电子电路

昵称380475 2011-04-02

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　　电气电路是指由电阻（R）、线圈（L）、电容（C）组成的电路。

　　电子电路除了电阻、线圈和电容之外还包括晶体管和二极管等半导体元件。

电气电路和电子电路所包含的元件的差异

　　电子电路大体分为8种。

　　放大电路、振荡电路、调制电路、检波电路、滤波器、运算放大器、逻辑电路、电源电路。

　　1、放大电路是电子电路最基本的，就是将输入信号增大后输出的电路。

　　2、振荡电路就是能够在没有任何输入信号的地方产生交流信号，应用在手提电话等方面。可以形成正弦波和锯齿形波等周期波。

　　3、调制电路

　　向电视和收音机输送声音信号时，必须使用高频电路输送信号。调制电路是可调制振动大小或频率的电路。振幅的调制为AM，频率的调制为FM。

　　4、检波电路：是从电视或收音机接收到的信号中提取声音等的。因为是恢复其原状，所以是检波。

　　5、滤波器：收音机中只提取想听的节目的频率信号就是滤波器。

　　6、运算放大器：运算放大器是集成电路的一种，作为放大电路具有很高的性能。运算放大器作为一种放大电路来使用，其输入一侧和输出一侧可以做到互不影响。利用此点，可以做出微分电路、积分电路、振荡电路。

　　7、逻辑电路：计算加法的电路、计算乘法的电路、记忆数字和文字的电路。

　　8、电源电路

　　运算放大器——最终的放大电路

　　图1．A1 表示运算放大器。运算放大器的特征可概括如下：

1.放大率非常高（A≥2×10⁵）。

　　2.假设接地是成立的（将V+的电极接地，V+与V-的电位差可以看作为0）。

　　3.低输出电阻（上述2成立的前提条件）。

　　利用这３个性质可制成各种各样的电路。图1.A2所示，通过连接R与C可组成积分电路。也就是说，具有这样的特性：输出电压与输入电压的积分值成比例关系。而且，将图1.A2的积分电路中的R与C互换的话，则变为微分电路。

　　同时，图1.A4表示的是韦氏电桥振荡器。它虽只是输出电压对输入电压的反馈，但实际的输出为正弦交流电。据说工科高等院校实验室里的交流振荡器大多都这样的电路。

　　这样，利用运算放大器可以形成各种各样的电路。

　　逻辑电路

　　如前面所述，所谓的逻辑电路就是计算机中表示0与1的电路。在这里，所谓0是指0V（伏）的低电压，1是指5V的高电压，将这两种电压作为信号来处理（这称为正逻辑）。因此，由逻辑电路构成的电路有时被叫做数字电路。

　　图1.A5表示的是二极管。二极管具有电流只在三角符号的方向流动，不在其反方向流动的特性。利用此特性，可以形成进行或门（OR）及与门（AND）的电路。

　　图1.A6显示的是逻辑与门（AND）电路。A与B同为1时，输出V₀则为1。也就是说，A与B同为1时，二极管内因正向电压不发挥作用而不导电，V_CC的电压就是原有的V_0。如果某一个输入电压为0时，二极管内会导通，二极管两端的电压会变小，V₀会变为0

　　图1.A7是逻辑或门（OR）电路。这种电路中，输入电压的某一方是1的情况时，输出电压则为1，输入电压全都为0时，输出电压也变为0。输入电压全都为1时，二极管导通，V₀会变为1。输入电压任何一个为1时，在输入电压为0的地方，二极管会导通，V₀

会变为0，但是，在输入电压为0的地方，二极管则不会导通。而且，输入电压双方都为0的情况时，电流通过二极管向-V_CC导通，所以输出电压变为0。

　　图1.A8是非门（NOT）电路。输入电压为0时，输出电压则是1，输入电压为1时，输出电压则为0。这种情况下，因为二极管与电阻不能组合，使用晶体管来代替二极管。向A输入电压1时，晶体管的基极和发射极之间流着正向电流，因此从V_CC出发_，经由集电极向发射极流入电流。这时，集电极和发射极之间的电压为0，所以V₀则变为0。与此相反，向A输入电压0时，晶体管的基极和发射极之间不是流着正向电流，所以不能从V_CC出发经由集电极向发射极电流。因此，V_CC的电压就那样被传递到V_0，因此向A输入电压0时，V₀则为1。

　　第二章　　晶体管的结构

　　一、半导体

　　所谓半导体是指，常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。.

