习题 ………………8857差分放大电路……… 144 1.概念题… 571差分放大电路的工作情况… 145 2.计算和仿真题………………………………89 572差分放大器的分析………………146 第4章二极管及其应用 573差分放大器的输入-输出方式……147 4.1PN结和二极管… ……9358功率放大器………… 411PN结的单向导电性……………………93 581概述 149 412二极管 582互补对称功率放大器… 151 413二极管的等效电路及其应用 583集成功率放大器 155 42特殊二极管 9859场效晶体管放大电路 157 421稳压二极管 591共源极放大电路… 15′ 422光电二极管…………… 592共漏极放大电路——源极输出器…159 423发光二极管 …100习题 43二极管整流及滤波电路 1.概念题……………………………………160 431单相整流电路… 2.计算和仿真题 432滤波电路……… ………103第6章集成运算放大器 44稳压管稳压电路 6.1集成运算放大器简介 166 习题 集成运放的结构与符号 概念题 …∷∷…108 612集成运放的主要技术指标及其 2.计算和仿真题 选用注意事项 167 第5章晶体管及其基本放大电路……112 613集成运放的电压传输特性与理 51晶体三极管 ……∷112 想化模型 …169 511晶体管结构及其放大作用 1262放大电路中的反馈 512晶体管的特性曲线及主要参数……113 621反馈的基本概念 171 513晶体管的开关应用——非门… 622反馈的判断 173 52场效晶体管 623负反馈对放大电路性能的影响……176 521绝缘栅型场效晶体管…………11963集成运放的线性应用… 522场效晶体管主要参数…………·122 631比例运算电路……… …178 53晶体管共发射极放大电路 124 632加、减法运算电路 531共发射极放大电路的组成 124 633积分、微分运算电路……………180 532静态分析 ……125 634测量放大电路………… ……181 533动态分析…… …………126 635有源滤波器 …182 54静态工作点的稳定……………13464集成运放的非线性应用 541温度对静态工作点的影响…… 641电压比较器 18 542分压式偏置放大电路 134 642方波发生器……… 187 55射极输出器 13765正弦波发生器…………………………189 56多级放大电路………… 140 651自激振荡 561阻容耦合放大电路………………141 652文氏桥式振荡器…………………190 562直接耦合放大电路……… 14366常用集成运放芯片介绍 191
习题 ……………………………………………… 88 1 . 概念题……………………………………… 88 2 . 计算和仿真题 ……………………………… 89 第 4 章 二极管及其应用 …………………… 93 4 .1 PN 结和二极管………………………… 93 4 .1 .1 PN 结的单向导电性 ………………… 93 4 .1 .2 二极管 ……………………………… 94 4 .1 .3 二极管的等效电路及其应用 ……… 95 4 .2 特殊二极管 …………………………… 98 4 .2 .1 稳压二极管 ………………………… 98 4 .2 .2 光电二极管 ………………………… 99 4 .2 .3 发光二极管 ………………………… 100 4 .3 二极管整流及滤波电路 …………… 100 4 .3 .1 单相整流电路 ……………………… 101 4 .3 .2 滤波电路 …………………………… 103 4 .4 稳压管稳压电路……………………… 106 习题 …………………………………………… 108 1 . 概念题 …………………………………… 108 2 . 