【正文】 第 2章 簡(jiǎn)單電阻電路分析 2. 1 電阻 2. 2 電源 2. 3 MOSFET 2. 4 基爾霍夫定律 2. 6 運(yùn)算放大器 2. 5 電路的等效變換 2. 7 二端口網(wǎng)絡(luò) 2. 8 數(shù)字系統(tǒng)的基本概念 2. 9 用 MOSFET構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)的基本單元 ——門(mén)電路 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 一、電阻 (resistor) 電阻 R (1) 電壓電流采用關(guān)聯(lián)參考方向 R i u + u ? R i R 電阻 (resistance) 單位： ? (歐 ) 二、歐姆定律 (Ohm’s Law) 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 令 G ? 1/R G 電導(dǎo) (conductance) 歐姆定律 (關(guān)聯(lián)參考方向下 ): i? G u 單位： S (西 ) (Siemens， 西門(mén)子 ) 關(guān)聯(lián)參考方向下線性電阻器的 ui關(guān)系 : ? R = tan ? u i 0 u ? R i 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 (2) 電壓電流非關(guān)聯(lián)參考方向 R i u + 歐姆定律 : u ? –Ri 或 i ? –Gu 公式的列寫(xiě)必須根據(jù)參考方向?。? 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 R i u + – 當(dāng) R = 0 (G =? )，視其為短路。 u = 0 , i由外電路決定 。 當(dāng) R = ? (G = 0)，視其為開(kāi)路。 i = 0 , u由外電路決定 。 u i 0 開(kāi)路 u i 0 短路 三、開(kāi)路與短路 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 R i u + R i p發(fā) ? ui ? (–Ri)i? –i2 R p吸 ? ui ? i2R ?u2 / R 功率： u + 無(wú)論參考方向如何選取，電阻始終消耗電功率。 ? u(–u/ R) ? –u2/ R 或 p吸 ? u(–i) ?i2 R ?u2/ R ? (–Ri) (–i) 四、電阻消耗的功率 阻值＋功率 五、電阻的額定值 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 LRS??? ?0 1T T? ? ???幾種常見(jiàn)材料的 0℃ 電阻率與溫度系數(shù) 材料 銀 銅 鋁 鐵 碳 鎳鉻合金 ?0 / ?m 108 108 108 108 3500 108 110 108 ? /(℃ 1) 103 103 103 103 － 104 104 六、決定阻值的因素 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 電阻器的尺寸 主要取決于什么？ 貼片電阻 體積小 重量輕 可靠性高 碳膜電阻 阻值范圍寬 價(jià)格低廉 金屬膜 電阻 穩(wěn)定性高 精度高 線繞電阻 功率大 七、電阻器 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 非線性電阻 THS e1u UiI ????????滿足齊次性和可加性，即 Ae1(t) +Be2(t) Ar1(t)+ Br2(t) 成立 e1(t) r1(t) 線性網(wǎng)絡(luò) e2(t) r2(t) 線性網(wǎng)絡(luò) 激勵(lì) 響應(yīng) 網(wǎng)絡(luò) u Ri?線性電阻 八、非線性電阻 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 線性時(shí)變電阻 u?t? = R?t? i?t? R(t) + u(t) i(t) 電阻 R?t?是時(shí)間 t 的函數(shù) e (t) r (t) 非時(shí)變?cè)? e (t ? ) r (t? ) 非時(shí)變?cè)? 即輸出響應(yīng)與輸入信號(hào) 外加時(shí)刻無(wú)關(guān)。 線性非時(shí)變電阻 u?t? = Ri?t? 九、時(shí)變電阻 返回目錄 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 一、獨(dú)立電源 (independent source) 電源 （ 1） 特點(diǎn) （ a） 電源兩端電壓由電源本身決定 ， 與外電路無(wú)關(guān)； （ b） 通過(guò)它的電流由外電路決定 。 電路符號(hào) uS 1. 理想電壓源（ ideal voltage source） 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 （ 2） 伏安特性 （ a）若 uS = US ，即直流電源，則其伏安特性為平行于電流軸的直線，反映電壓與電源中的電流無(wú)關(guān)。 uS + _ i u + _ US u i 0 （ b） 若 uS為變化的電源 ， 則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系特性為平行于電流軸的直線 。 （ c） 電壓為零的電壓源，伏安曲線與 i 軸重合，相當(dāng)于 短路狀態(tài) 。 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 （ 3） 理想電壓源的開(kāi)路與短路 uS + _ i u + _ R （ a） 開(kāi)路： R??， i=0， u=uS。 （ b） 理想電壓源不允許短路 （ 此時(shí)電路模型 （ circuit model） 不再存在 ） 。 US + _ i u + _ r US u i 0 u=US – r i 實(shí)際電壓源 （ physical source） 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 2. 理想電流源 （ ideal current source） （ 1） 特點(diǎn) （ a） 電源電流由電源本身決定 ， 與外電路無(wú)關(guān)； （ b） 電源兩端電壓 由外電路決定 。 電路符號(hào) iS U I R 1A V1,A1,1 ???? UIRV10,A1,10 ???? UIR例 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 （ 2） 伏安特性 （ a）若 iS= IS ，即直流電源，則其伏安特性為平行于電壓軸的直線，反映電流與端電壓無(wú)關(guān)。 IS u i 0 iS i u + _ （ b） 若 iS為變化的電源 ， 則某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是平行于電壓軸的直線 ? （ c） 電流為零的電流源 ， 伏安特性曲線與 u 軸重合 ， 相當(dāng)于開(kāi)路狀態(tài) 。 