电子理论基础知识

电子理论基础知识电子理论基础知识电子理论基础知识xxx公司电子理论基础知识文件编号：文件日期：修订次数：第1.0次更改批准审核制定方案设计，管理制度直流电DirectCurrent电压U高电位与低电位的电位差，方向是电位降的方向U＝IR单位：伏特（V）电动势E实际方向由电源内部的负极指向正极电位V电路中任一点与参考点之间的电压电流和电压的实际方向总是一致的，或设为关联方向U＝IR；当两者设为非关联的参考方向时，U＝－IR功：正电荷Q（=It）在电场力作用下，由a点通过R移到b点。W＝UQ＝UIt＝I2Rt＝U2t∕R单位：焦耳（J）1千瓦小时为1度电：1kWh＝1000瓦×3600秒＝×106J功率：P＝W∕t＝UI＝U2∕R＝I2R单位：瓦（W）P﹥0组件吸收功率(电阻)P﹤0组件发出功率(电源)基尔霍夫电流定律KCL：任一瞬间，流入一个节点的电流总和等于从该节点流邮的电流总和。∑I＝0任一时刻，电路中节点处电流的代数和为零。基尔霍夫电压定律KVL：任一时刻，电路中任一回路，各段电压的代数和等于零。∑U＝0凡电压的参考方向与绕行方向一致时此电压前取正号，与绕行方向相反时此电压前取负号。∑IR＝∑E任一回路，电阻电压降的代数和等于电动势的代数和。电动势参考方向与绕行方向一致时，前面取正号。电阻串联电路：通过串联电阻的电流是同一电流I，串联电阻两端的总电压等于各电阻上电压的代数和【串联分压】U＝IR1＋IR2＋…＋IRnR＝R1＋R2＋…＋Rn电阻并联电路：各并联电阻两端电压是同一电压U，总电流等于各并联电阻中电流的代数和【并联分流】I＝U∕R1＋U∕R2＋…＋U∕RnR＝R1∥R2∥…∥Rn1∕R＝1∕R1＋1∕R2＋…＋1∕Rn电压源：电压US与低值内阻R0串联组成。U＝US－IR0在电压源内阻R0＝0理想情况下，电源两端电压U≡US，该电压源称为恒压源，其输出电流I由外电路负载决定：I＝US∕RL电流源：电激流IS与高值内阻RS并联组成。I＝IS－U∕RS在电流源内阻RS＝∞理想情况下，输出电流I≡IS﹐该电流源称为恒流源，其两端电压U由外电路负载决定：U＝ISRL∑∑＋∑Is∑UsR1RU＝节点电压法：（弥尔曼定理）U＝分子∑(Us/R)＋∑Is：各支路电压源与本支路电阻相除后的代数和，电源参考方向依下列规则：①恒流源流向节点时取正号②电动势正极指向节点时取正③恒压源与节点电压参考方向一致时取正号分母∑1/R：两节点之间各支路的恒压源为零(短路)后的电阻的倒数和，均为正值；但不计与恒流源串联的电阻叠加原理：在线性电路中，如有多个线性独立电源同时作用时，则每一组件中的电流或电压等于各个独立源单独作用于该组件所产生的电流或电压的代数和。当其它电源不作用时：若是恒压源，则Us＝0在电路中作短路处理；若是电流源，则Is＝0，在电路中作开路处理。戴维南定理：任何一个线性有源二端网络对外电路而言，可用一个电压源和电阻R0串联的电路等效代替。等效电压源的电动势E等于有源二端网络开路电压U0（将负载开路）；等效电压源的内阻R0等于有源二端网络除源后（恒压源短路、恒流源开路）所求得的无源二端网络的等效电阻。诺顿定理：任何一个线性有源二端网络对外电路而言，可用一个恒流源IS和电阻RS并联的电路来等效。等效电流源的恒流源IS的大小等于有源二端网络的短路电流（将负载短路）等效电源源的内阻

RS等于有源二端网络除源后（恒压源短路、恒流源开路）所得的无源二端网络的等效电阻。负载获得功率：PL＝IL2RL＝(U02∕(R0+RL))2RL当满足RL＝R0﹐负载获得取大功率PLmax＝U02∕4R0＝U02∕4RL﹐但电源输出功率的效率仅有50﹪

