電路和電路元件課件

1、 第1章 電路和電路元件1.1 電路和電路的基本物理量1.2 電阻、電感和電容元件1.3 獨(dú)立電源元件1.4 二極管1.5 雙極晶體管1.6 絕緣柵場(chǎng)效晶體管1.理解電路基本物理量的定義及其意義；2. 理解電路元件的特性，了解電路元件的參數(shù)及其模型。3. 理解獨(dú)立電源元件及其模型。4. 理解二極管、晶體管的基本構(gòu)造、工作原理和特性（曲線）、主要參數(shù)的意義及小信號(hào)模型。本章要求:教材P32-36：1.1.1; 1.2.2; 1.2.6; 1.3.1; 1.3.4; 1.4.1; 1.4.4;1.5.4; 1.5.6; 1.6.1; 1.6.3。本章作業(yè):1.1 電路和電路的基本物理量 (1) 實(shí)

2、現(xiàn)電能的傳輸、分配與轉(zhuǎn)換 電路的分類（作用）兩個(gè) 電路是電為了實(shí)現(xiàn)某種應(yīng)用目的，將若干電工、電子器件或設(shè)備按一定方式相互連接所組成的整體。發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓器電燈電動(dòng)機(jī)電爐.輸電線1.1.1 電路 電路的基本特征是基本中存在著電流的通路。 由于電的應(yīng)用很廣泛，所以電路的具體形式是多種多樣、千變?nèi)f化的。 (2)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳遞與處理放大器揚(yáng)聲器話筒 這類電路由于電壓較高、電流和功率較大，習(xí)慣上稱不“強(qiáng)電”電路。 這類電路通常電壓較低、電流和功率較小，習(xí)慣上稱不“弱電”電路。 電路的組成部分電源: 提供電能的裝置負(fù)載: 取用電能的裝置中間環(huán)節(jié)：傳遞、分配和控制電能的作用發(fā)電機(jī)升壓變壓器降壓變壓

3、器電燈電動(dòng)機(jī)電爐.輸電線 電路一般由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三部分組成。 直流電源直流電源: 提供能源負(fù)載信號(hào)源: 提供信息電路的組成部分放大器揚(yáng)聲器話筒 電源或信號(hào)源的電壓或電流稱為激勵(lì)，它推動(dòng)電路工作；由激勵(lì)所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)。信號(hào)處理：放大、調(diào)諧、檢波等1.1.2 電路元件和電路模型 實(shí)際電路元件：用于構(gòu)成電路的電工源或信號(hào)源的電壓或電流稱、電子元器件，簡(jiǎn)稱為實(shí)際元件。實(shí)際元件種類繁多，各具其他特性和用途。 實(shí)際電路：用實(shí)際元件構(gòu)成的電路。 某一個(gè)實(shí)際電路元件往往呈現(xiàn)多種物理性質(zhì)。如線圈具有：電感、電阻、電容。 實(shí)際電路元件的模型：為了便于進(jìn)行電路分析，常采用一些理想電路元件來(lái)表征實(shí)

4、際元件的特性。 理想電路元件，簡(jiǎn)稱電路元件：是對(duì)實(shí)際元件在一定條件下進(jìn)行的科學(xué)抽象而得到的，具有某種理想的電路特性。理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。一般只含有一個(gè)電路參數(shù)。電路模型手電筒的電路模型 將實(shí)際電路中的各種實(shí)際元件都用其相應(yīng)的模型表示后，就構(gòu)成實(shí)際電路的電路模型。例：手電筒 由電池、燈泡、開(kāi)關(guān)和筒體組成。+R0R開(kāi)關(guān)EI電珠+U干電池導(dǎo)線 電路模型是由一些理想電路元件相互連接而構(gòu)成的整體，是實(shí)際電路的一種等效表示，故也稱為等效電路。 建立電路模型給實(shí)際電路的分析帶來(lái)很大方便，是研究電路問(wèn)題的常用方法。 今后分析的都是指電路模型，簡(jiǎn)稱電路。在電路圖中，各種電

5、路元件都用規(guī)定的圖形符號(hào)表示。 理想電路元件主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。1.1.3 電流、電壓及其參考方向 帶電粒子在電源作用下的有規(guī)則移動(dòng)形成電流。（1） 電流及其參考方向 習(xí)慣上規(guī)定正電荷移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯膶?shí)際方向。 電荷（量）對(duì)時(shí)間的變化率稱為電流，即單位：為安培（A），毫安（mA)、微安(A)或千安(kA)。直流電流（direct current，簡(jiǎn)稱DC，用大寫字母I表示）：大小和方向都不隨時(shí)間變化。交流電流（alternating current，簡(jiǎn)稱AC，用小寫字母i表示）：大小和方向都隨時(shí)間變化。 電流 參考方向的表示方法I 在進(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí)，為了列出與

6、電流有關(guān)的表達(dá)式，必須預(yù)先假定電流的方向，稱為電流的參考方向（也稱為正方向）。Iab文字中：雙下標(biāo)電流的參考方向電路中：箭標(biāo)abRI+R0E3V注意： 如果實(shí)際方向可以判定，就取其為參考方向，否則參考方向任意假定。 在參考方向選定后,電流(或電壓)值才有正負(fù)之分。正表示電流實(shí)際方向與參考方向一致，否則相反。 交直流都必須規(guī)定參考方向。（2）電壓及其參考方向 電動(dòng)勢(shì)是描述電源中非靜電場(chǎng)力對(duì)電荷作功的物理量，它在數(shù)量上等于非靜電場(chǎng)力在電源內(nèi)部將單位正電荷，從負(fù)極移至正極所作的功。 在右圖所示電路中，電池具有電動(dòng)勢(shì)E。+R0E3V 電動(dòng)勢(shì)的單位為伏特（V）。 在電動(dòng)勢(shì)E的作用下，電源和負(fù)載兩等到電壓

7、Uab，并有電流I流過(guò)。 Uab+_ 電壓是描述電場(chǎng)力對(duì)電荷作功的物理量。定義為單位：為伏特（V），毫伏（mV)、微伏(V)或千伏(kV)。直流電壓（大寫字母U表示）：大小和方向都不隨時(shí)間變化。（2）電壓及其參考方向 圖中a、b兩點(diǎn)之間的電壓Uab電壓就是a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差，在數(shù)值上等于電場(chǎng)力驅(qū)使單位正電荷從a點(diǎn)移至b點(diǎn)所作的功。 a點(diǎn)（或b點(diǎn)）的電位Va（或Vb）在數(shù)值上等于電場(chǎng)力驅(qū)使單位正電荷從a點(diǎn)（或b點(diǎn)）移至零電位點(diǎn)所作的功。 零電位點(diǎn)又稱參考點(diǎn)，可以位意設(shè)定，常用符號(hào)“”表示。 圖中若先b為參考點(diǎn)，則交流電壓（小寫字母i表示）：大小和方向都隨時(shí)間變化。b+R0E3V Uab+_a 上