计算和仿真题 …………………………… 110 第 5 章 晶体管及其基本放大电路 ……… 112 5 .1 晶体三极管 …………………………… 112 5 .1 .1 晶体管结构及其放大作用 ………… 112 5 .1 .2 晶体管的特性曲线及主要参数 …… 113 5 .1 .3 晶体管的开关应用———非门 ……… 118 5 .2 场效晶体管 …………………………… 119 5 .2 .1 绝缘栅型场效晶体管 ……………… 119 5 .2 .2 场效晶体管主要参数 ……………… 122 5 .3 晶体管共发射极放大电路 ………… 124 5 .3 .1 共发射极放大电路的组成 ………… 124 5 .3 .2 静态分析 …………………………… 125 5 .3 .3 动态分析 …………………………… 126 5 .4 静态工作点的稳定 ………………… 134 5 .4 .1 温度对静态工作点的影响 ………… 134 5 .4 .2 分压式偏置放大电路 ……………… 134 5 .5 射极输出器 …………………………… 137 5 .6 多级放大电路 ………………………… 140 5 .6 .1 阻容耦合放大电路 ………………… 141 5 .6 .2 直接耦合放大电路 ………………… 143 5 .7 差分放大电路 ………………………… 144 5 .7 .1 差分放大电路的工作情况 ………… 145 5 .7 .2 差分放大器的分析 ………………… 146 5 .7 .3 差分放大器的输入 - 输出方式 …… 147 5 .8 功率放大器 …………………………… 149 5 .8 .1 概述 ………………………………… 149 5 .8 .2 互补对称功率放大器 ……………… 151 5 .8 .3 集成功率放大器 …………………… 155 5 .9 场效晶体管放大电路 ……………… 157 5 .9 .1 共源极放大电路 …………………… 157 5 .9 .2 共漏极放大电路———源极输出器 … 159 习题 …………………………………………… 160 1 . 概念题 …………………………………… 160 2 . 计算和仿真题 …………………………… 164 第 6 章 集成运算放大器 …………………… 166 6 .1 集成运算放大器简介 ……………… 166 6 .1 .1 集成运放的结构与符号 …………… 166 6 .1 .2 集成运放的主要技术指标及其 选用注意事项 ……………………… 167 6 .1 .3 集成运放的电压传输特性与理 想化模型 …………………………… 169 6 .2 放大电路中的反馈 ………………… 171 6 .2 .1 反馈的基本概念 …………………… 171 6 .2 .2 反馈的判断 ………………………… 173 6 .2 .3 负反馈对放大电路性能的影响 …… 176 6 .3 集成运放的线性应用 ……………… 177 6 .3 .1 比例运算电路 ……………………… 178 6 .3 .2 加、减法运算电路 ………………… 179 6 .3 .3 积分、微分运算电路 ……………… 180 6 .3 .4 测量放大电路 ……………………… 181 6 .3 .5 有源滤波器 ………………………… 182 6 .4 集成运放的非线性应用 …………… 185 6 .4 .1 电压比较器 ………………………… 185 6 .4 .2 方波发生器 ………………………… 187 6 .5 正弦波发生器 ………………………… 189 6 .5 .1 自激振荡 …………………………… 189 6 .5 .2 文氏桥式振荡器 …………………… 190 * 6 .6 常用集成运放芯片介绍 …………… 191 Ⅱ
661常用集成运放芯片……………191 822单相桥式半控整流电路 …215 662常用集成比较器芯片………………19383单结晶体管触发电路 216 663函数发生器芯片…………………193 831单结晶体管………………………216 习题… 832单结晶体管振荡电路… …218 概念题 833单结晶体管同步触发电路…………219 2.计算和仿真题……… …19684晶闸管的保护………………………220 第7章直流稳压电源 ……19985交流调压电路 ……221 7.1串联型稳压电源 19 851单相交流调压电路… 221 711稳压电源的主要指标…… 852双向晶闸管及其应用 222 712串联反馈式稳压电路的工作原理…199·86无源逆变电路………… 223 713基准电压源 200^87直流调压电路(斩波器)…… 224 714简单分立元件组成的稳压电路 201 871全控型电力电子器件简介 224 72集成稳压器… ……202 872直流调压电路(斩波器)……225 721三端固定集成稳压器……………202习题……… 226 722三端可调集成稳压器………… 概念题… …226 723低压差三端稳压器 203 2.