清華大學自動化系電路與模擬電子技術CircuitsandAnalogElectronics1.1電子技術基本概念1.2電的發(fā)展史1.3電子技術發(fā)展史1.4電子技術的現(xiàn)代應用1.5電子系統(tǒng)第1章電子技術與電子系統(tǒng)概述231.1.1電子產品舉例1.1.2電子技術1.1電子技術基本概念41.1.1電子產品舉例圖1-1-1手機

（左）外觀

（右）內部電子產品或者電子設備：內部都有電子電路，都能完成一定的功能和性能。51.1.2電子技術

電子技術是研究如何用電子元件（電子器件）組成電子電路和電子系統(tǒng)，以解決實際問題的一門科學技術。

研究內容：電子元件（主要為半導體器件）的原理和特性，電子電路的組成、原理、分析和設計方法，電子系統(tǒng)的組成、原理、分析和設計方法?？萍际堑谝簧a力，目的是造福人類社會661.2.1古代電現(xiàn)象1.2.2電荷及其定理的發(fā)現(xiàn)1.2.3電池、電阻及電路的發(fā)明1.2.4電磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1.2.5電路元件的發(fā)明1.2.6電的應用1.2電的發(fā)展史學習發(fā)展史的重點在于學習科學家的發(fā)明創(chuàng)新的思想，了解科技發(fā)展的趨勢71.2.1古代電現(xiàn)象公元前三千年左右，在古埃及的壁畫里有會放電的電鯰魚。公元前兩千七百五十年的時候，有記載一種叫“尼羅河的雷霆”的電鰩，可以給人治病。古代阿拉伯人將雷電稱為“raad”。古希臘哲學家泰勒斯最早研究了靜電現(xiàn)象。81.2.2電荷及其定理的發(fā)現(xiàn)1752年美國的本杰明·富蘭克林做的風箏實驗，證明了閃電是自然界的放電現(xiàn)象；發(fā)現(xiàn)正、負電荷，電荷守恒定律。

1875年，查利·奧古斯丁·庫倫通過一個扭秤實驗，證明了電荷之間的作用力（吸引力或者排斥力）正比于兩個電荷量的乘積，而反比于它們之間的距離；并研究出了作用力的精確表達式。

電荷之間的相互作用力電研究上升到精確科學研究！查爾斯·庫倫(1736-1806)本杰明·富蘭克林(1706-1790)91.2.3電池、電阻及電路的發(fā)明圖1-2-2伏打電池

（左）實物

（右）結構1800年，亞歷山大·伏打發(fā)明了伏打電池，可以在電池兩極分別產生正、負電荷。圖1-2-4常用的電阻

圖1-2-5手電筒及其電路亞歷山大·伏打(1745-1827)101.2.4電磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)圖1-2-6電流的磁效應1820年，丹麥的漢斯·奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應在1831年,英國物理學家麥克·法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象及其規(guī)律圖1-2-7電磁感應現(xiàn)象丹麥，漢斯·奧斯特(1777-1851)英國，麥克·法拉第(1791-1867)111.2.5電路元件的發(fā)明一、電容1746年，荷蘭物理學家彼得·凡·穆森布羅克發(fā)明了第一個公認的電容器（簡稱為電容）即萊頓瓶（eydenjar），可以儲存電荷。圖1-2-8萊頓瓶

（左）

（右）結構圖1-2-9電容結構圖1-2-10普通電容實物荷蘭，彼得·凡·穆森布羅克（EwaldGeorgvonKleist，1692－1761）12二、電感1832年，約瑟夫·亨利證明了當在螺旋線兩端加電壓u，產生電流

i后，在線圈中形成感應磁場Φ，而感應磁場又會產生反向的感應電流-iΦ，來抵制（或阻止）線圈中電流i的變化。

螺旋線簡稱為線圈，也稱為電感。圖1-2-11電感（左）結構

（右）實物約瑟夫·亨利（JosephHenry，1797－1878）13三、電磁繼電器圖1-2-12電磁繼電器

（左）電路圖

（右）實物

電磁繼電器是一種用較小的電流、較低的電壓控制較大電流、較高的電壓的一種“自動開關”141.2.6電的應用一、電報

為了簡化字符的編碼，美國的塞繆爾·莫爾斯于1837年發(fā)明了莫爾斯碼，用“點”和“劃線”對字符進行編碼，不同的字符對應不同的編碼。圖1-2-13莫爾斯碼（點、劃線）美國，塞繆爾·莫爾斯(1791-1872)151.2.6電的應用一、電報

若將“點”和“劃線”的編碼對應為數(shù)字“0”和“1”，則電磁繼電器的開關（按鍵）輸入信號和觸點輸出信號對應編碼為數(shù)字信號“0”和“1”。

數(shù)字信號是離散的信號，只在電報員或觸點動作的時候出現(xiàn)，其他時間不出現(xiàn)，因此在時間上是分散（離散）的；并且只取離散的數(shù)值“0”和“1”。電報機16二、電話亞歷山大·貝爾于1876年發(fā)明了電話。圖1-2-14語音信號：連續(xù)的模擬信號

模擬信號是一種連續(xù)變化的信號，用于模擬自然界的各種物理、化學、生物等的信號，例如聲音、溫度、壓力、顏色、亮度、脈搏等亞歷山大·貝爾(1847-1922)電話機17三、無線電報1895年意大利的馬可尼發(fā)明了無線電報。圖1-2-15無線電報發(fā)報裝置原理圖意大利，古列爾莫·馬可尼(1874-1937)18四、計算機1941年德國的朱賽（Zuse）最先研制成了全自動的繼電器計算機Z-3，即第一代電計算機，它已具備程序控制、數(shù)字存儲等現(xiàn)代計算機的特征，標志著電的應用發(fā)展到了一個新的階段。全自動繼電器計算機Z-3191.3.1電子管的發(fā)明1.3.2晶體管的發(fā)明1.3.3集成電路的發(fā)明1.3.4電子技術的早期應用1.3電子技術發(fā)展史201.3.1電子管的發(fā)明一、電子二極管1904年，在無線電公司工作的英國電氣工程師約翰·弗萊明，受到“愛迪生效應”的啟發(fā)，發(fā)明了世界上第一個電子管—真空二極管，可以在無線電檢波中作開關用。圖1-3-1真空二極管（電子二極管）（左）原理圖

