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1、,电路分析基础,1,正弦交流电路,2,第2章正弦交流电路,2.1 基本概念 2.2正弦电路分析 2.3三相交流电,三要素 向量表示,正弦交流电路,什么是交流电 ？,生活中的交流电,2.1.1 正弦量和三要素,正弦交流电/正弦量：随时间按正弦规律变化的电流、电压或功率。,谁是正弦量,正半周,负半周,在零点改变极性,正负交替,正弦量的瞬时值：,优美的曲线!,1.幅值与有效值,正弦量瞬时值中的最大值, 叫振幅值, 也叫峰值。 用大写字母带下标“m”表示, 如Um、Im等,振幅：决定正弦量的大小,1.幅值与有效值,有效值：与交流热效应相等的直流定义为有效值,市电220V有效值，用于计算，铭牌,幅值与有
2、效值?,100,1.,2.,幅值与有效值?,2. 周期与频率,周期：,频率：,单位：,变化一周所需要的时间。,单位时间1S发生变化的次数。,单位：,角频率:,角频率 ： 每秒变化的弧度 单位：弧度/秒,角频率：决定正弦量变化快慢,3. 相位与初相：,运动员的起跑非常重要,初相: t = 0 时的相位,计时起点的状态,相位:反映正弦量变化的进程，是随时间变化的,相位,-180180,3. 相位与初相：,若零点在坐标原点左侧， 0若零点在坐标原点右侧， 0,零点,=0,负值向正值变化之间的零点,零点,零点,初相,t=0计时i=Imsin =0，所以=0,t=0计时i=Imsin 0，0,t=0计时
3、i=Imsin0，0,t=0计时起点,在选定的参考方向下, 已知两正弦量的解析式为u=200sin (1000t+200) V 试求正弦量的三要素。,已知选定参考方向下正弦量的波形图,1.,2.,如何表示正弦量?,胸围、腰围和臀围?,最大值（振幅）,角频率,相位,初相,相位差:相同频率正弦交流电的相位之差，初相差,两同频率的正弦量之间的相位差为常数，与计时的选择起点无关。,(,),(,),2,1,2,1,j,j,j,w,j,w,j,-,=,+,-,+,=,t,t,j0,i1超前i2,j0,i1滞后i2,与,同相,与,反相,几种特殊情况,超前于,超前于,复习,EX2.1/2.2/2.3,正弦波的
4、表示方法：,1、复数介绍：,虚数单位,代替,实部,虚部,复数,图形表示：复平面/矢量,2.1.2 正弦量的相量表示法,这货是数学!,实数数轴,虚数数轴,1.复平面表示,每个复数与一点对应,？,？,矢量长度=复数的模,幅角,矢量表示,矢量在实轴投影=复数的实部a,矢量在虚轴投影=复数的虚部b,矢量有大小又有方向的物理量/向量,复数表达式：,1.代数式,2.三角函数式,欧拉公式：,3.指数式,4.极坐标式,模,幅角,明显分清实，虚,相量表示：用复数表示正弦量,解析式：,最大值相量：,有效值相量：,最大值：,有效值：,可写成:,相量的模=正弦量的有效值,相量辐角=正弦量的初相角,大写加点,2、正弦量
5、的相量表示法,写出下列正弦量的有效值相量形式：,已知工频条件下, 两正弦量的相量分别为,试求两正弦电压的解析式。,1.,2.,若购得一台耐压为 300V 的电器，是否可用于 220V 的线路上?,该用电器最高耐压低于电源电压的最大值，所以不能用。,有效值 U = 220V 最大值 Um = 220V = 311V,电源电压,2. 周期与频率,1秒钟拍球的个数即为频率,1.,周期：,频率：,角频率:,已知,求u和i的初相及两者间的相位关系。,已知,试分析二者的相位关系。,1.,2.,1、已知 则Im=_A，= _rad/s， f= _Hz， T= _s，= _弧度。 2、 三个正弦量i1、 i2
6、和 i3的最大值分别为1A、2A和3A。若i3的初相角为60， i1较 i2超前30，较 i3滞后150，试分别写出这三个电流的解析式（设正弦量的角频率为 ）。,顺时为正,例,？其他表示 相量图如何画,其他表示？,看我72变,四个坐标方向,例2-4写出1,j,-j的极坐标,J旋转因子,模1，幅角90,2*j=2j=2 90 将2 移动90度,2,2j,复数的运算：,加减用代数式运算,实部加实部,虚部加虚部,复数的运算：,乘除用极坐标运算,模乘除,角加减,练习：,Ex2.10,加,减,乘,除,除,写出下列各正弦量对应的向量，并绘出向量图。,3.,例 Ex 2.8,判断是否正确,相量只是表示正弦量