计算和仿真题 227 73串联开关式稳压电源… …203附录 习题 ……………………208附录1电阻器、电容器及其标称值 1.概念题 208附录2半导体分立器件型号命名法…231 2.计算和仿真题… …208附录3部分半导体器件型号和参数…232 第8章电力电子器件及其应用……………210附录4半导体集成电路型号命名法…235 8.1晶闸管 210附录5部分半导体集成电路的型号 811晶闸管的结构及工作原理……………210 和主要参数 …237 812晶闸管的伏安特性及主要参数……211中英名词对照 …238 82可控整流电路…… ……213主要参考书目 ……246 821单相半波可控整流电路…………213 ⅢI
6 .6 .1 常用集成运放芯片 ………………… 191 6 .6 .2 常用集成比较器芯片 ……………… 193 6 .6 .3 函数发生器芯片 …………………… 193 习题 …………………………………………… 194 1 . 概念题 …………………………………… 194 2 . 计算和仿真题 …………………………… 196 第 7 章 直流稳压电源 ……………………… 199 7 .1 串联型稳压电源……………………… 199 7 .1 .1 稳压电源的主要指标 ……………… 199 7 .1 .2 串联反馈式稳压电路的工作原理 … 199 7 .1 .3 基准电压源 ………………………… 200 7 .1 .4 简单分立元件组成的稳压电路 …… 201 7 .2 集成稳压器 …………………………… 202 7 .2 .1 三端固定集成稳压器 ……………… 202 7 .2 .2 三端可调集成稳压器 ……………… 202 7 .2 .3 低压差三端稳压器 ………………… 203 7 .3 串联开关式稳压电源 ……………… 203 习题 …………………………………………… 208 1 . 概念题 …………………………………… 208 2 . 计算和仿真题 …………………………… 208 第 8 章 电力电子器件及其应用 ………… 210 8 .1 晶闸管 ………………………………… 210 8 .1 .1 晶闸管的结构及工作原理 ………… 210 8 .1 .2 晶闸管的伏安特性及主要参数 …… 211 8 .2 可控整流电路 ………………………… 213 8 .2 .1 单相半波可控整流电路 …………… 213 8 .2 .2 单相桥式半控整流电路 …………… 215 8 .3 单结晶体管触发电路 ……………… 216 8 .3 .1 单结晶体管 ………………………… 216 8 .3 .2 单结晶体管振荡电路 ……………… 218 8 .3 .3 单结晶体管同步触发电路 ………… 219 8 .4 晶闸管的保护 ………………………… 220 * 8 .5 交流调压电路 ………………………… 221 8 .5 .1 单相交流调压电路 ………………… 221 8 .5 .2 双向晶闸管及其应用 ……………… 222 * 8 .6 无源逆变电路 ………………………… 223 * 8 .7 直流调压电路(斩波器) …………… 224 8 .7 .1 全控型电力电子器件简介 ………… 224 8 .7 .2 直流调压电路 (斩波器 ) …………… 225 习题 …………………………………………… 226 1 . 概念题 …………………………………… 226 2 . 计算和仿真题 …………………………… 227 附录 ……………………………………………… 229 附录 1 电阻器、电容器及其标称值 …… 229 附录 2 半导体分立器件型号命名法 … 231 附录 3 部分半导体器件型号和参数 … 232 附录 4 半导体集成电路型号命名法 … 235 附录 5 部分半导体集成电路的型号 m 和主要参数 ……………………… 237 中英名词对照 …………………………………… 238 主要参考书目 ……………………………… 246 Ⅲ