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 （ 3） 理想電流源的短路與開(kāi)路 R （ 2） 理想電流源不允許開(kāi)路 （ 此時(shí)電路模型不再存在 ） 。 （ 1） 短路： R=0， i= iS ， u=0 ，電流源被短路 。 iS i u + _ （ 4） 實(shí)際電流源的產(chǎn)生 可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，有些電子器件輸出具備電流源特性，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無(wú)關(guān)；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 （ 5） 功率 iS i u + _ iS i u + _ p發(fā) = uiS p吸 = –uiS p吸 = uiS p發(fā) = –uiS 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 二、 受控電源 （非獨(dú)立源） （ controlled source or dependent source） 電路符號(hào) + – 受控電壓源 受控電流源 1. 定義 電壓源電壓或電流源電流不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)支路（或元件）的電壓（或電流）的控制。 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 一個(gè)受控電流源的例子（ MOSFET） D S G MOSFET UGS ＋ － UDS ＋ － IDS 受控源與獨(dú)立源的比較 : (1) 獨(dú)立源電壓 (或電流 )由電源本身決定 ， 而受控源電壓 (或電流 )直接由控制量決定 。 (2) 獨(dú)立源作為電路中 “ 激勵(lì) ” ， 在電路中產(chǎn)生電壓 、 電流， 而受控源在電路中不能作為 “ 激勵(lì) ” 。 IDS UDS 電阻 電流源 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 一個(gè) MOSFET可以用四端模型來(lái)表示。 受控源是一個(gè)四端元件 控制支路 支路電壓 支路電流 受控源 受控電壓源 受控電流源 f(uGS) 控制部分 受控部分 ＋ － uGS 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 （ 1） 電流控制的電流源 （ Current Controlled Current Source） ? : 電流放大倍數(shù) r : 轉(zhuǎn)移電阻 { u1=0 i2=? i1 { u1=0 u2=r i1 2. 分類(lèi) （ 2） 電流控制的電壓源 （ Current Controlled Voltage Source） CCCS ? i1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + 186。 _ u1 i1 + _ u2 CCVS + _ r i1 i2 + 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 g: 轉(zhuǎn)移電導(dǎo) ? :電壓放大倍數(shù) { i1=0 i2=g u1 { i1=0 u2= ? u1 (3) 電壓控制的電流源 （ Voltage Controlled Current Source） (4) 電壓控制的電壓源 （ Voltage Controlled Voltage Source） VCCS gu1 + _ u2 i2 186。 186。 + _ u1 i1 _ u1 i1 ? u1 + _ u2 i2 VCVS + _ + 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 3. 受控源與獨(dú)立源的比較 (1) 獨(dú)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(wú)關(guān) ， 而受控源電壓 （ 或電流 ） 直接由控制量決定 。 (2) 獨(dú)立源作為電路中 “ 激勵(lì) （ excitation） ” ， 在電路中產(chǎn)生電壓 、 電流 ， 而受控源只是反映電壓 、 電流之間的控制關(guān)系 ， 在電路中不能作為 “ 激勵(lì) ” 。 返回目錄 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 MOSFET Prescott內(nèi)核 P4 108個(gè)晶體管 （雙極、 MOS） 吳剛耳機(jī)放大器 日立 N溝道 2SK214型 MOSFET CPU供電電路 中的 MOSFET 最大功率達(dá) 200W 的電力 MOSFET 小：線寬 ?m 大： 10cm 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 D S G D S G 2n7000 一、 MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 )的結(jié)構(gòu)與符號(hào) N溝道增強(qiáng)型 MOSFET 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 D S G UGS ＋ － MOSFET UDS ＋ － IDS UDS=5V IDS UGS 截止區(qū) (A) UT TGS UU ? 時(shí)， MOSFET截止 改變 UDS的大小對(duì)曲線影響不大 UGSUT后， MOSFET的 D、 S間導(dǎo)通。 轉(zhuǎn)移特性曲線 二、 MOSFET的電氣性質(zhì) 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 D S G UGS ＋ － MOSFET UDS ＋ － IDS IDS UDS UGS=5V UGS=4V UGS=3V 三極管區(qū) / 可變電阻區(qū) 飽和區(qū) / 恒流區(qū) DSTGST UUUU ???DSTGS UUU ??輸出特性曲線 清華大學(xué)電路原理教學(xué)組 ? ?22TGSDSUUKI ??? 導(dǎo)通后 UGSUT+UDS的時(shí)候， MOSFET的 D、 S間呈 電流源特性 。 UGS與 IDS呈二次方關(guān)系： D S G UGS ＋ － MOSFET UDS ＋ － IDS TGS UU ?IDS UDS UGS=5V 三極管區(qū) / 可變電阻區(qū) (C) 飽和區(qū) / 恒流區(qū) (B) RON ? 導(dǎo)通后 UGSUT+UDS的時(shí)候， MOSFET的 D、 S間呈 電阻特性 。 TGS UU ?0DS ?I1 截止區(qū) 條件： 性質(zhì)： 3 三極管區(qū) 條件： 性質(zhì)： TDSGS UUU ??RON TDSGST UUUU ???2 飽和區(qū) 條件： 性質(zhì)： ? ?22TGSDSUUKI ??D S G UGS ＋ － UDS ＋ － IDS ＋ － US UGS ＋