7、，而不等于正弦量。,注意:,？,只有正弦量才能用相量表示， 非正弦量不能用相量表示。,只有同频率的正弦量才能画在同一相量图上。,正误判断,1.已知：,？,有效值,？,3.已知：,复数,瞬时值,j45,？,最大值,？,？,负号,i,波形图,瞬时值,相量图,复数 符号法,小结：正弦波的四种表示法,符号说明,瞬时值 - 小写,u、i,有效值 - 大写,U、I,复数、相量 - 大写 + “.”,U,最大值 - 大写+下标,3、相量形式的基尔霍夫定律：,正弦量 (时间函数),所求 正弦量,变换,相量 (复数),相 量 结 果,反变换,相量 运算 (复数运算),总结计算思路如下,复数在进行加减运算时应采用
8、代数式， 实部与实部相加减，虚部与虚部相加减。,复数进行乘除运算时应采用指数式或极 坐标式，模与模相乘除，辐角与辐角相加减。,例1: 已知,求：,转相量形式,转代数形式,第2章正弦交流电路,2.1 基本概念 2.2正弦电路分析 2.3三相交流电,三种元件向量表示 串并联计算,2.2.1 阻抗与导纳,设,根据欧姆定律:, 频率相同,大小关系：,相位关系 ：,u、i 相位相同,求i,2.2.1 阻抗与导纳,相量式：,欧姆定律相量表示,2.2.1 阻抗与导纳, 频率相同,大小关系：,相位关系 ：,u、i 相位相同,相位差 ：,总结,例：如图，求电流,并画相量图。,相量图,电流与电压同相,解：,电感元
9、件的相量形式：, 频率相同,有效值大小关系 U =I L, 电压超前电流90,相位差,电感即线圈，会产生相反电流，原电流不能正常流动，就会落后,求u,电感元件的相量形式：,相量式：,电感元件的相量形式：,有效值大小关系 U =I L,定义：,感抗()电感对电流阻碍,感抗XL是频率的函数, 电感L具有通直阻交的作用,相量式：,电感元件的相量形式：,jXL, 频率相同,有效值大小关系 U =I L, 电压超前电流90,总结,电感元件的相量形式：,电容元件的相量形式：,则：,设：, 频率相同, I =UC,电流超前电压90,电容充电，花费时间，所以电压落后,相量式：,电容元件的相量形式：,电容元件的
10、相量形式：,电容C具有隔直通交的作用,容抗（）,I =UC,容抗XC是频率的函数,总结, 频率相同, I =UC,电流超前电压90,电容元件的相量形式：,例：求电流，并画相量图。,解：,相量图,电流超前电压90,在正弦交流电路中，若正弦量用相量 表示， 电路参数用复数阻抗（ ) 表示，则复数形式的欧姆定律和直流电路中的形式相似。,注意书写 练习,一、填空题： 1. 表征正弦交流电振荡幅度的量是它的 最大值 ；表征正弦交流电随时间变化快慢程度的量是 角频率 ；表征正弦交流电起始位置时的量称为它的 初相 。三者称为正弦量的 三要素 。 2. 电阻元件上任一瞬间的电压电流关系可表示为 u = iR
11、；电感元件上任一瞬间的电压电流关系可以表示为 ；电容元件上任一瞬间的电压电流关系可以表示为 。,复习,(a) 电压角频率 =_ , 频率 f=_ , 周期 T=_. (b)电压有效值U=_，电流有效值 I=_. (c)电压、电流间相位差ui =_.,已知：,400 rad/s,200Hz,0.005s,7.07V,0.5A,复习,1. 某正弦电压有效值为380V，频率为50Hz，计时始数值等于380V，其瞬时值表达式为（ B ） A、,V；,V,V。,B、,C、,2. 已知,A，,则（ C ） A、i1超前i260； B、i1滞后i260； C、相位差无法判断。,单一参数电路中的基本关系,参数
12、,L,C,R,基本关系,阻、抗,相量式,相量图,3. 电容元件的正弦交流电路中，电压有效值不变，频率增大时，电路中电流将（ A ） A、增大； B、减小； C、不变。,复习,jXL,R,若,U，i相关联，是什么元件？,1,2,加在感抗是20的电感上，电压是,求i,1,2,3,4,判断,z,概括,阻抗,欧姆定律的相量形式,i,R,L,C,+,_,uC,_,+,uS,相量模型？,练习,阻抗串联类似电阻串联,相量,直流,Z：复数,2.2.2 简单电路分析,阻抗并联类似电阻并联,相量,直流,X 0时，称呈感性,X 0时，称呈容性,阻抗的模,z,z,z,例：写出下列电路阻抗的表达式,例2-11：,例2-