交流电AlternatingCurrent交流电的参考方向设定为正半周时的方向。e＝Emsin(ωt＋ψ)u＝Umsin(ωt＋ψ)i＝Imsin(ωt＋ψ)最大值(幅值)：Em、Um、Im正弦电流/电压的有效值是其幅值的1／(≈倍E＝U＝I＝相位差：两个同频率的正弦交流电在任何瞬时的相位之差。相位差Δψ＝0°时，称为同相；相位差Δψ＝180°时，称为反相周期T正弦量变化一次所需的时间T＝1/f＝2π/ω单位：秒（s）频率f单位时间内正弦量重复变化的次数f＝1/T单位:赫兹（Hz）角频率ω交流电在单位时间内变化的弧度ω＝2π/T＝2πf单位：弧度/秒（rad/s）度＝弧度×180°/π初相位ψt＝0时的相位角相量的加减可用代数式，相量乘除则用极座标式。相量相乘，模相乘，幅角相加；相除时，模相除，幅角相减。相量相量A＝a＋jb＝r(cosψ＋jsinψ)＝rejψ＝r∠ψ模r＝a2＋b2实部a＝rcosψ幅角ψ＝arctg(b∕a)虚部b＝rsinψ电阻R＝ρl∕s单位

：欧姆（Ω）(ρ为电阻率(Ω·m)、l长度、s截面积)衡量一个电阻器是否线性的，应看它的电压－电流关系是否为线性函数一个二端电阻器，不管其电压值是多少，只要其电流值恒等于零，就称为开路。一个二端电阻器，不管其电流值是多少，只要其电压值恒等于零，就称为短路。电导G＝1∕R单位

：西门子（S）(电阻的倒数称为电导)电容C＝Q∕Uc＝εS∕d单位：法拉（F）（ε介质介电常数(F∕m)、d极板间距、S极板的面积）容抗XC＝1∕(ωC)＝1∕(2πfC)单位

：欧姆（Ω）I＝UCωC电流超前于电压90ºi＝Cuc＝i＝Cuc＝idtducdt1C无功功率QC＝UCI单位：乏（var）电容对于直流电路视作开路，起隔直作用。XC＝1∕(2πfC)＝1∕0＝∞Ω(对于直流，f＝0)电容充放电的规律:电容器两端电压不能突变，在外在电压突变瞬间，电容器相当于"短路"电容器充放电结束时，流过电容的电流为零，此时电容器相当于"开路"RC电路的充放电过程都需要一定的时间才能完成，充放电时间在3－5τ以后，可认为充放电基本结束充放电过程的快慢决定于电路本身的时间常数(τ＝RC)，而与其它的因素无关充放电过程中，VC、IC、UR均按指数规律变化根据电路规律列写电压、电流的微分方程，若微分方程是一阶的，则该电路为一阶电路（一阶电路中一般仅含一个储能元件。）τ＝RCτ越大，过渡过程曲线变化越慢，uC达到稳态所需要的时间越长一阶微分电路通用方程：f(t)可代表电压u(t)或电流i(t)初始值f(0+)：uc(0+)＝uc(0－)iL(0+)＝iL(0－)稳态值f(∞)：画出等效电路,令C开路时间常数τ：对于一个电阻直接用RC求得；对于复杂的电路,要先求其等效内阻R'f(t)＝f(∞)＋[f(0+)－f(∞f(t)＝f(∞)＋[f(0+)－f(∞)]e–电路串联谐振时，电流最大，谐振时电感器和电容器上的电压彼此相等但相位相反。Z＝R＋(XL－XC)＝RRLC并联电路的谐振既称并联谐振，又称电流谐振。谐振条件：ωC－1/ωL＝0谐振频率：ω0＝1/(LC)

