全套電子課件：電路與電子學(xué)基礎(chǔ)

電路與電子學(xué)基礎(chǔ)第二版

前言

一.

課程的地位和特點二.學(xué)習(xí)的目的及任務(wù)三.理論教學(xué)和實驗教學(xué)安排四.教學(xué)方式、方法五.教學(xué)參考書

第一章電路分析導(dǎo)論

1.1電路及其模型

1.2電路基本元件

1.3基爾霍夫定律

1.4等效變換

1.1電路及其模型1.1.1電路的作用，組成與模型作用：實現(xiàn)電能的傳輸與分配或電信號的傳輸與處理。組成：必須有電源和負(fù)載，兩者由傳輸導(dǎo)線等中間環(huán)節(jié)連接成閉合電路。模型：由具有單一電磁現(xiàn)象的理想電路元件或它們的組合（即實際電路器件的模型）相互連接而成的電路模型。如：電路模型

(b)分支電路中,節(jié)點數(shù):2支路數(shù):3

回路數(shù):3網(wǎng)孔數(shù):21.1.2電路分析的基本變量

電流（電壓）的參考方向：參考方向可以任意選擇。

但一經(jīng)選定，就不再改變。分析電路時，在選定

參考方向下，要根據(jù)電量計算結(jié)果值的正或負(fù)來

確定它的實際方向：

電位電路圖：電路的工作狀態(tài)，可以通過電路各點

的電位反映出來。特別是在電子電路的分析中，

經(jīng)常要計算、檢測各點的電位。所以，電子電

路圖中經(jīng)常采用電位電路圖的畫法。如：

功率與能量的計算：當(dāng)u、i取關(guān)聯(lián)參考方向時，p=ui;而當(dāng)u、i取非關(guān)聯(lián)參考方向時，則p=-ui。規(guī)定兩種情況下,算得的功率值:

若p＞0，表示元件（或電路）吸收的功率；若p＜0，表示元件（或電路）發(fā)出的功率。直流電路的功率平衡關(guān)系:整個電路中，吸收功率的總和恒等于發(fā)出功率的總和.1.2電路基本元件

1.2.1電阻元件R=u/i或G=i/u線性定常電阻的特點：（1）端電壓u與通過的電流i成正比，R是常數(shù)。

（2）雙向性：伏安特性以原點對稱。

（3）耗能性：它的功率總是消耗的。說明電阻不僅是無源元件，而且是耗能元件。

（4）無記憶性。1.2.2電感元件

L=Ψ/i線性電感有如下特點：（1）其磁鏈ψ正比于產(chǎn)生磁鏈的電流i，即ψ=Li，L是一個正實常數(shù)。它與ψ、i無關(guān)。（2）雙向性：韋安特性以原點對稱。（3）動態(tài)性：線性電感的電壓與該時刻電流的變化率有關(guān)（成正比），而與該時刻的電流無關(guān)。所以，稱它是動態(tài)元件。（4）記憶性：電感電流有“記憶”電感電壓的作用。（5）儲能性：電感是一種儲能元件。

無初始儲能時，在電流為1.2.3電容元件

C=q/u線性電容有如下特點：（1）q正比于u，即q=Cu，C是一個常量，稱為電容量。（2）雙向性：庫伏特性以原點對稱，說明特性與端鈕接法無關(guān)。（3）動態(tài)性：任一時刻通過電容的電流取決于該時刻電容兩端電壓的變化率(成正比)，而與該時刻的電壓無關(guān)。（4）記憶性：電容電壓有“記憶”電容電流的作用。

(5)儲能性：電容是儲能元件，也是一無源元件。例已知電容，三者串聯(lián)后接在直流

U=120v的電源上，求每個電容上的分壓。

解：當(dāng)電容的電容量或耐壓值不滿足需要時，可以將幾個電容

器適當(dāng)連接起來以滿足需要。幾個電容并聯(lián)可以提高電容

量，因為并聯(lián)后的等效電容為各個電容之和。幾個電容串聯(lián)后的等效電容則小于各個電容，因為串聯(lián)后等效電容的倒數(shù)等于各個電容倒數(shù)之和，但是等效電容的耐壓值增大了。在本例，三電容串聯(lián)后的等效電容為

1.2.4電源元件和實際電源模型

理想電壓源：一定，與通過它的i無關(guān)。i由外電路決定。理想電流源:一定，與它的端電壓u無關(guān)。

u由外電路決定。實際電壓源模型：

uoc=us,

isc=us/Rs實際電流源模型：

isc=iS,uoc=isRs1.2.5受控源

VCVS:i1=0,u2=μu1

VCCS:i1=0,i2=gu1

CCVS:u1=0,u2=ri1CCCS:u1=0,i2=βi1

如下圖示電路中，受控電壓源的源電壓100和極性，受

受控源的源電壓或源電流受控于電路某部分的電壓或電流，但

它也像獨立源那樣能輸出電流、電壓和功率。

1.受控源是電路器件在一定條件下的理想化模型，與它對應(yīng)的實際器件不一定唯一。它主要用來模擬器件在電路中所發(fā)生的現(xiàn)象，即表示器件在電路中某處電壓或電流控制別處電壓或電流的能力和相互關(guān)系。2.受控源不能作為電路的一個獨立的激勵。只有在獨立源作用下，受控源才同樣起激勵作用。3.受控源也是電源，在分析電路時其處理方法也與獨立源相同，但要注意保留它的控制量，不能隨意把含有控制量的支路去除。1.3基爾霍夫定律

1.3.1基爾霍夫電流定律(KCL)

任一集中參數(shù)電路中，在任一時刻，通過任一節(jié)點的電流的代數(shù)和等于零。即：∑ik=0或∑i入＝∑i出1.3.2基爾霍夫電壓定律(KVL)

對于任一集中參數(shù)電路中的任一回路，在任一時刻，沿著回路的所有支路電壓的代數(shù)和為∑uk=0.

