清华大学电路原理电子学习教案

1、会计学1清华大学清华大学(qn hu d xu)电路原理电子电路原理电子第一页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组1. 1 1. 1 电路电路(dinl)(dinl)1. 2 1. 2 电流和电压电流和电压1. 3 1. 3 电路模型的建立和电路电路模型的建立和电路分析的基本观点分析的基本观点1. 4 1. 4 电路用于信号处理电路用于信号处理1. 6 1. 6 电路的分类电路的分类1. 5 1. 5 电路用于能量处理电路用于能量处理第1页/共662页第二页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组1.1 1.1 电路电路(dinl)(dinl)一、电路一、电路(

2、dinl) （circuits）电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。电路主要由电源、负载、连接导线及开关等构成。电源电源（source）：提供能量或信号。）：提供能量或信号。负载负载（load）：将电能转化为其他形式的能量，或对信）：将电能转化为其他形式的能量，或对信号进行处理。号进行处理。导线导线（line）、开关（）、开关（switch）等：将电源与负载接成通路）等：将电源与负载接成通路。 电路是电工设备构成的整体，它为电流（电路是电工设备构成的整体，它为电流（current）的流通提供）的流通提供路径。路径。第2页/共662页第三页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组

3、二、为什么要学习二、为什么要学习(xux)电路？电路？从学术的观点来看从学术的观点来看电路是电气工程（电路是电气工程（electrical engineering）的基础。）的基础。电路是计算机科学（电路是计算机科学（computer science）的基础。）的基础。从实际情况来看从实际情况来看电路原理是许多高级电路原理是许多高级(goj)课程的先修课程。课程的先修课程。熟练掌握电路原理对现实生活有帮助。熟练掌握电路原理对现实生活有帮助。第3页/共662页第四页，共662页。三、什么三、什么(shn me)是电是电气工程？气工程？国内习惯的归类与统称国内习惯的归类与统称各学科领域各学科领域国

4、外习惯的归类与统国外习惯的归类与统称称电气工程电气工程电力工程电力工程电气工程电气工程信息科学与技术信息科学与技术(或电子信息科学与技术或电子信息科学与技术)控制工程控制工程通信工程通信工程电子工程电子工程 计算机科学与技计算机科学与技术术计算机科学计算机科学计算机工程计算机工程统称：电气工程与信息科学统称：电气工程与信息科学（或电气电子信息科学）（或电气电子信息科学）统称：电气工程与计算机科学统称：电气工程与计算机科学（简称（简称EECS、ECE）四、电路都有哪些四、电路都有哪些(nxi)作用作用？处理能量处理能量 电能的产生、传输电能的产生、传输(chun sh)、分配、分配处理信号处理信

5、号 电信号的获得、变换、放大电信号的获得、变换、放大第4页/共662页第五页，共662页。电路电路(dinl)原理原理相互融合的相互融合的信息系统信息系统(无处不在的无处不在的IT产业产业)公共公共基础基础专门专门技术技术应用应用领域领域电力系统电力系统(能量传输与处理能量传输与处理)控制系统控制系统(信号反馈与处理信号反馈与处理)通信系统通信系统(信号传输与处理信号传输与处理)信号处理系统信号处理系统*计算机系统计算机系统电力电子技术电力电子技术(关注大功率关注大功率)通信电路通信电路(关注高频段关注高频段)微电子技术微电子技术(集成芯片设计集成芯片设计)模拟电子线路模拟电子线路数字电子线路

6、数字电子线路信号与系统信号与系统*：指各类信号处理课程，包括：指各类信号处理课程，包括(boku)某些专业的专门课程（如生物医学工程、核电子学等）。某些专业的专门课程（如生物医学工程、核电子学等）。 五、电路五、电路(dinl)原理的原理的后续课程后续课程第5页/共662页第六页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组电路电路(dinl)分析分析(analysis)电路理论电路理论(lln)（电路原（电路原理）理）实际电路实际电路电路模型电路模型分析分析求解方程求解方程（代数、常微分、偏微分）（代数、常微分、偏微分）结果结果电路分析电路分析电路综合电路综合电路综合电路综合(