第1章电路分析基础 电工电子技术的应用离不开电路。电路由电路元件构成。本章着重介绍电路的基本概念、 常用电路元件、电路的基本定律和电路常用的分析方法,为学习各种类型的电工电子电路建立必 要的基础。 11电路的基本概念 111电路及电路模型 1.电路的组成和作用 从日常生活和生产实践可以体会到,要用电一般要用导线、开关等将电源和用电设备或用电 器连接起来,构成一个电流流通的闭合路径。这就是所谓电路。 电路的形式是多种多样的,但从电路的本质来说,其组成都有电源、负载、中间环节三个最基 本的部分。例如图1-1所示的手电筒电路中,电池把化学能转换成电 能供给灯泡,灯泡却把电能转换成光能作照明之用。凡是将化学能、机 械能等非电能转换成电能的供电设备,称为电源,如干电池、蓄电池和 发电机等;凡是将电能转换成热能、光能、机械能等非电能的用电设备,要池 称为负载,如电热炉、白炽灯和电动机等;连接电源和负载的部分,称为 引 中间环节,如导线、开关等。 电路的种类繁多,但从电路的功能来说,主要分为两个方面:其 图1-1手电筒电路 实现电能的传输和转换(如电力工程,它包括发电、输电、配电、电力拖动、电热、电气照明、以及 交、直流电之间的整流和逆变等等。);其二进行信号的传递与处理(如信息工程,它包括语言、文 字、音乐、图像的发射和接收、生产过程中的自动调节、各种输入数据的数值处理、信号的存储等 等。)。电路的作用不同,对其提出的技术要求也不同,前者较多的侧重于传输效率的提高,后者 多侧重于信号在传递过程中的保真、运算的速度和抗干扰等。 2.理想元件和电路模型 电路的功能虽然只有两个方面,但是实际电路的类型以及工作时发生的物理现象则是千差 万别的。我们不可能也没有必要去探讨每一个实际电路,而只需找出它们的普遍规律。为此,我 们把实际电路的元件理想化,忽略其次要的因素用以反映它们主要物理性质的理想元件来代替。 这样由理想元件组成的电路就是实际电路的电路模型,它是对实际电路物理性质的高度抽象和 概括。 用于构成电路的电工、电子元器件或设备统称为实际电路元件,简称实际元件。实际元件的 物理性质,从能量转换角度看,有电能的产生、电能的消耗以及电玚能量和磁场能量的储存。用
第 1 章 电 路 分 析 基 础 电工电子技术的应用离不开电路。电路由电路元件构成。本章着重介绍电路的基本概念、 常用电路元件、电路的基本定律和电路常用的分析方法, 为学习各种类型的电工电子电路建立必 要的基础。 1 .1 电路的基本概念 1 .1 .1 电路及电路模型 1 . 电路的组成和作用 从日常生活和生产实践可以体会到,要用电一般要用导线、开关等将电源和用电设备或用电 器连接起来,构成一个电流流通的闭合路径。这就是所谓电路。 电路的形式是多种多样的,但从电路的本质来说, 其组成都有电源、负载、中间环节三个最基 图 1 - 1 手电筒电路 本的部分。例如图 1 - 1 所示的手电筒电路中, 电池把化学能转换成电 能供给灯泡,灯泡却把电能转换成光能作照明之用。凡是将化学能、机 械能等非电能转换成电能的供电设备, 称为电源, 如干电池、蓄电池和 发电机等;凡是将电能转换成热能、光能、机械能等非电能的用电设备, 称为负载,如电热炉、白炽灯和电动机等;连接电源和负载的部分, 称为 中间环节,如导线、开关等。 电路的种类繁多,但从电路的功能来说, 主要分为两个方面: 其一 实现电能的传输和转换( 如电力工程, 它包括发电、输电、配电、电力拖动、电热、电气照明、以及 交、直流电之间的整流和逆变等等。) ; 其二进行信号的传递与处理 ( 如信息工程, 它包括语言、文 字、音乐、图像的发射和接收、生产过程中的自动调节、各种输入数据的数值处理、信号的存储等 等。) 。电路的作用不同,对其提出的技术要求也不同, 前者较多的侧重于传输效率的提高, 后者 多侧重于信号在传递过程中的保真、运算的速度和抗干扰等。 2 . 理想元件和电路模型 电路的功能虽然只有两个方面,但是实际电路的类型以及工作时发生的物理现象则是千差 万别的。我们不可能也没有必要去探讨每一个实际电路,而只需找出它们的普遍规律。为此, 我 们把实际电路的元件理想化,忽略其次要的因素用以反映它们主要物理性质的理想元件来代替。 这样由理想元件组成的电路就是实际电路的电路模型, 它是对实际电路物理性质的高度抽象和 概括。 用于构成电路的电工、电子元器件或设备统称为实际电路元件, 简称实际元件。实际元件的 物理性质,从能量转换角度看, 有电能的产生、电能的消耗以及电场能量和磁场能量的储存。用 · 1 ·
