x001a02第一講習(xí)題課電路抽象

1、大綱關(guān)于本課程去年期末考題講解電路抽象 端口抽象 分層抽象 抽象三原則電子電路基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期2方式：guolinli TEL(O)：62781842樓4105房間 周四下午固定答疑：2:00-4:30電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期3課程回顧與展望課程名稱：電子電路基礎(chǔ)課程內(nèi)容大一下學(xué)期：基礎(chǔ)I-電阻電路線性電阻電路：線性電阻、電源、受控源、 非線性電阻電路：二極管、晶體管、放大器、大二上學(xué)期：基礎(chǔ)II-動(dòng)態(tài)電路電阻電路補(bǔ) 運(yùn)算放大器電路 組合邏輯電路：非門、或門、與門、電路抽象動(dòng)態(tài)電路一階動(dòng)態(tài)電路：一階RC、RL電路（，濾波），整流器，振蕩器動(dòng)態(tài)電路：RLC電路（

2、濾波、匹配），放大器應(yīng)用，正弦波振蕩器時(shí)序邏輯電路：鎖存器、觸發(fā)器、器、計(jì)數(shù)器、電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期4RLC諧振電路；濾波、；匹配，阻抗變換； 正弦波振蕩器、 觸發(fā)器，一階RC、RL電路；濾波、移相、第二學(xué)期下半學(xué)期、微分電路、振蕩、諧振振蕩課程內(nèi)容規(guī)劃第二學(xué)期動(dòng)態(tài)特性上半學(xué)期二極管、晶體管； 放大器、比較器、 電流鏡、與或非門、整流器、穩(wěn)壓器、(6)電容、電感基本分析逆變器、ADC/DAC、電路，分壓器、分流器、衰減器、電橋、 理想放大器、理想變壓器、理想回旋器、線性變換非線性轉(zhuǎn)換有源第一學(xué)期下半學(xué)期(5)電路抽象(2)基本電路定律基本電路定理 基本概念基本分析(1)

3、電阻、電源第一學(xué)期上半學(xué)期電子電路基礎(chǔ)(0)緒論：電路功用，系統(tǒng)需要的功能電路5考評(píng)期末期中作業(yè) 不要45分40分15分做，理解之后關(guān)于作業(yè)本周布置的作業(yè)，下周上課時(shí)提交本周提交的作業(yè)，下周上課時(shí)取走助教批改，隨時(shí)匯報(bào)作業(yè)，習(xí)題課教師匯總講解電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期6講義 2012版 根據(jù)2011年小班試講課件與資料整理而成 2013版 根據(jù)2011年小班試講、大班推廣實(shí)踐整理而成 上冊(cè)430頁(yè)，每周30頁(yè)內(nèi)容 下冊(cè)490頁(yè)，每周30頁(yè)內(nèi)容電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期7秋季學(xué)期課程進(jìn)度安排第5章電路電路抽象 習(xí)題課兩周1、2、3第6章十一放假1周第7章組合邏輯電

4、路一周4第8章電容、電感及動(dòng)態(tài)電路分析兩周5、6第9章一階動(dòng)態(tài)電路三周7-9第10周周末期中，只8周內(nèi)容第7章時(shí)序邏輯電路一周10第10章動(dòng)態(tài)電路五周11-15總復(fù)習(xí)一周16電子電路基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期8大綱關(guān)于本課程去年期末考題講解電路抽象 端口抽象 分層抽象 抽象三原則電子電路基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期92014年春季學(xué)期期末考題卷面滿分108分，超過100分按100分計(jì)。數(shù)值 計(jì)算保留3位有效位數(shù)。一、填空題（54分，請(qǐng)?jiān)谠囶}紙對(duì)應(yīng)空位填空 或畫圖）二、BJT反相器三、MOSFET放大器 四、MOSFET電流鏡 五、4bit DAC電路分析15分19分13分7分電子電路

5、基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期10情況期末最高卷面分100 9997期末卷面分總評(píng)分90分以上80分以上70分以上60分以上50分以上50分以下2256755025308%22%29%19%10%12%418377381916%32%30%15%7%總共平均分258人68.877.0電子電路基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期11大綱對(duì)本課程的回顧去年期末考題講解電路抽象 端口抽象 抽象三原則 分層抽象電子電路基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期12一、什么是電路抽象抽象 Abstract：extract or remove，提取和去除 提取出部分東西來，去掉其他部分電路抽象 將電路電特性的關(guān)鍵特征

