電路基礎(chǔ)知識(shí)回顧課件

電路基礎(chǔ)知識(shí)回顧1電路分析基礎(chǔ)有關(guān)電脈沖信號(hào)的術(shù)語2電路分析基礎(chǔ)基爾霍夫定律基爾霍夫電流定律KCL：對(duì)于任一集總電路中的任一節(jié)點(diǎn)， 在任一時(shí)刻，流出（或流進(jìn)）該節(jié)點(diǎn)的所有支路電流的代數(shù) 和為零，其數(shù)學(xué)表示式為：3K

i

k

t

0k

1基爾霍夫電壓定律KVL：對(duì)于任一集總電路中的任一回路， 在任一時(shí)刻，沿著該回路的所有支路電壓降的代數(shù)和為零， 其數(shù)學(xué)表示式為：K

u

k

t

0k

1電路分析基礎(chǔ)電路的等效分析方法戴維南定理：若含源線性單口網(wǎng)絡(luò)的端口電壓u和電流i為非關(guān) 聯(lián)參考方向，則該網(wǎng)絡(luò)可等效為一個(gè)電壓源串聯(lián)電阻支路，其 電壓源電壓為uOC，其串聯(lián)電阻為Rab，其VAR可表示為：u

u

OC

R

ab

i諾頓定理：含源線性單口網(wǎng)絡(luò)，就其端口來看，可以等效為 一個(gè)電流源并聯(lián)電阻的組合，電流源的電流等于該網(wǎng)絡(luò)的短 路電流iSC，并聯(lián)電阻Ro等于該網(wǎng)絡(luò)中所有獨(dú)立源為零值時(shí)所 得網(wǎng)絡(luò)的等效電阻Ro：o4SCRui

i

電路分析基礎(chǔ)二極管的電路分析二極管的模型符號(hào)及輸入輸出特性曲線：利用二極管的單向?qū)ㄌ匦?，在開關(guān)電路中獲得了廣泛的應(yīng) 用5電路分析基礎(chǔ)三極管的電路分析三極管的模型符號(hào)及輸入輸出特性曲線：三極管具有飽和、放大、截止三種工作狀態(tài)，通過調(diào)整靜態(tài)工 作Q點(diǎn)，讓三極管工作在放大區(qū)，就可以通過電流控制來實(shí)現(xiàn) 放大作用6電路分析基礎(chǔ)三極管的電路分析三極管放大電路三種基本組態(tài)的比較：7電路分析基礎(chǔ)場(chǎng)效應(yīng)管的電路分析場(chǎng)效應(yīng)管的模型符號(hào)及輸入輸出特性曲線：場(chǎng)效應(yīng)管柵極和溝道之間的PN結(jié)為反向偏置，即其輸入電阻 很高，同時(shí)噪聲、溫度特性等比三極管更具優(yōu)勢(shì)8電路分析基礎(chǔ)場(chǎng)效應(yīng)管的電路分析場(chǎng)效應(yīng)管放大電路三種基本組態(tài)的比較：9電路分析基礎(chǔ)運(yùn)算放大器的電路分析運(yùn)算放大器的模型符號(hào)及輸入輸出特性曲線：1011電路分析基礎(chǔ)運(yùn)算放大器的電路分析運(yùn)算放大器的典型參數(shù)：對(duì)于理想運(yùn)放，由于A為無窮大，且輸出電壓uo為有限值，因

此，uD=u+-u-=0，即u+=u-（虛短）；由于輸入電阻為無窮大，因 此不論同向端還是反向端，輸入電流為零，即i+=i-=0（虛斷）參數(shù)名稱典型數(shù)值理想值A(chǔ)放大倍數(shù)105-107∞Ri輸入電阻106-1013Ω∞Ro輸出電阻10-100Ω0電路分析基礎(chǔ)模擬信號(hào)的放大放大電路的四種類型：電壓放大、電流放大、互阻放大、互 導(dǎo)放大放大電路的頻率響應(yīng)：在輸入正弦信號(hào)情況下，輸出隨頻率 連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。若考慮電抗性元件的作用和信號(hào)角頻 率變量，則放大電路的電壓增益可表達(dá)為：

為信號(hào)的角頻率，AV(

)表示電壓增益的模與角頻率之間的關(guān) 系，稱為幅頻響應(yīng)；而

(

)表示放大電路的輸出與輸入正弦電 壓信號(hào)的相位差與角頻率之間的關(guān)系，稱為相頻響應(yīng)

12

AV

j

VAV

A

ioV

j

V

j

電路分析基礎(chǔ)模擬信號(hào)的放大放大電路的帶寬：橫坐標(biāo)采用頻率為單位，縱坐標(biāo)采用對(duì)數(shù) 刻度，可得到電路頻率響應(yīng)的波特圖幅頻響應(yīng)平坦的的中間段稱為中頻區(qū)，增益下降3dB的頻率點(diǎn)， 其輸出功率約等于中頻區(qū)輸出功率的一半，稱為半功率點(diǎn)，高、低兩個(gè)半功率點(diǎn)間的頻率差定義為放大電路的帶寬13電路分析基礎(chǔ)電路元件的阻抗如果將元件在正弦穩(wěn)態(tài)時(shí)電壓相量與電流相量之比定義為該 元件的阻抗Z，則有：

Z

L

j

L141j

CIZ

R

RZ

UCZ

阻抗匹配傳輸線的特征阻抗對(duì)平行雙導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的傳輸線，其分布等效電路可表示為：15阻抗匹配傳輸線的特征阻抗該電路的電報(bào)方程為：若傳輸線上的電壓、電流為正弦形式U(z)ejωt、I(z)ejωt，則有：