（右）實物圖電子二級管：電壓→金屬絲（陰極）→發(fā)射電子→金屬網(wǎng)（陽極）→產生電流；反過來就沒有電流；相當于開關21二、電子三極管1907年，美國李·德佛瑞斯特給電子二極管增加了第三個電極—控制柵，研究出了真空三極管（也稱為電子三極管，簡稱為電子管）。圖1-3-2真空三極管原理圖三、電子管的應用電子管廣泛應用于收音機、電視機、計算機，等。圖1-3-3第一臺電子管通用計算機-伊尼亞克(ENIAC)221.3.2晶體管的發(fā)明1947年，貝爾實驗室的三位科學家肖克利（WilliamSchockley）、巴?。↗ohnBardeen）和布萊頓（WalterBrattain）發(fā)明了用半導體材料制作的晶體管（Transistor），并于1956年獲得了諾貝爾物理學獎。圖1-3-4發(fā)明晶體管的三位科學家圖1-3-5現(xiàn)代晶體管實物231.3.3集成電路的發(fā)明1958年，美國德州儀器公司的工程師JackKilby發(fā)明了鍺半導體材料制成的集成電路(IntegratedCircuit，簡稱為IC)，將具有某一功能的電路全部制作在一塊半導體上，加上封裝和引腳。

1959年，美國仙童公司（Fairchild）的RobortNoyce發(fā)明了硅半導體材料制成的集成電路。圖1-3-6JackKilby制作的鍺半導體集成電路

241.3.3集成電路的發(fā)明1965年，美國科學家摩爾（Moore）預測出了集成電路的發(fā)展趨勢：集成電路的集成度每隔十八個月要翻一番（即它上面的元件的數(shù)目要增加一倍），但是它的成本卻要降低一倍，這就是著名的摩爾定律。圖1-3-7現(xiàn)代集成電路芯片251.3.4電子技術的早期應用

半導體元件和集成電路早期應用于電話、電報、收音機、電視機、計算機等，開啟了信息化時代即第三次工業(yè)革命。1960年，我國自行研制了第一套1000門自動電話交換機。1961年，美國德克薩斯儀器公司與美國軍方合作，研制出第一臺集成電路電子計算機。1964年，美國IBM生產出了由混合集成電路制成的IBM360計算機，成為第三代計算機的主要里程碑。261.4.1電子電路的功能1.4.2電子技術的應用領域1.4電子技術的現(xiàn)代應用271.4.1電子電路的功能1.通信2.信號處理3.計算4.測量5.控制6.其它功能

例如顯示信息、存儲信息等。281.4.2電子技術的應用領域

電子技術的應用領域主要包括消費、醫(yī)療、交通、農業(yè)、通信、工業(yè)、航空航天、軍事、測量等領域。圖1-3-10手機與音箱之間傳輸音樂歌曲29圖1-3-11石油聲波測井儀器圖1-3-12嫦娥五號探測器301.5.1電子系統(tǒng)簡介1.5.2現(xiàn)代電子系統(tǒng)的組成1.5.3現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計方法1.5.4現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計原則1.5電子系統(tǒng)311.5.1電子系統(tǒng)簡介一、電子系統(tǒng)定義

電子系統(tǒng)是指由若干相互連接、相互作用的電子電路和其它零部件組成，能夠產生或處理電信號及信息的完整的裝置。32二、電信號及信息1.信息、消息與信號信息：人類社會和自然界中需要傳送、交換、存儲和提取的抽象內容。消息：表示信息的語言、文字、圖像、數(shù)據(jù)等。信號：運載消息的物理量，它們是時間或空間的函數(shù)，所攜帶的消息則體現(xiàn)在它們的變化之中。由于電信號容易產生、傳輸和控制，也容易實現(xiàn)與其它物理量的相互轉換，因此是應用最廣泛的信號。332.電信號電信號：隨時間變化的電壓或電流，可以用波形或函數(shù)表示。數(shù)字信號：在時間或數(shù)值上均離散的電信號，例如電路的開關信號、脈沖信號等。（a）開關信號

（b）數(shù)據(jù)采集信號圖2-1-1數(shù)字信號342.電信號模擬信號：在時間和數(shù)值上均連續(xù)的電信號，例如聲音、亮度、顏色、溫度、壓力、流量、心電信號等。（a）溫度信號

（b）聲音信號

（c）脈搏信號圖2-1-2模擬信號35三、電子電路電子電路：用于產生或處理電信號。模擬電路(AnalogElectronicCircuit)：用于產生或處理模擬信號，其最基本的處理為放大，此外還有濾波、運算、信號產生電路等。數(shù)字電路(DigitalElectronicCircuit)：用于產生或處理數(shù)字信號，其最基本的處理為邏輯運算，此外還有數(shù)學運算，以及計數(shù)、存儲等。信號轉換電路：用于實現(xiàn)模擬信號與數(shù)字信號之間的相互轉換。模-數(shù)轉換電路或模-數(shù)轉換器(AnalogtoDigitalConverter，簡稱為A/D或者ADC)：實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號之間的轉換。數(shù)-模轉換電路或數(shù)-模轉換器(DigitaltoAnalogConverter，簡稱為D/A或者DAC)：實現(xiàn)數(shù)字信號到模擬信號之間的轉換。36四、電子元件

常用的電子元件包括電阻、電容、電感、半導體器件，而半導體器件主要包括二極管、晶體管、場效應管、集成電路等。

集成電路（IntegratedCircuit，簡稱IC）：采用一定的制造工藝，將電子元件、電阻、電容等組成的具有完整功能的電路制作在同一塊半導體基片上（直徑約為3-10mm），然后加上外部封裝和引腳所構成的器件。37微處理器：主要由數(shù)字電路組成，通常具有信息處理、存儲等功能。片上系統(tǒng)：在一塊半導體上集成了多種功能的電路，一個芯片即可以組成一個電子系統(tǒng)，也稱為系統(tǒng)級芯片。分立元件：非集成電路的電子元件。硬件：電子元件及其組成的電子電路。軟件：微處理器或SoC中的微處理器中運行的程序通常稱為。四、電子元件38五、電子零部件電子零部件：包括傳感器（例如麥克風、攝像頭、溫度傳感器等）、執(zhí)行器（例如揚聲器、蜂鳴器、電機、閥門等）、顯示器（例如液晶屏、數(shù)碼管等）、鍵盤和按鍵、有線或無線通信信號的發(fā)射或接收裝置、信號傳輸線、電子產品的外殼等。39一、現(xiàn)代電子器件的特點

現(xiàn)代集成電路的集成度越來越高，功能越來越強，例如多核微處理器、片上系統(tǒng)等。1.5.2現(xiàn)代電子系統(tǒng)的組成40圖2-2-1現(xiàn)代電子系統(tǒng)的組成現(xiàn)代電子系統(tǒng)通常以微處理器和SoC為核心組成。1.組成

電子系統(tǒng)的功能是產生或者處理電信號，包括信號提取、信號處理、信號輸出三部分。二、現(xiàn)代電子系統(tǒng)的組成412.舉例

（1）石油聲波測井信號采集和處理系統(tǒng)圖1-5-4石油聲波測井信號采集和處理系統(tǒng)的功能和組成42（2）智能家居安防報警系統(tǒng)圖1-5-6安防報警模塊組成圖1-5-7無線網(wǎng)關組成43一、電子系統(tǒng)設計概述