6、抽取出來，并將對(duì)關(guān)鍵特性的描述擴(kuò)大化為電路唯一特征、電路、電路系統(tǒng)的抽象出的這個(gè)唯一特征可以用最簡(jiǎn)單的概念、公式或原 理來表述，從而電路系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單明了有了解決的把手，難以入手的得以進(jìn)展，在一定程度上得以解決電路基礎(chǔ)電子工程系13關(guān)鍵特征關(guān)鍵特征 能夠表述事物運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特征，可以用這個(gè)特 征概括事物的一類運(yùn)動(dòng) 對(duì)電路而言：端口是其對(duì)外界面，因而端口電壓電流之間的，就是該電路系統(tǒng)的唯一電特性，端口電壓電流概括了一類電路v = Ri端口電壓、電流具有線性比值，則這類單端口則被抽象為線性電阻器件而不論電路內(nèi)部具有什么樣的結(jié)構(gòu)電路基礎(chǔ)電子工程系14抓住關(guān)鍵特征iv電阻v = Ri當(dāng)其關(guān)鍵特

7、性用電阻阻值表述后，我們不關(guān)注電阻器件的物質(zhì)是什么，大小多少只關(guān)注其端口電壓和端口電流的這種線性比值 現(xiàn)某種電路功能以被用來實(shí)抽象 就是抓住主要，舍棄次要的過程電路基礎(chǔ)15電路抽象的端口抽象i器件的功能由其端口方程描述，多個(gè)器件連 接后，它們通過端口間的相互作用，形成某 種電路功能，這種功能模塊也是通過對(duì)外端 口的端口方程表現(xiàn)其功能iAAA端口是一個(gè)系統(tǒng)和另外一個(gè)系統(tǒng)相互作用的界面或接口（interface）vNNvABBBiBiB= iAdAB<<l端口條件就是電磁作用的實(shí)體物質(zhì)可以用電路建模并分析的前提條件，換句話說，如果某電磁系統(tǒng)無法定義端口，則不能用電路 能夠定義出端口，那

8、么無論電磁系統(tǒng)內(nèi)部的電磁場(chǎng)和 何作用，我們都可以用端口電壓、端口電流之間的 該系統(tǒng)則可以端口為界面用電路理論進(jìn)行電特性分析該系統(tǒng)，只要系統(tǒng)的實(shí)體物質(zhì)如 描述它的端口特性，電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期16二、電路抽象三原則抽象是為了降低復(fù)雜度 抽象的基本原則就是簡(jiǎn)單化原則 把不能處理的變成可以處理的，把復(fù)雜處理的變成 簡(jiǎn)單處理離散化原則 discretization極致化原則 perfection限定性原則 limitation電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期17離散化原則所謂離散，就是可數(shù) 用離散的端口電壓、電流對(duì)電路特性進(jìn)行描述，不論電路內(nèi)部連續(xù)的物質(zhì)如何構(gòu)造，不論電

9、路內(nèi)部連續(xù)的電磁場(chǎng)如何分布 我們通過有限個(gè)端口的定義，將電磁電路轉(zhuǎn)化為只對(duì)端口電壓電流感，加載在端口1電容、電感波導(dǎo)諧振腔固體諧振腔的信號(hào)，在端口看，發(fā)現(xiàn)某些頻率分量可以通過，某些頻率分量不能通過，從而確認(rèn)這是一個(gè)具有選頻作用的濾波器端口1端口2電路基礎(chǔ)濾波器電子工程系18極致化原則所謂極致，就是走細(xì)枝末節(jié)，追求完美，忽略數(shù)學(xué)上的簡(jiǎn)單表述>>aba + b » ab是可以忽略不計(jì)的小量：b被極致化為01 + 1 » 1的小量：ab電路基礎(chǔ)電子工程系19極致化原則：留大棄小實(shí)際電路原理性分析和設(shè)計(jì)中，大量地舍棄小量，做 極致化抽象，從而可以獲得極為簡(jiǎn)單的原理性結(jié)論

