电子电路资料2

2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
实际电容的等效电路
R2 L R1
C
电容器一般按绝缘介质材料分类。不同类型电容器制造工艺不同， 电容器一般按绝缘介质材料分类。不同类型电容器制造工艺不同， 结构差异很大，模型中的等效参数差异也很大。 结构差异很大，模型中的等效参数差异也很大。某一类型的电容器只能 适用于特定的用途，没有一种电容是普遍适用的。 适用于特定的用途，没有一种电容是普遍适用的。
2.1.2 实际的元件和电路
1. 导线 2. 电阻器 3. 电容器 41. 导线
实际导线的等效电路
导线存在电感是影响电路特性最重要的因素，即使在不高的频率下， 导线存在电感是影响电路特性最重要的因素，即使在不高的频率下， 一定长度的导线的感抗都有可能比电阻大。 一定长度的导线的感抗都有可能比电阻大。这些感抗和电路元件参数一 起作用，有可能使不该耦合的信号发生馈通，甚至谐振， 起作用，有可能使不该耦合的信号发生馈通，甚至谐振，使模拟电路发 生自激振荡，或是数字电路出现逻辑错误。 生自激振荡，或是数字电路出现逻辑错误。特别是模拟电路的偶发性不 稳定和数字系统概率极低的错误，将给故障排除带来极大的困难。 稳定和数字系统概率极低的错误，将给故障排除带来极大的困难。
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
按介质分， 按介质分，电容器的种类 电解电容器 钽电解电容器和铝电解电容器 金属化纸介质和聚酯介质电容器 聚苯乙烯电容器 瓷介电容器 云母电容
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
(1)电解电容器 电解电容器 电解电容器是一种具有极化特性的电容器， 电解电容器是一种具有极化特性的电容器，使用时必须按电路中 的电压极性的正、负接线，并具有一定的额定电压， 的电压极性的正 、 负接线 ， 并具有一定的额定电压 ， 在电路中的 工作电压一般不应超过额定电压的80％ 工作电压一般不应超过额定电压的 ％ ， 否则会影响电解电容器 的使用寿命。电解电容器极性反接，会引起内部电介质迅速膨胀， 的使用寿命 。 电解电容器极性反接 ， 会引起内部电介质迅速膨胀 ， 甚至发生爆炸，这是安装电路时需要特别注意的事项。 甚至发生爆炸 ， 这是安装电路时需要特别注意的事项 。 用两个等 值的电解电容器以极性相反方向串接，可构成一个无极性电容， 值的电解电容器以极性相反方向串接 ， 可构成一个无极性电容 ， 其总电容为每个电容器的一半， 其总电容为每个电容器的一半 ， 而额定电压只等于单个电容器的 标称值。 标称值 。 这种接法在不能确定电压极性的隔直流电路和通过交流 信号的电路中可能需要。 信号的电路中可能需要。 电解电容器的容量范围一般从10 电解电容器的容量范围一般从 -1～104F，常用于工频电源整流 ， 后的滤波电路，也可用于低频旁路和交流信号的耦合。 后的滤波电路 ， 也可用于低频旁路和交流信号的耦合 。 电解电容 器的容量不易做得很准，经常有较大的容差， 器的容量不易做得很准 ， 经常有较大的容差 ， 通常的技术标准是 把正误差留得更大一些，而负误差小一些，例如+80%、-20%。而 把正误差留得更大一些，而负误差小一些，例如 、 。 上述应用一般更欢迎这种容差的安排。 上述应用一般更欢迎这种容差的安排。
2.1.2 实际的元件和电路
1. 导线
导线电感的近似计算 导线电感的近似计算
h d
一根直径为d的直导线在距参考平面 的位置上 一根直径为 的直导线在距参考平面h的位置上，它的外电感为 的直导线在距参考平面 的位置上，
L=
2π
ln(
4h 4h ) d
(H/m)
式中已假定h>>1.5d。因空间导磁率=4π×10-7H/m，故 。因空间导磁率 式中已假定 × ，
思路
2.1 元件
2.1.1 电路分析中的元件 2.1.2 实际的元件和电路
2.1.1 电路分析中的元件
——抽象的元件，理论上的元件 抽象的元件， 抽象的元件
1. 基本元件
供能元件 耗能元件——R 耗能元件 储能元件——L，C ， 储能元件 无源元件
2. 供能元件
理想电压源 理想电流源
+ vs(t) –
ii
io
Ri
Ais ii
Ro
电压控制的电压源
ii + Ri – – Aro ii vo Ro +
电流控制的电流源
io + vi – Ri Ags vi Ro
电流控制的电压源
电压控制的电流源
2.1.1 电路分析中的元件
2. 供能元件
在大多数应用中， 在大多数应用中 ， 受控电源仅在有源器件的等效电 路中表示供能元件， 而事实上代表一种换能关系， 路中表示供能元件 ， 而事实上代表一种换能关系 ， 它们 通常表达的是有源器件将电源的能量转换为信号能量的 能力。 能力。