来表征上述物理性质的理想电路元件(今后理想两字常略去)分别称为理想电压源Us、理想电 流源厶、电阻元件R、电容元件C、电感元件L。图1-3是它们的电路模型图形符号。它们为 电路结构的基本模型,由这些基本模型构成电路的整体模型。 例如手电筒电路的电路模型如图1-2所示。灯泡看成电阻元件RL,干电池看成理想电压 源U和电阻元件(内阻)R串联。可见电路模型就是实际电路的科学抽象。采用电路模型来 分析电路,不仅使计算过程大为简化,而且能更清晰地反映电路的物理实质。 零电源习电看画 出阳E 图1-2手电筒电路模型 图1-3电路的基本模型——理想电路元件 1,12电流、电压的参考方向 电流、电压、电动势的实际方向在物理学中已作过明确的规定:电路中电流的流动方向是指 正电荷流动的方向,电路中两点之间电压的方向是高电位(“+”极性)点指向低电位(“-”极性) 点的方向(即电位降落的方向),电动势的方向在电源内部由低电位(“-”极性)点指向高电位 (“+”极性)点的方向(即电位升高的方向)。图1-4所示电路中分别标出了电流、电压、电动势 的方向。 但是在分析复杂电路时往往不能预先确定某段电路中电流、电压的实际方向。为了便于分 析电路,电路中引出了参考方向的概念。电流、电压的参考方向是人为任意设定的,图1-5电路 中箭头所示方向就是电流的参考方向。电压的参考方向用极性“+”“-”号表示。电路中的电 流和电压的参考方向可能与实际方向一致或相反,但不论属于哪一种情况,都不会影响电路分析 的正确性。 按参考方向求解得出的电流和电压值有两种可能。若为正值,说明设定的参考方向与实际 方向一致,若为负值,则表明参考方向与实际方向相反。必须指出,电路中的电流或电压在未标 明参考方向的前提下,讨论电流或电压的正、负值是没有意义的 参考方向也称正方向,除了用箭标和极性标示外,还可以用双下标标示。如图1-5中电流 3和电压U3也可以写为l2和Uab FaIL 图1-4电流、电压的实际方向 图1-5电流、电压的参考方向
来表征上述物理性质的理想电路元件 ( 今后理想两字常略去) 分别称为理想电压源 US、理想电 流源 IS 、电阻元件 R、电容元件 C、电感元件 L。图 1 - 3 是它们的电路模型图形符号。它们为 电路结构的基本模型,由这些基本模型构成电路的整体模型。 例如手电筒电路的电路模型如图 1 - 2 所示。灯泡看成电阻元件 RL , 干电池看成理想电压 源 US 和电阻元件(内阻) R0 串联。可见电路模型就是实际电路的科学抽象。采用电路模型来 分析电路,不仅使计算过程大为简化, 而且能更清晰地反映电路的物理实质。 图 1 - 2 手电筒电路模型 图 1 - 3 电路的基本模型———理想电路元件 t 1 .1 .2 电流、电压的参考方向 电流、电压、电动势的实际方向在物理学中已作过明确的规定: 电路中电流的流动方向是指 正电荷流动的方向,电路中两点之间电压的方向是高电位“( + ”极性 ) 点指向低电位“( - ”极性) 点的方向(即电位降落的方向) , 电动势的方向在电源内部由低电位“( - ”极性 ) 点指向高电位 “( + ”极性) 点的方向(即电位升高的方向) 。图 1 - 4 所示电路中分别标出了电流、电压、电动势 的方向。 但是在分析复杂电路时往往不能预先确定某段电路中电流、电压的实际方向。为了便于分 析电路,电路中引出了参考方向的概念。电流、电压的参考方向是人为任意设定的,图 1 - 5 电路 中箭头所示方向就是电流的参考方向。电压的参考方向用极性“ + ”、“ - ”号表示。电路中的电 流和电压的参考方向可能与实际方向一致或相反,但不论属于哪一种情况, 都不会影响电路分析 的正确性。 按参考方向求解得出的电流和电压值有两种可能。若为正值, 说明设定的参考方向与实际 方向一致,若为负值, 则表明参考方向与实际方向相反。必须指出, 电路中的电流或电压在未标 明参考方向的前提下,讨论电流或电压的正、负值是没有意义的。 参考方向也称正方向,除了用箭标和极性标示外, 还可以用双下标标示。如图 1 - 5 中电流 I3 和电压 U3 也可以写为 Iba 和 Uab 。 图 1 - 4 电流、电压的实际方向 图 1 - 5 电流、电压的参考方向 · 2 ·