8、式表明，要知道某一點(diǎn)的電位，只要計(jì)算該點(diǎn)到參考點(diǎn)的電壓就可得到。（2）電壓及其參考方向 電壓是由于兩點(diǎn)之間的電位的高低差別而形成的，它的方向是從高電位指向低電位，是電位降低的方向。 電動(dòng)勢(shì)的方向則是從低電壓指向高電位，是電位升高的方向。電位的單位：伏特（V）b+R0E3V Uab+_a 在進(jìn)行電路分析計(jì)算時(shí)，為了列出與電壓有關(guān)的表達(dá)式，必須預(yù)先假定電壓或電動(dòng)勢(shì)的參考方向，也稱為參考極性。電壓的參考方向（極性）用“”、“”極性表示。 當(dāng)電壓采用雙下標(biāo)（例如Uab）表示時(shí)，習(xí)慣上認(rèn)為前一個(gè)下標(biāo)的端點(diǎn)為參考方向的“+”。說(shuō)明： 電壓參考方向和電流參考方向可以分別加以假定，但在電路分析時(shí)，對(duì)電源（或電

9、路）以外的元件，常假定其電壓參考方向與電流參考方向一致。即電流的參考方向從電壓參考方向“+”端流向“-”端。稱這種參考方向的規(guī)定為關(guān)聯(lián)參考方向。 為了便于分析，如果電壓和電勢(shì)的實(shí)際方向已知，常以其實(shí)際方向作為參考方向。 在采用關(guān)聯(lián)系參考方向時(shí)，如果標(biāo)出某個(gè)電路元件的電壓（或電流）的參考方向，則該元件的電流（或電壓）的參考方向就隨之關(guān)聯(lián)地確定，可以不再標(biāo)出。功率是電路分析中常用的另一個(gè)物理量。 如果某個(gè)元件（某段電路）的電流i和電壓u參考方向采用關(guān)聯(lián)參考方向，則其功率 單位為瓦特（W）為正值時(shí)表示該元件（電路）吸收功率（消耗電能或吸收電能）；若為負(fù)值則表示輸出功率，即送出電能。1.1.4 電路功

10、率說(shuō)明： 習(xí)慣上對(duì)電源的端電壓和流過(guò)的電流采用非關(guān)聯(lián)系參考方向。其功率 （0)表示電源向外電路提供功率。 在時(shí)間t1和t2期間，元件（或電路）吸收的電能為電能的單位為焦耳（J），實(shí)用中常采用千瓦時(shí)（kWh），1 kWh=3.6106 J，俗稱為1度電。例1.1.1負(fù)值表示E2吸收功率，即電池處于充電狀態(tài)。解：(1)d為參考點(diǎn)，由歐姆 定律得Ubd=R3I3=9 V 在下圖所示電路中，d為電路參考點(diǎn)，各元件的參數(shù)值及電壓、電流參考方向如圖所示，并已知I1=2 A，I2=-1.25 A，I3=0.75 A。試求（1） a、b、c各點(diǎn)的電位，Va、Vb、Vc；（2）電壓Uab、Ubc；（3）E1、E

11、2輸出功率PE1、PE2。 (3) PE1=E1I1=102 W=20 W (2) Uab=R1I1=0.52 V=1 V，PE2=E2I2=8(-1.25) W= -10 W故 Vb=Ubd=9 VI1adb+-E28VR2 0.8 + -R312 R1 0.5E110 VcI2I3Ubc=- Ucb。也可以理解為非關(guān)聯(lián)參考方向下的歐姆定律表達(dá)式。因?yàn)閰⒖挤较蚴菑腸指向b，故 Ubc= R2I2=-0.8 (-1.25) V=1 V;1. 2 電阻、電感和電容元件 電路中普遍存在著電能的消耗、磁場(chǎng)能量的儲(chǔ)存、電場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存這三種基本的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。表征這三種物理性質(zhì)的電路參數(shù)是電阻、電感和電容

12、。 電阻、電感、電容元件的圖形符號(hào)如下： 本節(jié)先討論（理想）電阻、電感、電容元件的基本特性，然后介紹實(shí)際電阻器、電感器和電容器的主要參數(shù)及模型。+Rui-+Cui-+Lui-+-eL 線性電阻的伏安特性滿足歐姆律（Ohms Law），當(dāng)電壓和電流的參考方向?yàn)殛P(guān)聯(lián)參考方向時(shí)，其伏安特性為1.2.1 電阻元件(簡(jiǎn)稱電阻)上式表明，線性電阻的電壓與電流之間成線性函數(shù)關(guān)系。 電阻上的壓和電流之間關(guān)系稱為伏安特性。u=RiR為元件的參數(shù)電阻，是一個(gè)與電壓、電流無(wú)關(guān)的常數(shù)，單位為歐姆（）。 如果電阻上的伏安特性曲線在u-i平面上是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，則稱為線性電阻。+Rui-線性關(guān)系函數(shù)具有的性質(zhì)： （1

13、）比例性（亦稱齊次性）。變量隨自變量成比例增加。 電阻吸收的功率為 （2）可加性。若電流i1、i2在電阻R上分別產(chǎn)生的電壓為u1=Ri1、u2=Ri2，則電流之和i1+i2產(chǎn)生的電壓為u=R(i1+i2)=u1+u2。 從t1到t2的時(shí)間內(nèi)，電阻元件吸收的電能為電阻吸收的電能全部轉(zhuǎn)化成熱能，是不可逆的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，因此，電阻是一個(gè)耗能元件。 如果電阻上的電壓與電流之間不是線性函數(shù)關(guān)系，則稱為非線性電阻。非線性電阻在u-i平面上的伏安特性曲線是一條通過(guò)原點(diǎn)或不通過(guò)原點(diǎn)的曲，也可以是不通過(guò)原點(diǎn)的直線。本章1.4節(jié)將要介紹的二極管就是一個(gè)典型的非線性電阻元件。1.2.2 電感元件(簡(jiǎn)稱電感) 當(dāng)流過(guò)

14、電感的電流i發(fā)生變化時(shí)，則要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)eL，元件兩端就有電壓u。若電感元件的i，eL，u的參考方向如圖所規(guī)定，則有 通有電流i的電感元件，會(huì)在其周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。若電感線圈匝數(shù)為N，每匝磁通為，則其匝數(shù)與磁通之積為N。N =LiL為元件的參數(shù)電感，是一個(gè)與磁通、電流無(wú)關(guān)的常數(shù)，單位為亨利（H）。磁通的單位為韋伯 （ Wb ）。 線性感元件的特性方程為 如果電感元件中的磁通和電流i之間是線性函數(shù)關(guān)系，則稱為線性電感，否則稱為非線性電感。+Lui-+-eL1.2.2 電感元件(簡(jiǎn)稱電感) 對(duì)恒定電流（直流電），電感元件的端電壓為零，故在直流電路的穩(wěn)態(tài)情況下電感元件相當(dāng)于短路。 當(dāng)流過(guò)電感的電流增大