需要考慮的因素：

功能和性能，設計時首先要考慮其功能和性能是否能滿足要求。

電子系統(tǒng)都有一定的成本，有不同的外觀，在設計時也需要考慮。

完成電子系統(tǒng)設計可能有設計時間要求，即要求在一定時間內完成，在設計時也需要考慮。1.5.3現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計方法44二、現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計方法與流程 1）需求分析 2）功能劃分 3）軟硬件功能劃分 4）方案設計 5）軟硬件詳細設計 6）軟硬件單獨仿真和驗證 7）軟硬件聯(lián)合驗證 8）系統(tǒng)制作 9）系統(tǒng)測試 10）產品制作45圖1-5-9電路板圖1-5-8在面包板上搭建硬件電路46圖1-5-10Multisim仿真軟件界面471.5.4現(xiàn)代電子系統(tǒng)設計原則

電子系統(tǒng)設計需要考慮的因素：功能、性能、成本、外觀、時間等。

通常的設計原則：在滿足功能和性能要求的情況下，盡可能做到簡單、成本低、體積小、重量輕、時間短等。清華大學自動化系2025.06電路與模擬電子技術葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics2.1電路基本概念2.2電路基本定律第2章電路基本概念與基本定律49502.1.1電路及其模型2.1.2電流和電壓2.1.3電功率2.1.4電路元件2.1電路基本概念51電子電路功能：信息的傳輸、控制與處理。1.電路電路：由電氣和電子元件（器件）互相連接組成的電流通路。電路功能：（1）能量的傳輸、分配與轉換；（風力、太陽能發(fā)電）（2）信息的傳輸、控制與處理。（計算機、手機）

電子電路：由電氣和電子元件（器件）互相連接組成的電流通路。2.1.1電路及其模型52電路模型：用理想電路元件代替實際電路元件及其連接的電路。2.電路模型理想電路元件：忽略元件內部電磁物理過程，而僅關注其電磁性能（電壓和電流）的理想元件。元件符號電池開關燈泡53

電流：帶電粒子(電荷)有規(guī)則的定向運動電流強度(大小)：單位時間內通過導體橫截面的電荷量1.電流

電荷量：1庫侖相當于6.24146×1018個電子所帶的電荷總量2.1.2電流和電壓△表示增量（即變化量），△q為電荷量的增量，△t為單位時間54實際方向：規(guī)定正電荷的運動方向為電流的實際方向1kA=103A1mA=10-3A1

A=10-6A電流單位：A（安[培]，庫侖/秒）、kA、mA、

A

實際方向AB實際方向AB

55參考方向：任意假定一個正電荷運動的方向即為電流的參考方向。i>0相同i<0相反實際方向實際方向電流的參考方向與實際方向的關系：i

參考方向ABi

參考方向ABi

參考方向AB56

電壓u：單位正電荷q從電路中一點移至另一點時電場力所作功（W）的大小稱為兩點之間的電壓。電位

：單位正電荷q從電路中一點移至參考點（

＝0）時電場力作功的大小。實際電壓方向：電位真正降低的方向。

單位：V(伏[特])、kV、mV、

V2.電壓（電勢差）參考點、公共端、地（

＝0）

A＝uuAB＝

A-

B＝u

B＝01800年意大利物理學家伏特(1745-1827)發(fā)明了伏打電池uAB57u>0<0u

電壓的參考方向：假設高電位指向低電位的方向。相同相反58

功率的單位：W(瓦[特])能量的單位：J(焦[耳])電功率：單位時間內電場力對運動電荷所作的功

JamesWatt1736-18191焦耳=1瓦特*1秒焦耳定律2.1.3電功率△??為消耗或吸收電能的增量，單位為焦耳(J)；△t為單位時間，單位為秒（s）59例2.1.2電路如圖2-1-9所示，已知uS=5V,i=1A,u=1V，求電源提供的功率PS和R2消耗的功率P2。圖2-1-9

60一、常用電路元件電阻：表示消耗電能的元件。電容：表示產生電場、儲存電場能量的元件。電壓源和電流源：表示將其他形式的能量轉變成電能的元件。電子元件：表示能量控制和轉換的元件，例如晶體管。電感：表示產生磁場、儲存磁場能量的元件。2.1.4電路元件61二、電阻u-i

關系滿足歐姆定律電路符號k

(103

),M

(106

)u

Ri

i

Gu關聯(lián)參考方向電導率：描述物體導電能力的參數(shù)，簡稱為電導G，單位為西門子

，簡稱為西(S)。電阻率：描述物體阻礙導電的能力，簡稱為電阻，記為R，單位為歐姆，簡稱為歐(

)。62例2.1.2電路如圖2-1-12所示，已知R=100Ω。（1）若i=0.1A，求u；（2）若i=-0.1A，求u。解：（1）u=iR=10V；（2）u=iR=-10V。圖2-1-1263三、理想電壓源和電流源1.理想電壓源：其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與流過它的電流i

無關的元件叫理想電壓源。電路符號

電壓源嚴禁被短路！短路開路注意參考方向642.理想電流源：其輸出電流總能保持定值或一定的時間函數(shù)，其值與它的兩端電壓u無關的元件叫理想電流源。電路符號

電流源不能開路！注意參考方向三、理想電壓源和電流源65（3）理想電源的串聯(lián)和并聯(lián)

理想電壓源的串聯(lián)和并聯(lián)串聯(lián)

注意參考方向并聯(lián)

相同的理想電壓源才能并聯(lián),電源中的電流不確定。電壓源一般不并聯(lián)！uS1+_+_iuS2+_u66理想電流源的串聯(lián)和并聯(lián)相同的理想電流源才能串聯(lián),每個電流源的端電壓不能確定。電流源一般不串聯(lián)！串聯(lián)并聯(lián)

iiS2iS1注意參考方向67四、直流電源與交流電源直流電壓源：電壓保持定值，例如電池、直流電源、直流發(fā)電機提供的電壓。交流電壓源：電壓保持一定的時間函數(shù)，例如交流信號源、交流發(fā)電機提供的電壓。（a）理想直流電壓源

（b）正弦交流電壓源68五、獨立電源與受控電源

獨立電源的值僅由其內部決定，與外部其它電路無關；而受控電源的值受外部電路的某部分電壓或電流的控制。

按照受控量和控制量的不同，受控電源又分為四種：電壓控制的電壓源，電流控制的電壓源，電壓控制的電流源，電流控制的電流源。69gu1（1）電壓控制的電壓源（2）電流控制的電壓源

