第1章电路和电路元件课件

1.1 电路和电路的基本物理量电路和电路的基本物理量1.2 电阻、电感和电容元件电阻、电感和电容元件1.3 独立电源元件独立电源元件 1.4 二极管二极管 1.5 双极晶体管双极晶体管 1.6 绝缘栅场效晶体管绝缘栅场效晶体管 第第1章章 电路和电路元件电路和电路元件1.1.1 电路电路1.1.2 电路元件和电路模型电路元件和电路模型1.1.3 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向1.1.4 电路功率电路功率1.1 电路和电路的基本物理量电路和电路的基本物理量放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒手电筒电路手电筒电路扩音器示意图扩音器示意图1、电路电路的概念的概念 电路是电流的通路，是为了电路是电流的通路，是为了实现实现某种某种应用目的，将若干应用目的，将若干电工、电子器件或设备电工、电子器件或设备按一定方式按一定方式所所组组成的整体成的整体。1.1.1 电路电路发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机电炉电炉.输电线输电线电源电源:提供提供电能的装置电能的装置中间环节：中间环节：传递、分传递、分配和控制电能的作用配和控制电能的作用负载负载:取用取用电能的装置电能的装置2、电路的、电路的分类分类依据电路的作用，可将电路分为两类。依据电路的作用，可将电路分为两类。(1)用于用于实现电能传输实现电能传输和和转换转换的电路的电路 强电电路强电电路电压较高、电流和功率较大电压较高、电流和功率较大电力系统电力系统结构图结构图(2)实现信号传递与处理的实现信号传递与处理的电路电路直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源直流电源:提供能源提供能源负载负载信号源信号源:提供信息提供信息放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒弱电电路弱电电路电压较低、电流和功率较小电压较低、电流和功率较小扩音器示意图扩音器示意图1.1.2 电路元件和电路模型电路元件和电路模型（1 1）实际电路元件实际电路元件实际电路元件实际电路元件和和和和理想电路元件理想电路元件理想电路元件理想电路元件 实际电路元件：构成电路的电工、电子器件或设备。实际电路元件：构成电路的电工、电子器件或设备。理想电路元件：理想电路元件：具有某种确定的电磁性质的假想元件，它们及具有某种确定的电磁性质的假想元件，它们及其组合，可以反映出实际电路元件的电磁性质和电路的电磁现象。其组合，可以反映出实际电路元件的电磁性质和电路的电磁现象。理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源理想电路元件主要有电阻元件、电感元件、电容元件和电源元件等。元件等。开关开关R+RoES+UI灯泡灯泡电池电池导线导线（2）实际电路实际电路和和电路电路模型模型实际电路：用实际原件构成的电路实际电路：用实际原件构成的电路实际电路：用实际原件构成的电路实际电路：用实际原件构成的电路电路模型：将实际原件都由其相应的模型表示后就够成实际电电路模型：将实际原件都由其相应的模型表示后就够成实际电电路模型：将实际原件都由其相应的模型表示后就够成实际电电路模型：将实际原件都由其相应的模型表示后就够成实际电路的电路模型。路的电路模型。路的电路模型。路的电路模型。1.1.3 1.1.3 电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向电流、电压及其参考方向1.1.电流及其参考方向电流及其参考方向电流及其参考方向电流及其参考方向电流电流：电路中电路中带电粒子带电粒子在电源的作用下在电源的作用下有规则的有规则的移动形成电流。移动形成电流。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。电流的大小电流的大小：电荷量对时间的变化率电荷量对时间的变化率：直流电流直流电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。电流的参考方向电流的参考方向任意假定的实际方向任意假定的实际方向(用箭头表示用箭头表示)。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。i 参考方向参考方向AB电流的电流的单位单位：1kA=103A，1mA=10-3A，1 A=10-6AA（安培）、（安培）、kA、mA、Ai 0i 0实际方向实际方向 实际方向实际方向电流的参考方向与实际方向的关系电流的参考方向与实际方向的关系：i 参考方向参考方向ABi 参考方向参考方向ABb.i 0，电流的实际方向与参考方向相同；例1:判断各支路电流的实际方向2.2.电压及其参考方向电压及其参考方向电压及其参考方向电压及其参考方向电流的参考方向有两层含义电流的参考方向有两层含义：1 1）电流的参考方向可以任意指定。电流的参考方向可以任意指定。2 2）在指定的参考方向下，从电流数值的正、负来确定的实际方向。在指定的参考方向下，从电流数值的正、负来确定的实际方向。电压电压电压电压：是描述电场力对电荷做功的物理量，定义为：是描述电场力对电荷做功的物理量，定义为：是描述电场力对电荷做功的物理量，定义为：是描述电场力对电荷做功的物理量，定义为单位单位单位单位正正正正电荷从电荷从电荷从电荷从一点移至另一点一点移至另一点一点移至另一点一点移至另一点电场力电场力电场力电场力作的功：作的功：作的功：作的功：电压的实际方向电压的实际方向电压的实际方向电压的实际方向高电位指向低电位高电位指向低电位高电位指向低电位高电位指向低电位的方向，即电位真正降低的方的方向，即电位真正降低的方的方向，即电位真正降低的方的方向，即电位真正降低的方向。向。向。向。acb例：例：已知：已知：已知：已知：V V V Va a a a=2V,V=2V,V=2V,V=2V,Vb b b b=-2V,=-2V,=-2V,=-2V,分析各点之间的电压及电压的实际方向分析各点之间的电压及电压的实际方向分析各点之间的电压及电压的实际方向分析各点之间的电压及电压的实际方向单位单位V(伏)、kV、mV、V直流电压直流电压直流电压直流电压：电压的大小和极性不随时间变化。电压的大小和极性不随时间变化。电压的大小和极性不随时间变化。