15、時(shí)，磁通增大，它所儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量也變大。如果電流減小到零，所儲(chǔ)存的能量全部釋放出來(lái)，故電感元件本身不消耗能量，是一個(gè)儲(chǔ)能元件。這表明線性電感的端電壓u與電流i對(duì)時(shí)間的變化率di/dt成正比。 在0到t1時(shí)間，流過(guò)電感的電流由0變到I時(shí)，電感所儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量為 上式表明，電感元件在某一時(shí)刻的儲(chǔ)能只取決于該時(shí)刻的電流值，而與電流的過(guò)去變化進(jìn)程無(wú)關(guān)。1.2.3 電容元件(簡(jiǎn)稱電容) 當(dāng)電容兩端的電壓u發(fā)生變化時(shí)，其極板上的電荷量就隨之變化，和極板連接的導(dǎo)線中就有電流i，若u，i的參考方向如圖所規(guī)定，則有 當(dāng)電容兩端加有電壓u時(shí)，它的極板上就會(huì)儲(chǔ)有電荷量q。q =CuC為元件的參數(shù)電容，是一個(gè)與電荷量

16、、電壓無(wú)關(guān)的常數(shù)，單位為法拉(F)。這個(gè)單位比較大，實(shí)用中常采用微法(F)、 納法(nF)或皮法(pF) 。1 F=106 F=109 nF=1012 pF。 線性容元件的特性方程為 如果電荷量q和電壓u之間是線性函數(shù)關(guān)系，則稱為線性電容，否則稱為非線性電容。+Cui-1.2.3 電容元件(簡(jiǎn)稱電容) 對(duì)恒定電電壓，電容的電流為零，故在直流電路的穩(wěn)態(tài)情況下電容元件相當(dāng)于開(kāi)路。 和電感相類似，電容元件本身不消耗能量，是一個(gè)儲(chǔ)能元件能量?jī)?chǔ)存于電容的電場(chǎng)之中。這表明線性電容的電流i 與電壓對(duì)時(shí)間的變化率du/dt成正比。 在0到t1時(shí)間，流過(guò)電容的電壓由0變到U時(shí)，電容所儲(chǔ)存的電場(chǎng)能量為 上式表明，

17、電容元件在某一時(shí)刻的儲(chǔ)能只取決于該時(shí)刻的電壓值，而與電壓的過(guò)去變化進(jìn)程無(wú)關(guān)。1.2.4 實(shí)際元件的主要參數(shù)及電路模型 電阻器的種類很多，如鑄鐵電阻器、繞線電阻器、碳膜電阻器、金屬膜電阻器等。電阻器的主要參數(shù)為： 實(shí)際的電阻器、電感器和電容器，是人們?yōu)榱说玫揭欢〝?shù)值的電阻、電感和電容而制成的元件。它們?cè)陔姽る娮与娐分袘?yīng)用廣泛。 標(biāo)稱阻值：電阻器上所標(biāo)的電阻值。 允許偏差：實(shí)際阻值與標(biāo)稱值之差和標(biāo)稱值的百分?jǐn)?shù)。 額定功率（或額定電流）： 例：某RJ-2型金屬膜電阻器，標(biāo)稱阻值為820 ，允許偏差為5%，額定功率為2 W。具體標(biāo)注方法請(qǐng)參見(jiàn)有關(guān)手冊(cè)。 選用：其電阻值符合要求，而且實(shí)際消耗功率（或通過(guò)

18、的電流）不允許超過(guò)額定功率（或額定電流）。電阻的標(biāo)稱值誤差標(biāo)稱值 10%（E12） 5% （E24）1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2電阻的標(biāo)稱值 = 標(biāo)稱值10n1.0、1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1等參考資料，不講電阻器的色環(huán)表示法四環(huán)五環(huán)倍率10n誤差有效數(shù)字誤差 黑、棕、紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫、灰、白、金、銀 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.1 0.01誤差: 1%

19、 2 0.5 0.2 0.1 5 10有效數(shù)字倍率10n參考資料，不講如電阻的4個(gè)色環(huán)顏色依次為：綠、棕、金、金如電阻的5個(gè)色環(huán)顏色依次為：棕、綠、黑、金、紅四環(huán)倍率10n誤差有效數(shù)字五環(huán)有效數(shù)字誤差倍率10n參考資料，不講額定值 額定值是制造廠為保證器件或設(shè)備能長(zhǎng)期安全工作在設(shè)計(jì)制造時(shí)確定的，通常標(biāo)示在器件或設(shè)備的銘牌上，也可以從產(chǎn)品技術(shù)文件或手冊(cè)中查得。 各種電工電子器件或設(shè)備，其工作電壓、電流和功率等都有一個(gè)定額，稱為額定值。 在使用各種器件或設(shè)備時(shí)，務(wù)請(qǐng)了解其額定值，按規(guī)定的條件正確使用，以防損壞。 電氣設(shè)備的額定值 額定值: 電氣設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定使用值 1. 額定值反映電氣設(shè)備

20、的使用安全性； 2. 額定值表示電氣設(shè)備的使用能力。 注意：電氣設(shè)備工作時(shí)的實(shí)際值不一定都等于其額定值，要能夠加以區(qū)別。電氣設(shè)備的三種運(yùn)行狀態(tài)欠載(輕載)： I IN ，P IN ，P PN (設(shè)備易損壞)額定工作狀態(tài)： I = IN ，P = PN (經(jīng)濟(jì)合理安全可靠) 參考資料，不講電感器 通常是用導(dǎo)線繞制而成的線圈，有的電感線圈含有鐵芯，稱為鐵芯線圈。 線圈中放入鐵芯可以大大增加其電感的數(shù)值，但卻引起了非線性，并產(chǎn)生鐵芯損耗。 電阻器的主要參數(shù)為： 電感值： 額定電流： 例：某LG4型電感器，電感量為標(biāo)稱值為820 H，最大工作電流為150 mA。電容器 通常由絕緣介質(zhì)隔開(kāi)的金屬極板組成