13、11：,的电源上，试求等效阻抗,各为多少？,计算思路与直流一样 计算过程采用复数计算，计算量增大,解：选定电流、电压为关联的参考方向。,求,求电压,？,正误判断,？,？,？,？,？,指出下列结果是否正确,2.,1.,j,| |,一般交流电路的求解,1.原电路转换为相量表示，电路结构不变,2.列相量方程,3.用相量法求解,4.将结果变换成要求形式,例2-12,例2-13,例：确定图中的V0数值,已知电流，求电压,U=UR+UL+UC,例2-11、2-12,例：,和,相并联，接在,的电源上，试求等效阻抗,、电路总电流,和负载电流,、,各为多少？,设有两个负载,解：选定电流、电压为关联的参考方向。,
14、例2-12：已知电路参数如图，求,并画相量图。,解：,选定电流、电压的参考方向为关联的参考方向 。,画相量图,例2-13,先电流，因为串联电流相同,2.2.3 元件的功率：,额定值,有功功率（被使用的）,无功功率（浪费的）,视在功率,S,P,Q,视在功率S S=UI 单位:伏安,无功功率Q :,单位: 乏,通常用它来表征交流设备的容量,电气设备可提供的最大功率,P/S=,功率因素,有功功率P（平均功率）,单位：瓦W,平均功率是元件实际消耗的功率。,电阻,无功功率Q :,有功功率P（平均功率）,消耗能量,电感,电容,不消耗能量,转换成磁场能量储能,转换成电场能量储能,例2-14/2-15,4。视
15、在功率S 称表观功率， 通常用它来表征交流设备的容量 电气设备可提供的最大功率 S=UI 单位:伏安,功率 三角形,2.2.3 元件的功率：,小写字母p 表示：,1瞬时功率：每个瞬间电压瞬时值与电流瞬时值的乘积。(关联),变化的量，用起来不方便,电阻：,1）瞬时功率:,p0,电阻取用能量,电感,1）瞬时功率:,0,0,0,0,p0,取用能量 P0,释放能量,电容元件的功率：,1）瞬时功率:,p0,取用能量 P0,释放能量,0,0,0,0,能量交换方向与电感相反,2有功功率P（平均功率）,瞬时功率在一个周期内的平均值,单位用瓦W或千瓦KW。,大写,功率因素,平均功率是元件实际消耗的功率。,电阻：
16、 电压和电流同相， 相位差R ， 则,电阻的有功功率始终大于零， 是耗能元件。,Z阻抗角,电感、电容,不消耗能量，只有交换，=90/-90,衡量对电源的利用率,电感元件不消耗能量，只与电路进行能量交换。,电阻,电感,电容,电容元件不消耗能量，只与电路进行能量交换。,P0,电阻消耗能量,有功功率,无功功率,比较,正负为区别容、感，人为规定,2.1 基本概念 2.2正弦电路分析 2.3三相交流电,第2章正弦交流电路,日常电器的使用:,一般用电器的接法,工业用电,火线,火线,火线,地线,2021/7/15,三相电路的优点：,（1）发电功率高 50；,（2）输电省25；,（3）配电变压器经济且便于接入
17、负载；,（4）用电设备结构简单、成本低,目前电力系统采用的主要供电方式是三相交流电路,汽轮发电机组,由三相交流发电机产生,三相同步发电机示意图,三相交流电是三个频率相同、振幅相同、相位彼此相差120的单相电共同供电。,2.3.1、三相电源,定子绕组,定子,转子,A相、B相、C相三相电动势分别为：,瞬时值函数表达式：,2、三相电源的星形连接:,星形连接：三相四线制（带中线）,中 线,火线,火线,火线,零线,X, Y, Z 接在一起的点称为Y联接对称三相电源的中点,中点N,名词介绍,(1) 端线(火线)：始端A, B, C 三端引出线。,(2) 中线：中点引出线。,(3) 三相三线制与三相四线制。
18、,在电力工程中，还往往以黄、绿、红及淡蓝色分别代表A相、B相、C相和零线，以示相序。,三相三线输电线,三相四线输电线,中 线,火线,火线,火线,零线,中点N,(4)相电压：火线与中线间的电压。,(5)线电压：火线与火线间的电压。,中 线,相电压:,线电压:,火线,火线,火线,零线,中点N,线电压的有效值与相电压有效值的关系为：,且线电压总是超前于对应的相电压30。,2.3.2、三相负载的连接:,中 线,若：,称为三相对称负载,若：,称为三相不对称负载,负载的星形连接,三相负载的一端连接为一点N ，另一端与三相电源的端线相连的连接方式，称为三相负载的星形连接,N,中 线,负载的相电压等于电源的相