如:還有:根據(jù)基爾霍夫電壓定律可知，電路中任意兩點間的電壓，等于這兩點間任意路徑上各段電壓的代數(shù)和。這種列寫兩點間電壓的方法，在電路分析中經(jīng)常用到。如：1.4等效變換

1.4.1等效和等效變換

等效變換是指，當(dāng)電路中的某一部分用一個新的電路結(jié)構(gòu)（稱為等效電路）代替后，未被代替部分的電壓和電流均應(yīng)保持不變，即等效電路以外部分電壓、電流的伏安關(guān)系不變，也即對等效電路外部伏安特性等效。如：

N2是N1的等效電路，它們在A-B端口上u-i關(guān)系全同。1.4.2等效分析法

1.電阻的串聯(lián)和并聯(lián):串聯(lián)等效電阻R=∑Rkuk=uRk/R,k=1,2,…,np1:p2…=R1:R2…=u1:u2…電阻的并聯(lián)并聯(lián)等效電導(dǎo)G=∑Gk。當(dāng)k=2時,等效電阻R=R1R2∕R1﹢R2ik=uGk=iGk/G當(dāng)k=2時,i1:i2…=p1:p2…=G1:G2…

例:圖(a)中,Rab=2+2=4Ω,I=12/4=3(A)

圖(b)中,I=

2.電阻的ㄚ-△等效變換

△形電阻=ㄚ形電阻兩兩乘積之和/ㄚ形不相鄰電阻ㄚ形電阻=△形相鄰電阻的乘積/△形電阻之和當(dāng)ㄚ形各電阻相等時,則等效的△形各電阻也等,且為一ㄚ形電阻的三倍.3.橋式電路平衡法：

電橋電路是一個四邊形電路，每邊（稱為橋臂）有橋臂電阻，其一個對角線上作用了電源。當(dāng)相鄰臂電阻阻值之比相等，或?qū)Ρ垭娮枳柚档某朔e相等時，另一對角線的兩端出現(xiàn)等電位且線中沒有電流的現(xiàn)象，這時，稱為電橋平衡（參見例2-10）。利用電橋平衡原理制成惠斯登電橋，可以較精確地測量電阻值。同樣，可利用電橋平衡原理，在求如下圖（a)所示橋式電路在R1/R2=R3/R4時A，B兩端的等效電阻時，則無論是把CD支路看作短路還是開路，兩種處理結(jié)果相同，即等效電阻R為推廣之，如果圖（b)或（c)所示電路中，對于端口A-B，若R1:R2:R3=R4:R5:R6,則圖（b)所示電路中C與D、E與F分別是等電位點。圖（c)所示電路中，則E、F、G為等電位點。4.輸入電阻（入端電阻）

Rin=u/i（u,i取關(guān)聯(lián)參考方向時）

Rin=-u/i（u,i取非關(guān)聯(lián)參考方向時）5.理想電源的串聯(lián)和并聯(lián):

理想電壓源的串聯(lián)

us=us1+us2+…+usn=∑usk

理想電流源的并聯(lián)

is=is1+is2+…+isn=∑isk

6.實際電源模型的等效變換7.電源位置的等效變換(無伴電源的位移）:

電壓源的轉(zhuǎn)移:理想電壓源支路上的電壓源可轉(zhuǎn)移到與該支

路連接的任一端的所有支路中,原理想電壓源支路短路?；蛘?/p>

相反的轉(zhuǎn)移。例:求圖（a）所示電路中的電流I。

可將圖（a）所示電路等效變換成圖（d）來算。電流源的轉(zhuǎn)移:理想電流源支路上的電流源可跨接到

與該支路形成回路的任一回路的各支路上去,原理想

電壓源支路開路?；蛘呦喾吹霓D(zhuǎn)移。例:求圖（a）所示電路中的電流I。

可用圖（d）所示電路來算。第2章電路分析方法和定理2.1支路電流法

2.2網(wǎng)孔電流法

2.3回路電流法

2.4節(jié)點電壓法

2.5線性電路的疊加性和齊次性

2.6等效電源定理

2.7電路中的對偶2.1支路電流法

以支路電流作為待求變量，根據(jù)基爾霍夫定律列出聯(lián)立方程

組求解的方法。如：

有：

I1+I3+I5=0

-I5+I4+I6=0

-I3-I6+I2=0

-I1R1+I4R4+I5R5=US1

I2R2-I4R4+I6R6=US6-US2

I3R3-I5R5-I6R6=-US6

有n個節(jié)點、b條支路的電路用支路電流法解時，需：

（1）設(shè)定各支路電流及其參考方向。

（2）對n-1個獨立節(jié)點按KCL列節(jié)點電流方程。

（3）選取獨立回路并設(shè)定其繞行方向,按KVL列出b-(n-1)個回路電壓方程。

（4）求解聯(lián)立方程組，得出待求的各支路電流。

2.2網(wǎng)孔電流法

以網(wǎng)孔電流這組獨立變量為待求變量，列方程求解。如：

(R1+R2)IⅠ-R2IⅡ=Us1–Us2

-R2IⅠ+(R2+R3)IⅡ=Us2–Us3

。對具有m個網(wǎng)孔的平面電路，網(wǎng)孔電流方程的一般形式為：

R11IⅠ+R12IⅡ+R13IⅢ+…+R1mIm=Us11

R21IⅠ+R22IⅡ+R23IⅢ+…+R2mIm=Us22

……

Rm1IⅠ+Rm2IⅡ+Rm3IⅢ+…+RmmIm=Usmm

自阻為正?；プ璁?dāng)兩網(wǎng)孔電流在公有支路上參考方向相同時為正，否則為負(fù)。用網(wǎng)孔電流法計算電路時，首先要列出電路的網(wǎng)孔電流方程組，然后解方程求出各網(wǎng)孔電流。再根據(jù)各支路電流和網(wǎng)孔電流的關(guān)系，求出所要求的各支路電流。2.3回路電流法