21、。 其種類很多，主要是介質(zhì)不同，如紙、云母、瓷、滌綸、玻璃釉、鉭、電解質(zhì)、空氣等都是常見(jiàn)的介質(zhì)。 電容器的主要參數(shù)為： 標(biāo)稱容量： 額定電壓： 例：某CJ10型紙介質(zhì)電容器，標(biāo)稱容量為0.15 F、額定工作電壓為400 V。 在使用中，電容器實(shí)際承受電壓不允許超過(guò)額定值，否則可能使其絕緣介質(zhì)被擊穿。 電解電容器有正、負(fù)極，使用時(shí)，應(yīng)用將正極接高電位端，負(fù)極接低電位端，不能接反。實(shí)際元件的電路模型 實(shí)際電阻器、電感器和電容器在多數(shù)情況下可以只考慮其主要物理性質(zhì)，將它們近似地看作理想元件。 但在有些情況下，除考慮這些元件的主要物理性質(zhì)外，還要考慮其次要的物理性質(zhì)，此時(shí)可用R、L、C組成的電路模型來(lái)

22、表示。不同情況下具體的模型不同，如： 考慮電能損耗時(shí)的電容器模型RCLRC 考慮電能損耗和磁場(chǎng)能儲(chǔ)存時(shí)的電容器模型電路元件串并聯(lián)時(shí)參數(shù)計(jì)算公式 在實(shí)際使用中，若單個(gè)器件參數(shù)不能滿足要求，常將幾個(gè)元件串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)使用，R、L、C元件串聯(lián)、并聯(lián)參數(shù)計(jì)算公式如下： 例 1.2.1：（教材P9），怎樣選用元件組成符合參數(shù)要求的電路。連接方式串 聯(lián)并 聯(lián)等效電阻等效電感等效電容1.3 獨(dú)立電源元件 能向電路獨(dú)立地提供電壓、電流的器件或裝置稱為獨(dú)立電源，如化學(xué)電池、發(fā)電機(jī)、穩(wěn)壓電源、穩(wěn)流電源等。本節(jié)介紹理想電源元件電壓源和電流源，及實(shí)際電源的模型。1.3.1 電壓源和電流源 電壓源和電流源都是理想化的電

23、源元件，其圖形符號(hào)如下：+-電壓源電流源 在電路分析中，電壓源的電壓和電流、電流源的電流和電壓的參考方向都采用非關(guān)系參考方向。電壓源電流源 電壓源是一個(gè)理想二端元件。電壓源具有兩個(gè)特點(diǎn): (1) 能提供一個(gè)恒定值的電壓(又稱源電壓)直流電壓US或是按某一定規(guī)律隨時(shí)間變化的電壓us（如電力系統(tǒng)的正弦電壓）。端電壓與流過(guò)它的電流無(wú)關(guān)(不因外電路不同而改變)。 (2) 輸出的電流i(t)取決于外電路，由外電路的負(fù)載決定。 電流源也是一個(gè)理想二端元件，它具有以下兩個(gè)特點(diǎn): (1) 能提供的一個(gè)恒定的電流(又稱為源電流)直流電流IS或是某種確定的時(shí)間函數(shù)is(t)，輸出電流與端電壓無(wú)關(guān)。 (2)其端電壓

24、u(t)取決于外電路，由外電路負(fù)載決定。 實(shí)際電源一般不具有理想電源的特征，即當(dāng)外接負(fù)載變化時(shí)，其所提供的電壓或電流都會(huì)發(fā)生變化。1.3.2 實(shí)際電源的模型 實(shí)際電源的特性可以用理想電源元件和電阻元件的組合來(lái)表征。 當(dāng)外部負(fù)載變化時(shí)，有的電源輸出特性，比較接近電壓源的特性，有的比較接近電流源的特性。 由負(fù)載R減小，I增大，輸出電壓U下降低這特性可知，實(shí)際電源可以用以下電壓源模型來(lái)表示。 在右圖所示電路中，當(dāng)外接負(fù)載斷開(kāi)（稱為開(kāi)路）時(shí)，設(shè)其端電壓U=US（稱為開(kāi)路電壓）。實(shí)際有源元件RLUA+-VI 實(shí)際電源可以用電壓源US和電阻R0（電源的內(nèi)阻）串聯(lián)的模型（稱為電壓源模型）來(lái)表示，如下圖所示。

25、電壓源模型 由上式可知，電源內(nèi)阻R0越小（R0R），輸出電流I就越接近IS（源電流），該實(shí)際電源的特性就越接近電流源。令I(lǐng)R0+-URL實(shí)際電源元件I+-URL 上式表示，實(shí)際電源可以用電流源IS和電阻R0并聯(lián)的模型（稱為電流源模型）來(lái)表示，如下圖所示。則有 一個(gè)實(shí)際電源元件既可以用電壓源模型（電壓源US與內(nèi)阻R0的串聯(lián)）表示，也可以用一個(gè)電流源模型（電流源IS與內(nèi)阻R0的并聯(lián)）來(lái)表示，如圖1.3.5(a)、(b)虛線框中部分所示。(a)圖中US的數(shù)值等于實(shí)際電源的開(kāi)路電壓，(b)圖中IS的數(shù)值等于實(shí)際電源的短路電流（R=0時(shí)的電流）。IR0+-URLR0I+-URL圖1.3.5(a)圖1.3

26、.5(b)說(shuō)明： 注意：很多實(shí)際電源的內(nèi)阻R0很小，在實(shí)際使用中絕不允許將這類實(shí)際電源短路。 一個(gè)實(shí)際有源元件既可用電壓源模型來(lái)表示，又可以用電流源模型來(lái)表示。這就說(shuō)明，電壓源組模型和電流源組合模型是可以相互等效互換的，如下圖所示，這一變換原理簡(jiǎn)稱為電源互換原理。 電源互換原理兩種電源模型的等效互換由實(shí)際電源輸出特性可得變換條件為 U = US IR0U = （IS I）R0IR0+-UR0+-UI或注意： 內(nèi)阻不變； （理想）電壓源和電流源不能等于互換。(2) 等效變換時(shí)，兩電源的參考方向要一一對(duì)應(yīng)。(3) 理想電壓源與理想電流源之間無(wú)等效關(guān)系。(1) 電壓源和電流源的等效關(guān)系只對(duì)外電路而言

27、，對(duì)電源內(nèi)部則是不等效的。 注意事項(xiàng)：例：當(dāng)RL= 時(shí)，電壓源的內(nèi)阻 R0 中不損耗功率，而電流源的內(nèi)阻 R0 中則損耗功率。(4) 任何一個(gè)電動(dòng)勢(shì) E 和某個(gè)電阻 R 串聯(lián)的電路， 都可化為一個(gè)電流為 IS 和這個(gè)電阻并聯(lián)的電路。R0+EabISR0abR0+EabISR0ab參考資料，不講 解：本題注意實(shí)際電源內(nèi)阻的求法，及兩類電源模型的特性方程的應(yīng)用。例題1.3.1(教材P13）實(shí)際電源元件I+-URL電源兩種模型之間的等效變換由圖a： U = E IR0由圖b： U = ISR0 IR0IRLR0+EU+電壓源等效變換條件:E = ISR0RLR0UR0UISI+電流源參考資料，不講例