4h L = 2 × 10 ln( ) d
7
( H/m)
2.1.2 实际的元件和电路
1. 导线
导线的R 导线的 集肤效应
当工作频率较高时，由于导线中的电流产生的磁场， 当工作频率较高时，由于导线中的电流产生的磁场，使电流趋于导 线的表面流过，这种效应称为集肤效应 频率愈高， 集肤效应。 线的表面流过，这种效应称为集肤效应。频率愈高，集肤效应愈趋强 高频集肤效应减小了导线的有效导电截面积， 烈。高频集肤效应减小了导线的有效导电截面积，从而增加了导线电 对于圆截面的铜导线，其交流电阻R 和直流电阻R 阻。对于圆截面的铜导线，其交流电阻 AC和直流电阻 DC存在如下近 似关系 RAC = (3.78 × 10 3 d f + 0.26) RDC 式中， 为导线直径 单位mm，f为频率。当d f > 250 时，该式的计 为导线直径， 为频率。 式中，d为导线直径，单位 ， 为频率 算误差仅几个百分点； 算误差仅几个百分点；当 d f < 250 时，导线的实际交流电阻要大于计 算值。 算值。
电子电路： 电子电路： 设计与应用
瞿安连
2 元器件及其模型
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 元件 半导体二极管 场效应晶体管 双极结型晶体管 集成电路的制造工艺和电路特点
2 元器件及其模型
概念
实际的电路是用电阻器、电容器、电感线圈、 实际的电路是用电阻器、电容器、电感线圈、 传感器、开关、真空管、晶体管、集成电路等元器件， 传感器、开关、真空管、晶体管、集成电路等元器件， 按一定原理相互连接构成的。其中各种真空管、 按一定原理相互连接构成的。其中各种真空管、晶体三 极管、集成电路等可将电源能量转换为信号能量， 极管、集成电路等可将电源能量转换为信号能量，按照 约定俗成的概念把它们称为器件 器件， 约定俗成的概念把它们称为器件，晶体二极管虽然不能 把电源能量转换为信号能量，但通常也把它们称为器件。 把电源能量转换为信号能量，但通常也把它们称为器件。 其余则统称为元件 元件。 其余则统称为元件。 在研究电子线路时， 在研究电子线路时，首先要对电路中的元器 件建立起物理模型 物理模型， 件建立起物理模型，然后应用电路的定律和定理将电路 问题转化为数学问题（数学模型）， ），从而使电路的各个 问题转化为数学问题（数学模型），从而使电路的各个 参数得到求解。 参数得到求解。
2.1.1 电路分析中的元件
3. 理想无源元件
电阻R、电感 和电容 是电路分析中的无源元件。 和电容C是电路分析中的无源元件 电阻 、电感L和电容 是电路分析中的无源元件。 理想的R、 、 应当是线性 双向、时不变的集中参数元件。 应当是线性、 理想的 、L、C应当是线性、双向、时不变的集中参数元件。 线性——元件参数与流经它的电流或加于其上的电压数值无关； 元件参数与流经它的电流或加于其上的电压数值无关； 线性 元件参数与流经它的电流或加于其上的电压数值无关 双向——元件的参数与电压极性或电流方向无关； 双向 元件的参数与电压极性或电流方向无关； 元件的参数与电压极性或电流方向无关 时不变——元件参数是不随时间而变化的，与激励信号的特性无 元件参数是不随时间而变化的， 时不变 元件参数是不随时间而变化的 也不受环境因素，如温度、湿度的影响； 关，也不受环境因素，如温度、湿度的影响； 集中参数——元件中的电场和磁场（亦即电场能和磁场能）集中 元件中的电场和磁场（亦即电场能和磁场能） 集中参数 元件中的电场和磁场 在一点，是单一参数的元件，且参数不随空间位置而改变。 在一点，是单一参数的元件，且参数不随空间位置而改变。 对于集中参数元件构成的电路，可列出有限阶线性常微分方程， 对于集中参数元件构成的电路， 可列出有限阶线性常微分方程 ， 进而使电路得到求解。 进而使电路得到求解。
2.1.2 实际的元件和电路
L R1
R2
3. 电容器
C
电路的工作频率是选择电容器类型的主要根据之一。 电路的工作频率是选择电容器类型的主要根据之一。电容器的等 效电感与纯电容构成谐振回路，会在某一频率发生自谐振， 效电感与纯电容构成谐振回路，会在某一频率发生自谐振，这个频率 一般就是电容器的理论最高工作频率。高于这个频率， 一般就是电容器的理论最高工作频率。高于这个频率，整个电容器就 呈感抗。应用时，由于外电路的存在，实际工作频率还要低很多。 呈感抗。应用时，由于外电路的存在，实际工作频率还要低很多。
is(t)
2.1.1 电路分析中的元件
2. 供能元件
实际电源的模型
Rs + + vS(t) – v –
+ iS(t) Rs v –