电感L＝ψ∕i＝NФ∕i＝uSN2∕l单位：亨利（H）（u介质磁导率(H∕m)、S截面、N匝数、l线圈长度）感应电动势的实际方向总是企图产生感受应电流来阻碍磁链的变化。规定自感电动势eL的参考方向与磁链之间符合右螺旋定则。感抗XL＝ωL＝2πfL单位：欧姆（Ω）UL＝IXL＝IωL电压超前于电流90ºuL＝－eL＝uL＝－eL＝Li＝uLdtdidt1L功率QL＝ULI单位：乏（var）电感线圈对于直流电路，相当于短路组件。XL＝2πfL＝0Ω(对于直流，f＝0)电阻R、电感L和电容C组件串联的交流电路：|Z|＝R2＋X2＝R2＋(XL－|Z|＝R2＋X2＝R2＋(XL－XC)2＝R2＋ωL－1ωC2＝R＋j(XL－XC)＝R＋j(XL－XC)＝|Z|∠ψ··UI复阻抗ψ＝arctgψ＝arctg＝arctg＝arctgUL－UCURXL－XCRQP有功功率 有功功率 P＝UIcosψ (单位：W)无功功率 Q＝UIsinψ＝QL－QC (单位：var)视在功率 S＝UI (单位：VA)电抗X＝XL－XC若X>0，则ψ>0，电压超前电流ψ角，电路呈阻感性若X<0，则ψ<0，电压滞后电流ψ角，电路呈阻容性若X=0，则ψ=0，电压与电流同相，电路呈阻性当分支电路中只有电感和电容时：X>0时ψ＝90°X<0时ψ＝－90°电阻R、电感L和电容C组件并联的交流电路：求阻抗：先求各分支电流，再求总电流，然后用电压除以总电流得出阻抗。

半导体SemiconductorPositive正的，阳的：导电时以空穴(带正电荷)载流子为主，又称空穴型半导体。Negative负的，阴的：导电时以自由电子为主，又称电子型半导体。PN结：利用特殊掺杂工艺，在一块芯片上两边分别生成N型和P型半导体，两者交界处称为PN结。PN结基本特性：单向导电性，理想情况下，导通压降≈0。正偏：P区接电源正极，N区接电源负极。反偏：P区接电源负极，N区接电源正极。反偏时，理想情况下，PN结的反向电阻≈∞。二极管Diode：由一个PN结加上相应电极和引线及管壳封装而成。电路连接极性：PN结正偏。最大整流电流IDM：允许流过二极管的最大正向平均电流。反向工作峰值电压URWM：保证二极管不被反向击穿，一般为反向击穿电压的1∕3～1∕2反向工作峰值电流IRM：二极管加上反向工作峰值电压时的反向饱和电流。IRM愈小管子单向导电性愈好。稳压管Dz：工作在反向击穿状态。当Iz在较大范围内变化时，管子两端电压Uz却基本保持不变，具有恒压性。稳压管只有与限流电阻串联接入整流电路才能起到稳压作用。

晶体管Transistor：两种不同极性的载流子同时参与导电，故称双极型晶体管。BECPNPBECPNP型BECNPN型BEC微变等效电路IbβIb两个PN结将基片分为三个区域：发射区、基区、集电区。每区各引一电极，分别为发射极Emission、基极Base、集电极Collect掺杂浓度：发射区高于集电区，远高于基区。控制方式：较小的基极电流IB控制较大的集电极电流IC。工作原理：在基极发射极加正向电压，发射区的空穴（电子）多子迅速扩散到基区，由于基区非常微薄且电子（空穴）多子浓度低，进入基区的空穴（电子）被复合的机会很少；在基极集电极加较大的反向电压，集电结处形成较厚的内电场，在集电结较厚的内电场作用下，空穴（电子）很快运动到集电结的边缘，进入内电场区域，被收集(飘移)到集电区。工作状态：(以NPN型为例)基极电压PN结情况状态说明应用范围UBE≦0发射结反偏，集电结反偏截止IB＝0IC＝ICBO≈0数字电路UBE≧导通电压UCE>UBE发射结正偏，集电结反偏放大IC＝βIBIC几乎与UCE大小无关模拟电路UBE≧0UCE≦UBE发射结正偏，集电结正偏饱和IB增大时，IC几乎不再增大数字电路IC＝βIBIE＝IC＋IB＝(1＋β)IB晶体管输入电阻rbe＝300Ω＋(1+β)×26(mV)∕IE(mA)（工程中估算方式）晶体管极限参数：集电极最大允许电流ICM、集电极最大允许损耗功率PCM、反向击穿电压U(BR)CEO①IC﹤ICM②PCM＝UCEICM③EC≤～U(BR)CEOPCM受结温限制，标称值为常温25℃下测得的。