19、电压。,N,相电流,线电流,负载的相电流等于线电流,线电流:流过每根端线的电流,相电流：流过负载的电流,中线电流：流过中线的电流,在此结构中,每相负载与电源构成一个单独的回路,任何一相负载的工作都不受其它两相的影响,所以各相电路的计算方法和单相电路一样.,+,ZB,ZC,ZA,N,N,+,+,对称负载,此时中线可断开！-三相三线制,因为相电压对称，所以电流对称,+,ZB,ZC,ZA,N,N,+,+,总结 ：负载的星形连接,对称负载时： 负载上电压为相电压,应用实例-照明电路,正确接法: 每组灯相互并联,然后分别接至各相电压上。设电源电压为：,每组灯的数量可以不等，但每盏灯上都可得到额定的工作电
20、压220V。,如图所示三相不对称负载作星形联结。已知电源相电压为220V，负载灯泡的额定电压也为220V。试问图中这三种情况下灯炮能否安全使用？,U相负载短路，但是有中线,U相负载短路，但是中线已断开,U相负载开路，中线也断开,解：（1）U相负载短路，但是有中线的情况，等效电路如右图所示。此时，U相负载短路，该相电流很大，会将U相的熔丝烧断。但是由于中线的存在，V相和W相的相电压仍保持在220V，故V相和W相的灯炮仍能正常发光。,接下页,（2）U相负载短路，但是中线已断开的情况下，若U相线路中没有串接熔丝，则负载中点直接与U相联结，导致V相和W相的灯炮接在两根相线上，使得相电压由原来的220V
21、突然变为380V，灯炮因为外加电压远高于其额定电压而迅速烧毁。,（3）U相负载开路，中线也断开的情况下，V相和W相的灯泡相当于串联后接在380V的线电压两端。根据串联电路特点可知，若两相负载完全相等，则两相负载的相电压此时都等于190V，灯泡相电压均低于其额定电压而无法正常发光（亮度较暗），同时 也因电压较低而确保灯泡长期 不被烧毁，这就是所谓的“长 明灯”原理。但是，若两相负 载不等，则电阻较大的灯泡会 因承受的电压较高而被烧毁。,负载的三角形连接,把三相负载首尾依次连接成三角形，三个连接点与电源的端线相连的连接方式称为三相负载的三角形连接。,若：,称为三相平衡（对称）负载,若：,称为三相不
22、平衡负载,负载的相电压等于电源的线电压,三相三线制,负载的相电流不等于线电流,对称的三角形负载,三相负载对称,相电流对称，线电流对称,相电流与线电流关系:,线电流,每相负载电流,总结：负载形接法,对称负载时：,例2-16:,如图,求相电压和相电流。,对称的三相星形负载。,解:,对称,对称,三角形平衡负载如图，求相电流及线电流。,解:,对称,对称,2.3.3、三相电路的功率:,功率:,不对称负载每相负载分别求解后再相加。,对称负载：,星形对称负载：,三角形平衡负载：,三相交流电路的小结（1）-三相电源,三相四线制,三相交流电路的小结(2)-三相负载,星形负载,三角形负载,三相交流电路的小结(3)
23、-三相电路计算,负载对称时：电压对称、电流对称，只需计算一相,2.3.4 安全用电,2.3.4 安全用电,电伤,男子听耳机睡觉被雷击 右耳被击穿,电灼伤,皮肤金属化,电伤是指电流的热效应、 化学效应、 机械效应及电流本身作用造成的人体伤害。,电击 电击是指电流通过人体内部， 破坏人体内部组织， 影响呼吸系统、 心脏及神经系统的正常功能， 甚至危及生命。,2.3.4 安全用电,1). 单极触电 当人站在地面上或其他接地体上， 人体的某一部位触及带电体时， 电流通过人体流入大地， 称为单极触电，,2.3.4 安全用电,2).双极触电 双极触电是指人体两处同时触及同一电源的两相带电体，电流从一相导体
24、流入另一相导体的触电方式,2.3.4 安全用电,有金属外壳的家用电器，外壳一定要接地。,3).跨步电压触电 当带电体接地时有电流向大地流散，在以接地点为圆心， 半径20 m的圆面积内形成分布电位。人站在接地点周围， 两脚之间的电位差引起的触电事故称为跨步电压触电。,高压跨步触电,2.3.4 安全用电,常用半导体器件,3,模拟信号,传感器采集的，在时间和幅度上连续变化的，如温度、压力、流量、液面、语音等均为模拟量。,调频收音机电路,二极管,3.1半导体基础知识 3.2二极管 3.3三极管,杂质半导体 PN结,CPU处理器是 怎么做出来的,在自然界中，根据物质导电能力的差别，可将它们划分为导体、绝