回路電流法是以回路電流這組獨立變量為待求變量，列方程求解的方法?；芈冯娏鞣匠痰囊话阈问筋愃朴诰W(wǎng)孔電流方程，因為網(wǎng)孔本身就是回路。

網(wǎng)孔電流法僅適用于平面電路，而回路電流法，對于平面或非平面電路都適用。2.4節(jié)點電壓法

節(jié)點電壓法是以節(jié)點電壓為待求變量，根據(jù)支路伏安特性和

KCL列寫電流方程，從而求解節(jié)點電壓的方法。

節(jié)點電壓是非參考節(jié)點指向參考節(jié)點的電壓，也即參考節(jié)點

的電位，所以，節(jié)點電壓法又稱節(jié)點電位法。如：

有節(jié)點電壓方程

（G1+G2+G3）U1-G3U2=Is1-Is3

-G3U1+(G3+G4+G5)U2=Is2+Is3

寫成簡單而有規(guī)律的一般形式

G11U1+G12U2=Is11

G21U1+G22U2=Is22

如果電路具有n+1個節(jié)點，根據(jù)上述原則可列出標(biāo)準(zhǔn)的n個節(jié)點電壓方程，即

G11U1+G12U2+…+G1nUn=Is11

G21U1+G22U2+…+G2nUn=Is22

……

Gn1U1+Gn2U2+…+GnnUn=Isnn

注意事項：（1）等號右邊項IS11、IS22等是電流源電流，所以在遇到電壓源支路時，應(yīng)將電壓源變換成等效的電流源。

（2）如果遇到的是理想電壓源支路,那么對這條支路的處理方法是，在選擇電路的參考節(jié)點時，就設(shè)法使該理想電壓源的端電壓作為一個節(jié)點電壓；或者是設(shè)定通過它的電流作為一個新變量列入電路方程中,并使整個聯(lián)立方程可解。（3）當(dāng)電路含有受控源時，先將受控源按獨立源對待列出方程，然后再將控制量用節(jié)點電壓表示。例試列出下圖示兩電路的節(jié)點電壓方程。

2.5線性電路的疊加性和齊次性

如下電路有疊加性（疊加定理）：線性電路中任一支路所產(chǎn)生的響應(yīng)

(電壓或電流)等于各個獨立源單獨作用于電路時在該支路產(chǎn)生的響應(yīng)的代數(shù)和。

齊次性（齊次定理）：在線性電路中，各處的電壓和電流與作用該電路的全部獨立源成比例變化。電路響應(yīng)和激勵成正比，這又稱為比例性。2.6等效電源定理

2.6.1戴維南定理(等效電壓源定理)

下圖中，N―有源線性單口

N0―無源單口（N去源后而成）

UOC,R0串聯(lián)組合成的電壓源模型稱為戴維南等

效電路

下圖(c)﹑(d)說明UOC,R0的求法2.6.2諾頓定理（等效電流源定理）

下圖中，ISC,R0并聯(lián)組合成諾頓等效電路

等效電阻的求法：當(dāng)N不含受控源時1.將N無源化變?yōu)?，求端口的等效電阻（用電阻的等效變換法）；2.用伏安法求端口的輸入電阻(=);3.求N端口的開路電壓和短路電流,則當(dāng)N含受控源時(1).將N無源化后用上述2.法;(2)上述3.法最大功率傳輸定律對于給定的直流電源（或有源單口），當(dāng)負(fù)載電阻等于電源內(nèi)阻（或單口的戴維南等效電路中電租）時，負(fù)載獲得最大功率：

第3章正弦電路的穩(wěn)態(tài)分析3.1正弦量的基本概念

3.2正弦量的相量表示

3.3阻抗和導(dǎo)納

3.4正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析

3.5正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率3.6電路中的諧振3.7耦合電感電路3.8三相電路

3.1正弦量的基本概念

3.1.1正弦量的特征量

i=Imsin（ωt+Ψi）的特征量是：Im、ω、

Ψi其中

而Ψi≦∣∣且與圖（b）中O點的

位置選擇有關(guān)

3.1.2同頻率正弦量的相位差

i

、u之間的相位差：φ=Ψi-Ψu，與ω?zé)o關(guān)3.1.3周期信號的有效值

周期電量的有效值等于其瞬時值的均方根值。如

3.2正弦量的相量表示

3.2.2相量和相量圖正弦電流

3.2.2相量和相量圖

若u1=110sin(314t+120°)(V)，u2=110sin(314t-120°)(V)則它們的有效值相量圖如圖（a）示；當(dāng)u1為參考正弦量時，變?yōu)閳D(b)示。

3.2.3基爾霍夫定律的相量形式:

ìk=0,

ùk=0

3.2.4元件伏安關(guān)系的相量形式

電阻元件伏安關(guān)系的相量形式ùＲ＝ìR電感元件伏安關(guān)系的相量形式ùL=jìXL電容元件伏安關(guān)系的相量形式ùC=-jìXC3.3阻抗和導(dǎo)納

3.3.1歐姆定律的相量形式，阻抗與導(dǎo)納

Z=ù/ì=R+jX=|Z|∠Y=ì/ù=G+jB=|Y|∠

|Y|=1/|Z|

阻抗三角形和電壓(相量）三角形:

|Z|2=R2+X2

，

=arctan(X/R)

導(dǎo)納三角形和電流(相量）三角形:

|Y|2=G2+B2

，

=arctan(B/G)

