第2章 簡(jiǎn)單電阻電路分析

第2章簡(jiǎn)單電阻電路分析2.1電阻2.2電源2.3MOSFET2.4基爾霍夫定律2.6運(yùn)算放大器2.5電路的等效變換2.7二端口網(wǎng)絡(luò)2.8數(shù)字系統(tǒng)的根本概念2.9用MOSFET構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)的根本單元——門電路清華大學(xué)電路原理教學(xué)組一、電阻(resistor)2.1電阻R(1)電壓電流采用關(guān)聯(lián)參考方向Riu+u

RiR電阻(resistance)單位：

(歐)二、歐姆定律(Ohm’sLaw)清華大學(xué)電路原理教學(xué)組令G

1/RG

電導(dǎo)(conductance)歐姆定律(關(guān)聯(lián)參考方向下):

i

Gu單位：S(西)(Siemens，西門子)關(guān)聯(lián)參考方向下線性電阻器的u-i關(guān)系:

R=tan

ui0u

Ri清華大學(xué)電路原理教學(xué)組(2)電壓電流非關(guān)聯(lián)參考方向Riu+歐姆定律:u

–Ri或i

–Gu公式的列寫必須根據(jù)參考方向??！清華大學(xué)電路原理教學(xué)組Riu+–當(dāng)R=0(G=

)，視其為短路。u=0,i由外電路決定。當(dāng)R=

(G=0)，視其為開路。i=0,u由外電路決定。ui0開路ui0短路三、開路與短路清華大學(xué)電路原理教學(xué)組Riu+Rip發(fā)

ui(–Ri)i

–i2Rp吸

ui

i2R

u2/R功率：u+無論參考方向如何選取，電阻始終消耗電功率。

u(–u/R)

–u2/R或p吸

u(–i)

i2R

u2/R

(–Ri)(–i)四、電阻消耗的功率清華大學(xué)電路原理教學(xué)組阻值＋功率五、電阻的額定值清華大學(xué)電路原理教學(xué)組幾種常見材料的0℃電阻率與溫度系數(shù)材料銀銅鋁鐵碳鎳鉻合金

0/

·m1.5×10-81.6×10-82.5×10-88.7×10-83500×10-8110×10-8/(℃-1)4.0×10-34.3×10-34.7×10-35.0×10-3－5.0×10-41.6×10-4六、決定阻值的因素清華大學(xué)電路原理教學(xué)組電阻器的尺寸主要取決于什么？貼片電阻體積小重量輕可靠性高碳膜電阻阻值范圍寬價(jià)格低廉金屬膜電阻穩(wěn)定性高精度高線繞電阻功率大七、電阻器清華大學(xué)電路原理教學(xué)組非線性電阻滿足齊次性和可加性，即Ae1(t)+Be2(t)Ar1(t)+

Br2(t)成立e1(t)r1(t)線性網(wǎng)絡(luò)e2(t)r2(t)線性網(wǎng)絡(luò)鼓勵(lì)響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)線性電阻八、非線性電阻清華大學(xué)電路原理教學(xué)組線性時(shí)變電阻u

t=R

t

·i

t

R(t)+u(t)i(t)電阻R

t是時(shí)間t的函數(shù)e

(t)r(t)非時(shí)變?cè)

(t-)r

(t-)

非時(shí)變?cè)摧敵鲰憫?yīng)與輸入信號(hào)外加時(shí)刻無關(guān)。線性非時(shí)變電阻u

t=R·i

t

九、時(shí)變電阻返回目錄清華大學(xué)電路原理教學(xué)組一、獨(dú)立電源(independentsource)2.2電源〔1〕特點(diǎn)〔a〕電源兩端電壓由電源本身決定，與外電路無關(guān)；〔b〕通過它的電流由外電路決定。電路符號(hào)uS1.理想電壓源〔idealvoltagesource〕清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔2〕伏安特性〔a〕假設(shè)uS=US，即直流電源，那么其伏安特性為平行于電流軸的直線，反映電壓與電源中的電流無關(guān)。uS+_iu+_USui0〔b〕假設(shè)uS為變化的電源，那么某一時(shí)刻的伏安關(guān)系特性為平行于電流軸的直線。〔c〕電壓為零的電壓源，伏安曲線與i軸重合，相當(dāng)于短路狀態(tài)。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔3〕理想電壓源的開路與短路uS+_iu+_R〔a〕開路：R，i=0，u=uS?！瞓〕理想電壓源不允許短路〔此時(shí)電路模型〔circuitmodel〕不再存在〕。US+_iu+_rUSui0u=US–ri實(shí)際電壓源〔physicalsource〕清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.理想電流源〔idealcurrentsource〕〔1〕特點(diǎn)〔a〕電源電流由電源本身決定，與外電路無關(guān)；〔b〕電源兩端電壓由外電路決定。電路符號(hào)iSUIR1A例清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔2〕伏安特性〔a〕假設(shè)iS=IS，即直流電源，那么其伏安特性為平行于電壓軸的直線，反映電流與端電壓無關(guān)。ISui0iSiu+_〔b〕假設(shè)iS為變化的電源，那么某一時(shí)刻的伏安關(guān)系也是平行于電壓軸的直線〔c〕電流為零的電流源，伏安特性曲線與u軸重合，相當(dāng)于開路狀態(tài)。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔3〕理想電流源的短路與開路R〔2〕理想電流源不允許開路〔此時(shí)電路模型不再存在〕?！?〕短路：R=0，i=iS，u=0，電流源被短路。iSiu+_〔4〕實(shí)際電流源的產(chǎn)生可由穩(wěn)流電子設(shè)備產(chǎn)生，有些電子器件輸出具備電流源特性，如晶體管的集電極電流與負(fù)載無關(guān)；光電池在一定光線照射下光電池被激發(fā)產(chǎn)生一定值的電流等。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔5〕功率iSiu+_iSiu+_p發(fā)=uiSp吸=–uiSp吸=uiSp發(fā)=–uiS清華大學(xué)電路原理教學(xué)組二、受控電源〔非獨(dú)立源〕〔controlledsourceordependentsource〕電路符號(hào)+–受控電壓源受控電流源1.定義電壓源電壓或電流源電流不是給定的時(shí)間函數(shù)，而是受電路中某個(gè)支路〔或元件〕的電壓〔或電流〕的控制。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組一個(gè)受控電流源的例子〔MOSFET〕DSGMOSFETUGS＋－UDS＋－IDS受控源與獨(dú)立源的比較:(1)獨(dú)立源電壓(或電流)由電源本身決定，而受控源電壓(或電流)直接由控制量決定。(2)獨(dú)立源作為電路中“鼓勵(lì)〞，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源在電路中不能作為“鼓勵(lì)〞。IDSUDS電阻電流源清華大學(xué)電路原理教學(xué)組一個(gè)MOSFET可以用四端模型來表示。受控源是一個(gè)四端元件控制支路支路電壓支路電流受控源受控電壓源受控電流源f(uGS)控制局部受控局部＋－uGS清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔1〕電流控制的電流源〔CurrentControlledCurrentSource〕