电压的大小和极性不随时间变化。交流电压交流电压交流电压交流电压：电压的大小和极性随时间变化。电压的大小和极性随时间变化。电压的大小和极性随时间变化。电压的大小和极性随时间变化。电压的参考方向电压的参考方向电压的参考方向电压的参考方向：任意假定的实际方向任意假定的实际方向任意假定的实际方向任意假定的实际方向,用用用用“+”“+”“+”“+”“-”-”-”-”符号表示。符号表示。符号表示。符号表示。U+电压的参考方向与实际方向的关系电压的参考方向与实际方向的关系：a.u 0，电压的实际方向与参考方向相同；b.u 0 吸收正功率吸收正功率 (实际吸收实际吸收)P0 发出正功率发出正功率 (实际发出实际发出)P1VuBE/VOiB/A2uCE/VOiC/mA4682468100AIB=0饱和区饱和区截止区截止区放大区放大区80A60A40A20A截止区：截止区：截止区：截止区：I IB B=0 =0 曲线一下区域曲线一下区域曲线一下区域曲线一下区域 特点：集电结、发射结均反向偏特点：集电结、发射结均反向偏置，无放大作用，置，无放大作用，IC=ICEO0，集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：UCEUBE的区域的区域 特点：发射结、集电结均正向偏置，无放大作用特点：发射结、集电结均正向偏置，无放大作用,有有IC，但，但UCE=UCES0（约（约0.3V），），集电极与发射极相当集电极与发射极相当于接通的开关于接通的开关用于开关电路。用于开关电路。2uCE/VOiC/mA4682468100AIB=0饱和区饱和区截止区截止区放大区放大区80A60A40A20A放大区：放大区：I IC C=I IB B特点：发射结正向偏置，集电结反向偏置，有放大作特点：发射结正向偏置，集电结反向偏置，有放大作用用用于放大电路。用于放大电路。2.主要参数主要参数电流放大系数电流放大系数 穿透电流穿透电流ICEO集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM集电极集电极发射极反向击穿电压发射极反向击穿电压U(BR)CEO1.5.3 简化的小信号模型简化的小信号模型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：四种受控源符号：四种受控源符号：VCVSVCCSCCVSCCCS2晶体管的简化小信号模型晶体管的简化小信号模型 晶体管工作在放大区，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。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。部分晶体管的照片部分晶体管的照片1.6 绝缘栅场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管1.6.1 基本结构和工作原理基本结构和工作原理1.6.2 特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数1.6.3 简化的小信号模型简化的小信号模型1.6.1 基本结构和工作原理基本结构和工作原理类型：类型：类型：类型：N N沟道绝缘栅场效应管（沟道绝缘栅场效应管（沟道绝缘栅场效应管（沟道绝缘栅场效应管（NMOSNMOS）P P沟道绝缘栅场效应管（沟道绝缘栅场效应管（沟道绝缘栅场效应管（沟道绝缘栅场效应管（PMOSPMOS）增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管 耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管1.基本结构基本结构耗尽型耗尽型NMOS管结构管结构G 栅极栅极S 源极源极D 漏极漏极耗尽型耗尽型NMOS 在二氧化硅绝缘层中掺入大量正离在二氧化硅绝缘层中掺入大量正离在二氧化硅绝缘层中掺入大量正离在二氧化硅绝缘层中掺入大量正离子，不加子，不加子，不加子，不加U UGS GS 在两个在两个在两个在两个N N+区之间存在区之间存在区之间存在区之间存在N N型型型型导电沟道。导电沟道。导电沟道。导电沟道。增强型增强型NMOS管结构管结构 在二氧化硅绝缘层中掺入少量正离子，尚未形成在二氧化硅绝缘层中掺入少量正离子，尚未形成导电沟道导电沟道,只有加入足够大的只有加入足够大的UGS时才形成导电沟道。时才形成导电沟道。P沟道沟道MOS管的符号管的符号 增强型增强型NMOSGDSB增强型增强型PMOS耗尽型耗尽型PMOSGDSBGDSB2.工作原理工作原理 在在在在D D-S S间外加电源间外加电源间外加电源间外加电源U UDDDD，加于，加于，加于，加于G G-S S间的电压间的电压间的电压间的电压U UGSGS变化时，漏极电流变化时，漏极电流变化时，漏极电流变化时，漏极电流I ID D变化。变化。变化。变化。UGS控制控制ID 电压控制型器件。电压控制型器件。对耗尽型对耗尽型NMOS，UGS可正可负；可正可负；对增强型对增强型NMOS，UGS为正。为正。1.6.2 特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数1.1.特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线输出特性：输出特性：转移特性：转移特性：耗尽型耗尽型NMOS管的特性曲线管的特性曲线 增强型增强型MOS管的转移特性管的转移特性NMOS管管PMOS管管2.主要参数主要参数夹断电压夹断电压夹断电压夹断电压U UGSGS(offoff)耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型MOSMOS管参数。管参数。管参数。管参数。开启电压开启电压U UGSGS(thth)增强型增强型MOS管参数。管参数。饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS 耗尽型耗尽型MOS管参数。管参数。低频跨导低频跨导gm 最大漏极电流最大漏极电流IDM 最大耗散功率最大耗散功率PDM 最大漏最大漏-源极击穿电压源极击穿电压U(BR)DS 栅源直流电阻栅源直流电阻RGS 1.6.3 简化的小信号模型简化的小信号模型栅源电阻很大，栅极电流栅源电阻很大，栅极电流IG0 栅源电压控制漏极电流栅源电压控制漏极电流 电压控制电流源模型电压控制电流源模型