RLC串聯(lián)電路：

Z=ZR+ZL+Zc=R+j(XL-Xc)=R+jX，電抗X=XL-Xc=ωL-(1/ωC)

|Z|2=R2+X2

=arctan(X/R)=Ψu-Ψi

>0時，電路呈現(xiàn)電感性

=0時，電路呈現(xiàn)電阻性

<0時，電路呈現(xiàn)電容性

RLC并聯(lián)電路：

Y=ì/ù=YR+YL+YC=G+j(BC-BL)=G+jB=|Y|∠ΦY

|Y|2=G2+B2

φY=arctanB/G=arctan（BC-BL)/G=Ψi-Ψu

ΦY>0時，電路呈現(xiàn)電容性

ΦY

=0時，電路呈現(xiàn)電阻性

ΦY<0時，電路呈現(xiàn)電感性

3.4正弦穩(wěn)態(tài)電路的分析

方法:相量法，即借助于相量圖，用相量分析、計算的方法。

應(yīng)用前提：⑴適用于同頻率正弦量的計算；

⑵針對電路的相量模型，用電路定律的相量形式、

電路參數(shù)用阻抗或?qū)Ъ{、電壓電流用相量表示。

3.5正弦穩(wěn)態(tài)電路的功率

3.5.1瞬時功率

若端口電流、電壓分別為i=Imsinωt,u=Umsin(ωt+φ)

則瞬時功率為p=ui=UIcosφ–UIcos(2ωt+φ)

3.5.2平均功率(有功功率）P=UIcosφ,

對R元件：

P=UI=U2/R=I2R(w)

對L或C：P=03.5.3無功功率Q=UIsinφ=QL+QC=(var)3.5.4視在功率S=UI(VA)

視在功率S與有功功率P、無功功率Q的關(guān)系為

P=UIcosφ=Scosφ

Q=UIsinφ=Ssinφ

S2=P2+Q2tanφ=Q/P3.5.5復(fù)（數(shù)）功率為3.5.5功率因數(shù)的提高

應(yīng)并聯(lián)電容C=(P/ωU2)(tanφ1-tanφ)

這時功率因數(shù)提高到cosφ,I減小，負(fù)載工作狀態(tài)不變。3.6電路中的諧振

3.6.1RLC串聯(lián)諧振電路

諧振時的頻率為

RLC串聯(lián)諧振電路發(fā)生諧振時有如下特點：

1）電路的端電壓ù與電流ì同相位。

2）電路輸入阻抗達(dá)到最小值，且為純電阻，即Z=Z0=R0,電路

電流達(dá)到最大值，即I＝I0=U/R

3）各元件上電壓分配為UR0=U,UL0/U=UC0/U=ω0L/R=1/ω0CR=Q

4)電路的無功功率等于零,即Q=UIsinφ=QL+QC=0，QL=-QC

5）選擇性：有電流相對抑制比：

通頻帶：

Δω=ω2-ω1=ω0/Q

或Δf=f2-f1=f0/Q

3.6.2RLC并聯(lián)諧振電路

諧振角頻率和頻率分別為

諧振時，圖（a）的Q=R/ω0L=

ω0C

R。而圖（b)中的r等效變換到電容C兩端時的值，即如圖（a)中的R,這時，R=L/rC。故圖（b)電路的品質(zhì)因數(shù)則為

Q=ω0L/r=1/r

ω0C

RLC并聯(lián)電路發(fā)生并聯(lián)諧振時有如下特點：

1)電路的端電壓ù與電流ì同相位。

2)電路輸入導(dǎo)納為最小值Y0，諧振阻抗Z0＝1/Y0=R為最大

值。電路在理想電流源I激勵下，端電壓U=U0=IR達(dá)最大

值。如由電壓源激勵，則電流最小。

3）各支路電流分配為IR0=U0/R

IL0/I=IC0/I=Q=R/ω0L=ω0CR

4）電源不提供電路無功功率（Q=0)。

5）

選擇性：電路有選擇諧振頻率附近電壓信號的能力:

并聯(lián)電路的通頻帶與串聯(lián)電路的相同，仍是

Δf=f0/Q3.7耦合電感電路

3.7.1耦合電感的伏安關(guān)系

兩個線圈的磁鏈可為Ψ1=L1i1±Mi2,Ψ2=L2i2±Mi1

如果u1、i1和u2、i2都取關(guān)聯(lián)參考方向，則有

u1=dψ1/dt=L1di1/dt±Mdi2/dt

u2=dΨ2/dt=L2di2/dt±Mdi1/dt耦合因數(shù)

同名端和異名端耦合電感電路的相量模型：

ù1=jωL1ì1+jωMì2

，ù2=jωL2ì2+jωMì13.7.2含耦合電感電路的計算

同向串聯(lián)時，等效電感L=L1+L2+2M≥L1+L2

反向串聯(lián)時，等效電感L=L1+L2-2M≤L1+L2同向并聯(lián)時等效電感：L=(L1L2-M2)/(L1+L2-2M)

反向并聯(lián)時等效電感：L=(L1L2-M2)/(L1+L2+2M)

而等效阻抗都為：Z=jωL去耦等效變換：L1、L2同向并聯(lián)并有公共點時,可去耦等效

變換成圖(b)所示T形網(wǎng)絡(luò)。其中

La=L1–M,Lb=M,Lc=L2–M

若是L1、L2反向并聯(lián)并有公共點時，則變換的T形網(wǎng)絡(luò)中M

前的符號應(yīng)反號。3.7.3理想變壓器

i1/i2=-u2/u1=-1/n,當(dāng)電流、電壓為同頻率的正弦量時

ù1/ù2=N1/N2=n,ì1/ì2=-N2/N1=-1/n

次級負(fù)載阻抗ZL折合至初級的等效阻抗Z11=n2ZL3.8三相電路

3.8.1對稱三相電源

∠0°

∠-120°三相相序：A-B-C

∠120°3.8.2三相電路的連接

1.電源和負(fù)載的星形連接

電路對稱時，無論從電源的出端還是從負(fù)載的入端看，線電壓值是相電壓的倍，而在相位上，線電壓超前對應(yīng)的相電壓30°。線電流和對應(yīng)的負(fù)載相電流相同。電路不對稱時（一般電源對稱，負(fù)載不對稱），若無中線或中