25、缘体和半导体。,如：金属,如：橡胶、陶瓷、塑料和石英等等,半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间，当受外界光和热刺激或加入微量掺杂,导电能力显著增加。,3.1.1 本征半导体,其中最典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素,典型的半导体材料,元素硅（Si）、锗（Ge） 化合物砷化镓（GaAs） 掺杂元素 硼（B）、磷（P）,动画:半导体,硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。,2. 本征半导体,定义：纯净的、不含其他杂质的半导体。,自由电子,空穴,3.1.2. 杂质半导体,在硅（或锗）的晶体中掺入少量3价杂质元素，如硼、镓等。,1. P型半导体,空穴,多数载流子（多子）空穴； 少数载流子
26、（少子）自由电子。,多数载流子（多子）自由电子； 少数载流子（少子）空穴。,在硅（或锗）的晶体中掺入少量5价杂质元素，如磷，砷等。,2. N型半导体,电子,杂质半导体的示意表示方法,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,P型半导体,N型半导体,多子浓度主要受掺入杂质浓度的影响,负离子,空穴,正离子,自由电子,3.1.3 PN结及其单向导电性,1. PN结的形成,没有载流子,动画:pn形成,外加正向电压,2. PN结的单向导电性,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,P区,N区,VF,大电流,PN结加正向电压时导通,
27、变薄,外加反向电压,PN结加反向电压时截止,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,P区,N区,VR,小电流,动画：反偏截至,PN结加正向电压时，具有较大的正向电流，PN结导通； PN结加反向电压时，呈现高电阻， PN结截止。,这就是PN结的单向导电性。,2. PN结的单向导电性,判断PN结偏置状态,4V,0V,4V,4V,-4V,0V,-3.7V,-3V,复习题,1.在N型半导体中，多数载流子为电子，N型半导体（ ） A、带正电 B、带负电 C、不带电 D、不能确定,C,自测题,2、本征半导体中的自由电子浓度_ _空穴浓度；P型半导体中的自由电子浓度_ 空穴浓度；N型半导
28、体中的自由电子浓度_ 空穴浓度。(a)大于 (b)小于 (c)等于,CBA,自测题,3.半导体中的空穴和自由电子数目相等，这样的半导体称为（ ） A.P型半导体 B.本征半导体 C.N型半导体,B,自测题,3.半导体中的空穴和自由电子数目相等，这样的半导体称为（ ） A.P型半导体 B.本征半导体 C.N型半导体,B,自测题,4、N型半导体_ _，P型半导体_ _。 (a)带正电 (b)带负电 (c)呈中性,CC,自测题,5、 半导体是一种导电能力介于 和 之间的物体。,导体 绝缘体,自测题,6、本征半导体是_ _，其载流子是_ _和_ _，两种载流子的浓度_ _。,一种完全纯洁的结构完整的半
29、导体晶体，空穴，自由电子，同,自测题,7、P型半导体的多数载流子是_，N型半导体的多数载流子是_。PN结具有_导电性。,空穴，自由电子，单向导电性,自测题,8、PN结的单向导电性是指：当PN结加正向电压时 加反向电压时 。,导通，截止,自测题,10 在N型半导体中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子。,错,判断,11、在纯净的半导体中掺了杂质后，其导电能力大大增强。,对,判断,13、在半导体内部，只有电子是载流子。,错,判断,3.1半导体基础知识 3.2二极管 3.3三极管,V-I特性,应用电路,节能的照明,今天应用得最广泛、最节能的照明器件非发光二极管（LED，light-emittin