7、synthesis)六、电路分析与电路综合六、电路分析与电路综合第6页/共662页第七页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组根据电源根据电源(dinyun)性质性质直流电路直流电路交流电路交流电路根据负荷根据负荷(fh)性质性质电阻电路电阻电路动态电路动态电路根据感兴趣的时段根据感兴趣的时段暂态分析暂态分析稳态分析稳态分析七、如何看待电路七、如何看待电路返回目录返回目录第7页/共662页第八页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组1.2 1.2 电流电流(dinli)(dinli)和电和电压压一、一、 电流电流(dinli) （current）带电质点有规律的运动形成电流

8、。带电质点有规律的运动形成电流。电流的大小用电流的大小用电流强度电流强度表示。表示。电流强度：电流强度：单位时间内通过导体横截面的电量。单位时间内通过导体横截面的电量。单位名称：单位名称：安安培培 符号：符号：A （Ampere，安培；，安培；1775 1836，France）第8页/共662页第九页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组电流电流(dinli)(dinli)的参考的参考方向方向: :实际实际(shj)方方向向实际方向实际方向参考方向：任意选定的一个方向即为电流的参考方向。参考方向：任意选定的一个方向即为电流的参考方向。i 参考方向参考方向AB第9页/共662页第十页，

9、共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组电流参考电流参考(cnko)方向的两种表示：方向的两种表示： 用箭头表示：箭头的指向用箭头表示：箭头的指向(zh xin)为电流的参考方向；为电流的参考方向； 用双下标表示：如用双下标表示：如 iAB ，电流的参考方向由电流的参考方向由A指向指向B。i 参考方向参考方向i 参考方向参考方向i 0i 0参考方向参考方向U+参考方向参考方向U+ 0 吸收正功率吸收正功率 （实际吸收）（实际吸收）P0 发出正功率发出正功率 （实际发出）（实际发出）PUT后，后，MOSFET的的D、S间导通。间导通。转移特性曲线转移特性曲线二、二、MOSFET的电气性质的

10、电气性质第61页/共662页第六十二页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组DSGUGSMOSFETUDSIDSIDSUDSUGS=5VUGS=4VUGS=3V三极管区三极管区/可变电阻区可变电阻区饱和区饱和区/恒流区恒流区DSTGSTUUUU DSTGSUUU 输出特性曲线输出特性曲线(qxin)第62页/共662页第六十三页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组 22TGSDSUUKI 导通后导通后UGSUT+UDS的时候，的时候，MOSFET的的D、S间呈电阻间呈电阻(dinz)特性。特性。第63页/共662页第六十四页，共662页。TGSUU 0DSI1

11、 截止截止(jizh)区区条件条件(tiojin)：性质性质(xngzh)：3 三极管区三极管区条件：条件：性质：性质：TDSGSUUU RONTDSGSTUUUU 2 饱和区饱和区条件：条件：性质：性质： 22TGSDSUUKI DSGUGSUDSIDSUSUGSUDSIDSUSUGSUDSIDSUS 22TGSDSUUKI UGSUDSIDSUSRON三、三、MOSFET的等效电路的等效电路第64页/共662页第六十五页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组四、四、MOSFET的模型的模型(mxng)开关开关(kigun)电阻（电阻（SR）模型）模型:截止状截止状态态

12、导通状态导通状态TGSUU TDSGSUUU UGSUDSIDSUSRONUGSUDSIDSUSRON第65页/共662页第六十六页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组截止截止(jizh)状状态态导通状态导通状态(zhungti)TGSUU TDSGSTUUUU UGSUDSIDSUS 22TGSDSUUKI UGSUDSIDSUS开关电流源（开关电流源（SCR）模型）模型:返回目录返回目录第66页/共662页第六十七页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组2.4 2.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律(dngl)(dngl)一一 、几个、几个(j )名词名词支路支

13、路 ( (branch) )：电路中通过同一电流的每个分支。电路中通过同一电流的每个分支。回路回路（loop）：）：由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。b=3网孔网孔（mesh）：）：对对平面电路平面电路，每个网眼即为网孔。，每个网眼即为网孔。 网孔是回路，网孔是回路，但回路不一定是网孔。但回路不一定是网孔。123ab+_R1uS1+_uS2R2R3l=3n=2123（Kirchhoff，基尔霍夫；，基尔霍夫；18241887，Germany）第67页/共662页第六十八页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组物理物理(wl)基础：电荷（基础：电荷（electri