(g

C

)u

0

z

t

i

z

t

u

(r

L

)i

0

16

dz

dI

dz

dU

(r

j

L)I

(g

j

C)U阻抗匹配傳輸線的特征阻抗計(jì)算可得通解：將Z0定義為特性阻抗，有：

I

(z)

11

b

e

z

)101

1(ae

zU

(z)

a

e

z

b

e

zZ

r

j

L

g

j

C17Z

0阻抗匹配因此，特征阻抗是頻率的一個(gè)強(qiáng)函數(shù)，在低頻情況下，R超過

ωL，特征阻抗與頻率的平方根成反比，在高頻時(shí)，ωL超過R， 特征阻抗變得趨近于常數(shù)傳輸線的特征阻抗對(duì)于理想的無損耗、無畸變傳輸線，有r=0，g=0，則：Z0

L

/

C對(duì)于實(shí)際的傳輸線，一般有r=R，g=0，則：R

j

L

j

C18Z

0阻抗匹配傳輸線上的反射當(dāng)信號(hào)從傳輸線一端輸入時(shí)，其中的一部分沿線路向下傳播， 該部分是頻率的函數(shù)，記為輸入接收函數(shù)A(ω)：19阻抗匹配傳輸線上的反射A(ω)的值由源端阻抗ZS和傳輸線特征阻抗Z0決定：Z0

(

)ZS

(

)

Z0

(

)A(

)

隨著信號(hào)的傳播，其受到傳輸函數(shù)HX(ω)的影響：H

(

)

X

(

R

(

)

j

L)(

j

C

)X

e在傳輸線的遠(yuǎn)端，出現(xiàn)的是一個(gè)信號(hào)衰減的輸出傳輸函數(shù)T(ω)，T(ω)的值由負(fù)載阻抗ZL和傳輸線特征阻抗Z0決定：2ZL

(

)ZL

(

)

Z0

(

)20T

(

)

阻抗匹配傳輸線上的反射當(dāng)T(ω)出現(xiàn)在傳輸線遠(yuǎn)端時(shí)，其部分會(huì)沿著傳輸線向源端反向 傳播，反射回源端的這部分記為遠(yuǎn)端反射函數(shù)R2(ω)：當(dāng)反射信號(hào)傳播回源端時(shí)，再一次被HX(ω)衰減，并被源端阻 抗第二次反射，源端反射函數(shù)R1(ω)為：0L

02R

(

)

LZ

(

)

Z

(

)Z

(

)

Z

(

)02101R

(

)

SSZ

(

)

Z

(

)Z

(

)

Z

(

)阻抗匹配傳輸線上的反射從源端被反射之后，信號(hào)第三次被HX(ω)衰減，再一次出現(xiàn)在 遠(yuǎn)端，從而不斷循環(huán)最終傳輸線遠(yuǎn)端的信號(hào)總和可表示為：粗略計(jì)算時(shí)，可忽略傳輸線的DC電阻，對(duì)反射函數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)化， 而在精確分析時(shí)，就必須采用精確的公式A(

)HX

(

)T

(

)222

)H

(

)R

(

)2

X

11

R

(S

(

)

Sn

(

)

阻抗匹配傳輸線上的反射2324阻抗匹配控制傳輸線反射的方法若傳輸線的傳輸參數(shù)HX(ω)是固定的，則可通過源端阻抗ZS來 控制A(ω)和R1(ω)項(xiàng)，通過負(fù)載阻抗ZL來控制R2(ω)項(xiàng)末端端接：控制負(fù)載阻抗ZL等于傳輸線特征阻抗Z0，即可使遠(yuǎn) 端反射函數(shù)R2(ω)為零，此時(shí)傳輸線遠(yuǎn)端的信號(hào)為：S

(

)

HX

(

)

A(

)它實(shí)際上消除了遠(yuǎn)端第一次反射，因此不會(huì)對(duì)破壞傳輸線的 頻率響應(yīng)，但對(duì)于工作在RC情況下的長傳輸線，要獲得在很 寬頻率范圍內(nèi)與特征阻抗匹配的網(wǎng)絡(luò)比較困難25阻抗匹配控制傳輸線反射的方法源端端接：控制源端阻抗ZS等于傳輸線特征阻抗Z0，即使源端 反射函數(shù)R1(ω)為零，此時(shí)傳輸線遠(yuǎn)端的信號(hào)為：S

(

)

HX

(

)

A(

)R2

(

)此時(shí)輸入接收函數(shù)A(ω)為1/2，若將傳輸線的源端開路，即使ZS=∞，則有R2(ω)≈1，T(ω)=2，線路末端的電壓加倍，可以補(bǔ)償輸入端電壓的減半阻抗匹配控制傳輸線反射的方法短線：當(dāng)使用非常短的傳輸線連接時(shí)，即HX(ω)=1，此時(shí)傳輸線遠(yuǎn)端的信號(hào)為：即可得到負(fù)載阻抗ZL和源端阻抗ZS由構(gòu)成的簡(jiǎn)單阻抗分配網(wǎng)絡(luò)要使上式成立，線路必須小于上升沿電氣有效長度的1/6，即：26ZL

ZSZLZL

Z0

ZS

Z01

ZL1

R2

(

)R1

(

)S

(

)

A(

)(R2

(

)

1)

Z0

ZS

Z0ZS

Z0

ZL

Z0Z0

2ZLLCTrX

16阻抗匹配傳輸線端接的方法傳輸線末端并聯(lián)端接：終端阻抗R1等于特征阻抗Z0驅(qū)動(dòng)波形以滿幅度沿著整個(gè)傳輸線路徑傳播，所有反射被末 端端接電阻衰減，接收到的電壓等于傳輸電壓27阻抗匹配傳輸線端接的方法傳輸線末端分離式端接：戴維南等效端接電阻R1和R2并聯(lián)后等于特征阻抗Z