vS、iS、Rs都可以是时变的、线性或非线性的 都可以是时变的、
2.1.1 电路分析中的元件
2. 供能元件
受控电源
Ro + + vi – Ri – – A vo vi vo +
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
L R1
R2
C
铝电解电容器的两电极之间以充满糊状电解液的纸作为介质， 铝电解电容器的两电极之间以充满糊状电解液的纸作为介质， 因而具有 较大的电容-体积比 其串联电阻R 大约在0.1~1 ，并随频率升高或环境温度 体积比。 较大的电容 体积比。其串联电阻 1大约在 降低而增大。 ℃时的串联电阻是25℃时的10~100倍，温度和容量稳定性极 降低而增大。-40℃时的串联电阻是 ℃时的 倍 它们正常工作时的并联电阻R 大约在M 量级 ， 但长期没有通电的电容 量级， 差 。 它们正常工作时的并联电阻 2大约在 器常常只有数百k 如果极性接反，即使是很小的反向电压， 器常常只有数百 ，如果极性接反，即使是很小的反向电压，也会使其并联 电阻迅速降低。周边的温度是铝电解电容器老化和失效的主要原因， 电阻迅速降低。周边的温度是铝电解电容器老化和失效的主要原因，所以电 路板布局时应当尽量使之距离发热元件远一些。 路板布局时应当尽量使之距离发热元件远一些。 钽电解电容器近年来得到广泛应用。它不使用卷绕工艺，且介质是干的， 钽电解电容器近年来得到广泛应用 。 它不使用卷绕工艺 ， 且介质是干的 ， 在工作时无气体产生，所以不必像铝电解电容器那样在封接部位留有小孔。 在工作时无气体产生 ， 所以不必像铝电解电容器那样在封接部位留有小孔 。 钽电解电容器在所有类型的电容器中具有最大的电容-体积比 体积比， 钽电解电容器在所有类型的电容器中具有最大的电容 体积比，并且具有比铝 电解电容器小得多的等效电感，所以能适用于稍高的频率。此外， 电解电容器小得多的等效电感 ， 所以能适用于稍高的频率 。 此外 ， 在使用寿 温度特性和耐振动特性等方面， 命 、 温度特性和耐振动特性等方面 ， 均比铝电解电容器有更高的稳定性和可 靠性。但是，需要特别注意的是，钽电解电容器的失效方式经常是短路，这 靠性。 但是， 需要特别注意的是， 钽电解电容器的失效方式经常是短路， 比以开路方式失效危险性大得多， 比以开路方式失效危险性大得多 ， 因为电容器的短路可能造成其他电路更严 重的损坏，所以除在确定额定电压时更需要留有余地外， 重的损坏 ， 所以除在确定额定电压时更需要留有余地外 ， 在电路设计时就应 考虑到一旦钽电容器短路可能造成的危害和预防保护措施。 考虑到一旦钽电容器短路可能造成的危害和预防保护措施。
2.1.2 实际的元件和电路
2. 电阻器
表2.1.2 1M 、1/2W碳质电阻在不同频率下测量得到的阻抗 频率/kHz 1 10 50 100 200 300 400 500 阻抗/k 1000 990 920 860 750 670 610 560 相角/° 0 -3 -11 -16 -23 -28 -32 -34
2.1.2 实际的元件和电路
2. 电阻器
第 1 色标 2 3 4
202
实际电阻的等效电路
R L C
2.1.2 实际的元件和电路
2. 电阻器
在高频运用和阻值较大情况下， 在高频运用和阻值较大情况下 ， 必需考虑电阻本身 的电容并联效应。例如0805型贴片薄膜电阻， 测量两电 型贴片薄膜电阻， 的电容并联效应。 例如 型贴片薄膜电阻 极间电容为0.25pF， 在 100kHz时容抗仅约为 时容抗仅约为6.37M ， 极间电容为 ， 时容抗仅约为 这时使用100k 以上阻值的电阻 ， 就必须考虑容抗的影 以上阻值的电阻， 这时使用 如作为放大器的负反馈电阻， 响 。 如作为放大器的负反馈电阻，则会降低放大器的带 宽。
一个0.1F纸介电容器 的阻抗-频率特性测试 曲线
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
不同类型电容器的大致适用频率范围
注：虚线表示随电容器 制 造 工艺 和 容 量不 同 而引起的变化 范围。
0.001 kHz 大致适用频率 MH z
2.1.2 实际的元件和电路
3. 电容器
电容器选用的第二条标准是容量精度和稳定性。 电容器选用的第二条标准是容量精度和稳定性 。 不同电路对此要 求是不同的。旁路、电源滤波电路、 求是不同的。 旁路、 电源滤波电路、 隔直流电路对电容器的容量精度 和稳定性要求不太高。但振荡器、谐振回路、特定时间常数的积分器、 和稳定性要求不太高 。但振荡器 、谐振回路 、特定时间常数的积分器、 有频率带宽要求的滤波器等电路对其要求较高，甚至有时相当苛刻。 有频率带宽要求的滤波器等电路对其要求较高，甚至有时相当苛刻。