30、g diode）莫属。,半导体二极管（简称二极管）是电子设备中最基本的电子元器件之一。,稳压电源电路板,电视机遥控器,太阳能LED路灯,3.2.1 二极管的结构与符号,二极管实物认识,二极管图形符号、文字符号,三角形表示电流方向,3.2.2 二极管的V-I特性,1 正向特性,硅 Von=0.5V左右， 锗 Von=0.1V左右。,3.2.2 二极管的V-I特性,硅管正向导通压降约为0.7V 锗管正向导通压降约为0.2V,复习,半导体 本征半导体 本征半导体是完全纯净的、结构完整的半导体晶体 本征激发-自由电子,空穴(正电荷)-复合 杂质半导体 N型半导体-纯净的硅中掺入5价元素-自由电子为多数
31、载流子 P型半导体-纯净的硅中掺入3价元素-空穴是多子 PN结 P型和N型的交界面 单向导电性 正偏-P端接电源正极、N端接电源负极-导通 反偏- P端接电源负极、N端接电源正极-截止,二符号 极管 单向导电性 伏安特性 Uon UVD UBR 稳压二极管反向击穿 发光二极管正偏 光电二极反偏,符号,反向饱和电流ISat 。,VBR称为反向击穿电压 。,2, 反向特性,理想二极管的处理,iD,vD,iD,正偏时，导通 vD=0V,短路 反偏时，截止 电流为0,断路,3.2.4 二极管的基本应用电路,单向导通,vD,单向导电性,vD 0V，导通,短路 vD 0V，截止,断路,1.去掉 二极管,2
32、.计算两级电位,3.电位差求UD,4.判断状态,5.以短路/开路计算电压,阳极,阴极,理想模型,计算步骤：,Ex.3.8,3.9在图1-29所示电路中，设二极管为理想的，且uI =5sin t (V)。试画出uO的波形,二极管加正向电压导通，反向电压截止，叫做二极管的 性 锗二极管的开启电压 V，硅二极管的开启电压 V 从二极管P区引出的电极为 ，N区引出的电极为 极 有一锗二极管正反向电阻均接近于零，表明二极管 ， 有一硅二极管正反向电阻接近无穷大，表明二极管,1.,2.,3.,4.,5.,二判断 1.半导体二极管都是硅材料制成的。（） 2.半导体二极管具有单向导电性。（） 3.半导体二极管
33、只要加正向电压就能导通。（） 4.二极管加反向电压一定是截止状态。（）,三选择 1.把电动势为1.5V的干电池以正向接法直接接到硅二极管两端，则（） A.电流为零B.电流基本正常C.击穿D.被烧坏 2.二极管两端加正向电压时（） A.一定导通B.超过死区电压才导通C.超过0.7V导通D.超过0.3V才导通,1.整流电路（理想模型）,（a）电路图 （b）vs和vo的波形,Ex.3.9,将正负变化的交流电压变为单向脉动电压的直流电,利用二极管的单向导电性,视频：整流仿真,整流（rectification），两种整流方式半波整流和全波整流。,2.限幅电路,是把输出信号幅度限定在一定的范围内,假设0E
34、时，二极管导通，uo=E。,上限幅电路,下限幅电路,双向限幅电路,双向限幅电路,二极管,单向导电性 伏安特性 应用电路计算,小结 HK3.8/3.9,vD 0V，导通,短路 vD 0V，截止,断路,正偏导通； 反偏截止。,3.1半导体基础知识 3.2二极管 3.3三极管,电流,电压,放大,什么是放大?,电信号放大:,汽车称重原理,肌电信号的放大,耳机放大器,半导体三极管，也叫晶体三极管。还被称为双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT） BJT是由两个PN结组成的。 放大作用,半导体三极管,大功率三极管,功率三极管,普通塑封三极管,3.3.1 BJT的
35、结构与符号,2.1.1 晶体管的结构,1. NPN型晶体管结构示意图和符号,(2) 根据使用的半导体材料分为: 硅管和锗管,(1) 根据结构分为: NPN型和PNP型,晶体管的主要类型,发射结(Je),基极，用B或b表示（Base）,集电结(Jc),发射极，用E或e 表示（Emitter）；,集电极，用C或c 表示（Collector）。,发射区,集电区,基区,三极管符号,箭头代表发射极电流的实际方向,C,E不能对调：,为实现放大，必须满足,发射结正向偏置 UBE0,集电结反向偏置 UBC0,3.3.2 BJT的电流放大作用,1.三极管的偏置,放大的条件,连接形式：,IE=IC+IB,共射电流