:電流放大倍數(shù)r:轉(zhuǎn)移電阻{u1=0i2=bi1{u1=0u2=ri12.分類〔2〕電流控制的電壓源〔CurrentControlledVoltageSource〕CCCSb

i1+_u2i2_u1i1+o_u1i1+_u2CCVS+_o_ri1+_u2i2CCVS+_++清華大學(xué)電路原理教學(xué)組g:轉(zhuǎn)移電導(dǎo)

:電壓放大倍數(shù){i1=0i2=gu1{i1=0u2=

u1(3)電壓控制的電流源〔VoltageControlledCurrentSource〕(4)電壓控制的電壓源〔VoltageControlledVoltageSource〕VCCSgu1+_u2i2oo+_u1i1_u1i1u1+_u2i2VCVS+_+清華大學(xué)電路原理教學(xué)組3.受控源與獨(dú)立源的比較(1)獨(dú)立源電壓〔或電流〕由電源本身決定，與電路中其他電壓、電流無關(guān)，而受控源電壓〔或電流〕直接由控制量決定。(2)獨(dú)立源作為電路中“鼓勵(lì)〔excitation〕〞，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源只是反映電壓、電流之間的控制關(guān)系，在電路中不能作為“鼓勵(lì)〞。返回目錄清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.3MOSFETPrescott內(nèi)核P4108個(gè)晶體管〔雙極、MOS〕吳剛耳機(jī)放大器日立N溝道2SK214型MOSFETCPU供電電路中的MOSFET最大功率達(dá)200W的電力MOSFET?。壕€寬0.15

m大：10cm清華大學(xué)電路原理教學(xué)組DSGDSG2n7000一、MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的結(jié)構(gòu)與符號(hào)N溝道增強(qiáng)型MOSFET清華大學(xué)電路原理教學(xué)組DSGUGS＋－MOSFETUDS＋－IDSUDS=5VIDSUGS截止區(qū)(A)UT時(shí)，MOSFET截止改變UDS的大小對(duì)曲線影響不大UGS>UT后，MOSFET的D、S間導(dǎo)通。轉(zhuǎn)移特性曲線二、MOSFET的電氣性質(zhì)清華大學(xué)電路原理教學(xué)組DSGUGS＋－MOSFETUDS＋－IDSIDSUDSUGS=5VUGS=4VUGS=3V三極管區(qū)/可變電阻區(qū)飽和區(qū)/恒流區(qū)輸出特性曲線清華大學(xué)電路原理教學(xué)組導(dǎo)通后UGS<UT+UDS的時(shí)候，MOSFET的D、S間呈電流源特性。UGS與IDS呈二次方關(guān)系：DSGUGS＋－MOSFETUDS＋－IDSIDSUDSUGS=5V三極管區(qū)/可變電阻區(qū)(C)飽和區(qū)/恒流區(qū)(B)RON導(dǎo)通后UGS>UT+UDS的時(shí)候，MOSFET的D、S間呈電阻特性。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組1截止區(qū)條件：性質(zhì)：3三極管區(qū)條件：性質(zhì)：RON2飽和區(qū)條件：性質(zhì)：DSGUGS＋－UDS＋－IDS＋－USUGS＋－UDS＋－IDS＋－USUGS＋－UDS＋－IDS＋－USUGS＋－UDS＋－IDS＋－USRON三、MOSFET的等效電路清華大學(xué)電路原理教學(xué)組四、MOSFET的模型開關(guān)電阻〔SR〕模型:截止?fàn)顟B(tài)導(dǎo)通狀態(tài)UGS＋－UDS＋－IDS＋－USRONUGS＋－UDS＋－IDS＋－USRON清華大學(xué)電路原理教學(xué)組截止?fàn)顟B(tài)導(dǎo)通狀態(tài)UGS＋－UDS＋－IDS＋－USUGS＋－UDS＋－IDS＋－US開關(guān)電流源〔SCR〕模型:返回目錄清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.4基爾霍夫定律一、幾個(gè)名詞支路(branch)：電路中通過同一電流的每個(gè)分支?；芈贰瞝oop〕：由支路組成的閉合路徑。b=3網(wǎng)孔〔mesh〕：對(duì)平面電路，每個(gè)網(wǎng)眼即為網(wǎng)孔。網(wǎng)孔是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。123ab+_R1uS1+_uS2R2R3l=3n=2123〔Kirchhoff，基爾霍夫；1824–1887，Germany〕清華大學(xué)電路原理教學(xué)組物理根底：電荷〔electriccharge〕守恒，電流連續(xù)性。i1i4i2i3?令電流流出為“+〞–i1+i2–i3+i4=0i1+i3=i2+i4??7A4Ai110A-12Ai2i1+i2–10–(–12)=0i2=1A