10、， 并由這些簡(jiǎn)單結(jié)論進(jìn)一步進(jìn)行電路的原理性設(shè)計(jì)一句話：電路設(shè)計(jì)中，沒有掌握極致化原則的，會(huì)淹沒在一大堆的公式或的思維中，沒有頭緒，不知如何進(jìn)行電路設(shè)計(jì)而掌握了極致化原則的，電路設(shè)計(jì)將變得十分的簡(jiǎn)單 因?yàn)槲覀冏プ×酥饕娐坊A(chǔ)電子工程系20限定性原則不管是離散化原則，還是極致化原則，抽象最根本的思想就是抓住主要 有所舍棄，則必有限制，舍棄次要所謂限定，指的是抽象結(jié)果適用范圍，超過了適用范圍，抽象就是不適當(dāng)?shù)?大家記住一點(diǎn)：我們運(yùn)用抽象時(shí)，并不打算用一個(gè)概念、一個(gè)公式、一個(gè)原理解決所有的只著眼于解決并因此解決了其中一部分，我們 超過抽象適用范圍后，次要?jiǎng)t有可能上升為主要，我們需要采用新的抽象來理解

11、適用范圍之外出現(xiàn)的 當(dāng)然，新的抽象模型也有它電子工程系的限定性范圍電路基礎(chǔ)21電路抽象例對(duì)上學(xué)期課程中的某些電路抽象做簡(jiǎn)單的回顧 電源抽象當(dāng)我們抽象出電源 電源的能量從何而來后，電路分析中，我們不再關(guān)注，水勢(shì)能，化學(xué)能，熱能，太陽(yáng)能，電能，不再關(guān)注電源的具體 發(fā)電機(jī)，電池，不再關(guān)注如何我們只關(guān)注它的端口特性具有（抽象）電源電路的伏安特性 晶體管抽象 電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期22IIIU = VS負(fù)載電阻很小I SIII = ISSSf (V , I ) = 0負(fù)載電阻很大VSVSV電源抽象VVOOOVS離散化：不考慮太陽(yáng)能電極致化：負(fù)載電阻很大時(shí)，極致化：負(fù)載電阻很小時(shí)，池內(nèi)

12、部如何形成能量輸出，電池被極致化為恒壓源；電池被極致化為恒流源。限定性：抽象只適用于負(fù)載電阻遠(yuǎn)小于電池內(nèi)阻只關(guān)注端口電壓、電流，從端口特性看，電池內(nèi)阻限定性：抽象只適用于負(fù)載電阻遠(yuǎn)大于電池內(nèi)阻是非線性的II S極致化：線性內(nèi)阻抽象VI+= 1VSIS限定性：負(fù)載在小范圍內(nèi)波動(dòng)VVSO電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期23恒壓源、恒流源抽象由于有了恒壓恒流電源抽象后，對(duì)于提供電能的電源， 我們追求理想恒壓、恒流特性 （1）對(duì)外驅(qū)動(dòng)不因外部阻抗變化而變化 （2）沒有內(nèi)耗我們?cè)噲D通過工藝的、電路的技術(shù)實(shí)現(xiàn)盡可能接近理想 的恒壓特性、恒流特性器件具有恒壓特性，則可等效為恒壓源 令穩(wěn)壓二極管工作

13、在反向擊穿區(qū)，對(duì)外可提供近似恒壓特性，可實(shí)現(xiàn)恒壓源 令晶體管工作在有源區(qū)，對(duì)外可提供近似恒流特性，可實(shí)現(xiàn)恒流 源通過電路技術(shù)，如負(fù)反饋，濾波等措施，使得恒壓、恒流特性更接近理想電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期24晶體管抽象離散化原則體現(xiàn)1：端口IOUTVOUT IIN + IOUTI INVINIOUT, I­VININ：三端電阻器件，以一端為公共地，端口二恒流區(qū)：constant current region在輸入電壓/電流下，輸出電流和輸出VOUT電壓的伏安曲線O截止區(qū)：cutoff region離散化原則體現(xiàn)2：分區(qū)處理電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期25o

14、hmic region平直線：極致化原則恒流區(qū)in ， I inin ， IinVoutCVout截止區(qū)ibicIout電路抽象BbibrbeIVoutinVinENPN - BJTDid這里，我們以 BJT 的發(fā)射極，以 MOSFET 的源極作為公共端，二端口GSN - MOSFET原理性模型：受控源電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期26vgsgIoutVIout恒流區(qū)V歐姆區(qū)和截止區(qū)C, DC, DIoutB, G B, GVin ， IinE, SE, S線性電阻區(qū)截止區(qū)Vout原理性模型：開關(guān)截止區(qū)IoutC, DC, DB, G B, G電路抽象Vin ， I inRonRo

