电路和电路元件15675.pptx

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1、会计学1电路电路(dinl)和电路和电路(dinl)元件元件15675第一页，共108页。电路电路(dinl)(dinl)电路是电流的通路，它是为了某种需要(xyo)或实现某种应用目的而由某些电工、电子器件或设备按一定的方式相互连接而成的。电路的组成：电源、负载和导线、开关等。实际(shj)电路电路模型第1章上页下页返回E+SIR第1页/共108页第二页，共108页。上页下页返回(fnhu)第1章 各种(zhn)蓄电池和干电池由化学能转换成电能。电源(dinyun)第2页/共108页第三页，共108页。上页下页返回(fnhu)第1章 汽轮发电机和风力(fngl)发电机将机械能转换成电能。第3页

2、/共108页第四页，共108页。实际的负载包括(boku)电动机、电动工具和家用电器等等。电动机手电钻吸尘器负载(fzi)上页下页返回(fnhu)第1章第4页/共108页第五页，共108页。电力系统(din l x tn)扩音器电路(dinl)的作用实现电能(dinnng)的传输和转换(俗称强电）实现信号的传递和处理（俗称弱电）电路的作用和分类电路的作用和分类上页下页返回第1章电 灯电 炉电动机发电机升 压变压器降 压变压器话筒扬声器放大器第5页/共108页第六页，共108页。电路电路电路电路(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)元件和电路元件和电路元件和电路元件和电路(dinl)(

3、dinl)(dinl)(dinl)模型模型模型模型上页下页返回(fnhu)第1章实际电路元件：用于构成电路的电工、电子元器件或设备(shbi)统称为实际电路元件，简称为实际器件实际电路：用实际元件构成的电路成为实际电路实际电路第6页/共108页第七页，共108页。上页下页返回(fnhu)第1章理想电路元件（简称为电路元件）：是对实际元件在一定条件下进行科学抽象而得到的，具有某种理想的电路特性。电路模型：电路模型是由一些理想电路元件相互连接而构成的整体(zhngt)，是实际电路的一种等效电路。电路(dinl)模型E+SIR实际电路第7页/共108页第八页，共108页。上页下页返回(fnhu)第1

4、章理想化电路(dinl)元件实际(shj)电路元件实际电路电路模型理想化连接连接第8页/共108页第九页，共108页。电压、电流及其参考电压、电流及其参考电压、电流及其参考电压、电流及其参考(cnko)(cnko)(cnko)(cnko)方向方向方向方向1.1.基本基本(jbn)(jbn)物物理量理量W、kW、mWV、kV、mV、VV、kV、mV、VA、mA、A(用电或供电)电源力驱动正电荷的方向（低电位 高电位）电位降的方向（高电位 低电位）正电荷移动的方向 高电位流向低电位PE（直流）e（交流）U（直流）u（交流）i（交流）I（直流）物理量定义(dngy)和单位方向功率电流电压电动势上页下

5、页返回第1章第9页/共108页第十页，共108页。电压、电流电压、电流(dinli)(dinli)和电动和电动势的定义势的定义电流：某时刻单位时间(shjin)内通过某点的电荷数量 i=dq/dt电压：电场力驱使(qsh)单位正电荷从a点移至b点所做的功 Uab=dwab/dq电动势：非电场力在电源内部驱使单位正电荷从a点移 至b点所做的功，因此它的实际方向与电压相 反：e=-uab上页下页返回第1章第10页/共108页第十一页，共108页。2.2.电压、电流电压、电流(dinli)(dinli)参考方向参考方向 在复杂电路中难于预先判断某段电路中电流的实际方向，从而影响电路求解。问题电流方向

6、ba,ab？abR5R2R1R3R4R6+E1E2EURIab电压、电流(dinli)实际方向：上页下页返回(fnhu)第1章第11页/共108页第十二页，共108页。在解题(ji t)前先任意选定一个方向，称为参考方向（或参考正方向）。依此参考方向，根据电路定理、定律列电路方程，从而进行电路分析计算，计算出电压、电流的结果。解决解决(jiju)(jiju)方方法法:计算结果为正，实际方向与假设方向一致；计算结果为负，实际方向与假设方向相反。由计算结果可确定U、I 的实际方向：上页下页返回(fnhu)第1章第12页/共108页第十三页，共108页。解：假定I 的参考(cnko)方向如图所示。则