14、c charge）守恒，电流连续性。）守恒，电流连续性。i1i4i2i3令电流令电流(dinli)流出为流出为“+”i1+i2i3+i4=0i1+i3=i2+i47A4Ai110A-12Ai2i1+i210(12)=0 i2=1A 例例 47i1= 0 i1= 3A 0)(ti二、基尔霍夫电流定律（二、基尔霍夫电流定律（KCL） 在任何在任何集总参数（集总参数（lumped parameter）电路中，在任一时刻，电路中，在任一时刻，流出（流入）任一节点的各支路电流的代数和为零。流出（流入）任一节点的各支路电流的代数和为零。 即即第68页/共662页第六十九页，共662页。清华大学电路(din

15、l)原理教学组KCL的推广的推广(tugung)ABi=0ABiiABi3i2i10321 iii两条支路电流大小相等两条支路电流大小相等(xingdng)，一个流入，一个流出。一个流入，一个流出。只有一条支路相连，则只有一条支路相连，则 i=0。第69页/共662页第七十页，共662页。选定选定(xun dn)一个绕行方向：顺时针或一个绕行方向：顺时针或逆时针。逆时针。R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4例例 0U取顺时针方向取顺时针方向(fngxing)绕行：绕行：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0-U1+U2+

16、U3+U4= US1 -US4 I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4+- -+- -+- -+- - 0)(tu三、基尔霍夫电压定律（三、基尔霍夫电压定律（KVLKVL） 在任何集总参数在任何集总参数(cnsh)(cnsh)（lumped parameterlumped parameter）电路中，在任一）电路中，在任一时刻，沿任一闭合路径（按固定绕向时刻，沿任一闭合路径（按固定绕向) )，各支路电压的代数和为零。，各支路电压的代数和为零。 即即电阻压降电阻压降电源压升电源压升 S UUR即即第70页/共662页第七十一页，共662页。AB l1l2UAB (沿

17、沿l1)=UAB (沿沿l2）电位电位(din wi)的单值性的单值性推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条推论：电路中任意两点间的电压等于两点间任一条(y tio)路径经过的路径经过的各元件电压的代数和。元件电压方向与路径绕行方向一致各元件电压的代数和。元件电压方向与路径绕行方向一致时取正号，相反取负号。时取正号，相反取负号。32ABUUU 44S11SABUUUUU 例例I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4+- -+- -+- -+- -AB第71页/共662页第七十二页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组KCL，KVL小结小结(xioji

18、)：（1） KCL是对连到节点是对连到节点(ji din)的支路电流的线性约束，的支路电流的线性约束，KVL是对回路中支路电压的线性约束。是对回路中支路电压的线性约束。（2） KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。与组成支路的元件性质及参数无关。（3） KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是电位单是电位单值性的具体体现值性的具体体现（电压与路径无关）（电压与路径无关）。（4） KCL、KVL只适用于集总参数的电路。只适用于集总参数的电路。第72页/共662页第七十三页，共662页。电路电路(dinl)如图示，求如图示，求U和和I。解解3+1-2+I=

19、0，I= -2（A）U1=3I= -6（V）U+U1+3-2=0，U=5（V）例例2求下图电路开关求下图电路开关S打开打开(d ki)和闭合时的和闭合时的 i1 和和 i2 。S打开打开(d ki)：i1=0i2=1.5(A)i2=i+2i5i+5i2=10S闭合：闭合：i2=0i1=i+2ii=10/5=2i1=6(A)10V5 5 i1i2ii2S-+解解例例1U11A3A2A3V2V3 UI+- - -返回目录返回目录第73页/共662页第七十四页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组一、电阻等效一、电阻等效(dn xio)变换变换2.5 2.5 电路的等效电路的等效(dn(d

20、n xio) xio)变换变换(1) (1) 电路特点电路特点1.1.电阻串联电阻串联 ( (series connection) )+_R1Rn+_uki+_u1+_unuRk(a) 各电阻顺序连接，流过同一电流各电阻顺序连接，流过同一电流 （KCL）；(b) 总电压等于各串联电阻上的电压之和总电压等于各串联电阻上的电压之和 （KVL）：nkuuuu 1第74页/共662页第七十五页，共662页。等效等效(2) 等效等效(dn xio)电阻（电阻（equivalent resistance）Req+_R1RniuRku+_Reqi等效：对外部电路等效：对外部电路端钮（端钮（terminal）

21、以外）以外效果效果(xiogu)相同相同Req=( R1+ R2 +Rn) = Rk(3) 串联电阻上电压串联电阻上电压(diny)的分配的分配+_un+_R1RniuRk+_uk+_u1等效电阻等于串联的各电阻之和等效电阻等于串联的各电阻之和第75页/共662页第七十六页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组例例 两个电阻两个电阻(dinz)分压（分压（voltage division），）， 如下图所如下图所示。示。（注意（注意(zh y)方向方向 !）（4） 功率关系功率关系p1 = R1i 2 ， p2 = R2i 2 ， ， pn = Rni 2 p1 : p2 : : p

22、n= R1 : R2 : : Rn总功率总功率 p = Reqi 2 = (R1+ R2+ +Rn ) i 2 = R1i 2 + R2i 2 + + Rni 2 = p1 + p2 + + pni+_uR1R2+-u1-+u2第76页/共662页第七十七页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组2. 电阻电阻(dinz)并联并联 （parallel connection）inR1R2RkRni+ui1i2ik_（1） 电路电路(dinl)特点特点(a) 各电阻两端分别接在一起，端各电阻两端分别接在一起，端电压电压为同一电压为同一电压 （KVL）；）；(b) 总电流等于流过各并联电阻的

23、电流之和总电流等于流过各并联电阻的电流之和 （KCL）：）：i = i1+ i2+ + ik+ + in第77页/共662页第七十八页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组等等效效由由KCLi = i1+ i2+ + ik+ +in= u Geq故有故有uGeq= i = uG1 +uG2 + +uGn=u（G1+G2+ +Gn）即即设设 Gk =1 / Rk （k = 1， 2， ， n）Geq=G1+G2+ +Gk+ +Gn= Gk = 1/Rk（2） 等效等效(dn xio)电导（电导（equivalent conductance）GeqGeq+u_i等效电导等于等效电导等于(

24、dngy)并联的各电并联的各电导之和。导之和。inG1G2GkGni+ui1i2ik_第78页/共662页第七十九页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组（3） 并联并联(bnglin)电阻的分流（电阻的分流（current division）eqeq/GGRuRuiikkk 由由电流电流(dinli)分配与电导分配与电导成正比成正比得得 对于两电阻并联对于两电阻并联，有有R1R2i1i2i第79页/共662页第八十页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组（4） 功率功率(gngl)关系关系p1=G1u2， p2=G2u2， ， pn=Gnu2p1: p2 : : pn=

25、G1 : G2 : :Gn总功率总功率(gngl) p = Gequ2 = (G1+ G2+ +Gn ) u2 = G1u2 + G2u2 + + Gnu2 = p1 + p2 + + pn第80页/共662页第八十一页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组解解 R = 4(2+(36) )= 2 3 例例12 4 6 R 3 第81页/共662页第八十二页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组 解解 R = (4040) + (303030) = 30 例例240 30 30 40 30 R40 40 30 30 30 R第82页/共662页第八十三页，共662页。清华大

26、学(qn hu d xu)电路原理教学组R1R2R3R4+_uSAB2AS12RuuRR 4BS34RuuRR uAuB？1423R RR R UAB=0IAB=0(2) 已知电流为零的支路已知电流为零的支路(zh l)可以断开。可以断开。(1) 已知电压已知电压(diny)为零的节点可以短接。为零的节点可以短接。等电位点等电位点等电位点之间开路或短路不影响等电位点之间开路或短路不影响电路的电压电流分布。电路的电压电流分布。3. 平衡电桥平衡电桥第83页/共662页第八十四页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组（1 1）电阻）电阻(dinz)(dinz)的三角形（的三角

27、形（）联接和星形（）联接和星形（Y Y）联接）联接 形形联接联接（ connection） R12R31R23i3 i2 i1 123+u12 u23 u31 Y形形联接联接（Yconnection）R1R2R3i1Yi2Yi3Y123+u12Yu23Yu31Y4. 电阻电阻(dinz)的的Y 变换变换第84页/共662页第八十五页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组等效等效(dn xio)条件条件 i1 = i1Y ， i2 = i2Y ， i3 = i3Y ， 且且 u12 = u12Y ， u23 = u23Y， u31 = u31Y （2 2） Y Y 电阻等效电阻等效(d