36、放大倍数,2.三极管的电流关系,IB微小变化引起IC较大变化,BJT放大作用,动画7,电流关系,方向 大小,Ex3.11,三极管的电流放大原理是电流的微小变化控制电流的较大变化。,工作在放大区域的某三极管，当IB从20A增大到40A时，IC从1mA变为2mA则它的值约为 。,某晶体管的发射极电流等于1mA，基极电流等于20A，则它的集电极电流等于 A、0.98 mA B、1.02 mA C、0.8 mA D、1.2 Ma,3.3.3 BJT的特性曲线,BJT的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线。,工程上最常用的是BJT的输入特性和输出特性曲线。,以共射放大电路为例：,输入回路,输出回路
37、,输入特性：,输出特性：,BJT共射接法的输入特性曲线,输入特性曲线,BE为PN结,输出特性曲线,它是以iB为参变量的一族特性曲线。,输出特性曲线可以划分为三个区域：,饱和区Je正偏，Jc正偏,三极管饱和时，C、E间电压大约为0，视为短路,截止区Je反偏，Jc反偏。,三极管截止时，电流等于0，视为断路,输出特性曲线可以划分为三个区域：,放大区Je正偏，Jc反偏。,输出特性曲线可以划分为三个区域：,三极管工作情况总结,放大区Je正偏，Jc反偏。,电位关系：,例1：测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。,例3-1 EX.3.12/3.10,1、三极管的特性曲线主要有曲线和曲线两种。
38、2、三极管输入特性曲线指三极管集电极与发射极间所加电压VCE一定时，与之间的关系。 3、某三极管3个电极电位分别为VE=1V,VB=1.7V,VC=1.2V。可判定该三极管是工作于区的型的三极管。 4、已知一放大电路中某三极管的三个管脚电位分别为3.5V，2.8 V，5V，试判断： a脚是 ，脚是 ，脚是 （e, b，c）； b管型是 （NPN，PNP）； c材料是 （硅，锗）。,5、当晶体三极管的发射结和集电结都反偏时，则晶体三极管的集电极电流将 A、增大 B、减少 C、反向 D、几乎为零 6、为了使三极管可靠地截止，电路必须满足 A、发射结正偏，集电结反偏 B、发射结反偏，集电结正偏 C、
39、发射结和集电结都正偏 D、发射结和集电结都反偏 7、检查放大电路中的晶体管在静态的工作状态（工作区），最简便的方法是测量 A、IBQ B、UBE C、ICQ D、UCEQ 8、某单管共射放大电路在处于放大状态时，三个电极A、B、C对地的电位分别是UA=2.3V，UB=3V，UC=0V，则此三极管一定是 A、PNP硅管 B、NPN硅管 C、PNP锗管 D、NPN锗管,复习,BJT分类：NPN;PNP，符号，箭头 放大：发射结正向偏置，集电结反向偏置 电流 方向, ， EX.2.2 工作区域,特点,截止区,Je反偏，Jc反偏,UBE0,UBC0,UBE0,UBC0,饱和区,Je正偏，Jc正偏,UB
40、E0,UBC0,UBE0,UBC0,放大区,Je正偏，Jc反偏,UBE0,UBC0,UBE0,| UBE|=0.7V/0.2V,复习 输出特性曲线工作区域,偏置放大时电流大小方向,复习,符号,放大条件: 电流关系 工作区域,特点 判断工作状态,发射结正向偏置UBE0,集电结反向偏置UBC0,信号放大电路,4,电子线路最基本的作用是对信号进行放大，能将信号放大的电路称为放大电路或放大器。许多电子设备如收音机、电视机、手机、音响等都要用到放大器。音频放大器又分前置放大器和功率放大器两种，它们只接收、放大、处理音频信号；在音频放大器中，前置放大器（又称电压放大器、控制放大器）的作用是对输入它的各种音
41、频节目源信号进行选择和放大，并调整输入信号的频响、幅度等，以美化音质。功率放大器则是将前置放大器送来的信号进行无失真的单纯功率放大，以推动扬声器放音。,4.1 应用示例,4.2 共射放大电路,4.2.1 共射放大电路组成,电路组成,BJT放大,Jc反偏,Je正偏,共射 C1,C2耦合电容(隔直通交) 电路的构成条件： 直流-外部条件 交流-工作目的,直流量与交流量共存,直流（由电源引起） -直流通路(直流通路是直流电源作用所形成的电流通路) 交流（由信号源引起）-交流通路(交流通路是交流信号作用所形成的电流通路),直流通路与交流通路,4.2 共射放大电路,4.2.1 共射放大电路组成,直流通路