例

4–7–i1=0i1=–3A

二、基爾霍夫電流定律〔KCL〕在任何集總參數(shù)〔lumpedparameter〕電路中，在任一時(shí)刻，流出〔流入〕任一節(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和為零。即清華大學(xué)電路原理教學(xué)組KCL的推廣ABi=0ABiiABi3i2i1兩條支路電流大小相等，一個(gè)流入，一個(gè)流出。只有一條支路相連，那么i=0。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組選定一個(gè)繞行方向：順時(shí)針或逆時(shí)針。–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4例取順時(shí)針方向繞行：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0-U1+U2+U3+U4=US1

-US4

I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4+-+-+-+-三、基爾霍夫電壓定律〔KVL〕在任何集總參數(shù)〔lumpedparameter〕電路中，在任一時(shí)刻，沿任一閉合路徑〔按固定繞向)，各支路電壓的代數(shù)和為零。即電阻壓降電源壓升清華大學(xué)電路原理教學(xué)組AB

l1l2UAB(沿l1)=UAB(沿l2〕電位的單值性推論：電路中任意兩點(diǎn)間的電壓等于兩點(diǎn)間任一條路徑經(jīng)過的各元件電壓的代數(shù)和。元件電壓方向與路徑繞行方向一致時(shí)取正號(hào)，相反取負(fù)號(hào)。例I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4+-+-+-+-AB清華大學(xué)電路原理教學(xué)組KCL，KVL小結(jié)：〔1〕KCL是對(duì)連到節(jié)點(diǎn)的支路電流的線性約束，KVL是對(duì)回路中支路電壓的線性約束。〔2〕KCL、KVL與組成支路的元件性質(zhì)及參數(shù)無關(guān)?！?〕KCL說明在每一節(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的；KVL是電位單值性的具體表達(dá)〔電壓與路徑無關(guān)〕?！?〕KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組電路如圖示，求U和I。解3+1-2+I=0，I=-2〔A〕U1=3I=-6〔V〕U+U1+3-2=0，U=5〔V〕例2求以下圖電路開關(guān)S翻開和閉合時(shí)的i1和i2。S翻開：i1=0i2=1.5(A)i2=i+2i5i+5i2=10S閉合：i2=0i1=i+2ii=10/5=2i1=6(A)10V55i1i2ii2S-+解例1U11A3A2A3V2V3UI++++----返回目錄清華大學(xué)電路原理教學(xué)組一、電阻等效變換2.5電路的等效變換(1)電路特點(diǎn)1.電阻串聯(lián)(seriesconnection)+_R1Rn+_uki+_u1+_unuRk(a)各電阻順序連接，流過同一電流〔KCL〕；(b)總電壓等于各串聯(lián)電阻上的電壓之和〔KVL〕：清華大學(xué)電路原理教學(xué)組等效(2)等效電阻〔equivalentresistance〕Req+_R1RniuRku+_Reqi等效：對(duì)外部電路[端鈕〔terminal〕以外]效果相同Req=(

R1+R2+…+Rn)=

Rk(3)串聯(lián)電阻上電壓的分配+_un+_R1RniuRk+_uk+_u1等效電阻等于串聯(lián)的各電阻之和清華大學(xué)電路原理教學(xué)組例兩個(gè)電阻分壓〔voltagedivision〕，如以下圖所示?！沧⒁夥较?〕〔4〕功率關(guān)系p1=R1i2，p2=R2i2，

，pn=Rni2p1:p2:

:pn=R1:R2:

:Rn總功率p=Reqi2=(R1+R2+

+Rn)i2=R1i2+R2i2+

+Rni2=p1+p2+

+pni+_uR1R2+-u1-+u2清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.電阻并聯(lián)〔parallelconnection〕inR1R2RkRni+ui1i2ik_〔1〕電路特點(diǎn)(a)各電阻兩端分別接在一起，端電壓為同一電壓〔KVL〕；(b)總電流等于流過各并聯(lián)電阻的電流之和〔KCL〕：i=i1+i2+

+ik+

+in清華大學(xué)電路原理教學(xué)組等效由KCLi=i1+i2+

+ik+

+in=uGeq故有uGeq=i=uG1+uG2++uGn=u〔G1+G2++Gn〕即設(shè)Gk=1/Rk〔k=1，2，…，n〕Geq=G1+G2+

+Gk+

+Gn=

Gk=1/Rk〔2〕等效電導(dǎo)〔equivalentconductance〕GeqGeq+u_i等效電導(dǎo)等于并聯(lián)的各電導(dǎo)之和。inG1G2GkGni+ui1i2ik_清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔3〕并聯(lián)電阻的分流〔currentdivision〕由電流分配與電導(dǎo)成正比得對(duì)于兩電阻并聯(lián)，有R1R2i1i2i清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔4〕功率關(guān)系p1=G1u2，p2=G2u2，

，pn=Gnu2p1:p2:

:pn=G1:G2:

:Gn總功率p=Gequ2=(G1+G2+

+Gn)u2=G1u2+G2u2+

+Gnu2=p1+p2+

+pn清華大學(xué)電路原理教學(xué)組解R=4∥(2+(3∥6))=2

3

例12

4

6

R

3

清華大學(xué)電路原理教學(xué)組解

R=(40∥40)+(30∥30∥30)=30

例240

30

30

40

30

R40

40

30

30

30

R清華大學(xué)電路原理教學(xué)組R1R2R3R4+_uSABuAuB＝？UAB=0IAB=0(2)電流為零的支路可以斷開。(1)電壓為零的節(jié)點(diǎn)可以短接。等電位點(diǎn)等電位點(diǎn)之間開路或短路不影響電路的電壓電流分布。3.平衡電橋清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔1〕電阻的三角形〔〕聯(lián)接和星形〔Y〕聯(lián)接

形聯(lián)接（

－connection）

R12R31R23i3

i2

i1

123+++–––u12

u23

u31

Y形聯(lián)接（Y－connection）R1R2R3i1Yi2Yi3Y123+++–––u12Yu23Yu31Y4.電阻的

—Y變換清華大學(xué)電路原理教學(xué)組等效條件

i1

=i1Y

，i2

=i2Y

，i3

=i3Y

，

且u12

=u12Y

，u23

=u23Y，u31

=u31Y

〔2〕—Y電阻等效變換〔equivalenttransformation)的條件

R12R31R23i3

i2

i1

123+++–––u12

u23

u31

R1R2R3i1Yi2Yi3Y123+++–––u12Yu23Yu31Y清華大學(xué)電路原理教學(xué)組Y接:用電流表示電壓u12Y=R1i1Y–R2i2Y

接:用電壓表示電流i1Y+i2Y+i3Y=0

u23Y=R2i2Y–R3i3Y

i3

=u31

/R31–u23

/R23i2

=u23

/R23–u12

/R12i1

=u12

/R12–u31

/R31〔1〕〔2〕〔3〕電阻的三角形〔〕聯(lián)接和星形〔Y〕聯(lián)接的等效變換

R12R31R23i3

i2

i1

123+++–––u12

u23

u31

R1R2R3i1Yi2Yi3Y123+++–––u12Yu23Yu31Y清華大學(xué)電路原理教學(xué)組由式〔2〕解得i3

=u31

/R31–u23

/R23i2

=u23

/R23–u12

/R12i1

=u12

/R12–u31

/R31（1）(3)根據(jù)等效條件，比較式〔3〕與式〔1〕，得由Y接接的變換結(jié)果?；蚯迦A大學(xué)電路原理教學(xué)組類似可得到由

接

Y接的變換結(jié)果或清華大學(xué)電路原理教學(xué)組由Y

由

Y

特例假設(shè)三個(gè)電阻相等(對(duì)稱)，那么有

R

=3RY〔外大內(nèi)小〕13注意(1)等效是指對(duì)外部〔端鈕以外〕電路而言，對(duì)內(nèi)不成立；(2)等效電路與外部電路無關(guān)。R31R23R12R3R2R1清華大學(xué)電路原理教學(xué)組例橋T電路〔bridge-Tcircuit〕1k

1k

1k

1k

RE1/3k

1/3k

1k

RE1/3k

1k

RE3k

3k

3k

清華大學(xué)電路原理教學(xué)組解通常有兩種求入端電阻的方法①端口加電壓求電流法②端口加電流求電壓法下面用加流求壓法求RabRab=U/I=(1-b)R當(dāng)b<1,Rab>0，正電阻正電阻負(fù)電阻uiU=(I-bI)R=(1-b)IR當(dāng)b>1,Rab<0，負(fù)電阻例求a，b兩端的入端電阻（inputresistance）Rab。IbIabRRab+U_（b≠1）5.含電阻和受控源二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻清華大學(xué)電路原理教學(xué)組等效R等效=U/I一個(gè)無獨(dú)立源的二端〔two-terminal〕電阻網(wǎng)絡(luò)可以用一個(gè)電阻等效。一般情況下小結(jié)R等效+U_I無源+U_I求等效電阻的方法(2)加壓求流法；(3)加流求壓法。(1)串并聯(lián)；清華大學(xué)電路原理教學(xué)組二、電源等效變換1.理想電壓源的串、并聯(lián)串聯(lián)一般有uS=uSk〔注意參考方向〕電壓相同的電壓源才能并聯(lián)，且每個(gè)電源的電流不確定。并聯(lián)等效等效uS2+_+_uS1+_uS+_5VI5V+_+_5VI清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.理想電流源的串、并聯(lián)可等效成一個(gè)理想電流源iS〔注意參考方向〕。電流相同的理想電流源才能串聯(lián)，并且每個(gè)電流源的端電壓不能確定。串聯(lián):并聯(lián)：iS1iS2iSkiS清華大學(xué)電路原理教學(xué)組例3例2例1iS=iS2

–iS1uSiSuSuSiSiSiSuS1iS2iS1uS2清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔1〕實(shí)際電壓源USUU=US

–Ri

II+_USRi+U_RI

RiIui0其外特性曲線如下：Ri:電源內(nèi)阻,一般很小。3.實(shí)際電壓源和實(shí)際電流源的模型及其等效變換清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔2〕實(shí)際電流源I=iS