線斷開，則電源和負(fù)載的中性點之間將產(chǎn)生電位差ùNˊ，從而造

成負(fù)載三相電壓不對稱（有的相欠壓，如。有的相過壓，如）。ùNˊ

的計算可用彌爾曼定理。2.電源和負(fù)載的三角形連接

電路對稱時，負(fù)載的相電壓等于電源相應(yīng)的相電壓（忽略線路壓降）。線電流的大小是負(fù)載相電流的倍，相位上，線電流落后于對應(yīng)的負(fù)載相電流30°。

對稱三相電路的計算：電源與負(fù)載無論是：Ｙ－Ｙ、Ｙ－△、△－△、△－Ｙ形接法，只要構(gòu)成對稱三相電路，由于各相應(yīng)電壓、電流都具有對稱性，所以計算電路時，只要計算一相，既可推知其余兩相結(jié)果，這就是所謂的三相歸一相推算法。3.8.3三相電路的功率第4章非正弦周期電流電路4.1

非正弦周期信號4.2非正弦周期函數(shù)的諧波分析4.3平均值、有效值和平均功率4.4非正弦周期電流電路的計算4.2-3非正弦周期信號及其諧波分析、有效值、平均值、有

功功率

f(t)=f(t+T)其中ω=T/2

如方波：f(t)=(4/π)Am(sinωt+1/3sin3ωt+1/5sin5ωt+…)

有效值其中

平均值

諧波分析從非正弦周期信號波形看，若波形的后半周重復(fù)前半周的變化，具有偶次對稱性，則信號的諧波中含有直流分量和偶次諧波，沒有奇次諧波；若波形的后半周與前半周具有鏡像對稱關(guān)系，具有奇次對稱性，則信號的諧波中只含有奇次諧波成分。

如矩形波的幅度頻譜為：平均功功率（有功功率）

端口吸收的平均功功率（有功功率）

式中k為諧波次數(shù)

4.4非正弦周期電流電路的計算

非正弦周期電流電路諧波分析法計算步驟:

（1）分解：利用傅里葉級數(shù)展開法，將已知非正弦周期信號分解為一系列頻率不同、幅值不同、相位不同的正弦分量之和，即將非正弦周期函數(shù)分解為傅氏級數(shù)。

（2）單獨作用：應(yīng)用相量法，分別計算在各個頻率正弦量（即每一個頻率分量）單獨作用下電路中的響應(yīng)（注意，可能在某一個頻率分量的作用下，電路出現(xiàn)諧振）。

（3）合成：根據(jù)線性電路的疊加原理，將所得到的響應(yīng)分量的時域形式疊加，從而求得實際的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)值。（4）按題意，求出有關(guān)電量的平均值、有效值、平均功率。第5章電路的動態(tài)分析5.1換路定律、初始值、穩(wěn)態(tài)值

5.2RC電路的動態(tài)分析5.3微分電路和積分電路

5.4一階電路的三要素法5.5RL電路的動態(tài)分析5.6階躍信號和階躍響應(yīng)5.7二階電路的動態(tài)分析5.1換路定律、初始值、穩(wěn)態(tài)值

5.1.1換路定律

5.1.2初始值和穩(wěn)態(tài)值的確定

確定初始值歩驟：

（1）作出t=0-時的等效電路，確定初始狀態(tài)uc(0-)、iL(0-)。畫等效電路時，在直流激勵下若換路前電路已處于穩(wěn)態(tài)，則可將電容看做開路，而將電感看做短路，根據(jù)換路定律，確定uc(0+)、iL(0+)。（2）作出t=0+時的等效電路，其中，電容用電壓為uc(0+)的電壓源代替；電感用電流為iL(0+)的電流源代替；獨立源取其初始值。這時的等效電路實際上是一個直流電路。（3）根據(jù)t=0+時的等效電路，求出各電流、電壓的初始值。對于導(dǎo)數(shù)的初始值，需要通過電路的微分關(guān)系求出。穩(wěn)態(tài)值的確定t→∞時，過渡過程結(jié)束，電路達(dá)到新穩(wěn)態(tài)時各電電壓達(dá)到終值即穩(wěn)態(tài)值。在直流激勵下，uL(∞)和ic(∞)最終都變?yōu)榱?，即t=∞時，電感相當(dāng)于短路，電容相當(dāng)于開路，此時，電路中其他各電流、電壓按直流電阻電路計算。

例:圖（a）所示電路中，t<0時，開關(guān)S閉合，電路已達(dá)穩(wěn)態(tài)。

在t=0時刻,打開開關(guān)S，求初始值iL(0+)、uc(0+)、i(0+)、ic(0+)

uL(0+)、di(0+)/dt、duc(0+)/dt和穩(wěn)態(tài)值iL(∞)、uc(∞)。

解:t<0,S閉合時:iL(0-)=4(a),uc(0-)=4(v)

t>0,S打開時,根據(jù)換路定律有:uc(0+)=uc(0-)=4(v),iL(0+)=iL(0-)=4(a)

t=0+時的等效電路如圖（b）所示，由圖可知

ic(0+)=6-uc(0+)/1=2(a)i(0+)=ic(0+)+iL(0+)=6(a)

uL(0+)=6-3iL(0+)=-6（v）

diL/dt(0+)=(1/L)uL(0+)=-1.5(a/s)

duC/dt(0+)=(1/C)ic(0+)=0.4(v/s)

t→∞時，由圖(c)可知

iL(∞)=i(∞)=6/3=2(a),

uc(∞)=6(v)

5.2RC電路的動態(tài)分析

5.2.1RC電路的零輸入響應(yīng)

RC(duc∕dt)+uc=0

uc=U0e-t∕RC,

i=(U0∕R)e-t∕RC

,τ=RC5.2.2RC電路的零狀態(tài)響應(yīng)