28、1:求下列各電路的等效電源解:+abU25V(a)+abU5V(c)+(c)a+-2V5VU+-b2+(b)aU 5A23b+(a)a+5V32U+a5AbU3(b)+參考資料，不講例2:試用電壓源與電流源等效變換的方法計(jì)算2電阻中的電流。解:8V+22V+2I(d)2由圖(d)可得6V3+12V2A6112I(a)2A3122V+I2A61(b)4A2222V+I(c)參考資料，不講例3： 解：統(tǒng)一電源形式試用電壓源與電流源等效變換的方法計(jì)算圖示電路中1 電阻中的電流。2 +-+-6V4VI2A 3 4 6 12A362AI4211AI4211A24A參考資料，不講繼前頁(yè)I4211A24A1

29、I421A28V+-I4 11A42AI213A參考資料，不講例3: 電路如圖。U110V，IS2A，R11，R22，R35 ，R1 。(1) 求電阻R中的電流I；(2)計(jì)算理想電壓源U1中的電流IU1和理想電流源IS兩端的電壓UIS；(3)分析功率平衡。解：(1)由電源的性質(zhì)及電源的等效變換可得：aIRISbI1R1(c)IR1IR1RISR3+_IU1+_UISUR2+_U1ab(a)aIR1RIS+_U1b(b)參考資料，不講(2)由圖(a)可得：理想電壓源中的電流理想電流源兩端的電壓aIRISbI1R1(c)aIR1RIS+_U1b(b)參考資料，不講IR1IR1RISR3+_IU1+

30、_UISUR2+_U1ab(a)各個(gè)電阻所消耗的功率分別是：兩者平衡：(60+20)W=(36+16+8+20)W80W=80W(3)由計(jì)算可知，本例中理想電壓源與理想電流源 都是電源，發(fā)出的功率分別是：參考資料，不講1.4 二極管 現(xiàn)代電子技術(shù)器件是由半導(dǎo)體材料制成的，二極管、雙極晶體管（Bipolar Junction Transistor），是最基本的元件，本節(jié)介紹二極管。 二極管是一種應(yīng)用非常廣泛的電路器件，它的工作原理是基于PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?用來(lái)制造半導(dǎo)體器件的主材料是硅、鍺和砷化鎵等。1.4.0 半導(dǎo)體簡(jiǎn)介 純凈的半導(dǎo)體（稱為本征半導(dǎo)體）中含有自由電子（帶負(fù)電）和空穴（帶正電）

31、兩種運(yùn)載電流的粒子（稱為載流子），它本的數(shù)量相等，因此，本征半導(dǎo)體呈電中性。 載流子的數(shù)量隨溫度的升高而增加。半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：熱敏特性、光敏特性、摻雜特性。熱敏特性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。 參考資料，不講半導(dǎo)體：是導(dǎo)電能力介乎于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜特性：純凈半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。光敏特性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化 。(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。 應(yīng)用最多的本征半導(dǎo)體為鍺和硅，它們各有四個(gè)價(jià)電子，都是四價(jià)元素

32、.硅的原子結(jié)構(gòu)硅原子的結(jié)構(gòu) 參考資料，不講 純凈的半導(dǎo)體其所有的原子基本上整齊排列，形成晶體結(jié)構(gòu)，所以半導(dǎo)體也稱為晶體晶體管名稱的由來(lái)。本征半導(dǎo)體的共價(jià)健結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 參考資料，不講晶體中原子的排列方式晶體結(jié)構(gòu)中的原子之間形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的共價(jià)健結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 參考資料，不講SiSiSiSi共價(jià)鍵價(jià)電子自由電子與空穴的形成 參考資料，不講 共價(jià)鍵中的電子在獲得一定能量后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子。 同時(shí)在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴?？昭⊿iSiSiSi自由電子SiSiSiSi自由電子空穴本征半導(dǎo)體的熱激發(fā)與復(fù)合 參考資料，不講 本征半導(dǎo)體由于受熱或光照產(chǎn)生自由電子和空穴的現(xiàn)象- 稱為

33、 熱激發(fā)。 自由電子在運(yùn)動(dòng)中遇到空穴后，兩者同時(shí)消失，稱為復(fù)合現(xiàn)象。 在一定溫度下，半導(dǎo)體的熱激發(fā)與復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。使得空穴和自由電子維持一定的數(shù)目本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流 ： (1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng) 電子電流 (2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴 空穴電流注意： (1) 本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少, 其導(dǎo)電性能很差； (2) 溫度愈高， 載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。 自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持

34、一定的數(shù)目。載流子 自由電子和空穴：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電方式SiSiSiSi價(jià)電子空穴 當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，導(dǎo)帶中由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成電子電流； 參考資料，不講 空帶中價(jià)電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)形成空穴電流，相當(dāng)于正電荷的運(yùn)動(dòng)。注意其實(shí)質(zhì)上仍是電子的運(yùn)動(dòng)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電方式 不含雜質(zhì)且無(wú)晶格缺陷的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在極低溫度下，半導(dǎo)體的價(jià)帶是滿帶(見(jiàn)能帶理論)，受到熱激發(fā)后，價(jià)帶中的部分電子會(huì)越過(guò)禁帶進(jìn)入能量較高的空帶，空帶中存在電子后成為導(dǎo)帶，價(jià)帶中缺少一個(gè)電子后形成 一個(gè)帶正電的空位，稱為空穴。導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴合稱電子- 空穴對(duì)，均能自由移動(dòng)，即載流子。 它們?cè)谕怆妶?chǎng)作用下產(chǎn)生

35、定向運(yùn)動(dòng)而形成宏觀電流，分別稱為電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電。這種由于電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生而形成的混合型導(dǎo)電稱為本征導(dǎo)電。導(dǎo)帶中的電子會(huì)落入空穴，電子-空穴對(duì)消失，稱為復(fù)合。復(fù)合時(shí)釋放出的能量變成電磁輻射（發(fā)光）或晶格的熱振動(dòng)能量（發(fā)熱）。在一定溫度下，電子- 空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合同時(shí)存在并達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)半導(dǎo)體具有一定的載流子密度，從而具有一定的電阻率。溫度升高時(shí)，將產(chǎn)生更多的電子- 空穴對(duì)，載流子密度增加，電阻率減小。無(wú)晶格缺陷的純凈半導(dǎo)體的電阻率較大，實(shí)際應(yīng)用不多。 參考資料，不講在純凈半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)（某種元素），形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體 Si Si Si Si 在 P 型半

36、導(dǎo)體中，多數(shù)載流子是帶正電荷（Positive charge）的空穴，少數(shù)載流子是帶負(fù)電荷（Negative charge）的自由電子。B3價(jià)硼原子硼接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子Si成為空穴 摻入硼或鋁、鎵等三價(jià)元素 摻雜后，空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱P型半導(dǎo)體。共價(jià)健中少一個(gè)電子 摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體，簡(jiǎn)稱N型半導(dǎo)體。摻入磷或砷、銻等五價(jià)元素 Si Si Si Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子 在N 型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。