–Gi

UGi:電源內(nèi)電導(dǎo),一般很小。Gi+_iSUIISUIGiUui0其外特性曲線如下:清華大學(xué)電路原理教學(xué)組u=uS

–Riii=iS

–Giui=uS/Ri–u/Ri通過比較，得等效的條件：

iS=uS/Ri

,Gi=1/Rii+_uSRi+u_iGi+u_iS〔3〕實(shí)際電壓源和實(shí)際電流源模型間的等效變換等效是指對(duì)外部電路的作用等效，即端口的電壓、電流伏安關(guān)系保持不變。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組由電壓源模型變換為電流源模型：等效等效由電流源模型變換為電壓源模型i+_uSRi+u_iGi+u_iSiGi+u_iSi+_uSRi+u_清華大學(xué)電路原理教學(xué)組〔2〕所謂的等效是對(duì)外部電路等效，對(duì)內(nèi)部電路是不等效的。注意：開路的電流源可以有電流流過并聯(lián)電導(dǎo)Gi

。電流源短路時(shí),并聯(lián)電導(dǎo)Gi中無電流。

電壓源短路時(shí)，電阻Ri中有電流；開路的電壓源中無電流流過Ri；iS〔3〕理想電壓源與理想電流源不能相互轉(zhuǎn)換。方向：電流源電流方向與電壓源電壓方向相反。（1）變換關(guān)系數(shù)值關(guān)系；

iS

ii+_uSRi+u_iGi+u_iS例清華大學(xué)電路原理教學(xué)組應(yīng)用利用電源轉(zhuǎn)換可以簡(jiǎn)化電路計(jì)算。例1I=0.5A6A+_U5

5

10V10V+_U5∥5

2A6AU=20V例25A3

4

7

2AI+_15V_+8V7

7

I清華大學(xué)電路原理教學(xué)組注:受控源和獨(dú)立源一樣可以進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換。10V例3簡(jiǎn)化電路1k

1k

0.5I+_UI10V2k

+_U+500I-I1.5k

10V+_UIU=1500I+10U=2000I-500I+10清華大學(xué)電路原理教學(xué)組求圖示電路中Rf為何值時(shí)其獲得最大功率，并求此最大功率。USRfRiI解時(shí)，Rf

獲最大功率得Rf

=Ri即：直流電路最大功率傳輸定理〔maximumpowertransformtheorem〕4.最大功率傳輸返回目錄清華大學(xué)電路原理教學(xué)組一、運(yùn)算放大器的電氣特性2.6運(yùn)算放大器12345678封裝的8腳運(yùn)放補(bǔ)償補(bǔ)償同向輸入反向輸入負(fù)電源正電源空輸出主要關(guān)心的端子：反相輸入、同相輸入、輸出、正電源、負(fù)電源1.端子清華大學(xué)電路原理教學(xué)組反相輸入同相輸入輸出正電源負(fù)電源電路符號(hào)2.電路符號(hào)-++V+V-簡(jiǎn)化的電路符號(hào)abo清華大學(xué)電路原理教學(xué)組3.運(yùn)算放大器的端電壓a：反相輸入端〔invertinginput〕，輸入電壓u-。b：同相輸入端〔noninvertinginput〕，輸入電壓u+。o：輸出端〔output〕，輸出電壓uo。A：開環(huán)電壓放大倍數(shù)〔open-loopgain〕。:公共端（接地端）。+__+u+u-o+_uoao+_udud_+A+b+_US+_US清華大學(xué)電路原理教學(xué)組Usat-UsatUds-Udsuoud0①線性工作區(qū)|ud|<Uds,那么uo=Aud②正向飽和區(qū)③反向飽和區(qū)ud>Uds,那么uo=Usatud<-Uds,那么uo=-Usat這里Uds是一個(gè)數(shù)值很小的電壓。當(dāng)Usat=13V(Usat一般小于工作電源電壓〕、A=105時(shí)，Uds=0.13mV。實(shí)際特性近似特性分三個(gè)區(qū)域討論ud=u+-u-運(yùn)算放大器的靜態(tài)特性：描述輸出電壓uo和輸入端電壓ud關(guān)系。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組4.運(yùn)算放大器的端電流oo_+A++_US+_USi+i-ioius+ius-i++i-+io+ius++ius-=0清華大學(xué)電路原理教學(xué)組當(dāng)放大器工作在線性區(qū)時(shí)，端電壓關(guān)系式中不出現(xiàn)直流電源電壓。在電路符號(hào)中去掉電源端，以簡(jiǎn)化符號(hào)。o_+A+i+i-io端電流仍是i++i-+io+ius++ius-=0注意：i++i-+io=0清華大學(xué)電路原理教學(xué)組5.電路模型Ri：運(yùn)算放大器兩輸入端間的輸入電阻，通常為106～1013。

Ro：運(yùn)算放大器的輸出電阻，通常為10～100。

+-A(u+-u-)RoRiu+u-+_ududu+u-uo_+A+清華大學(xué)電路原理教學(xué)組反相放大器〔invertingamplifier〕R1RiRfRoAu1+_+_u1+_uo+_uiRL運(yùn)放等效電路21+_uo_+A++_uiR1RfRL12清華大學(xué)電路原理教學(xué)組用節(jié)點(diǎn)電壓法分析〔電阻用電導(dǎo)表示〕：(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui-Gfun1+(Gf+Go+GL)un2

=GoAu1u1=un1整理，得(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui-(Gf+GoA)un1+(Gf+Go+GL)un2

=0解得uiR1RiRfRoAu1+_+_u1+_uo+_RL運(yùn)放等效電路清華大學(xué)電路原理教學(xué)組因A一般很大，上式分母中Gf〔AGo-Gf〕一項(xiàng)的值比〔G1+Gi+Gf〕〔G1+Gi+Gf〕要大得多。所以，后一項(xiàng)可忽略，得此近似結(jié)果可將運(yùn)放看作理想情況而得到。上式說明uo/ui只取決于反響電阻Rf與R1比值，負(fù)號(hào)說明uo和ui總是符號(hào)相反〔反相比例器〕。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組在線性放大區(qū)，將運(yùn)放電路作如下的理想化處理：(1)A

