场方向相反122PN结加反向电压

PN结的单向导电性

外电场与内电场方向相同外电场→空间电荷区变宽→不导通（截止）结论：PN结具有单向导电性。PN结加正向电压导通，加反向电压截止，导通方向：P→N第40页/共77页PN结加反向电压PN结的单向导电性外电场与内电场方向相同123二极管的特性和主要参数二极管：一个PN结，两个电极--阳极、阴极1.二极管的伏安特性——二极管两湍的电压与流过的电流之间的关系曲线

●正向特性死区——电压小，基本不导通。死区电压：硅管0.4~0.5V锗管约0.1V第41页/共77页二极管的特性和主要参数二极管：一个PN结，两个电极--阳极、1241.二极管的伏安特性非线性区——开始导通，电流小●正向特性导通区——近似线性，导通压降：硅管0.6~0.7V锗管0.2~0.3V●反向特性正常工作区——截止——

反向电流很小反向击穿区——反向电压过大，反向击穿第42页/共77页1.二极管的伏安特性非线性区——开始导通，电流小●正向特性1252.二极管的主要参数最大正向电流

最高反向工作电压

反向电流

最高工作频率第43页/共77页2.二极管的主要参数最大正向电流最高反向工作电压反向电流126二极管的工作点和理想特性二极管的工作点

静态电阻

动态电阻

通常，同一工作点，

不同工作点的

均不同。

第44页/共77页二极管的工作点和理想特性二极管的工作点静态电阻动态电阻127二极管的理想特性考虑正向导通压降忽略正向导通压降

二极管电路的分析方法

分析关键：判断二极管是否导通——方法：单个二极管：阳极电位高于阴极电位足够大小；第45页/共77页二极管的理想特性考虑正向导通压降忽略正向导通压降二极管电128◆

阳极接于同一点（同电位），阴极电位最低的优先导通；◆阴极接于同一点（同电位），阳极电位最高的优先导通。二极管电路的分析方法

[例题设右图中二极管导通时的正向压降为0.7V，试分析的工作情况并求I值。

[解]

阳极同电位，阴极

导通，

截止，故

多个二极管：第46页/共77页◆阳极接于同一点（同电位），二极管电路的分析方法129【例题】电路如图所示，D1，D2

均为理想二极管，当输入电压ui>6V时，则uO

=？【解】∵ui>6V∴D1截止电路可以看成因此，D2

截止故uO

=3V第47页/共77页【例题】电路如图所示，D1，D2均为理想二极管，当输130【例题】图示电路，设二极管正向压降为0.7伏，当开关S置“1”时，Ua=

伏；当开关S置“2”时，Ua=

伏；当开关S置“3”时，Ua=

伏；

D1D2D31kΩ+-6V+-3V+-3VS123a【解】S置“1”时，D1截止Ua=1.4VS置“2”时，D1导通Ua=0.7VS置“3”时，D1导通Ua=-2.3V第48页/共77页【例题】图示电路，设二极管正向压降为0.7伏，当开关S置“131稳压二极管稳压二极管是一种特殊的二极管。1.稳压二极管的伏安特性

伏安特性图形符号反向击穿区特性曲线陡直——稳压特性稳压区——反向击穿区2.稳压二极管的主要参数稳定电压

、稳定电流

最大稳定电流

最大耗散功率

动态电阻

电压温系数

第49页/共77页稳压二极管稳压二极管是一种特殊的二极管。1.稳压二极管的伏安1323.稳压二极管稳压电路

稳压条件：

有一定的

——稳压二极管工作在反向击穿状态。

第50页/共77页3.稳压二极管稳压电路稳压条件：有一定的——稳压二极管133发光二极管和光电二极管1.发光二极管发光二极管是一种能将电能转换成光能的器件，简称LED，正向导通后发光

导通压降大于普通二极管通常在1.4V以上发光二极管具有寿命长、抗冲击和抗振动性能好、可靠性高等优点，应用十分广泛，其外形众多第51页/共77页发光二极管和光电二极管1.发光二极管发光二极管是一种能将电能1342.光电二极管光电二极管是一种将光能转换成电流的器件，其PN结封装在具有透明聚光窗的管壳内。光照射后导通，导通电流与光照强度相关。

I/μAU/V无光照射电流很小（暗电流）受到光照，反向电流增大（光电流）正向特性类同于普通二极管注意光电二极管使用时要反向接入电路中，即阳极接电源负极，阴极接电源正极。第52页/共77页2.光电二极管光电二极管是一种将光能转换成电流的器件，其PN135部分二极管的照片整流二极管稳压

二极管发光二极管光电

二极管第53页/共77页部分二极管的照片整流二极管稳压

二极管发光二极管光1361.5双极晶体管基本结构和电流放大作用特性曲线和主要参数简化的小信号模型第54页/共77页1.5双极晶体管基本结构和电流放大作用第54页/共77页137基本结构和电流放大作用双极晶体管简称晶体管、三极管。1.基本结构和符号

NPN型PNP型第55页/共77页基本结构和电流放大作用双极晶体管简称晶体管、三极管。1.基本1381.基本结构和符号●两个PN结：发射结、集电结●三个电极：发射极E、基极B、集电极C●三个区：发射区—杂质浓度高（多数载流子最多）集电区—杂质浓度高,比发射区稍低基区—杂质浓度相对很低第56页/共77页1.基本结构和符号●两个PN结：发射结、集电结●三个电极：发1392.电流放大作用条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。☆载流子的运动和电流的形成：