15、nE, SE, SVout線性電阻區(qū)截止區(qū)截止區(qū)電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期27恒流區(qū)恒流區(qū)晶體管抽象晶體管在恒流區(qū)被抽象為受控電流源，因而可以實(shí)現(xiàn)放大、振蕩等有 源功能晶體管在和截止區(qū)被抽象為受控開關(guān)，因而可實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能時(shí)變特性：變頻無損特性：能量轉(zhuǎn)換：交直流轉(zhuǎn)換二值邏輯狀態(tài)：數(shù)字門電路當(dāng)我們看到BJT或MOSFET的符號(hào)時(shí)，我們就有了它們的這些概念，這些概念的獲得是因?yàn)槲覀冞\(yùn)用了電路抽象受控源，開關(guān)開關(guān)、受控源的抽象度遠(yuǎn)高于晶體管，前者是理想 器件，后者是物理當(dāng)我們看到晶體管符號(hào)時(shí)，還需要看和它配合的其他電路及其他設(shè)定當(dāng)我們看到開關(guān)符號(hào)時(shí)，我們不在意它是用什么做的，只需知道它

16、具有通 斷特性，我們只關(guān)注它的通斷特性，其他特性不再關(guān)注抽象是否正確？：看是否滿足限定性條件電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期28三、分層抽象思想通過端口抽象，可將電磁場(chǎng)分析轉(zhuǎn)化為電路分析電路器件的功能由其端口方程（約束條件）描述，多個(gè)器件連接后，它們通過端口間的相互作用，形成某種功能電路，這種功能電路也是通過整體的重新定義的對(duì)外端口的端口描述方程表現(xiàn)其功能電路基礎(chǔ)電子工程系29分層抽象思想構(gòu)造更大的電路系統(tǒng)時(shí)，可采用分層設(shè)計(jì)思想 在次定義功能模塊的端口，并對(duì)功能模塊端口提出要求 對(duì)上一層次的應(yīng)用者而言，他只需知道電子系統(tǒng)或電路的端口特性即可 系統(tǒng)對(duì)應(yīng)用者而言，可以是只有明確界面定義（

17、端口定義）的黑匣子 系統(tǒng)的功能通過端口（界面）得以體現(xiàn)，其內(nèi) 部如何工作對(duì)應(yīng)用者而言可能并不關(guān)心電路基礎(chǔ)電子工程系30復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)造可以通過分層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì) 實(shí)體物質(zhì)和場(chǎng)物質(zhì)相互作用形成基本器件 基本器件相互連接形 功能電路相互連接形 子系統(tǒng)相互連接形成大系統(tǒng)，進(jìn)而再連接，形成更 大的系統(tǒng)能電路 每一層的基本器件、基本功能電路、子系統(tǒng)、大系統(tǒng)，它們都可以從端口伏安特性上描述或表現(xiàn)其功 能設(shè)計(jì)者只關(guān)注端口特性，或者只關(guān)注其功能，而不必關(guān)注內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式電路基礎(chǔ)電子工程系31設(shè)計(jì)時(shí)，需要關(guān)注這些晶體管的性能、版圖結(jié)構(gòu)等，內(nèi)部電路正電壓源741對(duì)應(yīng)用者而言，只關(guān)注對(duì)外引出的7個(gè)端點(diǎn)輸出端同相輸入

18、端反相輸入端調(diào)零端負(fù)電壓源BJT：Bipolar Junction Transistor電路基礎(chǔ)32次應(yīng)用：應(yīng)用741實(shí)現(xiàn)其他功能電路時(shí)，無需關(guān)注741內(nèi)部電路運(yùn)放等效電路id正電壓源iovdVCCvovd輸出端（b）符號(hào)：（帶地）vo失調(diào)調(diào)零調(diào)平衡電位器VEE負(fù)電壓源公共地（a）實(shí)際外部連接（c）符號(hào)：（默認(rèn)帶地）i (t )i (t )doRout 由于輸入電阻很大，電壓增益很大，可以進(jìn)一步抽象，用虛短虛斷進(jìn)行電路分析：v (t)v (t )vRodininAv 0 vin（d）二端口等效電路很復(fù)雜的內(nèi)部，分層抽線性區(qū)電路模型象后，可以變得很簡(jiǎn)單電路基礎(chǔ)電子工程系33同相輸入端VvipCC741 OPAvovin反相輸入端VEE電路分析：只需端口模型Cv2vivoR3R2R1v1電阻R3、電容C和一個(gè)器電阻R1、R2和一個(gè)觸發(fā)器工作性區(qū)，可以用虛短、虛斷工作在非線性區(qū)，需要用非線性區(qū)電路模型進(jìn)行分析，分析表明該電路輸出有兩個(gè) 狀態(tài)，兩個(gè)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換和之前的經(jīng)歷有關(guān)進(jìn)行分析