RC(duc∕dt)+uc=Us

uc=Us(1-e-t∕RC),

i=(Us∕R)e-t∕RC

5.2.3RC電路的全響應(yīng)

全響應(yīng)=零輸入響應(yīng)+零狀態(tài)響應(yīng)

uc=U0e-t∕RC+Us(1-e-t∕RC)=Us+(U0-US)e-t∕RC

5.3微分電路和積分電路

5.3.1微分電路

微分電路的輸出由電阻兩端引出，電路的時間常數(shù)

相對于輸入矩形波的寬度必須足夠小。

uo=Ri=RC(duc∕dt)≈RC(dui∕dt)

5.3.2積分電路

積分電路的輸出由電容兩端引出，電路的時間常數(shù)

相對于輸入矩形波的寬度必須足夠大。uo=(1∕RC)∫uR(ξ)dξ≈(1∕RC)∫ui(ξ)dξ

5.4一階電路的三要素法

全響應(yīng)為

f(t)=f(∞)+［f(0+)-f(∞)］e-t∕τ

5.5RL電路的動態(tài)分析

5.5.1RL電路的零輸入響應(yīng)

L(diL∕dt)+RiL=0

iL=I0e-Rt∕L,

uL=–I0R

e-Rt∕L,

τ=L∕R5.5.2RL電路的零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)

零狀態(tài)響應(yīng)

iL=(Us∕R)(1-e-Rt∕L),uL=Use-Rt∕L,uR=Us(1-e-Rt∕L)

全響應(yīng):

*5.6階躍信號和階躍響應(yīng)

us(t)ε(t)—階躍激勵階梯脈沖的分解

x1(t)=ε(t)–ε(t-1)

x2(t)=ε(t)–2ε(t-1)+ε(t-2)

當(dāng)是階梯狀脈沖激勵ε(t-tk)時,則電路的零狀態(tài)響應(yīng)為

—稱為階躍疊加公式第6章雙口網(wǎng)絡(luò)6.1

雙口網(wǎng)絡(luò)及其端口條件6.2雙口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)方程及其等效電路6.3雙口網(wǎng)絡(luò)的連接6.1雙口網(wǎng)絡(luò)及其端口條件

四端網(wǎng)絡(luò)6.2雙口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)方程及其等效電路

6.2.1導(dǎo)納參數(shù)

導(dǎo)納Y參數(shù)方程:ì1=Y11ù1+Y12ù2

ì2=Y21ù1+Y22ù2

Y參數(shù)等效電路6.2.2阻抗參數(shù)

阻抗Z參數(shù)方程:ù1=Z11ì1+Z12ì2

ù2=Z21ì1+Z22ì2

Z參數(shù)等效電路6.2.3混合（或稱H）參數(shù)

H參數(shù)方程:ù1=H11ì1+H12ù2

ì2=H21ì1+H22ù2

H參數(shù)等效電路6.2.4傳輸方程

A參數(shù)方程:ù1=A11ù2+A12(-ì2)

ì1=A21ù2+A22(-ì2)

B參數(shù)方程:ù2=B11ù1+B12(-ì1)ì2=B21ù1+B22(-ì1)6.3雙口網(wǎng)絡(luò)的連接

一個復(fù)雜的雙口，往往可看作由若干個簡單的雙口按某

種方式連接而成，這樣分解后可以使計算簡化。

級聯(lián):復(fù)合雙口的A參數(shù)矩陣為

A=A1A2串聯(lián):復(fù)合雙口的Z參數(shù)矩陣為

Z=Za+Zb并聯(lián):復(fù)合雙口的Y參數(shù)矩陣為

Y=Ya+Yb并聯(lián)第7章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)7.1

半導(dǎo)體的基本知識7.2半導(dǎo)體二極管

7.3雙極型晶體管7.4晶體管的主要參數(shù)7.5場效應(yīng)晶體管7.1

半導(dǎo)體的基本知識

半導(dǎo)體得到廣大應(yīng)用的主要原因在于它的導(dǎo)電能力在外界不同因素的作用下會發(fā)生很大的變化。其主要表現(xiàn)為：

熱敏性、光敏性和摻雜性。

7.1.1本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性硅單晶共價鍵結(jié)構(gòu)及電子空穴隊的產(chǎn)生7.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體7.1.3PN結(jié)

1.PN結(jié)的形成機理2.ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娦?.2半導(dǎo)體二極管

7.2.1二極管的結(jié)構(gòu)7.2.2二極管的伏安特性

PN結(jié)電流方程：

單向?qū)щ姷奶匦?

二極管電路模型

7.2.3特殊二極管

1.穩(wěn)壓二極管—其正常工作狀態(tài)是反向可逆擊穿狀態(tài)2.變?nèi)荻O管和光電器件

光電耦合器7.3雙極型晶體管

7.3.1晶體管（三極管）的結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)和電路組態(tài)

（1）發(fā)射結(jié)正向偏置（簡稱正偏）、集電結(jié)反向偏置

（簡稱反偏）時，管處于放大工作狀態(tài)。

（2）發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏時，為飽和狀態(tài)。

（3）發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)也反偏時，為截止?fàn)顟B(tài)。

晶體管電路組態(tài)

7.3.2晶體管工作原理

晶體管內(nèi)部載流子的傳輸過程7.3.3晶體管的特性曲線

共發(fā)射極管特性曲線7.4晶體管的主要參數(shù)

主要參數(shù)：1.電流放大系數(shù)

2.反向電流

3.特征頻率

極限參數(shù)：7.5場效應(yīng)管

7.5.1結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）JFET工作原理

變化改變導(dǎo)電溝道

JFET輸出特性曲線JFET轉(zhuǎn)移特性曲線7.5.2絕緣柵場效應(yīng)管(IGFET)

