作者：江小安
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
电路与模拟电子技术试读：
前言
本教材是为计算机科学与技术、计算机网络技术、软件技术等计算机类相关专业而编写的（电子信息类相关专业也可选用）。通过对本书的学习，可为“计算机组成原理”、“单片机原理与应用”等后续课程打下坚实的硬件基础。
本书编写的指导思想是突出基本概念、基本原理、基本分析方法和工程应用精选内容，加强集成电路的应用，编写时力求思路清晰，深入浅出，文字通顺，便于阅读。
本书分上、下两篇。上篇为电路分析基础（1～4章）。通过理论和实践教学，使学生掌握电路的基本概念和分析方法。
下篇为模拟电子技术（第5～12章）。通过理论和实践教学，使学生掌握模拟电子技术的基础知识和基本分析与设计方法，学会正确使用电路元件和器件，具备分析和设计典型电路的基本技能。
参加本书编写的有西安电子科技大学江小安，西安欧亚学院侯亚玲、宫丽，西安工业大学王珊珊。
由于编者水平有限，书中难免还存在一些不足与错误，殷切希望广大读者批评指正。
编 者
本书文字符号说明
一、基本符号
二、电压、电流
小写u（i）、小写下标表示交流电压（电流）瞬时值（例如，uo表示输出交流电压瞬时值）。
小写u（i）、大写下标表示含有直流的电压（电流）瞬时值（例如，u表示含有直流的输出电压瞬时值）。O
大写U（I）、小写下标表示正弦电压（电流）有效值（例如，Uo表示输出正弦电压有效值）。
大写U（I）、大写下标表示直流电压（电流）（例如，U表示输O出直流电压）。正弦电压、电流相量（复数量）
U，I 正弦电压、电流幅值mm
U，I 电压、电流的静态值QQ
U，I 反馈电压、电流有效值ff
U，U 集电极、发射极直流电源电压CCEE
U 基极直流电源电压BB
U，U 漏极和源极直流电源电压DDSS
U，I 直流电压源、电流源ss
u，i 正弦电压源、电流源ss
U 输入电压有效值i
u 含有直流成分输入电压瞬时值I
u 输入电压瞬时值i
U，I 输出交流电压、电流有效值oo
u 含有直流成分输出电压的瞬时值O
U 基准电压、参考电压、二极管最大反向工作电压R
I 参考电流、二极管反向电流R
U，I 运放同相端输入电压、电流++
U-，I-运放反相端输入电压、电流
U 差模输入电压信号id
U 共模输入电压信号ic
U 整流或滤波电路输出电压中基波分量的幅值oim
U 集电极、发射极间静态压降CEQ
U 运放输出电压的最高电压OH
U 运放输出电压的最低电压OL
I 基极静态电流BQ
I 集电极静态电流CQ
ΔU 直流变化量CE
Δi 瞬时值变化量c
三、电阻
R 信号源内阻s
r 输入电阻i
r 输出电阻o
r 具有反馈时输入电阻if
r 具有反馈时输出电阻of
r 差模输入电阻id
R（R′） 运放输入端的平衡电阻p
R 电位器（可变电阻器）W
R 集电极外接电阻c
R 基极偏置电阻b
R 发射极外接电阻e
R 负载电阻L
四、放大倍数、增益
A 电压放大倍数A=U/Uuuoi
A 考虑信号源内阻时电压放大倍数A=U/U，即源电压放大ususos倍数
A 差模电压放大倍数ud
A 共模电压放大倍数uc
A 开环差模电压放大倍数od
A 中频电压放大倍数usm
A 低频电压放大倍数usl
A 高频电压放大倍数ush
A 闭环放大倍数f
A 具有负反馈的电压放大倍数，即闭环电压放大倍数uf
A 开环电流放大倍数i
A 闭环电流放大倍数if
A 开环互阻放大倍数r
A 闭环互阻放大倍数rf
A 开环互导放大倍数g
A 闭环互导放大倍数gf
F 反馈系数
A 功率放大倍数p
五、功率
p 瞬时功率
P 平均功率（有功功率）
Q 无功功率复功率
S 视在功率
λ 功率因数
P 输出信号功率o
P 集电极损耗功率c
P，P 直流电源供给功率Es
六、频率
f 频率通用符号
ω 角频率通用符号
f 放大电路的上限截止频率。此时放大电路的放大倍数为HA=0.707Aushusm
f 放大电路的下限截止频率。此时，A=0.707ALuslusm
f 通频带（带宽）f=f-fBWBWHL
f 具有负反馈时放大电路的上限截止频率Hf
f 具有负反馈时放大电路的下限截止频率Lf
f 具有负反馈时的通频带BWf
f 共基极接法时三极管电流放大系数的上限截止频率α
f 共射极接法时三极管电流放大系数的上限截止频率β
f 三极管的特征频率T
ω 谐振角频率、振荡角频率o
f 振荡频率o
七、器件参数
V 二极管D
U 温度电压当量U=kT/q、增强型场效应管的开启电压TT
I 二极管电流、漏极电流D
I 反向饱和电流、源极电流S
I 最大整流电流F
U 二极管开启电压on
U PN结击穿电压、基极直流电压B
V 稳压二极管DZ
U 稳压管稳定电压值Z
I 稳压管工作电流Z
I 最大稳定电流ZM
r 稳压管的微变电阻Z
b 基极
c 集电极
e 发射极
I 发射极开路，集-基间反向饱和电流CBO
I 基极开路、集-射间穿透电流CEO
I 集电极最大允许电流CM
P 空穴型半导体
N 电子型半导体
n 电子浓度
p 空穴浓度
r 基区体电阻bb′
r 发射结的微变等效电阻b′e
r 共射接法下，基射极间的微变电阻be
r 共射接法下，集射极之间的微变电阻ce
α 共基接法下，集电极电流的变化量与发射极电流的变化量之比，即α=ΔI/ΔICE从发射极到达集电极的载流子的百分比，或
β 共射接法下，集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比，即β=ΔI/ΔICB共射接法时，不考虑穿透电流时，I与I的比值CB
g 跨导m
BU 集电极开路时，e-b间的击穿电压EBO
BU 集极开路时，c-e间的击穿电压CEO
U，I 集成运放输入失调电压、失调电流IOIO
I 集成运放输入偏置电流IB
V 三极管
S 集成运放的转换速率R
D 场效应管漏极
G 场效应管栅极
S 场效应管源极
S 整流电路的脉动系数
U 场效应管夹断电压P
r 场效应管漏源间的等效电阻DS
I 结型、耗尽型场效应管U=0时的I值DSSGSD
CMRR 共模抑制比
CMR 用分贝表示的共模抑制比，即20lg CMRR
Q 静态工作点、LC回路的品质因数
τ 时间常数
η 效率
φ（θ） 相角
φ 反馈网络的相移F
上篇 电路分析基础
第1章 电路基本概念和定律
1.1 电路功能和模型
1.1.1 实际电路及其功能
一个实际电路，它是由电气器件构成，并具有一定功能的连接整体。
组成实际电路的电气器件种类繁多、性能各异，常用的有电池、信号产生器、电阻器、电容器、电感器、开关、晶体管等。其中，电池可以提供电能，信号产生器可以输出多种标准信号，电阻器可以消耗电能，电感器可以存储磁场能，等等。
图1.1（a）是一个简单的照明电路，由电池、开关、连接导线、灯泡组成。其作用是把由电池提供的电能传送给灯泡并转换成光能。图1.1（b）是计算机电路组成的简化方框图，它的基本功能是通过对输入信号的处理实现数值计算。人们在键盘上输入计算数据和步骤，编码器将输入信号表示成二进制数码，经运算、存储、控制部件处理得到计算结果，然后在显示器上输出。图1.1 实际电路
电路的基本功能是：（1）实现电能的产生、传输、分配和转换；（2）完成电信号的产生、传输、变换和处理。
在电路理论中，常把提供电能或信号的器件、装置称为电源，把使用电能或电信号的设备称为负载。显然，对于图1.1电路，电池和键盘、编码器是电源，灯泡和显示器是负载。
1.1.2 电路模型
电路理论主要研究电路中发生的各种电磁现象，包括电能的消耗现象和电磁能的存储现象。一般这些现象交织在一起，同时发生在整个电路中。为了简化分析，对实际电路采用“模型化”方法处理。首先，针对一些基本电磁现象（如电磁能消耗、电场能存储、磁场能存储等）建立相应的模型，称为理想元件或元件，并用统一符号标记。理想元件在物理上描述了基本电磁现象，在数学上也有严格的定义。例如，电阻元件就是描述电磁能消耗现象，其电流电压关系满足代数方程的一种理想电路元件；电容、电感元件分别是描述电场能、磁场能存储现象的理想元件，其电流、电压满足微分或积分关系。
接着，对实际器件，在一定条件下忽略其次要性质，用理想元件或其组合来表征它的主要特性。该理想元件或其组合构成实际器件的模型，称为器件模型。
建立器件模型时应注意下面两点：（1）在一定条件下，不同器件可以具有同一种模型。比如，电阻器、灯泡、电炉等，这些器件在电路中的主要特性都是消耗电能，因此都可用理想电阻元件作为它们的模型。（2）对于同一器件，在不同应用条件下，往往采用不同形式的模型。例如，一个线圈在工作频率较低时，用理想电感元件作为模型；在需要考虑能量损耗时，使用理想电阻和电感元件串联电路作为模型；而在工作频率较高时，则应进一步考虑线圈绕线之间相对位置的影响，这时模型中还应包含理想电容元件。最后，把实际电路中的器件用相应的器件模型代替，得到实际电路的模型，称为电路模型。这种用模型符号画出的电路连接图称为电原理图，简称电路图或电路。由于理想元件在数学上有明确定义，因此结合电路连接规律，就可采用数学方法解决电路问题。在一定精度范围内，分析结果反映了实际电路的物理特性。
图1.1（a）照明电路的电路模型如图1.2所示。图中电池用电压源U和内阻R表示，负载用电阻R表示，S为开关。连接导线的电阻ssL值很小，一般忽略不计，用理想导线表示。
但是必须指出，允许进行上述模型化处理的前提条件是：假设电路中的基本电磁现象可以分别研究，并且相应的电磁过程都集中在各理想元件内部进行。这就是电路理论中所谓的集中化假设。满足集中化假设的理想元件称为集中（参数）元件，由这类元件构成的电路称为集中（参数）电路。图1.2 电路模型
在工程应用中，为了保证集中参数电路能有效地描述实际电路，获得有意义的分析结果，要求实际电路的几何尺寸应远小于工作电磁波的波长。如果不是这样，它就不能采用集中参数电路模型来描述。本书只讨论集中参数电路。
1.2 电路变量
电路变量是描述电路特性的物理量，常用的变量是电流、电压和功率。
1.2.1 电流
电荷有规则的定向运动形成电流。计量电流大小的物理量是电流强度，简称电流，记为i（t）或i。电流强度的定义是：单位时间内通过导体横截面的电荷量，如图1.3所示，即
式中，q是沿指定方向通过导体横截面S的正电荷q与反方向通+过该截面负电荷q-的绝对值之和。电荷单位为库仑（C），当时间单位为秒（s）时，电流单位为安（A）。在电力系统中，通过设备的电流较大，采用安或千安（kA）为单位。而电子电路中的电流则较小，常以毫安（mA）或微安（μA）为单位，其换算关系是图1.3 电流强度
电流除了大小外，还需考虑方向。习惯上规定正电荷运动方向为电流的实际方向。然而在具体问题中，电流实际方向往往难以直接确定。考虑到集中元件中的电流，如果它存在，则其方向只有两种可能，表明电流是一种代数量。因此在分析电路时，可任意指定一种方向作为计算时的参考，称为电流的参考方向。同时规定，如果参考方向与实际方向一致，电流记为正值；如果两者方向相反，则记为负值。这样，在指定参考方向前提下，结合电流的正负值就能够判定出它的实际方向。
电流的参考方向，一般用箭头符号直接标记在电流通过的路径上。有时也采用双下标标记法，如i表示其参考方向由a指向b。通ab常，电路图中仅标出电流的参考方向。
1.2.2 电压
图1.1（a）中，电流使灯丝发光是电场力对电荷做功的结果。为了计量电场力做功的能力，引入电压物理量，记为u（t）或u。其定义是：电路中a、b两点间的电压，在数值上等于单位正电荷从a点沿电路约束的路径移至b点时电场力所做的功。用公式表示为
式中，电荷单位为库（C），功的单位是焦（J），电压的单位是伏（V）。实际应用中，电压也常用千伏（kV）、毫伏（mV）或微伏（μV）作为单位。
电压也可用电位差表示，即
式中，u和u分别为a、b两点的电位。电位是描述电路中电位能ab分布的物理量。电路中某点的电位定义为将单位正电荷从该点移至参考点时电场力做功的大小。参考点是电路中任意选定的一个点，规定其电位为零，用符号“⊥”表示。由此可见，电路中任一点与参考点之间的电压值就是该点的电位。
规定电位真正降低的方向为电压的实际方向。其高电位端用“+”标记，称为正极性端；低电位端用“-”标记，称为负极性端。也可采用双下标方法，如u表示a、b端分别为正、负极性端。电压实际ab方向如图1.4所示。
根据定义，电压也是代数量。它与电流类似，在分析计算时，需要指定一个参考方向（也称参考极性）。同时规定，当参考方向与实际方向一致时，记电压为正值；否则，记电压为负值。这样，在指定电压参考方向后，依据电压值的正负，就能确切判定电压的实际方向。如无特殊说明，电路图中标记的电压方向均为参考方向。