　　将电流容易渡过的物质叫做导体，如金属。

　　玻璃与橡胶等电流不容易渡过的物质叫做绝缘体。

　　所谓半导体是指具有二者之间性质的物质。用于晶体管的硅或锗就是半导体。

　　1.硅的共价键

　　硅是周期元素表中的IV_A族元素，在最外层具有4个价电子。而且，每个原子都互相发出4个价电子从而形成共价键的结晶。在这样密集地状态下，可自由活动的电子——自由电子会变得非常少，所以很难通电。因此，掺入混杂物才会变得容易通电。

　　首先，加进具有比硅少一个即3个价电子的IV_A族元素的铝来看一看。于是，硅与铝结合，电子出现空位。这个空位叫做空穴，具有带正电荷的自由电子一样的功能。这样的半导体叫做P型半导体。

　　接下来，加进具有比硅多1个即5个价电子的V_A族元素的磷来看一看。于是，硅与磷结合，剩下1个价电子并变成自由电子。这里的自由电子由于过剩，就会自由地四处活动。因此，半导体的导电性也会上升。这样的半导体叫做N型半导体。

　　2、PN结二极管

　　将P型半导体与N型半导体组合一起就会做出二极管和晶体管的半导体元件。这叫做PN结。

　　二极管的特征——偏压

　　二极管具有电流只流向单一方向的性质，叫做整流作用。

　　在二极管P型一侧连接正电极，N型一侧连接负电极，电流就会导通。这样的加压方式叫做正向偏压。

　　与此相反，在P型一侧连接负电极，N型一侧连接正电极，电流几乎不会导通。这样的加压方式叫做反向偏压。

　　电流从正0.6V左右突然开始导通，相反将直流电流反向连接的话，电流几乎还会导通。

　　利用这种性质，可以制作出电流只向一个方向流动的整流电路。就是将交流电转变成直流电。

　　P型半导体与N型半导体中Ｐ是Positive、N是Negative的意思，也就是正极与负极。

　　3、双极晶体管

　　晶体管是像开关一样的东西，可使电流流动。晶体管有PNP型和NPN型。

　　晶体管具有3个端子，E（发射极）、B（基极）、C（集电极）。

　　为了晶体管正常工作，必须满足两个条件。

　　PNP型晶体极管

　　P型内的电子被负电极引导而聚集，N型的电子被正电极引导而聚集。但是，如果只是这样的话，在基极与集电极之间就会形成没有电子和空穴的状态。电流还会导通。

　　再使用一个电池，这样的话，电流就会导通了。

　　通过调整基极电流，也可调整发射极电流的大小。具体来讲，在基极与发射极之间加入0.7V以上的电压，发射极电流就会流动。

　　J－FET的结构与原理

　　所谓J－FET是指结型场效应晶体管（Junction Field Effect Transistor）。其结构图如2.A1所示。这样，从具有源极（S）和漏极（D）的N型半导体开始形成一个薄层，这个薄层叫做N沟道。同时，将其连接两个P型半导体后结成电极，这个电极栅极（G）。

　　J－FET的原理图如图2.A2所示。首先，在栅极与源极之间加反向偏压V_GS（使之工作的直流电压）。通过此操作，栅极的P型半导体与N海外关系之间形成空乏层。从漏极到源极流动的电流即漏极电流I_D会穿过N沟道的一部分。

　　可是，V_DS保持固定的情况下，V_GS越大，空乏层则也会扩大。如果空乏层扩大到阻塞N沟道时，漏极电流I_D则不会流出。

　　如I_D＝0时，V_GS叫做夹断电压，V_GS则在夹断电压以下的大小范围内适用。

　　此J－FET具有电流几乎不会从栅极流出，并且可以通过栅极电压控制漏极电流的性质。

　　MOS－FET

　　所谓MOS－FETMOS是指金属（Metal）、氧化物（Oxide)、半导体（Semiconductor)的略称。MOS-FET由3个层次构成。其结构图如图2.A3所示。

　　这样，有P型基板，在N型半导体中通过掺杂而构成源极和漏极，记为N⁺。同时，栅极则形成电极与P型基板之间夹着氧化膜（二氧化硅）的形状。

　　在这里，不向栅极加电压时，源极与漏极之间形成N-P-N。这种情况下，给漏极加正偏压，给源极负偏压时，也就是说，源极与漏极之间即使加电压电流也不会流动。但是，如果给栅极加正偏压时，通过SiO₂形成的氧化膜（显示了作为绝缘体的性质），P型基板的一部分源极与漏极之间会形成N型半导体的薄层。这称为N沟道，N沟道形成时，电流就会从漏极流向源极。

　　因为栅极的一部分有绝缘膜，所以栅极电流几乎不会流动。因此，这MOS-FET形成通过栅极电压可以控制漏极电流的结构。

　　双极晶体管与FET的差异

　　双极晶体管其动作的主体有两个，即电子和空穴，因为动作主体有两个所以叫做双极管。但是，FET的情况时，无论是J-FET还是MOS-FET，动作的主体领域是单一的，所以叫做单极晶体管。

　　同时，两者的电流控制方法也不同，双极晶体管是用基极电流控制发射极电流的，而单极晶体管是用栅极电压控制电流的。

　　第三章　电气电路的知识.

　　1、基尔霍夫定律

　　基尔霍夫定律有两种：任何一个在电子电路中，都是计算电路中流动的电流或加在电阻中的电压所必需的。这个计算就叫做电路分析。.

　　基尔霍夫的第一定律是流入1个接点的电力总和是0。流入中心点的电流I1和I2的总和等于流出电流I3的总和。它也被称为电流守恒定律。