MOS管結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號IGFET（NMOS型）工作原理

耗盡層和導(dǎo)電溝道的形成NMOS（E型）管的特性曲線NMOS（D型）管的結(jié)構(gòu)及電路符號

各種MOS管的特性曲線7.5.3場效應(yīng)管的主要參數(shù)1.直流參數(shù)2.交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)、極間電容3.極限參數(shù)

7.5.4FET和BJT的比較參見書上179頁第8章基本放大電路8.1三極管放大電路8.2靜態(tài)工作點的穩(wěn)定8.3三種基本組態(tài)放大電路8.4放大電路的頻率特性8.5組合放大電路8.6多級放大電路8.7功率放大電路8.8場效應(yīng)管放大電路8.1三極管放大電路

8.1.1單管交流放大電路的組成

8.1.2放大電路的靜態(tài)分析

由直流通路確定靜態(tài)值（估算法）

IB=(UCC-UBE)∕RB≈UCC∕RB,IC=βIB

UCE=UCC-ICRC用圖解法確定靜態(tài)工作點8.1.3放大電路的動態(tài)分析

1.圖解法：

總的變化量＝直流分量+交流分量,如

uBE=UBE+ube,iB=IB+ib,uCE=UCE+uce,

iC=IC+ic

單管放大電路的交流通路

RLˊ=RC‖RLuce=-icRLˊ電壓放大倍數(shù)áu=ùo/ùi=ùcem/ùbem=ùcem/ùim直、交流負(fù)載線兩種類型非線性失真2.微變等效電路分析法

三極管的H參數(shù)等效電路模型H參數(shù)的物理意義和求取

放大電路的等效電路

用微變等效電路的動態(tài)分析

áus=áuri∕(ri+RS),

áu=-βRLˊ∕rbe

ri=RB‖rbe≈

rbe

,ro=RC

求輸出電阻ro的計算電路

ro=ù∕ì=RC求輸出電阻ro的實驗方法8.2靜態(tài)工作點的穩(wěn)定

8.2.1溫度對靜態(tài)工作點的影響8.2.2分壓式偏置電路

1.靜態(tài)分析

只要滿足I1≈I2>>IB和UB>>

UBE兩個條件,UB、IE和IC與三極管的參數(shù)幾乎無關(guān)，可認(rèn)為不受溫度影響,靜態(tài)工作點得以穩(wěn)定。2.動態(tài)分析

áu=-βRLˊ∕rberi=RB1‖RB2‖rbero≈RC8.3三種基本組態(tài)放大電路

8.3.1共集電極放大電路(射極輸出器)

特點:（1）電壓放大倍數(shù)小于1，但接近于1，輸出電壓與輸

入電壓同相位，輸出具有跟隨輸入變化的作用。

（2）輸入電阻高，輸出電阻低。

射極輸出器直流通路

微變等效電路8.3.2共基極放大電路

8.4放大電路的頻率特性

8.4.1頻率特性和頻率失真8.5組合放大電路

8.5.1共射—共基放大電路8.5.2其他組合放大電路

共射—共集放大電路

共集—共射放大電路

共集—共基放大電路

8.6多級放大電路

8.6.1多級放大電路的組成

級間耦合要滿足要求：

1）耦合電路應(yīng)能保證各級具有合適的靜態(tài)工作點。

2）保證信號在各級間有效地傳遞，不引起信號失真。

3）盡量減少信號在耦合電路的損失。

8.6.2阻容耦合多級放大電路阻容耦合多級放大電路的性能指標(biāo)

áu=

áu1·áu2…

áun,ri=

ri1≈rbe1,ro=

ro2=RC2(兩級放大)

頻率特性GBP≈|AumfH|

8.6.3直接耦合

8.6.4變壓器耦合8.7功率放大電路

8.7.1功率放大電路的特點與工作狀態(tài)

特點:1)在不失真的情況下輸出盡可能大的功

率，同時，非線性失真要小。

2）效率要高。四種（甲、乙、甲乙、丙四類）工作狀態(tài)8.7.2互補對稱功率放大電路

雙電源互補對稱電路（又稱OCL電路）交越失真的產(chǎn)生

消除交越失真的幾種電路

分析計算

互補對稱電路的合成負(fù)載特性

復(fù)合互補對稱電路

復(fù)合管復(fù)合管互補對稱電路準(zhǔn)互補對稱電路單電源互補對稱電路8.7.3集成功率放大電路的應(yīng)用

LM386的應(yīng)用電路8.8場效應(yīng)管放大電路

8.8.1自給偏壓電路

圖解法求工作點Q計算法求工作點Q

8.8.2分壓式偏置共源極放大電路

靜態(tài)分析:

動態(tài)分析:

8.8.3源極輸出放大電路

源極跟隨器與射極跟隨器具有相似的特點，即電壓放大倍數(shù)小于1但近于1，輸出信號與輸入信號同相位，電路具有輸入阻抗高、輸出阻抗低、帶負(fù)載能力強等特點。

第九章集成運算放大器基礎(chǔ)9.1集成運放簡介9.2差動放大電路9.3集成運放中的電流源9.4集成運放的種類和主要參數(shù)9.5使用集成運放應(yīng)注意的幾個問題9.6集成運放的簡化模型9.1集成運放簡介

9.1.2集成運放的組成與特點

集成運放符號9.2差動放大電路

9.2.1差動放大電路的工作原理

四種輸入∕出方式:雙入雙出、雙入單出、單入雙出、單入單出

三種輸入信號類型:共模信號、差模信號、任意信號

任意信號分解:ui1=uic+uidui2=uic-uiduid=1/2(ui1-ui2)uic=1/2(ui1+ui2)電路的對稱性和發(fā)射極電阻的負(fù)反饋作用，放大電路能很好抑制零點漂移。