7、：（实际(shj)方向与参考方向相反！）已知：E=2V,R=1问：当Uab为1V时，I=?,上页下页返回(fnhu)第1章例URE IRabd第13页/共108页第十四页，共108页。假定(jidng)U、I 的参考方向如图所示，若 I=-3A，E=2V,R=1 Uab=？（实际方向(fngxing)与参考方向(fngxing)一致）小结1.电压电流(dinli)“实际方向”是客观存在的物理现象，“参考方向”是人为假设的方向。解：上页下页返回第1章URE IRabd=-(-3）1+2V=5V例第14页/共108页第十五页，共108页。4.为方便(fngbin)列电路方程，习惯假设I与U 的参

8、考方向一致（关联参考方向）。2.方程U/I=R 只适用(shyng)于R 中U、I参考方向一 致的情况。即欧姆定律表达式含有正负号，当U、I参考方向一致时为正，否则为负。3.在解题前，一定(ydng)先假定电压电流的“参考方 向”，然后再列方程求解。即 U、I为代数 量，也有正负之分。当参考方向与实际方 向一致时为正，否则为负。上页下页返回第1章 小结第15页/共108页第十六页，共108页。设电路任意两点间的电压为U，电 流为 I,则这部分电路消耗(xioho)的功率为电路电路(dinl)(dinl)功率功率如果假设方向(fngxing)不一致怎么办？功率有无正负？问题：问题：上页下页返回第

9、1章bI电路Ua+-P=UI第16页/共108页第十七页，共108页。1)按所设参考(cnko)方向列式U、I参考方向(fngxing)一致 P=U I功率功率(gngl)(gngl)的计算的计算 U、I参考方向相反上页下页返回第1章bIUa+-IbUa-+bUa+-IbIUa-+P=U I第17页/共108页第十八页，共108页。2）将U、I 的代数值(shz)代入式中 若计算的结果P 0,则说明U、I 的实际方 向一致，此部分电路吸收电功率（消耗能量）负载。若计算结果P 0 UBCVBVERCBCE共发射极放大电路共发射极放大电路第1章上页下页PNP 管：UBE0即VCVBIB 或 ICI

10、B第1章上页下页返回(fnhu)晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，集电结反偏的条件。3当基极电路由于外加电压或电阻改变而引起IB的微小变化时，必定使IC发生较大的变化。即三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用。第81页/共108页第八十二页，共108页。特性特性(txng)(txng)曲线和主要参数曲线和主要参数1.1.输入特性输入特性(txng)(txng)曲线曲线IB=f(UBE )UC E =常数(chngsh)UCE1V第1章上页下页返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCEUBE/VIB/AO第82页/共108页第八十三页，共108页。O2.2.晶体管输出特性曲线晶体

11、管输出特性曲线(qxin)(qxin)IC =f (UCE)|IB=常数(chngsh)IB 减小IB增加(zngji)UCEICIB =20AIB=60AIB=40A第1章上页下页返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCE第83页/共108页第八十四页，共108页。晶体管输出特性曲线(qxin)分三个工作区UCE /VIC /mA806040 0 IB=20 AO24681234截止(jizh)区饱和(boh)区放大区第1章上页下页返回第84页/共108页第八十五页，共108页。晶体管三个工作晶体管三个工作晶体管三个工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)区的特点区的特点区的特点

12、:放大放大(fngd)(fngd)区区:截止截止(jizh(jizh)区区:饱和区饱和区:发射结正偏,集电结反偏有电流放大作用,IC=IB输出曲线具有恒流特性发射结、集电结处于反偏失去电流放大作用,IC0晶体管C、E之间相当于开路发射结、集电结处于正偏失去放大作用晶体管C、E之间相当于短路第1章上页下页返回第85页/共108页第八十六页，共108页。3.3.主要参数主要参数集电极基极(j j)间反向饱和电流 ICBO集电极发射极间穿透电流 ICEOICEO=(1+)ICBO交流电流放大系数=IC/IB第1章上页下页直流电流放大系数=IC/IB 电流放大系数电流放大系数 极间反向饱和电流极间反向