37、N型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體 注意：不論N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但是整個(gè)晶體仍然是不帶電的。 1. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。 2. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。 3. 當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量 （a. 減少、b. 不變、c. 增多）。abc 4. 在外加電壓的作用下，P 型半導(dǎo)體中的電流主要是 ，N 型半導(dǎo)體中的電流主要是 。 （a. 電子電流、b.空穴電流） ba 參考資料，不講 半導(dǎo)體課堂練習(xí)1.4.1 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)的形成 采用某種工藝使一塊雜質(zhì)半導(dǎo)

38、體的一側(cè)為P型，加一側(cè)為N型，則在二者的交界而附近會(huì)形成PN結(jié)。P 型半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體+ 下圖中用空心圈“ ”表示P區(qū)可移動(dòng)的空穴。用實(shí)習(xí)圈“”表示N區(qū)可移動(dòng)的自由電子，用“”、“”表示不能移動(dòng)的雜質(zhì)正負(fù)離子。PN結(jié)的形成多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P 型半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。 擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變，這就是PN結(jié)。+形成空間電荷區(qū) 內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?(1) PN 結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN 結(jié)變窄 P接正、N接負(fù) 外電場(chǎng)IF 內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子

39、的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流（正向電流）。 PN 結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN+ PN導(dǎo)通時(shí)呈現(xiàn)的電阻，稱為正向電阻，其數(shù)值很小，般為幾歐到幾百歐。PN 結(jié)變寬（2）PN 結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向（漂稱）電流。可認(rèn)為PN結(jié)基本上不導(dǎo)電。IR P接負(fù)、N接正 +內(nèi)電場(chǎng)PN+ PN結(jié)呈現(xiàn)截止?fàn)顟B(tài)，引時(shí)的電阻稱為反向電阻，其數(shù)值很大一般為幾千歐到十幾歐。 PN的反向漂移電流的特點(diǎn): 受溫度影響大。 原因: 反向電流是靠熱激發(fā)產(chǎn)生的少子形成的。PN結(jié)的電容效應(yīng)小結(jié)：（1）擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)

40、動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡形成PN結(jié)擴(kuò)散強(qiáng)漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)兩者平衡PN結(jié)寬度基本穩(wěn)定（2）外加電壓平衡破壞擴(kuò)散強(qiáng)漂移強(qiáng)PN結(jié)導(dǎo)通PN結(jié)截止 PN結(jié)除了有單向?qū)щ娦酝?，還有一定的電容效應(yīng)。PN結(jié)的結(jié)電容的大小和外加偏置電壓有關(guān)，當(dāng)外加反向電壓增加（反偏）時(shí)，因空間電荷區(qū)加寬而使結(jié)電容減小。 PN結(jié)的結(jié)電容一般很小，當(dāng)工作頻率很高（高頻）時(shí)要考慮結(jié)電容的作用。 參考資料，不講小結(jié)PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?（1） PN結(jié)加正向電壓時(shí)，處在導(dǎo)通狀態(tài)，結(jié)電阻很低，正向電流較大。（2）PN結(jié)加反向電壓時(shí)，處在截止?fàn)顟B(tài)，結(jié)電阻很高，反向電流很小。陰極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅( c ) 平面型觸絲陽(yáng)極引線N

41、型鍺片陰極引線外殼( a ) 點(diǎn)接觸型鋁合金小球N型硅陽(yáng)極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線( b ) 面接觸型 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 1.4.2 二極管特性和參數(shù)二極管由一個(gè)PN結(jié)，加電極引線和管殼組成。有以下三類陰極陽(yáng)極( d ) 符號(hào)D 陽(yáng)極：接P區(qū)。 陰極：接N區(qū)。二極管基本結(jié)構(gòu)及實(shí)物圖簡(jiǎn)介(a) 點(diǎn)接觸型(b)面接觸型 結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。 結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。(c) 平面型 參考資料，不講 用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。(d) 實(shí)物圖 PN結(jié)的伏安特性通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得硅管

42、0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿（電壓UB）導(dǎo)通壓降 外加電壓大于導(dǎo)通電壓時(shí)二極管才能導(dǎo)通。 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。正向特性反向特性特點(diǎn)：非線性電阻元件硅0.60.8V鍺0.20.3VUI死區(qū)PN+PN+ 反向電流，在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。導(dǎo)通電壓主要參數(shù)1. 最大正向電流 IFM二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。2. 反向工作電壓URM是為保證二極管不被擊穿，使用時(shí)實(shí)際承受的電壓不應(yīng)越過(guò)此值，一般是二極管反向擊穿電壓UB的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。3. 反向電流IR是二極管質(zhì)量指標(biāo)之一。指二極管加最高反向

43、工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睢R受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。4. 最高工作頻率fM在高頻應(yīng)用時(shí)，二極管單向?qū)щ娦宰儾?，存在一個(gè)最高工作頻率說(shuō)明1. 其他參數(shù)二極管的參數(shù)很多，各類二級(jí)管參數(shù)可查閱有關(guān)無(wú)線電手冊(cè)、產(chǎn)器手冊(cè)。2. 二極管的選用參數(shù)是在一定條件下測(cè)出的，因此使用參數(shù)時(shí)要注意參數(shù)的測(cè)試條件。 由于產(chǎn)品制造過(guò)程中的離散性，手冊(cè)有時(shí)只給出參數(shù)范圍。應(yīng)根據(jù)用途來(lái)選擇類型。請(qǐng)參見(jiàn)教材。 今后，有關(guān)節(jié)類知識(shí)，除非與日常生活聯(lián)系緊密，其余的請(qǐng)同學(xué)們自學(xué)。1.4.3 二極管的工作點(diǎn)和理想特性二極管正向?qū)〞r(shí)，其電流和電壓的大小由正向特性確定。在下圖(a)所示電路

44、中，二極管理的端電壓為上式是由歐姆定律得到的關(guān)于二極管電壓與電流之間關(guān)系的參數(shù)方程，是如圖(b)所示的MN直線。 另一方面二極管的電壓和電流又要符合它本身的伏安特性曲線。故圖(b)中兩條線的交點(diǎn)Q所對(duì)應(yīng)的電壓和電流就是二極管的工作時(shí)的電壓和電流，點(diǎn)稱Q稱為工作點(diǎn)。IDD+-UDR(a)NuDiDOIDUDUDMQ(b)二極管的工作點(diǎn)二極管的工作點(diǎn)若US和R改變，則M、N點(diǎn)的位置必變，工作點(diǎn)Q的位置也隨著改變。定義二極管靜態(tài)電阻為 顯然工作點(diǎn)Q的位置不同，RD的數(shù)值也不同，即二極管靜態(tài)電阻隨工作電流的變化而變化。NuDiDOIDUDUDMQ(b) 如果由于某種原因，使二極管電壓在原來(lái)的工作點(diǎn)附近

45、發(fā)生微小變化UD，相應(yīng)的電流也要發(fā)生變化ID,電路分析中把二者的比值的極限定義為二極管的動(dòng)態(tài)電阻。動(dòng)態(tài)電阻的數(shù)值等于過(guò)Q點(diǎn)切線斜率的倒數(shù)二極管的理想特性由于二極管伏安特性的非線性,使得前面介紹的二極管分析圖解法比較困難。 由于二極管理的正向壓降和動(dòng)態(tài)電阻都比較小，因此在很多場(chǎng)合（如整流電路、開(kāi)關(guān)電路）采用折線來(lái)近似三極管的伏安特性。UIUI 認(rèn)為二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為零，截止時(shí)反向電流為零。這樣的二極管稱為理想二極管。 或認(rèn)為二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為一個(gè)恒定值UON，通常硅管為0.7V，0.3V。UIUON 二極管電路分析舉例 定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.60.7

46、V鍺0.20.3V 分析方法：將二極管斷開(kāi)，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。若 V陽(yáng) V陰或 UD為正( 正向偏置 )，二極管導(dǎo)通若 V陽(yáng) V陰 二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 6V否則， UAB低于6V一個(gè)管壓降，為6.3或6.7V例2： 取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。 二極管起鉗位作用。 D6V12V3kBAUAB+例3. 例3: 圖中電路，輸入端A的電位VA=+3V，B的電位VB=0V，求輸出端Y的電位VY。電阻R接負(fù)電源-12V。VY=+2.7V解：DA優(yōu)先導(dǎo)通， DA導(dǎo)通后， DB上加的是反向電壓，因而截止。DA起鉗位

47、作用， DB起隔離作用。-12VAB+3V0VDBDAY返回ui 8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路 uo = 8V ui 8V，二極管截止，可看作開(kāi)路 uo = ui已知： 二極管是理想的，試畫出 uo 波形。8V例4：二極管的用途：整流、檢波、限幅、鉗位、開(kāi)關(guān)、元件保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)?。ui18V參考點(diǎn)二極管陰極電位為 8 VD8VRuoui+1.4.4 穩(wěn)壓二極管圖形符號(hào)與伏安特性 (2) 與普通二極管的區(qū)別 制造時(shí)采用了措施可以長(zhǎng)時(shí)間工作在擊穿狀態(tài)。 穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)。反向擊穿后，反向在一定范圍變化時(shí)，其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。 是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)

48、體硅二極管。它在電路中與適當(dāng)數(shù)值的電阻相配合能起穩(wěn)定電壓的作用。 UZUZIZIZM IZUIOiZ+_uZ使用時(shí)要加限流電阻限流穩(wěn)壓管實(shí)物圖主要參數(shù)(1) 穩(wěn)定電壓UZ ：穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿，通過(guò)穩(wěn)定電流)時(shí)管子兩端的電壓。注意，同一型號(hào)的UZ有分散性，如2CW14的允許值在67.5V之間。(5) 電壓溫度系數(shù)UZ：環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。UZ有為6V左右時(shí)穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性較好。(2) 動(dòng)態(tài)電阻： 通常為幾歐至幾十歐，隨IZ增而減小。 (3) 穩(wěn)定電流 IZ ： 最大穩(wěn)定電流 IZM（允許通過(guò)的最大反向電流）(4) 最大允許耗散功率： PZM = UZ IZMrZ愈

49、小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。U：為輸入電壓，U0+_UUZRR為限流電阻當(dāng)UUZ時(shí),穩(wěn)壓管擊穿此時(shí)要求：正確選R，使IZIZM穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電路U0：為輸出電壓，接負(fù)載1.4.5 發(fā)光二極管和光電二極管發(fā)光二極管符號(hào)、電路及實(shí)物圖如下 發(fā)光二極管的正向工作電壓比普通二極管高，但不超過(guò)2V，正向工作電流一般為幾毫安到幾十毫安。 發(fā)光二極管工作在正向偏置狀態(tài)，正向電流流過(guò)發(fā)光二極管時(shí)，它會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光。發(fā)光顏色視材料而定。 IRED(a)（b) 單個(gè)發(fā)光二極管實(shí)物1.4.5 發(fā)光二極管和光電二極管發(fā)光二極管符號(hào)、電路及實(shí)物圖如下 光電二極管又稱光敏二極管，它工作在反向偏置狀態(tài)，反向電流隨光照強(qiáng)度增加而

50、增加。無(wú)光照時(shí)，電路中電流很小，有光照時(shí)電流會(huì)迅速上長(zhǎng)升。 DREI(a)1.5 雙極晶體管（Bipolar Junction Transistor） 雙極晶體管（簡(jiǎn)稱BJT）常簡(jiǎn)稱為晶體管，它有NPN和PNP兩種類型。其結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)如下：BNNP發(fā)射區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電區(qū)基 區(qū)ECCEBNPN型結(jié)構(gòu)NPN符號(hào)BPPN發(fā)射區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電區(qū)基 區(qū)ECPNP型結(jié)構(gòu)PNP符號(hào)CEB1.5.1 基本結(jié)構(gòu)和電流放大作用基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：集電區(qū)：面積最大參考資料，不講晶體管實(shí)物圖晶體管的工作原理和特性以NPN型為例為了實(shí)現(xiàn)放

51、大作用，要把NPN型晶體管接成下圖所示電路。 基極電路晶體管是一個(gè)具有放大作用的元件。發(fā)射極為公共端 BECNNPUBBRBUCCRC集電極電路共發(fā)射極放大電路晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律BECNNPUBBRBECIEIBEICEICBO 基區(qū)少子空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散形成的電流很小，可忽略。 基極電源UBB使發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷越過(guò)發(fā)射結(jié)，向基區(qū)擴(kuò)散，并不斷由電源補(bǔ)充電子，形成發(fā)射極電流IE。 進(jìn)入基區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE 。復(fù)合掉的空穴不斷由電源補(bǔ)充。注入基區(qū)的絕大部分電子擴(kuò)散到集電結(jié)邊沿。 電源UCC使集電結(jié)反偏，從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電極的少子，漂移越過(guò)集電結(jié)

52、，被集極收集，形成集電極電流ICE。 集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。IB三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律集電極電路電流：IC = ICE+ICBO ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基極電路電流： IB = IBE- ICBO IBEICE 與 IBE 之比稱為共發(fā)射極電流放大系數(shù)稱為晶體管的（集射）極穿透電流, 溫度ICEO(常用公式)它是基極IB =0時(shí), 集電極電流 IC ICE0。 說(shuō)明：這里有關(guān)電流的腳標(biāo)不同，是因?yàn)榻滩闹泻竺娉霈F(xiàn)了，這里介紹目的是更方面大家對(duì)后面知識(shí)的理解。 結(jié)構(gòu)決定了內(nèi)部電流的分配關(guān)系，即IC和IB分別占IE的一定比例，且IC接近