70（4）電流控制的電流源（3）電壓控制的電流源

g:轉移電導（跨導）

71

受控源與獨立源的比較獨立源電壓(或電流)由電源本身決定，與電路中其他電壓、電流無關，例如電池、信號發(fā)生器；而受控源電壓(或電流)由控制量決定。獨立源在電路中起“激勵”作用，在電路中產生電壓、電流，沒有獨立源電路無法工作；而受控源是反映電路中某處的電壓或電流對另一處的電壓或電流的控制關系，在電路中不能作為“激勵”。72例2.1.3晶體管的等效模型如圖2-1-21所示，已知ib=50μA，β=100，求電流ic。

圖2-1-2173例2.1.4MOS管的等效模型如圖2-1-22所示，已知ugs=100mV，gm=2mS，求電流id。

圖2-1-2274例2.求電壓u2。

5i1+_u2_i1+3u1=6V

-3V+_+_5V+_u例1.求電壓u、電流i。-2mA10mAi

2752.2.1基本概念2.2.2基爾霍夫定律(Kirchhoff'sLaw)2.2.3簡單電阻電路分析2.2電路基本定律76電路中通過同一電流的分支。b=31.支路2.節(jié)點三條以上支路的連接點稱為節(jié)點，例如a和b。n=22.2.1基本概念77對平面電路，其內部不含任何支路的回路稱網(wǎng)孔。l1,

l24.網(wǎng)孔網(wǎng)孔是回路；但回路不一定是網(wǎng)孔，例如l3。由支路組成的閉合路徑。l=31233.回路781.基爾霍夫電流定律(KCL)令流出為“+”、流入為“-”，有：

任意時刻，對任意節(jié)點，流出（或流入）該節(jié)點電流的代數(shù)和等于零。

流入的總電流等于流出的總電流2.2.2基爾霍夫定律(Kirchhoff'sLaw)79

三式相加得：

KCL可推廣應用于電路中包圍多個節(jié)點的任一閉合面。節(jié)點1節(jié)點2節(jié)點3

ebc

晶體管三端元件802.基爾霍夫電壓定律(KVL)

標定各元件電壓參考方向。選定回路繞行方向，順時針或逆時針。

任一時刻，沿任一回路，所有支路電壓的代數(shù)和恒等于零。81–VA+VB+VC=0VB+VC=VA并聯(lián)支路的電壓相等兩點間電壓等于連接它們的支路總電壓82123例2.2.1用KCL定律列寫圖2-2-2中節(jié)點b的電流方程；用KVL定律列寫回路2的電壓方程。解：節(jié)點b的電流方程為i1=i2+i3回路2的電壓方程為

uS2+i3R3-i2R2=0

即uS2=i3R3-i2R283-uS1

+uS2

+i(R1+R2)=0+_R1uS1+_uS2R2i例：已知uS1=5V，uS2=2V，R1=R2=1kΩ，求i

。-5V

+2V

+i(1k

+1k)=0i

=1.5mA+--+841.電阻串聯(lián)各電阻流過同一電流

i

(同一支路)總電壓等于各電阻的電壓之和

(KVL)

2.2.3簡單電阻電路分析85串聯(lián)電阻的分壓兩個電阻的分壓：

電位器，可調電阻：

滑動端86圖2-2-8的仿真電路和結果U2=UR1/(R1+R2)=2V872.電阻并聯(lián)各電阻兩端為同一電壓

u（KVL)總電流等于流過各并聯(lián)電阻的電流之和(KCL)i=i1+i2+

…+ik+…+in

88等效電阻

等效+u_iReq

89并聯(lián)電阻的分流兩個電阻的分流：

90圖2-2-11的仿真電路和結果I1=U/R1=5mA、I2=U/R2=10mAI1/I2=R2/R1清華大學自動化系2025.06電路與模擬電子技術葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics3.1電路基本分析方法3.2電路基本定理第3章電路基本分析方法9293獨立節(jié)點n個節(jié)點的電路，用KCL列寫n個方程；將n個方程左右兩邊分別相加，則兩邊均為0，或者說其中一個方程可以由其余方程左右兩邊分別相加或相減得到；稱此n個方程為不獨立方程。結論：n個節(jié)點的電路具有n-1個獨立節(jié)點，用KCL只能列寫n-1個獨立方程。節(jié)點a:

節(jié)點b:

一、

基本概念3.3基本分析方法942.獨立回路若將l個KVL回路方程左右兩邊分別相加，結果不為0，或者說任意一個方程均不能由其余方程左右兩邊分別相加或相減得到，則稱這l個回路方程為獨立回路方程，l個回路為獨立回路。網(wǎng)孔一般為獨立回路KVL：并聯(lián)支路的電壓相等兩點間電壓等于連接它們的支路總電壓n個節(jié)點、b條支路，求解b條支路電流，需列出b個獨立的電路方程：以支路電流為未知量列寫電路方程分析電路的方法，適合于支路數(shù)不多的情況，也是最常用的方法。標定各支路電流（電壓）的參考方向；選定n–1個節(jié)點，列寫其KCL方程；再選定b–(n–1)個獨立回路，指定回路繞行方向，結合KVL和支路方程列寫回路方程；求解上述方程，得到b個條路電流。進一步進行其他分析。二、

支路電流法96例3.1.1已知R1=R2=R3=1kΩ，US1=5V，US2=1V。試用支路電流法求解支路電流I1、I2、I3的數(shù)值。利用KCL對節(jié)點a列寫方程：-I1+I2+I3=??選取2個網(wǎng)孔為獨立回路（回路1和回路2），利用KVL列寫方程：US2+I2R2+I1R1-US1=0I3R3-I2R2-US2=0聯(lián)立上述三個方程求解，得到：I1=3mA，I2=1mA，I3=2mA。97以節(jié)點電壓為未知量列寫電路方程分析電路的方法。適用于節(jié)點較少的電路，也是較常用的方法。標定各支路電流（電壓）的參考方向，將支路電流用該組節(jié)點電壓表示。選定參考節(jié)點，標明其余n-1個獨立節(jié)點的電壓。列寫n-1個獨立的KCL方程。進一步進行其他分析。三、節(jié)點電壓法98

實際上是用節(jié)點電壓和支路電流為未知量，列寫b+n-1個方程99以回路電流為未知量列寫電路方程分析電路的方法。適用于回路較少的電路，也是較常用的方法。將支路電壓用回路電流表示。選定l個獨立回路，標明回路電流的參考方向。列寫l個獨立回路的KVL方程。進一步進行其他分析。求解上述方程，得到l個回路電流。i2i1四、回路電流法實際分析電路時：需要根據(jù)電路特點和求解對象靈活運用各分析方法；有時還可以結合幾種方法來分析，可以同時以節(jié)點電壓、支路電流、獨立回路電流、元件電壓或者端口電壓的一種或者多種作為變量，列寫足夠數(shù)量的方程來求解。101uS1=i1R1+

i2R2例：已知uS1=5V，i3=6mA，R1=R2=R3=1kΩ，求i1。i1=5.5mA+_R1uS1i3R2R3abi2i1

i1=

i2+i35V

=i1*1k

+

i2*1k

i1=i2+

6mA

ua=uS1-i1R1ua=i2R2-i1+

i2+i3=0i2=-0.5mA1.支路電流法2.節(jié)點電壓法

ua=i2R2=-0.5V

ui3=ua

–i3R3=-6.5V

+-ua=uS1-i1R11023.2.1疊加定理與齊性定理3.2.2戴維南定理與諾頓定理3.2電路基本定理1031.定理

線性電路中，任一支路的電流（或任意兩個端之間的電壓），都等于所有獨立電源（激勵）單獨作用時，在該支路產生的電流（或該兩個端之間的電壓）（響應）的代數(shù)和。獨立電源單獨作用：其它獨立電壓源為零-短路

其它獨立電流源為零-開路?？梢砸淮我粋€獨立電源單獨作用，也可以一次幾個獨立源同時作用。R1iS1R2R3uS3i2i3+–+–uS2一、疊加定理3.2.1疊加定理與齊性定理104=++

R1iS1R2R3R1R3

uS2+–R2R1R3uS3+–

R2

R1iS1R2R3uS3i2i3+–+–uS2i2=i2(1)

+i2(2)+i2(3)

例：求i2、i3i3=i3(1)

+i3(2)+i2(3)

105

106例：已知US1=6V，US2=3V，R1=R2=R3=2kΩ，求i1。用疊加定理求解。+_R1US1+_US2R2R3abi3i2i1i1(1)=2mAi1(1)=US1/(R1+R2//R3)

令US2=0i1(2)=-0.5mAi3(2)=

-US2/(R3+R1//R2)=

-1mA令uS1=0i1=i1(1)+i1(2)=1.5mA107線性電路中，當所有獨立源都增大或縮小k倍（k為實常數(shù)）時，所有支路電流或電壓也將同樣增大或縮小k倍。當只有一個獨立源時，則響應與激勵成正比。

疊加定理和齊性定理適用于由獨立源、受控源、無源器件（電阻、電容、電感）和變壓器組成的線性電路。二、齊性定理108

在分析復雜電路時，有時僅對電路的一部分電壓或電流感興趣，此時可以將其余部分電路進行等效變換，以簡化電路分析。戴維南定理和諾頓定理可以實現(xiàn)復雜電路的等效。一、戴維南定理3.2.2戴維南定理與諾頓定理109一個含有獨立電源、線性受控源及電阻的一端口（二端）電路，其對外部的作用都可以用一個理想電壓源U和一個電阻R的串聯(lián)電路來等效置換;電壓源U的數(shù)值等于一端口電路在端口處的開路電壓uoc，電阻R等于該端口內部所有獨立電源均為零時電路在端口處開路的等效電阻（輸入電阻）Req。戴維南定理:法國科學家L·C·戴維南于1883年提出注意參考方向11010

10

+–20V+–Uocab+–10VI(1)求開路電壓Uoc(2)求等效電阻Req

5

15VabReqUoc+-應用戴維南定理求開路電壓Uoc和等效電阻Req

111

112任何一個含源線性一端口電路，對外電路來說，可以用一個電流源和電阻的并聯(lián)組合來等效置換；電流源的電流等于該一端口的短路電流，電阻等于該一端口的輸入電阻。二、諾頓定理注意參考方向113例題：用諾頓定理求電流I。求短路電流IscI1=12/2A=6A

I2=(12+24)/10A=3.6AIsc=-(I1+I2)

=-9.6A求等效電阻Req諾頓等效電路應用分流公式

Req2

10

4

I-9.6A1.67

12V2

10

+–24V4

I+–

I1I2114兩個定理的應用：電源的等效變換

實際電壓源和電流源兩種模型可以用兩個定理進行等效變換。uS

=

iSRSiS=uS

/RS兩個端口特性相同，兩個電源可以互相等效iRS+u_iSi+_uSRS+u_諾頓定理戴維南定理u=uS

–RS

ii

=iS-u/RS=(uS–u)/RS清華大學自動化系2025.06電路與模擬電子技術葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics4.1電容、電感和變壓器4.2動態(tài)電路分析第4章動態(tài)電路1161174.1.1

電容4.1.2電感4.1.3變壓器4.1電容、電感和變壓器118

1.電容：又稱為電容器，由兩個導體用絕緣材料分開而組成。在電容兩端加電壓，兩個極板上分別帶上等量異號電荷，撤去電源，電極上的電荷仍可長久地聚集下去，是一種儲存電能的元件。4.1.1

電容119

2.電容特點：任何時刻，電容極板上的電荷q與電壓u成正比。

電路符號F(法拉),常用

F，nF，pF等表示。單位1F=106

F1F=103

nF1

F=106pF＋－u

3.電容的電壓-電流關系u、i

取關聯(lián)參考方向當u為常數(shù)(直流)時，i

=0，電容相當于開路，電容有隔斷直流的作用。某一時刻電容電流i

的大小取決于電容電壓u

的變化率，而與該時刻電壓u的大小無關。電容是動態(tài)元件。40

1214.電容的串聯(lián)與并聯(lián)（1）電容的串聯(lián)

等效電容

等效

122

等效（2）電容的并聯(lián)

等效電容

123當電流i

通過螺線管（線圈）時，將產生感應磁場，感應磁場又會產生反向的感應電流，來抵制（或阻止）線圈中i

的變化。電感是一種儲存磁能的元件。右手定則每匝線圈中產生磁通

(t)

總磁通鏈為

(t)＝N(t)磁鏈

與電流i成正比，

-i

（韋-安）特性為過原點的直線4.1.2電感124

電路符號H(亨利)，常用

H，mH表示單位電感器的自感1H=103

mH1mH=103

H+-uiL電感電壓u的大小取決于i

的變化率,與i

的大小無關，電感是動態(tài)元件。當i為常數(shù)(直流)時，u=0。電感相當于短路。

u、i

取關聯(lián)參考方向125一、互感線圈N1中通入電流i1時，在線圈N1中產生磁通（磁場），同時，有部分磁通穿過臨近的線圈N2，這部分磁通稱為互感磁通。兩線圈間有磁的耦合。

1

=

11=L1i1自感磁通

當兩個線圈都有電流時，每一線圈的磁通鏈為自感磁通鏈與互感磁通鏈的代數(shù)和：

1

=

11

12=

L1i1

M12i2

2

=

22

21=

L2i2

M21i1M12，M21互感系數(shù)M12=M21

21+–u11

11N1N24.1.3變壓器126

兩線圈的自感磁通鏈和互感磁通鏈方向一致，互感電壓取正，否則取負。127

兩線圈的自感磁通鏈和互感磁通鏈方向一致，互感電壓取正128

兩線圈的自感磁通鏈和互感磁通鏈方向不一致，互感電壓取負129為了確定互感電壓的方向，引入同名端的概念。1.當兩個電流分別從兩個線圈的對應端子同時流入或流出，若所產生的磁通相互加強時，則這兩個對應端子稱為兩互感線圈的同名端。二、同名端2.當隨時間增大的時變電流從一線圈的一端流入時，將會引起另一線圈相應同名端的電位升高。**

i11'22'

1.理想變壓器的三個理想化條件

理想變壓器是實際變壓器的理想化模型全耦合：無損耗：線圈導線無電阻，做心子的鐵磁材料的磁導率無限大。參數(shù)無限大：

二、理想變壓器

耦合系數(shù)k表示兩個線圈磁耦合的緊密程度，與線圈的結構、相互幾何位置、空間磁介質有關。

1312.理想變壓器的主要性能（1）變壓關系理想變壓器模型n:1+_u1+_u2

1

=

11=

L1i1

2

=

21=

M

i1

i1+–u1+–u2N1N2

21

11i1流入N1，N2產生感應電壓u2

132

理想變壓器既不儲能，也不耗能，在電路中只起傳遞信號和能量的作用。原、副邊功率守恒。（2）功率性質n:1+_u1+_u2i1i2

1

=

11=

L1i1

2

=

21=

M

i1

=

L2i2

1334.2.1一階RC動態(tài)電路4.2.2動態(tài)電路的定性分析4.2.3動態(tài)電路的定量計算4.2動態(tài)電路分析134動態(tài)電路

含有電容、電感的電路，當電路結構或元件參數(shù)發(fā)生變化（即換路）時，例如某條支路的突然斷路或者接入等，儲能元件的能量將發(fā)生變化，電路的工作狀態(tài)將發(fā)生改變。

只含有一個儲能元件的電路稱為一階電路。4.2.1一階RC動態(tài)電路1352.一階RC電路的動態(tài)電路（1）零狀態(tài)響應電路：沒有電源輸入

→接通電源；電容將從無能量的狀態(tài)轉換到儲存能量的狀態(tài)，也稱為充電狀態(tài)；（2）零輸入響應電路：接通電源

→斷開電源；電容將從儲能狀態(tài)轉換到釋放能量的狀態(tài)，也稱為放電狀態(tài)。t=0為換路瞬間t=0-換路前的終了瞬間t=0+換路后的初始瞬間換路瞬間儲能元件的能量不會發(fā)生變化：uC(t=0-)=

uC(t=0+)電容兩端電壓不突變136i=0,uC

=USi

=0,uC

=0S接通電源后很長時間，電容充電完畢，電路達到新的穩(wěn)定狀態(tài)：S未動作前，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)：前一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡狀態(tài)新的穩(wěn)定狀態(tài)當t=3RC時,電容電壓uC

=0.95US當t=4RC時,電容電壓uC

=0.98US（1）一階RC電路的零狀態(tài)響應（充電）4.2.2動態(tài)電路的定性分析137i=0,uC

=0S斷開電源后很長時間，電容放電完畢，電路達到新的穩(wěn)定狀態(tài)：（2）一階RC電路的零輸入響應（放電）138一階RC電路零狀態(tài)響應仿真當t=100ms時開關從下方撥至上方位置，電容開始充電，uO開始增加，當t=500ms即?t=4RC時uO≈4.9V=0.98US。139一階RC電路零輸入響應仿真當t=100ms時開關從上方撥至下方位置，電容開始放電，uO開始減小，當t=500ms即?t=4RC時uO≈95mV≈0.02US。140

初始時刻uC(t=0+)=0，將其帶入上式，解得A=-USuC=-USe-t/τ+US

=US（1-e-t/τ）

若初始時刻uC(0+)=U0，則解得A=U0-US，uC=

(U0-US)e-t/RC

+US

4.2.3動態(tài)電路的定量計算141

uC=

(U0-US)e-t/RC

+USuC(t)=

uC(∞)+[uC(0+)-

uC(∞)]e-t/τ142例4.2.1圖4-2-1（a）所示一階RC電路中，US=5V，RC=10s。（1）已知uC(0+)=0，分別求解t=10s、30s、50s時的uC，并畫出近似波形；（2）已知uC(0+)=1V，分別求解t=10s、30s、50s時的uC，并畫出uC的近似波形。解：（1）uC=US(1-e-t/τ)=5(1-e-t/10) t=10s時uC≈3.16V t=30s時uC≈4.75V t=50s時uC≈4.97V（2）uC=US+(U0-US)e-t/RC

=5+(1-5)e-t/10=5-4e-t/10 t=10s時uC≈3.53V t=30s時uC≈4.8V t=50s時uC≈4.97V143例4.2.2圖4-2-3所示一階RC電路中，US=5V，RC=10s,換路起始時刻電容充電完畢即uC(0)=US。分別求解t=10s、30s、50s時的uC，并畫出近似波形。解：uC=USe-t/RC=5e-t/10t=10s時uC≈1.84Vt=30s時uC≈0.25Vt=50s時uC≈0.03V144例4.2.3已知US=10V，R

=10Ω，C

=1μF，

uC(0-)

=0V。t=0時刻開關閉合。1.求t>=0時的uC

(t)。2.uC達到5V所需的時間。3.若此時US跳變?yōu)?10V，求uC(t)。1.uC(0+)

=uC(0-)

=0V

uC

(∞)

=US=10V時間常數(shù)τ=RC=10Ω*1μF=10-5s用三要素法求uC(t)表達式

uC(t)=

uC

(∞)

+[uC(0+)-

uC

(∞)

]e-t/τ

=(10-10e-105t)V2.達到5V所需的時間t≈6.93μs3.uC(0'+)

=uC(0'-)

=5V

uC

(∞)

=U'S=-10V用三要素法求uC表達式

u'C(t)=

(-10+15e-105t)V清華大學自動化系2025.06電路與模擬電子技術葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics5.1正弦信號5.2正弦穩(wěn)態(tài)電路分析第5章正弦穩(wěn)態(tài)電路分析1461475.1.1正弦信號的定義5.1.2正弦信號的有效值5.1正弦信號1481.正弦信號（正弦量）：隨時間周期性變化的信號tuOT周期T

和頻率f頻率f

：每秒重復變化的次數(shù)。周期T

：重復變化一次所需的時間。單位:Hz(赫茲)單位：s(秒)

波形重復幅值(振幅、最大值)Um反映正弦信號變化幅度的大小。瞬時值表達式u(t)=Umsin(ωt+

)Um-Um5.1.1正弦信號的定義149角頻率ω初相位

單位：rad/s

，弧度/秒相位變化的速度，反映正弦量變化快慢。反映正弦量的計時起點，常用角度表示。tuOT

u(t)=Umsin(ωt+

)

1503.正弦信號是一種基本信號，法國數(shù)學家傅里葉提出，任何周期函數(shù)（例如方波、三角波）都可以用正弦函數(shù)和余弦函數(shù)構成的無窮級數(shù)來表示，稱為傅里葉級數(shù)。