42、,断开,断开,4.2 共射放大电路,4.2.1 共射放大电路组成,短路,短路,直流电源对地短路,交流通路,4.2 共射放大电路,4.2.1 共射放大电路组成,静态工作点:直流时(静态),BJT的电压电流数值在输出特性曲线上对应的点Q,1. 静态工作点分析,2.Q点对波形影响,Q点过低信号进入截止区,Q点过高信号进入饱和区,4.2.2 放大电路静态分析,4.2 共射放大电路,4.2.3 放大电路性能指标,放大是最基本的模拟信号处理功能。,模拟电子中研究的最主要电路：放大电路,4.2 共射放大电路,放大倍数,实质上就是输出对输入的比值-增益 衡量放大能力,电压增益,无量纲,在工程上常用单位dB（分
43、贝，decibel的缩写）。,用分贝表示的电压增益和电流增益如下：,4.2.3 放大电路性能指标,4.2 共射放大电路,输入电阻Ri,Ri:放大电路对信号源呈现的等效负载电阻。,输出电阻Ro,Ro的求法：将信号源短路；且负载RL两端开路，即RL=时,4.2.3 放大电路性能指标,4.2 共射放大电路,4.2.4 放大电路的动态分析,思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路,rbb,4.2 共射放大电路,放大电路小信号分析法,先确定Q点,求Q点处的和rbe,画出放大电路微变等效电路,列出电路方程并求解,4.2.4 放大电路的动态分析,4.2 共射放大电路,section,1,先确定Q点,UCE=
44、VCC-ICRC,利用直流通路求Q点,4.2.4 放大电路的动态分析,4.2 共射放大电路,section,2,求Q点处的和rbe,4.2.4 放大电路的动态分析,4.2 共射放大电路,section,3,画出放大电路微变等效电路,将交流通路中的三极管用等效电路代替,4.2.4 放大电路的动态分析,4.2 共射放大电路,section,4,列出电路方程并求解,4.2.4 放大电路的动态分析,4.2 共射放大电路,4.3 工作点稳定的放大电路,温度对静态工作点的影响,易发生失真,分压偏置电路,稳定静态工作点,旁路电容,电路分析,4.3 工作点稳定的放大电路,4.1 共集和共基放大电路,3种基本接
45、法，分别称为共射、共集和共基,电路结构,1. 共集电极放大电路,入,出,信号传输路线,输出信号发射级取出又称射极输出器,输入输出电压同相,又称电压跟随器,具有电流放大能力,输入电流ib 输出电流ie 放大1+,没有电压放大能力,uiuo,4.1 共集和共基放大电路,2.共基极电路,电路结构,CB,入E,出C,信号传输路线,4.1 共集和共基放大电路,CB,具有电压放大能力,输入电流ie 输出电流ic ieic,输入输出电压同相,4.1 共集和共基放大电路,4.5多极放大电路,前级的输出电压等于后级的输入电压,多级放大电路的放大倍数为：,输入电阻就是其第一级的输入电阻，即Ri=Ri1。 输出电阻
46、就是其最后一级的输出电阻，即Ro=Ron。,4.6 放大电路中负反馈,4.6.1 反馈的基本概念,将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。 就是将一个放大器的输出信号的一部分回送到输入端。,反馈的概念,1).正反馈与负反馈,正反馈：,负反馈：,反馈信号增强了外加输入信号的作用，使得放大倍数增加。,反馈信号削弱了外加输入信号的作用，使得放大倍数减小。,反馈分类和判断,4.6 放大电路中负反馈,4.6.1 反馈的基本概念,反馈分类和判断,直流反馈：,交流反馈：,2）.直流反馈和交流反馈,反馈到输入端的信号是直流量,反馈到输入端的信号是交流量,4.6 放大电路中负反馈,4.6.1 反馈的基本概念,反馈分类和判断,根据反馈信号与输入信号在放大电路输入回路中求和形式的不同，可分为：,串联反馈：,并联反馈：,反馈信号与输入信号串联。,3）.串联反馈和并联反馈,反馈信号与输入信号并联。,4.6 放大电路中负反馈,4.6.1 反馈的基本概念,反馈分类和判断,根据反馈信号在放大电路输出端连接方式的不同，可分为：,电压反馈：,电流反馈：,基本