当一个元件或一段电路上的电流、电压参考方向一致时,则称它们为关联的参考方向,如图 1-6(a)所示。在分析电路时,尤其是分析电阻、电感、电容等元件的电流、电压 关系时,经常采用关联参考方向。例如在应用欧姆定律时必须注意电流、电压 的方向,如图1-6(a)中电流、电压采用了关联参考方向,这时电阻R两端电压 为 P 4 U= RI 若采用非关联参考方向,如图1-6(b)所示,则电阻R两端的电压为 U Rl 图1-6参考方 当电阻的单位为欧(9)、电流的单位为安(A)时,电压的单位为伏(V) 向的关联性 例1-1应用欧姆定律对图1-7的电路列出式子,并求电阻R 图1-7例1-1的图 解:图1-1(a) R U 6 图1-1(b) 6 R 图1-1(c) 6 R =2g 图1-1(d) 6 Q 这里应注意:一个式子中有两套正负号,列写公式时,根据电流和电压的参考方向得出公式 中的正负号。此外电流和电压本身还有正值和负值之分。 从物理学中我们已经知道,一个元件上的电功率等于该元件两端的电压与通过该元件电流 的乘积,即 当电压的单位为伏(V)、电流的单位为安(A)时,功率的单位为瓦(W)。 元件上的电功率有吸收(取用)和发出(产生)两种可能,用功率计算值的正负来区别,以吸收 (取用)功率为正。我们在分析电路时,就列写功率计算公式作如下规定 (1)当电流、电压取关联的参考方向时 (2)当电流、电压取非关联参考方向时 Ul 在此规定下,将电流Ⅰ和电压U数值的正负号如实代入公式,如果计算结果为P>0时,表示元 件吸收功率,该元件为负载;反之,P<0时,表示元件发出功率,该元件为电源
当一个元件或一段电路上的电流、电压参考方向一致时, 则称它们为关联的参考方向, 如图 图 1 - 6 参考方 向的关联性 1 - 6 ( a )所示。在分析电路时,尤其是分析电阻、电感、电容等元件的电流、电压 关系时, 经常采用关联参考方向。例如在应用欧姆定律时必须注意电流、电压 的方向,如图 1 - 6 ( a) 中电流、电压采用了关联参考方向, 这时电阻 R 两端电压 为 U = RI (1 - 1) 若采用非关联参考方向,如图 1 - 6( b)所示, 则电阻 R 两端的电压为 U = - RI (1 - 2) 当电阻的单位为欧(Ω)、电流的单位为安(A)时,电压的单位为伏 (V) 。 例 1 - 1 应用欧姆定律对图 1 - 7 的电路列出式子,并求电阻 R。 图 1 - 7 例 1 - 1 的图 解:图 1 - 1( a) R = U I = 6 3 = 2 Ω 图 1 - 1( b) R = - U I = - 6 - 3 = 2 Ω 图 1 - 1( c ) R = - U I = - - 6 3 = 2 Ω 图 1 - 1( d) R = U I = - 6 - 3 = 2 Ω 这里应注意:一个式子中有两套正负号, 列写公式时,根据电流和电压的参考方向得出公式 中的正负号。此外电流和电压本身还有正值和负值之分。 从物理学中我们已经知道,一个元件上的电功率等于该元件两端的电压与通过该元件电流 的乘积,即 P = UI 当电压的单位为伏( V)、电流的单位为安 (A)时,功率的单位为瓦 (W)。 元件上的电功率有吸收(取用) 和发出(产生) 两种可能,用功率计算值的正负来区别, 以吸收 (取用) 功率为正。我们在分析电路时,就列写功率计算公式作如下规定: (1 ) 当电流、电压取关联的参考方向时 P = UI (1 - 3) (2 ) 当电流、电压取非关联参考方向时 P = - UI (1 - 4) 在此规定下,将电流 I 和电压 U 数值的正负号如实代入公式, 如果计算结果为 P > 0 时, 表示元 件吸收功率,该元件为负载; 反之, P < 0 时, 表示元件发出功率,该元件为电源。 · 3 ·