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第2章 簡(jiǎn)單電阻電路分析,2. 1 電阻,2. 2 電源,2. 3 MOSFET,2. 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)的基本概念,2. 9 用MOSFET構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)的基本單元門電路,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,R,u,+,u R i,R 電阻 (resistance),單位： (歐),二、歐姆定律 (Ohms Law),清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,令G 1/R,G 電導(dǎo) (conductance),歐姆定律(關(guān)聯(lián)參考方向下): i G u,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 ,u R i,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,R,u,+,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,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。,開路,短路,三、開路與短路,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,R,u,+,R,p發(fā) ui (Ri)i i2 R,p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),i2 R u2/ R, (Ri) (i),四、電阻消耗的功率,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),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,激勵(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,ut = Rt it,R(t),電阻Rt是時(shí)間 t 的函數(shù),e (t - ),r (t- ),非時(shí)變?cè)?即輸出響應(yīng)與輸入信號(hào) 外加時(shí)刻無關(guān)。,線性非時(shí)變電阻,ut = Rit,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 (independent source),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),1. 理想電壓源（ideal voltage source）,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,（2） 伏安特性,（a）若uS = US ，即直流電源，則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)。,（b）若uS為變化的電源，則某一時(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,（a） 開路：R，i=0，u=uS。,（b）理想電壓源不允許短路（此時(shí)電路模型（circuit model）不再存在）。,u=US r i,實(shí)際電壓源 （physical source）,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,2. 理想電流源（ideal current source）,（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),例,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,（2） 伏安特性,（a）若iS= IS ，即直流電源，則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)。,（b）若iS為變化的電源，則某一時(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,（2）理想電流源不允許開路（此時(shí)電路模型不再存在） 。,（1） 短路：R=0， i= iS ，u=0 ，電流源被短路。,（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,p發(fā)= uiS p吸= uiS,p吸= uiS p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） （controlled source or dependent source）,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）,MOSFET,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“激勵(lì)”，在電路中產(chǎn)生電壓、電流，而受控源在電路中不能作為“激勵(lì)”。,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,f(uGS),控制部分,受控部分,uGS,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,（1） 電流控制的電流源（Current Controlled Current Source）, : 電流放大倍數(shù),r : 轉(zhuǎn)移電阻,2. 分類,（2）電流控制的電壓源 （Current Controlled Voltage Source）,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),(3) 電壓控制的電流源 （Voltage Controlled Current Source）,(4) 電壓控制的電壓源 （Voltage Controlled Voltage Source）,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“激勵(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“激勵(lì)”。,返回目錄,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,2.3 MOSFET,Prescott內(nèi)核P4 108個(gè)晶體管 （雙極、MOS）,吳剛耳機(jī)放大器 日立N溝道 2SK214型 MOSFET,CPU供電電路 中的MOSFET,最大功率達(dá)200W 的電力MOSFET,?。壕€寬0.15m,大：10cm,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,2n7000,一、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,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,UGSUT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,UGS=5V,輸出特性曲線,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,導(dǎo)通后UGSUT+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：,導(dǎo)通后UGSUT+UDS的時(shí)候，MOSFET的D、S間呈電阻特性。,1 截止區(qū),條件：,性質(zhì)：,3 三極管區(qū),條件：,性質(zhì)：,RON,2 飽和區(qū),條件：,性質(zhì)：,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),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),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。,回路（loop）：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。,1,2,3,a,b,l=3,n=2,（Kirchhoff，基爾霍夫；18241887，Germany）,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,物理基礎(chǔ)：電荷（electric charge）守恒，電流連續(xù)性。,令電流流出為“+”,i1+i2i3+i4=0 i1+i3=i2+i4,i1+i210(12)=0 i2=1A,例,47i1= 0 i1= 3A,二、基爾霍夫電流定律（KCL） 在任何集總參數(shù)（lumped parameter）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,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，則 i=0。,選定一個(gè)繞行方向：順時(shí)針或逆時(shí)針。,R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0 R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4,例,取順時(shí)針方向繞行：,-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0 -U1+U2+U3+U4= US1 -US4,三、基爾霍夫電壓定律（KVL） 在任何集總參數(shù)（lumped parameter）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,UAB (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)。,A,B,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)。,（3） KCL表明在每一節(jié)點(diǎn)上電荷是守恒的；KVL是電位單值性的具體體現(xiàn)（電壓與路徑無關(guān)）。,（4） KCL、KVL只適用于集總參數(shù)的電路。,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,求下圖電路開關(guān)S打開和閉合時(shí)的 i1 和 i2 。,S打開：i1=0,i2=1.5(A),S閉合：i2=0,i1=6(A),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) (series connection),(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）：,(2) 等效電阻（equivalent resistance）Req,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,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（voltage division）， 如下圖所示。,（注意方向 !）,（4） 功率關(guān)系,p1 = R1i 2 ， p2 = R2i 2 ， ， pn = Rni 2,p1 : p2 : : pn= R1 : R2 : : Rn,總功率 p = Reqi 2 = (R1+ R2+ +Rn ) i 2 = R1i 2 + R2i 2 + + Rni 2 = p1 + p2 + + pn,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,2. 電阻并聯(lián) （parallel connection）,（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,由KCL,i = i1+ i2+ + ik+ +in= u Geq,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)（equivalent conductance）Geq,等效電導(dǎo)等于并聯(lián)的各電導(dǎo)之和。,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,（3） 并聯(lián)電阻的分流（current division）,由,電流分配與電導(dǎo)成正比,得,對(duì)于兩電阻并聯(lián)，,有,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,（4） 功率關(guān)系,p1=G1u2， p2=G2u2， ， pn=Gnu2,p1: 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+(36) )= 2 ,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,解 R = (4040) + (303030) = 30,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,UAB=0,IAB=0,(2) 已知電流為零的支路可以斷開。,(1) 已知電壓為零的節(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,4. 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（equivalent transformation)的條件,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,Y接: 用電流表示電壓,u12Y=R1i1YR2i2Y,接: 用電壓表示電流,i1Y+i2Y+i3Y = 0,u23Y=R2i2Y R3i3Y,i3 =u31 /R31 u23 /R23,i2 =u23 /R23 u12 /R12,i1 =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,由式（2）解得,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。,或,清華大學(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,由Y,由 Y,特例 若三個(gè)電阻相等(對(duì)稱)，則有,R = 3RY,（外大內(nèi)小 ）,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)。,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,例 橋T電路（bridge-T circuit）,解,通常有兩種求入端電阻的方法, 端口加電壓求電流法, 端口加電流求電壓法,下面用加流求壓法求Rab,Rab=U/I=(1-b )R,當(dāng)b 0，正電阻,U=(I -b I)R=(1 - b )IR,當(dāng)b 1, Rab 0，負(fù)電阻,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,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),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),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 i S（ 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)：,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,例3,例2,例1,iS = iS2 iS1,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,（1）實(shí)際電壓源,U=US Ri I,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 U,Gi: 電源內(nèi)電導(dǎo),一般很小。,其外特性曲線如下:,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,u = uS Ri i,i = iS Giu,i = uS/Ri u/Ri,通過比較，得等效的條件：,iS=uS/Ri , Gi=1/Ri,（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：,由電流源模型變換為電壓源模型,（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；,（3） 理想電壓源與理想電流源不能相互轉(zhuǎn)換。,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1,I=0.5A,U=20V,例2,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。,U = 1500I + 10,U = 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。,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 （maximum power transform theorem）,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,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,2. 電路符號(hào),3. 運(yùn)算放大器的端電壓,a： 反相輸入端（inverting input），輸入電壓 u-。,b：同相輸入端（noninverting input） ，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-loop gain）。,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,Usat,-Usat,Uds,-Uds, 線性工作區(qū),|ud| Uds, 則 uo=Aud, 正向飽和區(qū), 反向飽和區(qū),ud Uds, 則 uo= Usat,ud- Uds, 則 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。,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,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)。,端電流仍是 i+ i-+ io+ ius+ ius-= 0,注意：,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1061013 。,Ro：運(yùn)算放大器的輸出電阻，通常為10100 。,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,反相放大器（inverting amplifier）,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-Gf un2=G1ui,-Gf un1+(Gf+Go+GL)un2 =GoAu1,u1=un1,整理，得,(G1+Gi+Gf)un1-Gf un2=G1ui,-(Gf +GoA)un1+(Gf+Go+GL)un2 =0,解得,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。,上式表明 uo / ui只取決于反饋電阻Rf與R1比值，負(fù)號(hào)表明uo和ui總是符號(hào)相反（反相比例器）。,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，則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）。,Usat,-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) ud0,反向飽和區(qū) ud0,二、含負(fù)反饋理想運(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（voltage follower）,特點(diǎn)：, 輸入電阻無窮大（虛斷）；, 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。,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,“虛短”： u+ = u- =0，i1= ui /R1 i2= -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。,（2）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：,3. 反相放大器,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,4. 加法器（summing amplifier）,若,則,實(shí)現(xiàn)了加法運(yùn)算,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,5. 同相放大器（noninverting amplifier）,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,6. 減法器（difference amplifier）,疊加計(jì)算：,u1單獨(dú)作用：反相比例器,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,實(shí)現(xiàn)了減法運(yùn)算 。,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,三、含正反饋理想運(yùn)算放大器電路的分析,u+ u-,uoUsat,u+ u-,uoUsat,無反饋(開環(huán)),1. 電壓比較器,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,2. 正反饋,將Op Amp的輸出引到非反相輸入端,正反饋,Op Amp,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,？,虛短不再適用 虛斷仍然適用,正反饋，uo為Usat或-Usat,設(shè)uoUsat，則u,ui 0.5Usat 時(shí)，uo維持Usat不變。,一旦ui 0.5Usat，根據(jù)正反饋的性質(zhì)，uo變?yōu)?Usat,此時(shí)u,ui Usat/2時(shí)，uo維持Usat不變。,一旦ui 0.5Usat，根據(jù)正反饋的性質(zhì)，uo變?yōu)?Usat,ui,uo,-Usat/2,Usat/2,Usat,-Usat,滯回比較器 (Hysteresis Comparator),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)。,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,1-1 ， 2-2 是二端口。,3-3 ，4-4 不是二端口，是四端網(wǎng)絡(luò)。,因?yàn)?清華大學(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)。,（2）參考方向,（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)。,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,G參數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定：,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。,希望用G參數(shù) 表示該二端口,加壓求流,G12= G21,互易二端口,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,例1 求G 參數(shù)。,解,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,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,G11=G22,G12=G21,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,若 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）,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,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,若 矩陣 R 與 G 非奇異,則,G12= G21,G12=G21 G11=G22,例 求所示電路的R 參數(shù)。,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,T11 T22- T12 T21,=1,G12 =G21,G11 =G22,則,T11= T22,G12 =G21,T11 T22- T12 T21,=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：,例 求T參數(shù)。,u2,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。,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,清華大學(xué)電路原理教學(xué)組,原方程改寫為,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)則等效電路也對(duì)稱。,R12=R21,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,3. 由互易網(wǎng)絡(luò)的傳輸參數(shù)，求T形等效電路,R2 = 1