简单电路分析1基本概念和定律 Circuits_Lec2

0 (m) (1/℃)
11
电阻器
电阻器的尺寸主要取决于什么？ 贴片电阻 体积小 重量轻 可靠性高 阻值范围宽 价格低廉 稳定性高 精度高 功率大
碳膜电阻 金属膜 电阻 线绕电阻
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非线性电阻
激励 网络 线性网络 响应
e1(t) e2(t)
r1(t) r2(t)
满足齐次性和可加性，即 Ae1(t) +Be2(t)
(resistor电阻元件，a device used to control current in an electric circuit by providing resistance电阻) 符号：
i

u
B
3
电阻(cont.)
欧姆定律(关联参考方向)：
电阻 R：u = R i 电导G： i = G u 单位：欧姆(Ohm) 单位：西门子
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说明
受控源与独立源有本质的区别。
独立源的电压或电流是独立存在的； 受控源的电压或电流受电路中某些量的控制，控制 量消失，则受控源也不存在。
独立源作为电路中“激励”，在电路中产生电压、电 流，而受控源在电路中不能作为“激励”。 在分析电路时，通常先把受控源看作独立源对待， 并将控制量代入。
20 -20 -10 10
正向特性

0
线性电阻伏安特性曲线
i
-2 O 0.5 -4 -6 反向特性 i/uA
1 u/V
非线性电阻伏安特性曲线
5
电压电流关系(VCR--Voltage Current Relation)
VCR（伏安特性） 线性电阻的VCR服从欧姆定律；
u, i关联参考方向：u = Ri
D G
S
N沟道增强型MOSFET
30
MOSFET的电气性质
IDS
MOSFE T G ＋ UGS － D S ＋
UDS －
转移特性曲线
UDS=5V IDS 截止区(A)
U GS U T 时，MOSFET截止
UGS>UT后，MOSFET的D、S间导通。 改变UDS的大小对曲线影响不大
UGS
UT
31
IDS
MOSFET G ＋ UGS － D S ＋
UDS －
饱和区/恒输出特性曲线
U T U GS U T U DS
IDS UGS=4V UGS=3V UDS
U GS U T U DS
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IDS
MOSFET
G
D S
＋
UDS
＋
UGS
IDS
UGS UT 饱和区 /
u(t)
+
ut = Rt × it
14
2 电源（source）
电路中必须有电源，独立电源是电路中提供能 量、产生电压和电流的二端元件。 独立电源接线端上的电压或流经电源的电流由 电源内部性质决定，与外接的元件和电路无关。
独立电压源(independent voltage source)
VCCS (Voltage Controlled Current Source)
转移电导 （电导的量纲） （4）流控电流源
i2 g u1
CCCS (Current Controlled Current Source)
转移电流比或电流比系数 （无量纲） i2

i1
26
受控电源的VCR
VCVS： u2=μu1 CCVS： u2= ri1 VCCS： i2= gu1 CCCS： i2=βi1 i2由外电路确定 i2由外电路确定 u2由外电路确定 u2由外电路确定
2 K U GS U T
＋ UGS －
2
RON ＋ UGS －
＋ UDS －
IDS
＋ US －
3
U GS U DS U T 三极管区 条件：
性质：RON
34
MOSFET 的模型
开关电阻（SR）模型:
＋ RON ＋ UGS － UDS －
IDS
＋ ＋ US UGS － －
RON
简单电阻电路分析（I）
第2讲 王家政
基本概念和定律 mysdut@
1
contents
1. 电阻 2. 电源（独立源、受控源） 3. 基尔霍夫定律（KCL，KVL）
2
1 电阻
电阻：二端元件上的电压和电流呈代数关系，且 i = 0 时，u = 0（特性曲线过 u-i 平面原点），则称 该元件为电阻(resistance)。
u i d R i d 0, u Ri
t t 2
电阻为无源元件。
无论参考方向如何选取，电阻始终消耗电功率。
9
电阻的额定值
10
决定阻值的因素
R
L S
T 0 1 T
几种常见材料的0℃电阻率与温度系数
材料 银 1.5×10-8 4.0×10-3 铜 1.6×10-8 4.3×10-3 铝 2.5×10-8 4.7×10-3 铁 8.7×10-8 5.0×10-3 碳 3500×10-8 －5.0×10-4 镍铬合金 110×10-8 1.6×10-4
伏安特性曲线：在 u-i 平面(或 i-u 平面)上绘出 的元件的VCR曲线。
线性电阻元件的伏安特性曲线是一条经过坐标原 点的直线。电阻值决定了直线的斜率。
6
非线性电阻
二极管 二极管具有单向导电性 （阈值电压、反向击穿电压）
i/
正向特性
v
O 反向特性 i/
u/
7
开路与短路
i R 当 R = 0 (G = )，视其为短路。 u = 0 , i由外电路决定。 u 短路
i
电
源
u
R
Rs us
i

u

u
US
0 u=US – RS i
i
17
例：一段含源支路，求电流
uab R1i u S 1 R2i u S 2 uab u S 1 u S 2 i R1 R2
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理想独立电流源（ideal current source）
is 理想独立电流源的特征量 基本性质：
转移电压比或电压比系数 u2 （无量纲） u1 （2）流控电压源
CCVS (Current Controlled Voltage Source)
1
1
u1

u1

u2
2
2
1
转移电阻 （电阻的量纲）
u2 r i1
i1
r i1

1
u2
2
2
25
受控电源
1~1’控制端口， 2~2’受控端口 （3）压控电流源
28
MOSFET
小：线宽0.15m CPU供电电路 中的MOSFET
Prescott内核P4 108个晶体管 （双极、MOS）
耳机放大器 日立N沟道 2SK214型 MOSFET
最大功率达200W 的电力MOSFET
大：10cm
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MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)
D
2n7000
G S
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MOSFET 的等效电路
G D ＋ UDS
＋ ＋ UGS － UDS －
IDS
＋ US －
IDS
＋ US －
＋ S UGS － －
1
截止区
条件：U GS 性质： I DS
UT
I DS
K U GS U T 2
2
＋ UDS －
0
IDS
＋ US －
2 饱和区
条件：U T U GS U DS U T 性质：I DS
成立
线性网络
Ar1(t)+ Br2(t)
线性电阻
非线性电阻
u Ri
u UTH i IS e 1
13
时变电阻
e (t)
非时变元件
r (t)
e (t - )
非时变元件
r (t- )
即输出响应与输入信号 外加时刻无关。 线性非时变电阻 ut = R×it 线性时变电阻 电阻Rt是时间 t 的函数 i(t) R(t)
0
当 R = (G = 0)，视其为开路。 i = 0 , u由外电路决定。
+ u –
i
u 开路
0
i
8
功率
u, i关联参考方向： p=ui = Ri2=u2/R 或 p=ui = i2/G=Gu2 讨论：当R > 0时，p>0，元件吸收能量，消耗功率 当R < 0时，p<0，元件释放能量，提供功率 实际电阻是一种耗能元件。 （关联参考方向下）
23
受控电源示例：晶体管
受控电流 控制电流 ib 受控源类型： 控制量
u i VCVS
ic=αib
ic
b
ib e
受控量
u CCVS VCCS i
c
b
ib
ic
c
ib
e
CCCS
4种线性受控源。（控制量，受控量，电压 u，电流 i）
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受控电源
1~1’控制端口， 2~2’受控端口 （1）压控电压源
VCVS (Voltage Controlled Voltage Source)
＋ UDS －
IDS
＋ US －
截止状态
U GS U T
导通状态 U GS U DS U T
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开关电流源（SCR）模型: