现代电路理论 第1章和第2章.ppt

现代电路理论及应用,联系方式电话：61830238电子信箱：sbhe办公室：科B-349(清水河校区),教案发布地:教师社区(电子工程学院学院)下载密码：？,第1章绪论1现代电路理论2学习这门课程的意义3课程主要内容及安排4课程教学要求5教材及参考书目,第1章绪论1现代电路理论线性电路理论非线性电路理论,第1章绪论2学习这门课程的意义提供进一步解决问题的理论基础和方法IC技术发展，器件建模，仿真分析现代电子系统发展需求,第1章绪论3课程主要内容及安排器件模型非线性电阻电路非线性动态电路基本分析方法非线性动态电路稳定性分析,第1章绪论3课程主要内容及安排非线性系统的分叉与混沌研究方法：定性分析法近似解析法数值分析法实验方法,第1章绪论4课程教学要求结合其它课程，成体系思考，阅读文献5教材及参考书目非线性电路理论刘小河机械工业出版社现代电路理论与设计杨志民清华大学出版社,第2章非线性电路元件及电路的基本性质,2.1二端电路元件2.2多端电路元件2.3器件建模2.4电路的基本定理和基本性质,2.1二端电路元件,集中参数元件分布参数元件,4个电路基本变量的完备图,电路的基本变量,图2-2对二端元件x进行假想的测量实验,二端元件x进行假想的测量实验,基本二端代数元件,1.电阻元件2.电容元件3.电感元件4.记忆电阻元件,电阻元件,凹电阻凸电阻绝对值电阻符号电阻零值器泛值器,电阻元件,二端电阻元件图,电阻元件半导体二极管,半导体二极管的伏安特性,电阻元件,a)流控b）压控电阻,电阻元件,理想二极管,电阻元件,几种理想二端电阻元件符号及伏安特性a)凹电阻b)凸电阻c)绝对值电阻d)符号电阻e)零值器f)泛值器,线性是不变电阻元件,a)电路符号b)伏安特性,电容元件,电容元件,电容元件-变容二极管,电容元件-电容的库伏特性,a)电路符号b)库伏特性,电容元件-线性(时不变)电容,电感元件,a)电路符号b)韦安特性,电感元件-Josephone结,两层超导体中间夹一层氧化物介质。检波、放大、振荡等。卫星通信设备,超导磁合金电感,超导磁合金电感线圈的韦安特性,记忆电阻元件,电路符号,记忆电阻元件-库仑电池,a)金属电极浸在电解液中b)-q特性,基本代数元件关系,基本二端代数元件性质,基本二端代数元件具有独立性和封闭性。2)某些电路元件可能同时属于几类基本代数元件。,2.1.3高阶代数元件和动态元件,1.高阶代数元件,1.高阶代数元件,例：二端频率相关负电阻(FDNR)可以实现无电感的滤波器，IC设计,D元件,E元件,高阶代数元件和动态元件,动态元件,电阻型动态二端元件电感型动态二端元件电容型动态二端元件忆阻型动态二端元件,例：铁心线圈,例：热敏电阻,热平衡方程,数学模型,二端集中参数电路元件的分类,多端电路元件,许多实用电路器件的引出端多于两个。例如晶体管和场效应管是三端器件，变压器、耦合电感、运算放大器等都是四端器件。多于两个引出端子的器件称为多端器件。多端器件的一个重要特征是各端钮之间的物理量常存在一种耦合关系。一般地说，多端器件不能仅用二端元件来造型。,(n+1)端元件和n端口元件,a)(n+1)端元件b)n端口元件,(n+1)端元件转换为n端口,代数n端口,4种基本n端口元件的定义,理想变压器,线性而端口-回转器,a)电路符号b)回转特性c)阻抗回转特性,电容回转为电感,流控电阻转换为压控电阻,代数3端口-环流器,高阶代数n端口,电荷控制电流源,动态n端口,NPN晶体管及其EM2模型a)NPN晶体管b)EM2模型,NPN晶体管及其EM2模型,动态方程：,热平衡方程,DC埃伯尔斯-莫尔方程,变类器,例：理想变压器具有变压、变换阻抗等作用,变类器-用线性电路实现L-R变类器,右边端口接二端压控R,1型L-R变类器,a)外接非线性电阻元件b)外接非线性电感元件,X-Y变类器的电路符号及变类性质,a)Y类元件转变为X类元件b)X类元件转变为Y类元件,六种变类器及其赋定关系,高阶变类器,用变类器可以实现非线性电感、电容、忆阻等转换为非线性电阻,n端口元件的几个定理,非线性电路综合,代数n端口相互连接时的封闭性质：二个或多个代数n端口的若干对端口之间作相容连接时所形成的多端口元件仍是代数n端口。