∵uo為有限值，那么ud=0,即u+=u-，兩個(gè)輸入端之間相當(dāng)于短路(虛短路)；(2)Ri，Ro0,i+=0,i-=0。即從輸入端看進(jìn)去，元件相當(dāng)于開路〔虛開路〕。uoud0Usat-Usat理想運(yùn)放的靜態(tài)特性1.理想運(yùn)算放大器正向飽和區(qū)

ud>0反向飽和區(qū)

ud<0理想運(yùn)放的電路符號(hào)+_ududu+u-uo_+

+i+i-二、含負(fù)反響理想運(yùn)算放大器電路的分析清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.電壓跟隨器〔voltagefollower〕特點(diǎn)：①輸入電阻無窮大〔虛斷〕；②輸出電阻為零；應(yīng)用：在電路中起隔離前后兩級(jí)電路的作用。_+

++_uo+_ui清華大學(xué)電路原理教學(xué)組“虛短〞：u+=u-=0，i1=ui/R1i2=-uo/Rf“虛斷〞：i-=0，i+=0，i2=i1〔1〕當(dāng)R1和Rf確定后，為使uo不超過飽和電壓〔即保證工作在線性區(qū)〕，對(duì)ui有一定限制?！?〕運(yùn)放不能工作在開環(huán)狀態(tài)〔極不穩(wěn)定，振蕩在飽和〕，一般工作在閉環(huán)狀態(tài)，輸出電壓由外電路決定。注意：+_uo_+

++_uiR1RfRLi1i2i-u-u+3.反相放大器清華大學(xué)電路原理教學(xué)組4.加法器〔summingamplifier〕假設(shè)那么實(shí)現(xiàn)了加法運(yùn)算+_uo_+

+R2Rfi-u+u-R1R3u1u2u3i1i2i3ifi++_+_+_清華大學(xué)電路原理教學(xué)組5.同相放大器〔noninvertingamplifier〕u+=u-=uii+=i-=0_+

+RiuiR1R2u+u-i-+_uo+_i+清華大學(xué)電路原理教學(xué)組6.減法器〔differenceamplifier〕_+

+R1u1R1R2u+u-i-+_uo+_i+R2+_u2疊加計(jì)算：u1單獨(dú)作用：反相比例器_+

+R1u1R1R2u+u-i-+_+_i+R2清華大學(xué)電路原理教學(xué)組u1、u2共同作用時(shí)u2單獨(dú)作用：同相比例電路_+

+R1R1R2u+u-i-+_i+R2+_u2實(shí)現(xiàn)了減法運(yùn)算。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組三、含正反響理想運(yùn)算放大器電路的分析+-

+uou+u-u+>u-uo＝Usatu+<u-uo＝－Usatu+－u-uoUsat-Usat0無反響(開環(huán))1.電壓比較器清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.正反響將OpAmp的輸出引到非反相輸入端-+

++_uo+_uii-i+正反響OpAmp輸出端有微小正擾動(dòng)輸入端待放大信號(hào)變大輸出端信號(hào)變大擾動(dòng)被放大uo為Usat或－Usat虛短不再適用虛斷仍然適用？清華大學(xué)電路原理教學(xué)組+-

++_uo+_uiRR虛短不再適用虛斷仍然適用正反響，uo為Usat或-Usat設(shè)uo＝Usat，則u＋＝ui<0.5Usat時(shí)，uo維持Usat不變。一旦ui>0.5Usat，根據(jù)正反響的性質(zhì)，uo變?yōu)椋璘sat此時(shí)u＋＝ui>－Usat/2時(shí)，uo維持－Usat不變。一旦ui<－0.5Usat，根據(jù)正反響的性質(zhì)，uo變?yōu)椋玌satuiuo-Usat/2Usat/2Usat-Usat滯回比較器(HysteresisComparator)調(diào)整兩個(gè)電阻阻值比可改變滯回寬度0滯回寬度3.滯回比較器返回目錄清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.7二端口網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)與準(zhǔn)備端口由一對(duì)端鈕構(gòu)成，且滿足從一個(gè)端鈕流入的電流等于從另一個(gè)端鈕流出的電流。當(dāng)一個(gè)電路與外部電路通過兩個(gè)端口連接時(shí)稱此電路為二端口網(wǎng)絡(luò)。uii+-i1i2i2i1u1u2+-+-線性RLCM受控源清華大學(xué)電路原理教學(xué)組二端口i2i1i1i2具有公共端的二端口i2i1i1i2四端網(wǎng)絡(luò)

i4i3i1i2清華大學(xué)電路原理教學(xué)組不滿足端口條件1-1

，2-2

是二端口。3-3

，4-4

不是二端口，是四端網(wǎng)絡(luò)。例i1i2i2i1u1+–u2+2

21

1Rii1

i2

33

4

4-因?yàn)榍迦A大學(xué)電路原理教學(xué)組約定：〔1〕本章討論范圍網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不含獨(dú)立源，網(wǎng)絡(luò)僅含有線性R、L、C、M與線性受控源。本章僅討論由線性電阻和受控源構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)?！?〕參考方向線性電阻R和受控源i1i2i2i1u1u2+-+-11