53、于IE，IC遠(yuǎn)大于IB， IC和IB之間也存在比例關(guān)系。這樣當(dāng)基極電路由于電壓或電阻變化引起IB的微小變化時(shí)，IC必定會(huì)發(fā)生較大的變化。這就是晶體管的電流放大作用，也就是通常所說(shuō)的基極電流對(duì)集電極電流的控制作用。 由分析可知，晶體管制成后，其內(nèi)部尺寸和雜質(zhì)濃度是確定的，其發(fā)射區(qū)所發(fā)射的電子（少子）在基區(qū)被復(fù)合的百分?jǐn)?shù)、和被集電極收集的百分?jǐn)?shù)大體上是確定的。晶體管的電流放大作用 晶體管能實(shí)現(xiàn)電流放大作用的內(nèi)部條件構(gòu)造特點(diǎn)。外部條件外部電電路使發(fā)射正偏，集電結(jié)反偏。首先說(shuō)明一點(diǎn)： 由于穿透電流較小，以后再區(qū)分電路電流和電極電流，統(tǒng)稱為電極電流。 由于晶體管中電子和空穴兩種極性的載流子都參與了導(dǎo)電，

54、故稱為雙極晶體管（Bipolar Junction Transistor，簡(jiǎn)稱BJT） 。 PNP型和NPN型基本放大電路的電源極性正好相反。晶體管的電流放大作用對(duì)PNPN型晶體管基本放大電路為BECPPNUBBRBUCCRCIBIEIC1.5.2 特性曲線和主要參數(shù) 晶體管特性曲線即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線： 1）直觀地分析管子的工作狀態(tài) 2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設(shè)計(jì)性能良好的電路 重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線參考資料，不講發(fā)射極是輸入回路與輸出回路的公共端 測(cè)量晶體管特

55、性的實(shí)驗(yàn)線路IC共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路EBmAAVUCEUBERBIBECV+參考資料，不講(1)共發(fā)射極輸入和輸出特性曲線 共處共發(fā)射極輸入特性是指以u(píng)CE為參考變量時(shí)，iB和uBE之間的關(guān)系，即 由于發(fā)射結(jié)是正向偏置的，故晶體管的輸入特性和二極管的正向特性相似。 不同之處是iB不僅與 uBE有關(guān)，而且還受到uCE的影響，故在測(cè)量iB和uBE的關(guān)系時(shí)要求 uCE為一定值。晶體管各極電流、電壓參考方向規(guī)定如圖所示共發(fā)射極接法時(shí)電流電壓ECuCEuBEBiBiC+ 分析表明，當(dāng)uCE1時(shí)，晶體管集電結(jié)的電場(chǎng)已足夠大，可以把從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子中的絕大部分吸引到集電極，uCE變化對(duì)iB的影

56、響可以忽略，故可認(rèn)為uCE 1時(shí)的各條輸入特性曲線基本重合。參考資料，不講輸入特性曲線下圖是小功率硅晶體管的輸入特性曲線（1）存在一個(gè)死區(qū)。死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。（2）正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓： NPN型硅管UBE 0.60.7VPNP型鍺管UBE 0.2 0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO36IC(mA )1234UCE(V)912O（1）截止區(qū)IB = 0 以下區(qū)域 在截止區(qū)（IB 0 時(shí)，P型襯底中的電子受到電場(chǎng)力的吸引到達(dá)表層，填補(bǔ)空穴形成負(fù)離子的耗盡層。EGP型硅襯底N+N+GSD+UGSED+B (c)增強(qiáng)型NMOS管圖形符號(hào)N溝道耗

57、盡型MOS和增強(qiáng)型MOS管的圖形符號(hào) (b)耗盡型NMOS管圖形符號(hào) 增強(qiáng)型MOS管的符號(hào)中，源極和漏極之間的連線是斷開(kāi)的，表示UGS=0時(shí)導(dǎo)電溝道沒(méi)有形成。漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底高摻雜N區(qū)(N+區(qū))BGSDBGSDB (a)耗盡型NMOS管結(jié)構(gòu)示意圖P溝道MOS管的圖形符號(hào)(2) P溝道場(chǎng)效晶體管 SiO2絕緣層N型硅襯底 P型導(dǎo)電溝道也分為耗盡型和增強(qiáng)型。增強(qiáng)型場(chǎng)效晶體管只有當(dāng)UGS UGS(th）時(shí)才形成導(dǎo)電溝道。高摻雜P區(qū)(P+區(qū))引出電極P型導(dǎo)電溝道 (a)耗盡型GSDBGSDB (b) 增強(qiáng)型說(shuō)明：由于場(chǎng)效晶體管工作時(shí)只有一種極性的載流子參與導(dǎo)電，故亦稱

58、為單極晶體管。（3）N溝道耗盡型MOS管工作原理 和雙極晶體管的共發(fā)射極接法相類似，MOS管常采用共源極接法。下圖是N溝道耗盡型MOS管構(gòu)成的共源極電路。DSEGP型硅襯底N+N+G+UGSUDD+BIDUDSGSDBUGGUGSUDD+- P型襯底和源極S相連，使P型襯底電位低于N型溝道的電位，襯底和溝道之間的PN結(jié)處于反向偏置，保證MOS管正常工作。N溝道耗盡型MOS管工作原理 在正電源UDD的作用下，耗盡型MOS管N型溝道中的電子就從源極向漏極運(yùn)動(dòng)，形成漏極電流ID。 如果柵源電壓UGS 增加（或減少） 時(shí)，則垂直于襯底的表面電場(chǎng)強(qiáng)度加強(qiáng)（或減弱），從而使導(dǎo)電溝道加寬（或變窄），引起漏極電流ID的增大（或減?。?。IDUDSGSDBUGGUGSUDD+-N型導(dǎo)電溝道 MOS管是利用半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)改變導(dǎo)電溝道的寬窄而控制漏電電流的。 或者說(shuō)，是利用柵源電壓UGS來(lái)控制漏極電流的。 場(chǎng)效晶體管的漏極電流ID受柵源電壓UGS控制，是一種電壓控制型器件。這是與晶體管不同之處。 場(chǎng)效晶體管的源極相當(dāng)于晶體管的發(fā)射極，漏極相當(dāng)于集電極，柵極相當(dāng)于基極。N溝道耗盡型MOS管工作原理DSEGP型硅襯底N+N+G+UGSUDD+B MOS管的制造工藝比較簡(jiǎn)單，占用芯片面積小，特別適用于制作大規(guī)模集成電路。場(chǎng)效晶體管