,代数n端口实现定理：每个代数n端口可以仅由变类器及非线性n端口电阻元件实现。,n端口元件的几个定理只用变类器和非线性n端口电阻元件实现代数n端口,a)代数n端口元件b)代数n口的实现,n端口元件的几个定理,动态n端口的实现定理：设动态n端口的赋定关系为：,式中，X为m维向量；,均为n维向量。其分量满足,则仅用线性二端口电容元件、变类器和一个（m+n)端口的非线性电阻元件，便可综合出上式所描述的动态n端口。,用变类器和m+n端口非线性电阻元件实现动态n端口,a)动态n端口元件b)动态n端口的实现,n端口元件的几个定理,最少积木块定理：由定义于任何一个闭合有界集上的连续赋定关系描述的n端口元件，总可以用下列元件集合m中的有限个元件来综合。m包括：1）二端线性电容（电感）元件。2）二端非线性电阻元件。3）线性二端口受控源CCVS和VCCS.若从m中略去任何一类元件，则上述命题不成立。从这种意义说，元件集合m是综合集中参数元件的最少基本积木块。,器件建模的概念,基本方法：1)物理方法。2)行为模拟。,器件模型的特性,1)合理性。2)模拟性。3)定性相似性。4)预测性。,建模示例,功率放大器建模,功率放大器建模,宽带功率放大器模型研究,功率放大器行为模型研究可以应用于宽带数字预失真和通信系统性能仿真对模型的要求是在宽带信号激励下能够精确的刻画出非线性放大器的动态特性建模重点在于模型结构选择和参数提取方法,高效率功放理论研究,晶体管模型,与偏置相关（Vds，Vgs）的漏源和栅漏电容*与偏置相关的输入阻抗*与偏置相关的输出阻抗*对跨导Gm的压缩特性可以精确建模*能够对晶体管的电容建模*漏源电流的自热校正*精确的击穿模型,器件造型示例-铁心电感线圈模型,建模过程：在器件的工作频率0(00)处测定磁滞回线，并确定平均磁化曲线如图2-39b中虚线所示。2)由平均磁化曲线上的每一点作水平线与回线上的点(i(tk)，(tk)相交，用d(tk)表示其截距长度(见图2-39b)。,铁心线圈及其实验结果,a)施加正弦激励的铁心电感线圈,b)磁滞回线,c)3个不同激励频率w1w2w3磁滞回线,d)在有直流偏置并由不同的周期激励信号作用所得的子环,铁心线圈的电路模型,a)电弧电压波形b)伏安特性,碳电极交流电弧的电压波形及伏安特性,交流电弧的电路模型,仿真电路b)电弧电压、电流波形c)伏安特性A=0.21，B=0.2588，D=-11.42cos=0.757x=L=1.292422r=0.26,交流电弧模型验证的仿真结果,电路的基本定理和基本性质,电路的基本定理,1.基尔霍夫定律(KCL,KVL)2.特勒根定理(功率定理）,1.基尔霍夫定律,1)KCL的矩阵形式基尔霍夫电流定律(KCL)可以表述为：对任一集中参数电路的任一时刻，对任一节点(或割集)，流入流出该节点(或割集)的电流的代数和为零。2)KVL的矩阵形式基尔霍夫电压定律(KVL)可以表述为：对任一集中参数电路，在任一时刻，沿任一回路的所有支路电压的代数和为零。,2.特勒根定理,p端口支路b内部支路,电路的基本性质,1.线性与非线性2.时不变电路与时变电路3.互易性与反互易性4.无源性与有源性、非能性与无损性5.因果性,1.线性与非线性,满足叠加原理是区分的标准。,2.时不变电路与时变电路,若一个电路对给定激励所产生的响应与激励所加入的时刻无关，即无论何时将激励施加于电路，只要激励的波形相同，响应的波形必然相同，则该电路就是时不变电路。,3.互易性与反互易性,若N存在一短路导纳矩阵Y(S)，则它是对称的。若N存在一开路阻抗矩阵Z(S)，则它是对称的。若N存在混合矩阵，则它的子阵Y11(S)和Z22(S)是对称的，H12(S)和H21(S)是互为反对称的。,4.无源性与有源性、非能性与无损性,受控电源有源性的电路,C,L无源性,t0t时间内进入电容元件的能量,用受控