22

〔3〕在討論參數(shù)和參數(shù)方程時(shí)，電壓、電流用瞬時(shí)值u、i或恒定值〔直流〕符號(hào)U、I表示。對(duì)以后學(xué)習(xí)的相量電路模型和運(yùn)算電路模型，端口電壓、電流將采用相量或象函數(shù)表示。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組一、二端口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)和方程端口電壓、電流關(guān)系可由六種不同的方程來表示，即可用6套參數(shù)描述二端口網(wǎng)絡(luò)。++--線性無源表示端口電壓和電流關(guān)系的物理量有4個(gè)：，，，清華大學(xué)電路原理教學(xué)組1.用電壓表示電流：G參數(shù)和方程令矩陣形式+-+-二端口清華大學(xué)電路原理教學(xué)組G參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定：+-二端口+-二端口自電導(dǎo)自電導(dǎo)轉(zhuǎn)移電導(dǎo)轉(zhuǎn)移電導(dǎo)如何進(jìn)行？類比一端口網(wǎng)絡(luò)端口電導(dǎo)的求法稱G為短路電導(dǎo)參數(shù)矩陣。+-+-二端口希望用G參數(shù)表示該二端口加壓求流清華大學(xué)電路原理教學(xué)組G12=G21互易二端口+-二端口+-二端口互易二端口網(wǎng)絡(luò)四個(gè)參數(shù)中只有三個(gè)是獨(dú)立的。由線性電阻組成的二端口互易定理互易二端口清華大學(xué)電路原理教學(xué)組例1求G參數(shù)。解

Gb+

+

Ga

Gc

Gb+

Ga

Gc

Gb+

Ga

Gc互易二端口法1清華大學(xué)電路原理教學(xué)組例求G參數(shù)。解法2：端口電壓電流關(guān)系

Gb+

+

GaGc清華大學(xué)電路原理教學(xué)組對(duì)稱二端口只有兩個(gè)參數(shù)是獨(dú)立的。對(duì)稱二端口G12=G21

G11=G22兩個(gè)端口互換后外特性一樣+-二端口+-二端口G11=G22G12=G21

清華大學(xué)電路原理教學(xué)組假設(shè)Ga=Gc有

G12=G21

，又G11=G22，為對(duì)稱二端口。結(jié)構(gòu)對(duì)稱的二端口對(duì)稱二端口〔電氣對(duì)稱〕

Gb+

+

GaGc清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.用電流表示電壓：

R參數(shù)和方程由G參數(shù)方程即其中

=G11G22–G12G21+-+-二端口解出清華大學(xué)電路原理教學(xué)組其矩陣形式為稱R為開路電阻參數(shù)矩陣。R參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定：清華大學(xué)電路原理教學(xué)組互易二端口對(duì)稱二端口假設(shè)矩陣R與G非奇異那么G12=G21G12=G21

G11=G22清華大學(xué)電路原理教學(xué)組例

求所示電路的R參數(shù)。

Rb+

+

Ra

Rc法1法2互易二端口端口電壓電流關(guān)系清華大學(xué)電路原理教學(xué)組3.用輸出表示輸入：

T參數(shù)和方程由(2)得將(3)代入(1)得即如何用u2和i2來表示u1和i1？(注意負(fù)號(hào)〕令：稱為傳輸參數(shù)(T)矩陣清華大學(xué)電路原理教學(xué)組互易二端口對(duì)稱二端口T11T22-

T12T21=1G12=G21G11=G22那么T11=

T22G12=G21T11T22-

T12T21=1清華大學(xué)電路原理教學(xué)組T參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定：開路參數(shù)短路參數(shù)清華大學(xué)電路原理教學(xué)組例求T參數(shù)。+

+

1

2

2

i1u1u2u2+

+

1

2

2

i1i2u1+

1

2

2

i1i2u1法1：法2：先寫出G或R參數(shù)，再解出T參數(shù)。法3：根據(jù)KCL、KVL列方程并整理。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組4.H參數(shù)和方程H參數(shù)方程:H參數(shù)也稱為混合參數(shù)，常用于雙極型晶體管等效電路。＋－＋－＋－+-+-二端口清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.線性無源二端口小結(jié)：1.線性二端口參數(shù)的求法(1)一端開路或短路(2)求端口的電壓電流關(guān)系3.含有受控源的電路一般有4個(gè)獨(dú)立參數(shù)電阻二端口互易二端口3個(gè)獨(dú)立參數(shù)對(duì)稱二端口2個(gè)獨(dú)立參數(shù)清華大學(xué)電路原理教學(xué)組二、二端口網(wǎng)絡(luò)的等效電路二端口吸收的功率1.由R參數(shù)方程畫等效電路+

+

R22+

+

R11清華大學(xué)電路原理教學(xué)組原方程改寫為+

R11-R12

R22-R12R12

++

同一個(gè)參數(shù)方程，可以畫出結(jié)構(gòu)不同的等效電路。等效電路不唯一。如果只用一個(gè)受控源電路綜合清華大學(xué)電路原理教學(xué)組互易網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱(R11=R22)那么等效電路也對(duì)稱。R12=R21+

R11-R12R12

R22-R12+

+

R11-R12

R22-R12R12

++

清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.由G參數(shù)方程畫等效電路+

+

G11

G22清華大學(xué)電路原理教學(xué)組3.由互易網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)，求T形等效電路+

R1R2

R3+

R2=1/T21R1=(T11

-1)/T21R3=(T22

-1)/T21T11T21T22清華大學(xué)電路原理教學(xué)組1.級(jí)聯(lián)〔鏈聯(lián)〕T+T

+

+

T

+

+

+

可推廣到n個(gè)二端口級(jí)聯(lián)的關(guān)系。三、二端口網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.并聯(lián)：輸入端口并聯(lián)，輸出端口并聯(lián)+