2.正弦電路在電力系統(tǒng)和電子技術領域占有十分重要的地位。正弦函數(shù)是周期函數(shù)，其加、減、求導、積分運算后仍是同頻率的正弦函數(shù)。正弦信號容易產生、傳送和使用。

151

周期性正弦電流、電壓的瞬時值隨時間而變，為了衡量其平均效果，工程上采用有效值來表示。

在一個周期內消耗的能量（或產生的熱量）相等5.1.2正弦信號的有效值直流交流152

1535.2.1一階RC電路的定性分析5.2.2正弦穩(wěn)態(tài)電路分析5.2正弦穩(wěn)態(tài)電路分析tuOT周期T和頻率f

US為正弦信號源US幅值增大時電容充電、減小時放電。

t5.2.1一階RC電路的定性分析tuOTUS為正弦信號源

t一階RC低通電路仿真結果一階RC高通電路仿真結果1571.復數(shù)的表示形式

代數(shù)式指數(shù)式極坐標式三角函數(shù)式一、復數(shù)

虛數(shù)單位

5.2.2正弦穩(wěn)態(tài)電路分析1582.復數(shù)運算加減運算—采用代數(shù)式F1±F2=(a1±a2)+j(b1±b2)F1=a1+jb1，F(xiàn)2=a2+jb2乘除運算—采用極坐標式

F1=|F1|

1，F(xiàn)2=|F2|

2

模相乘角相加模相除角相減

1591.問題的提出RC電路方程是微分方程，求解復雜兩個正弦量的運算：

同頻的正弦量相加、減、積分、微分仍得到同頻的正弦量，所以，只需確定初相位和有效值。正弦量復數(shù)變換的思想二、相量法把時域問題變?yōu)閺蛿?shù)問題以簡化分析計算160設定復函數(shù)

對F(t)取虛部

任意一個正弦時間函數(shù)都有唯一與其對應的復數(shù)函數(shù)

無物理意義正弦量,有物理意義2.正弦量的相量表示

正弦量對應的相量161同樣可以建立正弦電流與相量的對應關系用相量表示i,u

寫出電壓的瞬時值表達式

1623.正弦量的微分、積分運算–借助復數(shù)的微分、積分運算

微分運算積分運算

163正弦量相量時域頻域相量法只適用于激勵為同頻正弦量的時不變線性電路。相量法用來分析正弦穩(wěn)態(tài)電路。把時域問題變?yōu)閺蛿?shù)問題。把微積分方程的運算變?yōu)閺蛿?shù)方程運算。可以把直流電路的分析方法直接用于交流電路。相量法的優(yōu)點例題：

1651.電阻元件的相量形式相量形式相量模型uR(t)i(t)R+-有效值關系R+-

相量關系

UR=RI

三、電路定律的相量形式166時域形式相量形式

相量模型iC(t)u(t)C+-

+-

相量關系

2.電容元件的相量形式

|XC|O

167時域形式相量形式

相量模型相量關系

3.電感元件的相量形式j

L+-

i(t)uL(t)L+-

1684.基爾霍夫定律的相量形式

同頻率的正弦量加減可以用對應的相量形式來進行計算。因此，在正弦電流電路中，KCL和KVL可用相應的相量形式表示

流入某一節(jié)點的所有正弦電流用相量表示時仍滿足KCL；而任一回路所有支路正弦電壓用相量表示時仍滿足KVL。

四、一階RC電路的正弦穩(wěn)態(tài)分析

一階RC低通電路

170

一階RC高通電路

清華大學自動化系2025.06電路與模擬電子技術葉朝輝CircuitsandAnalogElectronics6.1半導體(Semiconductor)6.2PN結(PNJunction)6.3二極管(Diode)及其特性6.4晶體管6.5場效應管第6章半導體器件1721736.1.1本征半導體6.1.2雜質半導體6.1半導體(Semiconductor)1746.1.1

本征半導體半導體的導電能力介于導體和絕緣體之間，第一代半導體材料-元素半導體：常用的有硅（Si）和鍺（Ge），為四價元素。第二代半導體材料-

化合物半導體：由三價和五價元素組成，例如砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、銻化銦(InSb)，它們主要用于制作高速、高頻、大功率以及發(fā)光電子器件。第三代半導體材料–寬禁帶半導體：以碳化硅SiC、氮化鎵GaN為主，可用于制作耐高壓、大功率、高頻電子器件。175本征半導體：純凈的半導體經過一定的工藝制作成的單晶體。圖6-1-1硅本征半導體空間結構示意圖

圖6-1-2硅本征半導體平面結構示意圖價電子共價鍵正離子176圖6-1-3本征半導體中的自由電子和空穴

溫度越高，掙脫共價鍵的自由電子越多，載流子濃度越大，本征半導體的導電能力就越強。

本征半導體載流子的濃度相對于導體仍然很低，因此導電性能很差，并受溫度影響。常溫下由于熱激發(fā)產生自由電子和空穴對1776.1.2

雜質半導體

為了改善和控制本征半導體的導電性能，可以在其中摻入微量其他元素（雜質），變成雜質半導體。圖6-1-4N型半導體

圖6-1-5P型半導體

由于少子濃度低，因此相對變化量大，受溫度影響大，將影響半導體器件的性能。N型半導體：

自由電子–多子空穴–少子P型半導體：

空穴–多子自由電子–少子1786.2PN結(PNJunction)6.2.1PN結的形成6.2.2

PN結的單向導電性6.2.3

PN結的電流方程6.2.4

PN結的電容效應1796.2.1PN結的形成

采用不同的摻雜工藝，將P型半導體與N型半導體制作在同一塊硅片上，在交界面附近就形成了一個缺少載流子的薄層（耗盡層），稱為PN結。多子擴散空間電荷區(qū)（耗盡層Deplitionregion）擴散運動(Diffusion)：由于濃度差而產生的載流子(多子)的運動漂移運動(Drift)：在電場力作用下載流子(少子)的運動1806.2.2PN結的單向導電性正向偏置（簡稱為正偏）或正向接法：耗盡層變窄；以多子的擴散電流為主，電流較大；PN結呈現(xiàn)出較小的電阻，像開關閉合一樣，PN結的這種工作狀態(tài)稱為導通狀態(tài)。反向偏置（簡稱為反偏）或反向接法：耗盡層變寬；以少子的漂移電流為主，電流很小；PN結呈現(xiàn)出很大的電阻，像開關打開一樣，PN結的這種工作狀態(tài)稱為截止狀態(tài)。圖6-2-2PN結加正向電壓時導通