13、饱和电流返回(fnhu)ICEOCBEAAICBOCEB第86页/共108页第八十七页，共108页。集电极最大允许(ynx)电流 ICM集-射反向击穿(j chun)电压 U(BR)CEO集电极最大允许耗散(ho sn)功率 PCM过过压压区区过流区过流区安安全全工工作作区区过损区过损区PCM=ICUCEUCE/VU(BR)CEOIC/mAICMO使用时不允许超使用时不允许超过这些极限参数过这些极限参数.第1章上页下页 极限参数极限参数返回第87页/共108页第八十八页，共108页。三极管的等效(dn xio)模型 三极管工作在直流（静态）时可用直流模型来表征(bio zhn)它的特性。建立直

14、流模型的条件：1）三极管工作在放大状态;2)三极管工作在直流状态（无交流(jioli)输入），所有信号都是直流量。上页下页第1章返回一、直流模型（或叫静态模型）第88页/共108页第八十九页，共108页。UBE 基本恒定(hngdng)，可用一电压源等效，硅管取0.7V，锗管取0.3V。三极管直流模型三极管直流模型(mxng)(mxng)的建立步骤：的建立步骤：iB0uBE第1章上页下页 输入回路的直流等效电路返回(fnhu)eIBec+-+-UCEUBEIEbIBQQUBEbUBE第89页/共108页第九十页，共108页。输出(shch)回路的直流等效电路iC 0uCEICQUCE IBIC

15、第1章上页下页IC=IB返回(fnhu)受控恒流源，是电流控制电流源eCIBIC第90页/共108页第九十一页，共108页。受控源的类型(lixng)第1章上页下页返回(fnhu)电压(diny)控制电压(diny)源（VCVS）I2=gU1+U1-U2=U1+U1-+-电压控制电流源（VCCS）电流控制电压源（CCVS）电流控制电流源（CCCS）U2=I1 I1+-I2=I1 I1第91页/共108页第九十二页，共108页。二、简化的小信号(xnho)模型 三极管工作在放大(fngd)状态时可用电路模型来表征它的特性。建立简化小信号模型的条件：1）三极管工作在放大(fngd)状态;2)输入信

16、号非常小（一般A数量级）上页下页第1章返回第92页/共108页第九十三页，共108页。rbe=200+（1+）26（mv）IE（mA）三极管微变等效模型的建立三极管微变等效模型的建立(jinl)(jinl)步骤：步骤：iB0uBEUce1VIBIBUBE第1章上页下页Q 输入回路微变等效电路返回(fnhu)berbeUBEIBubeib=rbe=ibec+-+-uceubeicb第93页/共108页第九十四页，共108页。输出(shch)回路微变等效电路iC 0uCEICQUCEI CUCE=IBIC rce=ICUCE第1章上页下页iC=ib 返回(fnhu)ic=ib受控恒流源ICIBCe

17、ibrce第94页/共108页第九十五页，共108页。e第1章上页下页返回(fnhu)ibec+-+-uceubeicbebibicrceib等等效效模模型型cuceuberbe+bibiCcib简简化化模模型型ubeucerbe+第95页/共108页第九十六页，共108页。1.6 1.6 绝缘绝缘(juyun)(juyun)栅场效应栅场效应晶体管晶体管 基本结构基本结构(jigu)(jigu)和工作原理和工作原理第1章上页下页返回(fnhu)特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数 简化的小信号模型简化的小信号模型概述概述第96页/共108页第九十七页，共108页。第1章上页下页返回(fnhu)