+

G

+

+

G

+

+

G可推廣到n個(gè)二端口并聯(lián)的關(guān)系。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組(1)兩個(gè)二端口并聯(lián)時(shí)，其端口條件可能被破壞,此時(shí)上述關(guān)系式就不成立。1A+

10

5

2.510V

5V+2A1A2A1A2A1A1A1A1A2.52.510V

+5V

+1A注意：清華大學(xué)電路原理教學(xué)組不是二端口不是二端口并聯(lián)后端口條件破壞4A-1A2A1A2A2A001A10

10V5V5

2.52.52.5+

+1A2A4A4A1A1A清華大學(xué)電路原理教學(xué)組例R1R4R2R3R1R2R3R4(2)具有公共端的二端口，將公共端并在一起將不會(huì)破壞端口條件。清華大學(xué)電路原理教學(xué)組3.串聯(lián)：輸入端口串聯(lián)，輸出端口串聯(lián)+

+

R

+

+

R

+

+

兩個(gè)二端口串聯(lián)時(shí)，端口條件也可能被破壞。

R可推廣到n個(gè)二端口串聯(lián)的關(guān)系。返回目錄清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.8數(shù)字系統(tǒng)的根本概念二值邏輯：0和1不僅可以表示具體的數(shù)值，而且可以兩種不同的邏輯狀態(tài)。事情的是與非電壓的高與低開關(guān)的通和斷電燈的亮與滅一、什么是邏輯？清華大學(xué)電路原理教學(xué)組二、邏輯代數(shù)的三種運(yùn)算邏輯與：邏輯或：邏輯非：1&≥1清華大學(xué)電路原理教學(xué)組真值表邏輯表達(dá)式Y(jié)1與A相反A、B同為1時(shí)Y2為1A、B同為0時(shí)Y3為0A1010Y10101Y21000B1001Y31011三、表示邏輯的兩種方法清華大學(xué)電路原理教學(xué)組ABCYStep1：制表Step2：寫出所有A、B、C的組合Step3：根據(jù)每個(gè)組合寫出對(duì)應(yīng)的Y00 0 00 1 01 0 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1 00000111四、根據(jù)邏輯表達(dá)式獲得真值表清華大學(xué)電路原理教學(xué)組ABCY00 0 00 1 01 0 01 1 10 0 10 1 11 0 11 1 00000111Step1：寫出所有使得Y為1的A、B、C組合方式Step2：將這些組合用“或〞運(yùn)算連接起來Step3：利用某種方式化簡(jiǎn)得到的邏輯表達(dá)式五、根據(jù)真值表獲得邏輯表達(dá)式清華大學(xué)電路原理教學(xué)組六、常用邏輯門1&≥1清華大學(xué)電路原理教學(xué)組七、邏輯表達(dá)式的邏輯門實(shí)現(xiàn)ABC返回目錄清華大學(xué)電路原理教學(xué)組2.9用MOSFET構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)的根本單元——門電路DSGUGS＋－UDS＋－IDS＋－USRL輸入U(xiǎn)GS為“1〞時(shí)如何保證UGS為“1〞時(shí)，輸出UDS為“0〞？UGS＋－UDS＋－IDS＋－USRLRON輸入U(xiǎn)GS為“0〞時(shí)假設(shè)：“0〞接近0V“1〞接近5VUS=“1〞UGS＋－UDS＋－IDS＋－USRLUDS=“1〞一、反相器清華大學(xué)電路原理教學(xué)組電子學(xué)中慣用的反相器電路表示法DSGUGS＋－UDS＋－IDS＋－USRLDSGUINUOUTRL清華大學(xué)電路原理教學(xué)組DSGUINUOUTRL〔1〕A、B同時(shí)為“1〞時(shí)，Y為“0〞；〔2〕其余條件下，Y為“1〞。DSGYRLDSGABUS＋－UDS＋－RLRONRONUS二、與非門清華大學(xué)電路原理教學(xué)組DSGUINUOUTRL〔1〕A、B同時(shí)為“0〞時(shí)，Y為“1〞；〔2〕其余條件下，Y為“0〞。DSGYRLDSGABUS＋－UDS＋－RLUS三、或非門返回目錄End清華大學(xué)電路原理教學(xué)組1JoZM#HQ4fzSzefhQ#$sByUDZxcN-10tgj-qe!Z*yal36RD-lL5WOZJQkRTK#ml%LMvYKh0VH3u7KLhKy-Dny-2u!fZdT7im8bPr-Qd***VEVqc&Ll)Cc-S3pBE*gO2dCS3C4cRFG9+6Wn6xA77$PwMlEQ(2YW-6rmK#g4u*ZULH8vpXpSWdX8S&NnEs3GG#q!6LFiITZpM*zxakv89fTtr80W&mP+jwtIN8Mi!qVrdPuvLhOL50lo2OJJOwtV5LLLohjJzcYnPx#w*#DFC((mxLf*Y*UCGKv-yk4ySeqDv&eqo!OA73FSckPP0Mp-zs1nCgrzS7Z$NPJyUWuHH0(xeJd%2WXjDPzwwnU*O(23r4iDo+CE%Y7HX5HXeu4SakoTYZ71M#3WAiz)XO66F!*z+u0k2riWMdksV9JrA4t-e0l%2umbpfv+4RQFa&!IuGrP3bONHwDVdzm&n!eMhK5&Spv9Ot*koNFIbb3%YG&3XVa2fdPA&Q&l7Yh9a(BkCKQuc7LaOF8KRLveN+BDC%u2*W6o6MfPw*2Z54(PU*Rn2)sqkTy!PCp(yq6+Y9m*NM30yTsd$+6HeA&v