28、n xio)(dn xio)变换（变换（equivalent transformation)equivalent transformation)的条的条件件 R12R31R23i3 i2 i1 123+u12 u23 u31 R1R2R3i1Yi2Yi3Y123+u12Yu23Yu31Y第85页/共662页第八十六页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组Y接接: 用电流用电流(dinli)表示电压表示电压u12Y=R1i1YR2i2Y 接接: 用电压用电压(diny)表示表示电流电流i1Y+i2Y+i3Y = 0 u23Y=R2i2Y R3i3Y i3 =u31 /R31 u23 /

29、R23i2 =u23 /R23 u12 /R12i1 =u12 /R12 u31 /R31（1）（2）（3）电阻的）电阻的三角形（三角形（ ）联接）联接和和星形（星形（Y）联接的等效变换）联接的等效变换 R12R31R23i3 i2 i1 123+u12 u23 u31 R1R2R3i1Yi2Yi3Y123+u12Yu23Yu31Y第86页/共662页第八十七页，共662页。由式由式（2）解得解得i3 =u31 /R31 u23 /R23i2 =u23 /R23 u12 /R12i1 =u12 /R12 u31 /R31（1）133221231Y312Y1YRRRRRRRuRui 133221

30、3121232RRRRRRRuRuiYYY 1332211232313RRRRRRRuRuiYYY (3) 根据等效条件，比较根据等效条件，比较(bjio)式（式（3）与式（）与式（1），得由），得由Y接接接的变换结果。接的变换结果。 213133113232233212112RRRRRRRRRRRRRRRRRR 321133132132233212112GGGGGGGGGGGGGGGGGG 或或第87页/共662页第八十八页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组类似类似(li s)可得到由可得到由接接 Y接的变换结果接的变换结果 12233123313311223122322331

31、1231121GGGGGGGGGGGGGGGGGG 312312233133123121223231231231121RRRRRRRRRRRRRRRRRR 或或第88页/共662页第八十九页，共662页。由由Y 由由 Y 213133113232233212112RRRRRRRRRRRRRRRRRR312312233133123121223231231231121RRRRRRRRRRRRRRRRRR 特例特例 若三个电阻若三个电阻(dinz)(dinz)相等相等( (对称对称) )，则有，则有 R = 3RY（外大内（外大内(d ni)小小 ）13注意注意(zh y)(1) 等效是指对外部（端

32、钮以外）电路而言，对内不成立等效是指对外部（端钮以外）电路而言，对内不成立；(2) 等效电路与外部电路无关。等效电路与外部电路无关。R31R23R12R3R2R1第89页/共662页第九十页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组例例 桥桥T T电路电路(dinl)(dinl)（bridge-T bridge-T circuitcircuit）1k 1k 1k 1k RE1/3k 1/3k 1k RE1/3k 1k RE3k 3k 3k 第90页/共662页第九十一页，共662页。解解通常通常(tngchng)有两种求入端电阻有两种求入端电阻的方法的方法 端口加电压端口加电压(diny

33、)求求电流法电流法 端口加电流端口加电流(dinli)求求电压法电压法下面用下面用加流求压法加流求压法求求RabRab=U/I=(1- )R当当 0，正电阻，正电阻正电阻正电阻负电负电阻阻uiU=(I - - I)R=(1 - )IR当当 1, Rab 0，负电阻，负电阻例例求求 a，b 两端的入端电阻（两端的入端电阻（input resistance） Rab 。I IabRRab+U_（ 1）5. 含电阻和受控源二端网络的等效电阻含电阻和受控源二端网络的等效电阻第91页/共662页第九十二页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组等等效效R等效等效(dn xio)= U / I 一

34、个无独立源的二端（一个无独立源的二端（two-terminal）电阻）电阻(dinz)网络可以用一个电阻网络可以用一个电阻(dinz)等效。等效。一般情况下一般情况下小结小结R等效等效+U_I无无源源+U_I求等效电阻的方法求等效电阻的方法(2) 加压求流法；加压求流法；(3) 加流求压法。加流求压法。(1) 串并联；串并联；第92页/共662页第九十三页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组二、电源二、电源(dinyun)等效变换等效变换1. 理想理想(lxing)电压源的串、电压源的串、并联并联串联串联一般有一般有uS= uSk （注意参考方向）注意参考方向）电压相同的电压源才能