绝缘栅型场效应管MOSFET(MetalOxideSemiconderFieldEffectTransistor)场效应管的栅极与漏、源极及半导体绝缘，故名绝缘栅场效应管；因构造上有金属、氧化物和半导体，所以又叫MOS管。MOSFET只有一种极性的载流子参与导电，故称单极型晶体管。控制方式：栅源间电压UGS控制漏、源间电流ID。（漏、源极可互换）工作原理：利用栅、源间电压UGS的外加电场在衬底中感应电荷来形成或复合漏、源间的导电沟道，使导电沟道变宽沟通或变窄夹断，从而控制漏、源间的电流

ID。导电沟道越宽，则沟道电阻越小，ID就越大。耗尽型：存在原始导电沟，当加上直流电压UDS后，漏、源间有电流ID。加上直流电压UGS到某一值时UGS>UGS(off)﹐原始导电沟在外电场作用下耗尽而夹断，此时，ID≈0。增强型：当UGS＝0时，管中不存在原始导电沟道，因而当漏、源间加上直流电压UDS时，ID＝0。只有当UGS增大到某一值时UGS>UGS(th)﹐在外电场作用下沟通漏、源间的导通沟道，电路中才有ID。

MOS管的衬底引出一电极，使用时通常将衬底与源极连在一起。沟道指向原则：流入N沟道(流出P沟道)﹐电流ID流向与沟道一致。耗尽型栅源间电压UGS极性可任意，一般与沟通(P＋N－)一致；增强型栅源间电压UGS极性UDS一致。DSGDSGN沟通增强型MOS管IDDSG微变等效电路DSGN沟通耗尽型MOS管ID饱和漏极电流IDSS：栅、源间电压UGS＝0时的漏极电流·MOSFETUGS＝0且UDS﹥0开关条件漏极电流ID应用范围耗尽型ID﹥0夹断：UGS﹥UGS(off)IID＝IDSS(1－)2UGSUGS(off)模拟电路增强型ID＝0开启：UGS﹥UGS(th)IID＝UDSS(－1)2UGSUGS(th)数字电路diDdugs直流参数：RGS＞109diDdugs低频跨导gm：当UDS＝常数时，ugs的微小变量与由它引起的iD的微小变量之比。gm＝∣UDS＝常数单位：西门子（S）是表征栅、源电压对漏极电流控制作用大小的一个参数。最大漏极功耗PDM＝UDS·ID注：存放时，使三个电极短路；取管子时，应注意人体静电；焊接时，烙铁要良好接地且去掉电源；电路中，应使栅源间有直流通路。

基本放大电路IB太高，会产生饱和失真，即输出波形的负半周(下半部分)产生非线性失真。IB太低，会产生截止失真，即输出波形的正半周(上半部分)产生非线性失真。微变电路①放大状态下的三极管的瞬时极性：基极与发射极同相，基极与集电极反相②直流电源对交流短路③电容对交流短路计算基本放大电路的输入电阻ri、输出电阻ro时，先将交流通路用微变等效电路取代：求输入电阻ri，不应包括信号源内阻RS求输出电阻ro，不应包括负载电阻RL共射极放大电路基极偏置电阻RB一般为几十千欧到几百千欧。输入电阻（低）ri=RB∥rbe≈rbe，一般为几百欧到几千欧。输出电阻（高）ro≈RC，一般为几千欧到几十千欧。静态工作点Q：IB＝（VCC－UBE）∕RB≈VCC∕RBIC＝βIB＋ICEO≈βIBUCE＝VCC－ICRC共射极放大电路的输出电压与输入电压的相位反相。电压放大倍数Au＝－βRL∕rbe共集电极放大电路射极输出器输入电阻（高）ri＝RB∥[rbe＋(1＋β)RL]，一般为几十千欧到几百千欧。输出电阻（低）ro≈(rbe＋RS)∕β；当rbe>>RS时，ro≈rbe∕β，一般为几十欧到几百欧。静态工作点：IBRB＋UBE＋IERE＝VCCIE＝（1＋β）IB≈ICUCE＝VCC－IERE射极输出器的输出电压与输入电压大小基本相等且相位同相。电压放大倍数Au＝(1＋β)RL∕(rbe＋(1＋β)RL)≈1且＜1差动放大电路仅对差模信号进行放大。共模输入信号：两个输入信号大小相等，极性相同，即ui1＝ui2差模输入信号：两个输入信号大小相等，极性相反，即ui1＝－ui2任意输入信号可以分解为一对共模信号uc和一对差模信号ud的组合：ui1＝ud＋uc，ui2＝－ud＋uc典型差动放大电路的共模反馈电阻RE对差模信号而言，几乎没有影响，可视为短路。共模抑制比KCMR＝20lg∣Aud∕Auc∣（dB）理想情况下，共模抑制比为无穷大。

集成运放电路(电路结构：一个具有高开环放大倍数的多级直接耦合放大电路)辨认双列直插式组件的引脚时，将组件正面放置，引脚朝下，正面的半圆记号应在左侧，从左下角开始各引脚按逆时针方向顺序排列。理想集成运放的条件和分析公式：理想条件：①开环差模电压放倍数Au0＝∞②差模输入电阻rid＝∞输出电压u0受控两个输入端电位差u0＝Au0(u＋－u－)；集成运放工作在线性区：（在闭环状态下引入深度负反馈）由于u0为线性区的有限值且Au0＝∞，所以u＋＝u－u＋＝u－两者同电位,可作短路处理，但不是真正的短路，称为虚短u＋＝u－＝0两个输入端只要有一个取得地电位（0），则另一个虽无接地但也立即取得地电位，称为虚地。因为rid＝∞，所以两个输入电流i＋和i－均为零：i＋＝i－＝0(两个输入电流均为零，但不允许与输入端断开，称为虚断)集成运放工作在非线区：（工作在开环情况下）由于rid＝∞，所以i＋＝i－＝0当u＋－u－﹥0，即u＋﹥u－时，UO＝＋UO(sat)(正向饱和输出电压)(对于数字电路为高电平：UOH)当u＋－u－﹤0，即u＋﹤u－时，UO＝－UO(sat)(负向饱和输出电压)(对于数字电路为低电平：UOL)当u＋－u－＝0，即u＋＝u－时，是输出电压UO发生突变的时刻。此时的电压值，即为门限电压UT。集成运放工作在非线区：（工作在正反馈情况下）正反馈自激振荡条件：Uf＝Ui且AF＝1幅度平衡：∣A∣·∣F∣＝1相位平衡：ψA＋ψB＝2π×n(n为自然数)振荡器必须在起振过程中满足∣A∣·∣F∣＞1RC正弦波振荡器的振荡频率f0＝1∕（2πRC）用作低频信号源LC正弦波振荡器的振荡频率f0＝1∕（2πLC）用作高频振荡器

正负反馈类型判别：在放大电路的输入端，假设一个输入信号对地的极性，用“+”、“-”表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈反馈信号和输入信号加于输入回路一点时，瞬时极性相同的为正反馈，瞬时极性相反的是负反馈。反馈信号和输入信号加于输入回路两点时，瞬时极性相同的为负反馈，瞬时极性相反的是正反馈。瞬时极性都是指对地而言；对三极管来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相输入端。负反馈放大电路：A＝输出∕净输入开环放大倍数F＝反馈∕输出反馈系数Af＝输出∕输入闭环放大倍数AF＝反馈∕净输入环路放大倍数闭环放大倍数Af＝输出∕输入＝输出∕(反馈＋净输入)＝输出∕(AF×净输入＋净输入)＝(输出∕净输入)∕(1+AF)＝A∕(1+AF)反馈深度＝1＋|A|×|F|＝|A|∕|Af|当满足1＋|A|×|F|＞＞1时，称为深度负反馈，|Af|＝|A|∕(1＋|A|×|F|)≈1∕|F|开环与闭环放大倍数的相对变化关系：（dAf∕Af）＝1∕(1＋|A|×|F|)×（dA∕A）判断反馈类型的两种方法：短路法将负载短路，则Uo＝0，若反馈信号消失为电压反馈；否则为电流反馈。将三极管输入内阻rbe短路，若反馈信号消失为并联反馈；否则为串联反馈。直观法反馈信号与输出信号引自同一端为电压反馈；否则为电流反馈。反馈信号与输入信号引自同一端为并联反馈；否则为串联反馈。直流负反馈的作用：稳定放大电路的静态工作点。交流负反馈影响放大器性能：降低了放大倍数、提高了放大倍数的稳定性、减小了非线性失真、展宽了通频频带·串联负反馈提高输入电阻信号源由低内阻的电压源提供输入信号，可取得满意的反馈效果。并联负反馈降低输入电阻信号源由高内阻的电流源提供输入信号，可取得满意的反馈效果。电流负反馈提高输出电阻并稳定输出电流电压负反馈降低输出电阻并稳定输出电压，增强了带负载的能力。

功率放大器