單入單出差放雙入雙出差放9.2.2典型差動放大電路的分析

1.雙入雙出時

靜態(tài)分析---典型差動放大電路的直流通路

動態(tài)分析---差模輸入的微變等效電路

單邊差模微變等效電路共模輸入時

單邊共模微變等效電路2.單入單出時

理想狀態(tài)下單入時的等效輸入電路

3.共模抑制比

在差動放大電路的設(shè)計中，電路的對稱性和發(fā)射極電阻的負(fù)反饋作用，使放大電路能很好抑制零點漂移。

9.2.3具有恒流源的差動放大電路

該電路對共模信號有強烈的負(fù)反饋作用9.3集成運放中的電流源

9.3.1鏡像電流源電路

MOS管鏡像電流源

9.3.2微電流源電路

9.3.3多路電流源

當(dāng)管子的值足夠大時，有

MOS管多路電流源9.3.4電流源的主要應(yīng)用

1.作有源負(fù)載

2.用作直流偏置電路

例9.3（見書）9.4集成運放的種類和主要參數(shù)

9.4.1種類

9.4.2主要參數(shù)

9.5使用集成運放應(yīng)注意的幾個問題

1.集成運放的選擇2.調(diào)零3.消振

4.保護措施電源接反保護輸入端保護輸出端保護如輸出過電壓保護9.6集成運放的簡化模型

9.6.1集成運放的電壓傳輸特性

集成運放的簡化模型

9.6.2理想運算放大器

理想運放的主要條件開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0→∞；

開環(huán)差模輸入電阻rid→∞；開環(huán)輸出電阻ro→0；

共模抑制比KCMR→∞；開環(huán)帶寬BW=∞；

電流、電壓失調(diào)及其溫漂都為零。電壓傳輸特性如圖（b）所示第10章放大電路中的反饋10.1反饋放大電路的基本概念

10.2反饋放大電路的分析10.3負(fù)反饋對放大電路性能的影響10.4負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性10.1反饋放大電路的基本概念

10.1.1反饋放大電路的組成和反饋極性10.1.2負(fù)反饋放大電路基本方程10.2反饋放大電路的分析

10.2.1反饋類型及其判別

反饋類型負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài)10.2.2深度負(fù)反饋放大電路分析舉例

在深度負(fù)反饋條件下，即（對于并聯(lián)負(fù)反饋）可

看做“虛斷”；（對于串并聯(lián)負(fù)反饋）可看做“虛短”。這

樣做，有利于計算。

并聯(lián)電壓負(fù)反饋放大器

閉環(huán)互阻增益árf=ùo∕ìi=-R2

閉環(huán)電壓增益áusf=ùo∕ùs≈-R2∕R1并聯(lián)電流負(fù)反饋放大器

áif=ìO∕ìi=1+(Rf∕RE2),

áusf=ùo∕ùs=[1+(Rf∕RE2)](RLˊ∕Rs)串聯(lián)電壓負(fù)負(fù)反饋

并聯(lián)電壓負(fù)負(fù)反饋

串聯(lián)電流負(fù)負(fù)反饋

并聯(lián)電流負(fù)負(fù)反饋

10.3負(fù)反饋對放大電路性能的影響

引入負(fù)反饋，放大電路的放大倍數(shù)降低了,但可以使放大電路的其他許多性能得到改善:

1)提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性;

2)擴展通頻帶:

3)減小非線性失真和抑制內(nèi)部干擾:

4)改變輸入電阻和輸出電阻：

串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大，

并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小，

電流負(fù)反饋使輸出電阻增大。引入負(fù)反饋的一般原則：

1）要穩(wěn)定工作點，應(yīng)引入直流反饋；要改善動態(tài)性能，應(yīng)引入交流反饋。2）要穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)引入電壓反饋；要穩(wěn)定輸出電流，應(yīng)引入電流反饋。3）要提高輸入電阻，應(yīng)引入串聯(lián)反饋；要減小輸入電阻，應(yīng)引入并聯(lián)反饋；串或并聯(lián)負(fù)反饋的效果均與信號源內(nèi)阻的大小有關(guān)。4）要根據(jù)輸入信號對輸出信號的控制關(guān)系引入交流反饋。5）對于多級放大電路，可引入局部反饋或整體反饋。一般，反饋環(huán)包圍的放大級數(shù)多些，還常引入整體反饋。*10.4負(fù)反饋放大電路的穩(wěn)定性

10.4.1自激振蕩產(chǎn)生的原因及條件

負(fù)反饋放大電路產(chǎn)生自激振蕩的條件:

10.4.2自激振蕩

的判斷方法10.4.3消除自激振蕩的方法

常用相位補償法來消振

電容滯后補償和RC滯后補償放大電路中的正反饋

自舉電路第11章集成運放運算和信號處理電路11.1基本運算電路11.2有源濾波器11.3電壓比較器11.1基本運算電路

11.1.1比例運算電路

1.反相比例運算電路Auf=–RF∕R12.同相比例運算電路

Auf=1+(RF∕R1)

同相跟隨器uo=ui

3.差動比例運算電路

差動減法運算電路4.實際運放的運算誤差如下圖，有

11.1.2加法運算電路

1.反相加法運算電路

2.同相加法運算電路11.1.3減法運算電路

反相輸入減法電路

uo=ui1-ui2

(當(dāng)R11=R12=R13=RF1=RF2時)

11.1.4微分、積分運算電路

1.基本積分運算電路

反相積分電路積分電路波形

2.基本微分運算電路微分電路波形11.1.5對數(shù)與指數(shù)運算電路

1.對數(shù)運算電路ui>0時有2.指數(shù)運算電路

ui>0時有

11.1.6模擬乘法器

1.乘法和除法電路

乘法器的原理框圖

2.模擬乘法器的應(yīng)用反函數(shù)型除法電路利用平方運算電路，可做倍頻電路。設(shè)平方根運算電路11.2有源濾波器

11.2.1濾波電路的作用和分類

1.作用：選頻

2.分類：分為低通、高通、帶通、帶阻等幾類

濾波器

11.2.2一階有源濾波電路

一階有源低通濾波器