电流、电压的参考方向是可以任意选择的，因而有两种不同的选择方式。若电流的参考方向设成a流向b，电压的参考方向设成a为高电位端，b为低电位端，则这样所设的电流、电压参考方向称为关联参考方向，否则称为非关联参考方向。分别如图1.5（a）、（b）所示。为使电路图简洁明了，一般采用关联方向，并在电路图上只标明电流或电压的参考方向。图1.4 电压的实际方向图1.5 电流、电压的关联与非关联参考方向
如果电流、电压的大小或方向随时间变化，则分别称为交流电流、交流电压，按习惯用小写字母i（t）、u（t）或i、u表示。如果它们的大小和方向都不随时间变化，则称为直流电流、直流电压，分别用大写字母I、U表示。此时，相应电路称为直流电路。需要指出的是，在测试直流电流、电压时，测量仪表是根据电流电压的实际方向接入电路的，应注意直流电流表和电压表的正确连接和使用。
例1-1 电路如图1.6（a）所示，图中矩形框表示电路元件。已知电流I=-1A，I=2A，I=-3A，其参考方向如图中所标；d为参考点，123电位U=5V，U=-5V，U=-2V。abc
求：（1） 电流I、I、I的实际方向和电压U、U的实际极123abcd性。（2）若欲测量电流I和电压U的数值，则电流表和电压表应如1cd何接入电路？图1.6 例1-1的图
解 （1） 在指定电流参考方向后，结合电流值的正负就可判定其实际方向。已知I为正值，表明该电流的实际方向应与它的参考方2向一致；而I和I为负值，表明它们的实际方向与指定的参考方向相13反。
可知U>0，电压实际方向由a指向b，或者a为高电位端，b为低ab电位端。U<0，表明电压实际方向与参考方向相反，即d为高电位cd端，c为低电位端。（2） 在测量直流电流时，应将电流表串联接入被测支路，使实际电流从电流表的“+”极流入，“-”极流出。在测量直流电压时，应把电压表并联接入被测电路，使电压表“+”极与被测电压的高电位端连接，“-”极与低电位端连接。图1.6（b）中给出了具体连接方法。
1.2.3 能量和功率
单位时间内做功的大小称为功率，或者说电场力做功的速率称为功率。功率p（t）的数学表达式为：
式中，dw表示dt时间内电场力所做的功，也就是电阻元件在dt时间内吸收的电能。功率的单位为瓦（W）。1瓦功率就是每秒做功1焦，即1W=1J/s。下面导出功率的另一计算公式。
图1.7（a）中，矩形框表示一个泛指元件，其电流电压取关联参考方向，设在dt时间内，由a端转移到b端的正电荷量为dq，则根据电压、电流定义，电场力所做的功为图1.7 元件功率的计算
在p>0时，表示dt时间内电场力对电荷dq做功dw，这部分能量被元件吸收，所以p是元件的吸收功率；在p<0时，表示元件吸收负功率，实际上是该元件向外电路提供功率或产生功率。
如果元件电流电压取非关联参考方向，如图1.7（b）所示，只需在式（1-5）中冠以负号，即
其计算结果的意义与式（1-5）相同。
综合上述两种情况，将元件吸收功率的计算公式统一表示为
式中，当电流电压为关联参考方向时，取“+”号；当电流电压为非关联参考方向时，取“-”号。计算结果表示元件的吸收功率。具体地说，若p>0，表示元件吸收功率，其值为p；若p<0，表示元件提供功率，其值为。
工程上，常用千瓦时（kW·h）作为电能的单位。1kW·h又称1度。比如某车间使用100只灯泡（功率均为100W）照明1小时，所消耗电能是10度。
若已知元件吸收功率为p（t），并设w（-∞）=0，则
表示从-∞开始至时刻t元件所吸收的电能。一个元件，如果对于任意时刻t，均有
则称该元件为无源元件；否则称为有源元件。
上面关于能量、功率的讨论也适用于电路中的任何一段电路。
例1-2 在图1.8中，已知U=-7V，I=-4A，试求元件A的吸收功率。
解 由于U、I为关联方向，所以
说明元件A吸收功率28W。按照式（1-9）定义，A属于无源元件。
例1-3 在图1.9中，已知元件B的产生功率为120mW，U=40V，求I。
解 元件B产生功率为120mW，即吸收功率为-120mW，且考虑到元件上U与I为非关联方向，由式（1-7） 可得图1.8图1.9
表明元件B上电压、电流的实际方向不一致，所以B向外部电路提供功率。按式（1-9）定义，B属于有源元件。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]