圖6-2-3PN結加反向電壓時截止限流電阻1816.2.3PN結的電流方程和伏安特性i：流過PN結的電流u：PN結兩端的電壓IS：PN結反向偏置電流，通常為微安（10-6A）或者納安（10-9A）級別UT：溫度電壓當量，常溫27℃時UT≈26mVi=IS(eu/UT-1)1.PN結反向偏置且u<<-UT：eu/UT≈0，i≈IS，其中符號“<<”表示遠遠小于；2.PN結正向偏置且u>>UT：eu/UT>>1，i≈ISeu/UT，i與u為近似指數(shù)關系，i將隨u增大而快速增大，其中符號“>>”表示遠遠大于。一、電流方程1826.2.3PN結的電流方程和伏安特性二、伏安特性將PN結的端電壓與電流之間的關系用圖描述，稱為伏安特性。當u>0即PN結正向偏置時，一開始電流即非常小，之后電流i隨u增加而快速增長；當u<0即PN結反向偏置時，電流i幾乎為零；但是當反向偏置電壓超過U(BR)

之后，電流突然增大，若不加以限制，將損壞PN結。將U(BR)稱為反向擊穿電壓。1836.2.4PN結的電容效應PN結的P區(qū)和N區(qū)與電容的兩個極板相似，當外加電壓時，載流子將產生運動，使得P區(qū)和N區(qū)的電荷發(fā)生變化，從而產生電容效應，即使得PN結有等效的電容。PN結空間電荷區(qū)的寬度隨外加電壓而變化所等效出的電容稱為勢壘電容Cb。

當PN結正向偏置時，多子將擴散到對方的數(shù)量隨外加電壓而變化，也等效出電容效應，稱為擴散電容Cd。PN結的等效電容通常很小，約為幾十至幾百皮法（pF，1pF=10-12F），在直流信號或者較低頻的信號作用時，不影響其單向導電性；但當信號頻率較高時，將使其反向偏置的等效阻抗減小，從而影響其單向導電性。1846.3二極管(Diode)及其特性6.3.1

二極管的結構和符號6.3.2

二極管的伏安特性6.3.3

二極管特性及電路分析6.3.4

穩(wěn)壓二極管1856.3.1普通二極管二極管的結構和符號將PN結用外殼封裝起來，加上電極引線就構成了二極管。（a）普通二極管

（b）

理想二極管圖6-3-1二極管的符號圖6-3-2二極管的外形一、二極管的結構和符號186二、二極管的伏安特性二極管端電壓和電流之間的關系稱為伏安特性。圖6-3-3二極管的伏安特性圖6-3-4簡化的二極管伏安特性和等效電路對于硅管，通常Uon≈0.5V，UD為0.5V至0.8V，近似計算時可認為UD≈0.7V。工程思維（方法）：對二極管電特性合理近似，是在解決實際工程問題時的一種簡化方法，即工程化方法，便于分析和計算。187三、二極管特性及電路分析1.伏安特性仿真

圖6-3-6二極管伏安特性仿真1882.二極管開關特性仿真（1）正向偏置（2）反向偏置189（3）二極管整流圖6-3-9二極管回路加入低頻大幅值的正弦波電壓信號（4）發(fā)光二極管電路圖6-3-10發(fā)光二極管回路加入低頻大幅值方波信號190四、二極管的微變等效電路

當二極管正向偏置時，若在其兩端外加微小的交流信號ui，則二極管將等效為一個電阻，稱為二極管的微變等效電路，或稱為微變等效電阻rd。當僅考慮V作用（ui=0）時，V=UD+IDR

1916.3.2穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管又稱為齊納二極管（Zenerdiode），簡稱為穩(wěn)壓管。

穩(wěn)壓管是一種特殊的二極管，其在反向擊穿狀態(tài)下，當電流在一定范圍內變化時，具有穩(wěn)壓的作用。圖6-3-11

穩(wěn)壓管的符號

圖6-3-12

穩(wěn)壓管的伏安特性1926.3.4穩(wěn)壓二極管圖6-3-13

穩(wěn)壓管的外形圖6-3-14

穩(wěn)壓管電路1936.4.1

晶體管的結構和符號6.4.2

晶體管的放大原理6.4.3

晶體管的特性曲線6.4.4

晶體管的直流等效電路(直流模型)6.4.5

晶體管直流電路分析6.4晶體管1946.4.1晶體管的結構和符號用不同的摻雜方式在同一硅片上制造出三個區(qū)，形成兩個PN結，引出三個電極，就構成了晶體管。圖6-4-1晶體管的結構晶體管三個區(qū)的特點：發(fā)射區(qū)的摻雜濃度很高；基區(qū)很薄且摻雜濃度較低；集電結的面積大。集電極發(fā)射極基極發(fā)射結集電結195圖6-4-2晶體管符號圖6-4-3晶體管實物1966.4.2晶體管的放大原理

當晶體管的發(fā)射結正偏、集電結反偏時，處于放大狀態(tài)，能將基極電流IB成比例地放大為集電極電流IC。圖6-4-4晶體管放大電路

該電路以發(fā)射極為公共端，也稱為共發(fā)射極放大電路，簡稱為共射放大電路。197圖6-4-5晶體管放大原理晶體管放大原理：1.發(fā)射結正偏：有利于多子的擴散運動，產生較大的發(fā)射極電流IE；2．基區(qū)很?。簭陌l(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的大量非平衡少子很快到達集電結邊沿，只有很少部分形成基極電流IB的一部分（另一部分主要為基區(qū)的多子向發(fā)射區(qū)擴散形成的）。3.由于集電結反偏：有利于少子的漂移運動，因此基區(qū)的非平衡少子大部分很快又漂移到集電區(qū)，形成較大的集電極電流IC。IC≈βIBβ：電流放大倍數(shù)，其數(shù)值通常為一百至幾百。198圖6-4-6晶體管放大交流輸入信號晶體管處于放大狀態(tài)時的特點：(1)發(fā)射結導通，因此UBE≈0.7V；(2)集電結反偏，因此UC>UB，可得UCE>UBE，即UCE>0.7V；(3)IC≈βIB，IE=IB+IC≈(1+β)IB；(4)當在左邊輸入回路添加交流輸入信號ui時，將使基極電流iB發(fā)生變化，從而使集電極電流iC發(fā)生變化，當晶體管處于放大狀態(tài)時，同樣能將iB成比例地放大為iC，比例系數(shù)仍為β。1996.4.3晶體管的特性曲線一、輸入特性圖6-4-7晶體管的輸入特性iB=f(uBE)|UCE=常數(shù)當晶體管工作在放大區(qū)時，可用UCE≈1V時的輸入特性代替UCE>=1V時的所有輸入特性。當UCE逐漸增大時，輸入特性將右移。200二、輸出特性

iC=f(uCE)|IB=常數(shù)圖6-4-8晶體管的輸出特性1.當發(fā)射結正偏、集電結反偏，即uC>uB，或uCE>uBE，則晶體管處于放大狀態(tài)，iC