发射结外电场→发射区大量电子载流子向基区运动,电源向发射区补充电子→发射极电流

进入基区的电子载流子少量与基区空穴复合，电源向基区补充空穴→基极电流

集电结外电场→基区的大部分电子载流子进入集电区，并由电源收集→集电极电流第57页/共77页2.电流放大作用条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。☆载流140S置“1”时，D1截止特点：发射结、集电结均正向偏置；单个二极管：阳极电位高于阴极电位足够大小；二极管的特性和主要参数也有的地方用瓦时或安时来表示的，如电池的容量电感是一种储能元件，储存的磁场能量[解]晶体管输入电阻2．晶体管的简化小信号模型当R=0时，I=IS，故IS=2A7V，试分析的工作情况并求I值。◆阴极接于同一点（同电位），发光二极管和光电二极管二极管的特性和主要参数皮法拉当外加电压足够大→外电场足够强→克服内电场☆电流放大作用：

小的基极电流变化量→大的集电极电流变化量，具有电流放大作用，电流控制作用——电流控制型器件。第58页/共77页S置“1”时，D1截止☆电流放大作用：小的基极电流变141特性曲线和主要参数1.共发射极输入、输出特性曲线☆输入特性曲线：与二极管正向特性曲线类似。☆输出特性曲线：第59页/共77页特性曲线和主要参数1.共发射极输入、输出特性曲线☆输入特性142截止区：

无放大作用；

曲线以下区域特点：集电结、发射结均反向偏置；

集电极与发射极相当于断开的开关——用于开关电路。饱和区：

特点：发射结、集电结均正向偏置；无放大作用；第60页/共77页截止区：无放大作用；曲线以下区域特点：集电结、发射结均反143集电极与发射极相当于接通的开关——用于开关电路。饱和区特点：放大区：特点：发射结正向偏置，集电结反向偏置，有放大作用——用于放大电路。

第61页/共77页集电极与发射极相当于接通的饱和区特点：放大区：特点：发射结正1442.主要参数电流放大系数

穿透电流集电极最大允许电流集电极最大允许耗散功率集电极—发射极反向击穿电压第62页/共77页2.主要参数电流放大系数穿透电流集电极最大允许电流集电极145+UCC-IBRCRBUBB+-+UCE-IC+UBE-Q1uCE/ViC/mAQ21.00.521.000.32.0iB=20μA[例题下左图的共发射极电路中，已知UCC=6V，IB=20μA时晶体管的iC-uCE曲线，求：工作点分别为Q1、Q2时的RC值。[解]Q1:RC=4kΩQ2:RC=11kΩ当UCC、IB为一定值时，增大RC使工作点沿iC-uCE曲线从放大状态进入饱和；反之，若原来处于饱和状态，减小RC能脱离饱和进入放大状态第63页/共77页+IBRCRBUBB++IC+Q1uCE/ViC/mAQ146简化的小信号模型1.受控源概念受控源——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。电压控制电压源（VCVS）电压控制电流源（VCCS）电流控制电压源（CCVS）电流控制电流源（CCCS）四种类型：第64页/共77页简化的小信号模型1.受控源概念受控源——非独立电源输出电压或147四种受控源符号：VCVSVCCSCCVSCCCS第65页/共77页四种受控源符号：VCVSVCCSCCVSCCCS第65页/共1482．晶体管的简化小信号模型

晶体管工作在放大区，即:

B-E之间，工作在输入特性的近似线性区，C-E之间,用电流控制电流源模型。第66页/共77页2．晶体管的简化小信号模型晶体管工作在放大区，即:149部分晶体管的照片第67页/共77页部分晶体管的照片第67页/共77页150[例题下图基极电流IB=0.02mA，电流放大系数β=80。若ΔIC=0.3mA，求：ΔUBE=？BΔUCEΔUBE+－－+CEΔIBΔIC[解]晶体管输入电阻BΔUCEΔUBE+－－+CEΔIBΔICrbeβIB第68页/共77页[例题下图基极电流IB=0.02mA，电流放大系数β=80。1511.6绝缘栅场效应晶体管基本结构和工作原理特性曲线和主要参数简化的小信号模型第69页/共77页1.6绝缘栅场效应晶体管基本结构和工作原理第69页/共77152集电极最大允许耗散功率—多数载流子为空穴。外电场→空间电荷区变窄⑶当R=2Ω时，由右图7V，试分析的工作情况并求I值。集电结外电场→基区的大部分电子载流子进入集光照射后导通，导通电流与光照强度相关。时才形成导电沟道。●三个区：发射区—杂质浓度高（多数载流子最多）反之，若原来处于饱和状态，减小RC能脱离饱和进入放大状态⑶当R=2Ω时，由右图PE2=E2I2=8×(-1.增强型MOS管必须外加一定的uGS才会导通，通常把│ID│=10μA时的uGS值规定为开启电压uGS(th)⑴a、b、c各点的电位Va、Vb、Vc；稳压二极管的伏安特性基本结构和工作原理类型：

N沟道绝缘栅场效应管（N