18、场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，绝缘(juyun)栅型场效应管的应用最为广泛，这种场效应管又称为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOS）。P沟道增强型耗尽型N沟道增强型耗尽型 按其导电类型可将场效应晶体管分为N沟道和P沟道两种，按其导电沟道的形成过程可分为耗尽型和增强型两种。因而就出现了四种不同形式的场效应晶体管，它们是：第97页/共108页第九十八页，共108页。基本基本(jbn)(jbn)结构和工作原理结构和工作原理1.1.结构结构(jigu(jigu)BG栅极(shn j)D漏极SiO2BDGSP型硅衬底S源极N沟道增强型结构示意图图形符号第1章上页下页返回N+N+第

19、98页/共108页第九十九页，共108页。2.2.工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理 D与S之间是两个(lin)PN结反向串联，无论D与S之间加什么极性的电压，漏极电流均接近于零。(1)UGS=0结构(jigu)示意图衬底引线BUDSID=0GDSP型硅衬底SiO2栅源电压对导电沟道的控制作用第1章上页下页N+N+返回第99页/共108页第一百页，共108页。(2)0 UGS UGS(th)栅极下P型半导体表面形成(xngchng)N型导电沟道。当D、S加上正向(zhn xin)电压后可产生漏极电流ID。N+N+SiO2GDS耗尽层BP型硅衬底UGSN型导电(dodin)沟道ID第1

20、章上页下页返回UDS第101页/共108页第一百零二页，共108页。由上述由上述(shngsh)(shngsh)讨论可知讨论可知:UGS愈大，导电沟道(u do)愈厚,在UDS电压作用下,电流ID愈 大。即通过改变电压UGS的大小可以改变漏极电流ID的 大小。随着栅极电压UGS的增加，导电沟道不断增加的场效 管称为增强型场效应管。显然，在UGS=0时，导电沟 道就已经(y jing)存在的场效应管就是耗尽型场效应管。场效应管只有一种载流子参与导电,故称为单极型晶 体管。普通晶体管中空穴和电子两种载流子参与导电 称之为双极型晶体管。上页第1章返回下页第102页/共108页第一百零三页，共108页

21、。上页第1章返回(fnhu)下页 0UDS/v10201234ID/mAUDS=0 VUDS=-1 VUDS=-2 VUDS=1 V可变电阻区 线性放大区N沟道耗尽型MOS管的特性(txng)曲线ID/mA0UGS/V-212UDS=10 VIDSS输出特性转移(zhuny)特性 特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数第103页/共108页第一百零四页，共108页。上页第1章返回(fnhu)下页增强型MOS管的转移(zhuny)特性NMOS管PMOS管UGS 0IDUGS（th）UGS 0IDUGS（th）第104页/共108页第一百零五页，共108页。主要参数主要参数上页第1章返回(fnhu)

22、下页夹断电压UGS(off)：是耗尽型场效应管当ID为一微小电流时的栅源电压。*最大漏源击穿电压U(BR)DS:漏极和源极之间的击穿电压。*最大漏极电流IDM，最大耗散功率PDM 。*低频跨导gm：在UDS为某一固定值时，漏极电流的微小变化和相应的栅源输入电压变化量之比。*栅源直流输入电阻RGS：栅源电压和栅极电流的比值。*开启电压UGS(th)：是增强型场效应管当漏源之间出现导电沟道时的栅源电压。*饱和漏电流IDSS：耗尽型场效应管在UGS=0的情况下，当漏源电压大于夹断电压时的漏极电流。*第105页/共108页第一百零六页，共108页。第1章上页返回(fnhu)BGSD 场效应管的等效场效应管的等效(dn xio)(dn xio)模型模型简简化化模模型型SDUGS+G ID由于(yuy)MOS管的栅源输入电阻很大，故可认为G、S间是开路的。说明一、一、直流模型（耗尽型）直流模型（耗尽型）第106页/共108页第一百零七页，共108页。第1章上页返回(fnhu)简简化化(j ji in nh hu u)模模型型BGSD二、二、简化的小信号简化的小信号(xnho)(xnho)模型模型SDUGS+GgmUGS ID由于MOS管的栅源输入电阻很大，故可认为G、S间是开路的。说明第107页/共108页第一百零八页，共108页。