35、电压相同的电压源才能并联，且每个电源的电并联，且每个电源的电流不确定。流不确定。并联并联SS1S2uuu等效等效等效等效uS2+_+_uS1+_uS+_5VI5V+_+_5VI第93页/共662页第九十四页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组2. 理想理想(lxing)电流源的串、电流源的串、并联并联可等效成一个理想电流源可等效成一个理想电流源 i S（ 注意注意(zh y)参考参考方向）。方向）。电流相同的理想电流源才能串联，并且每个电电流相同的理想电流源才能串联，并且每个电流源的端电压不能确定。流源的端电压不能确定。串联串联:并联并联：kkiiiiiiS2S1SSS

36、S , iS1iS2iSkiS第94页/共662页第九十五页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组例例3例例2例例1iS = iS2 iS1uSiSuSuSiSiSiSuS1iS2iS1uS2第95页/共662页第九十六页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组（1）实际）实际(shj)电压源电压源USUU=US Ri II+_USRi+U_RI RiIui0其外特性曲线其外特性曲线(qxin)如下：如下：Ri: 电源内阻电源内阻,一般很小。一般很小。3. 实际电压源和实际电流源的模型及其等效变换实际电压源和实际电流源的模型及其等效变换第96页/共662页第九十七页，共662

37、页。清华大学电路(dinl)原理教学组（2） 实际实际(shj)电流源电流源I = iS Gi UGi: 电源电源(dinyun)内电导内电导,一一般很小。般很小。Gi+_iSUIISUIGiUui0其其外特性曲线如下外特性曲线如下:第97页/共662页第九十八页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组u = uS Ri ii = iS Giui = uS/Ri u/Ri 通过比较，得等效通过比较，得等效(dn xio)的条件：的条件： iS=uS/Ri , Gi=1/Rii+_uSRi+u_iGi+u_iS（3）实际电压源和实际电流）实际电压源和实际电流(dinli)源模型间的等效变

38、换源模型间的等效变换 等效是指对外部电路的作用等效，即端口的电压、电流伏安关等效是指对外部电路的作用等效，即端口的电压、电流伏安关系保持不变。系保持不变。第98页/共662页第九十九页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组由电压由电压(diny)源模型变换为电流源模型：源模型变换为电流源模型：等等效效等等效效由电流源模型由电流源模型(mxng)变换为电压源模型变换为电压源模型(mxng)i+_uSRi+u_iGi+u_iSiGi+u_iSi+_uSRi+u_第99页/共662页第一百页，共662页。（2） 所谓所谓(suwi)的等效是对外部电路等效，对内部电路是不等的等效是对外部电路

39、等效，对内部电路是不等效的。效的。注意注意(zh y)：开路开路(kil)的电流源可以有电流流过并联电导的电流源可以有电流流过并联电导Gi 。 电流源短路时电流源短路时, 并联电导并联电导Gi中无电流。中无电流。 电压源短路时，电阻电压源短路时，电阻Ri中有电流；中有电流；开路的电压源中无电流流过开路的电压源中无电流流过 Ri；iS（3） 理想电压源与理想电流源不能相互转换。理想电压源与理想电流源不能相互转换。方向：电流源电流方向与电压源电压方向相反方向：电流源电流方向与电压源电压方向相反。（1） 变换关系变换关系数值关系数值关系； iS ii+_uSRi+u_iGi+u_iS例例第100页/

40、共662页第一百零一页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组应用应用 利用电源转换可以利用电源转换可以(ky)简化电路计算。简化电路计算。例例1I=0.5A6A+_U5 5 10V10V+_U55 2A6AU=20V例例25A3 4 7 2AI+_15V_+8V7 7 I第101页/共662页第一百零二页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组注注:受控源和独立源一样可以进行受控源和独立源一样可以进行(jnxng)电源转换。电源转换。10V例例3简化电路简化电路1k 1k 0.5I+_UI10V2k +_U+500I-I1.5k 10V+_UIU =

41、1500I + 10U = 2000I-500I + 10第102页/共662页第一百零三页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组求图示电路求图示电路(dinl)中中Rf 为何值时其获得最大功率，并求此最大功率为何值时其获得最大功率，并求此最大功率。USRfRiI解解Sif22SfffifUIRRUPI RRRR 时，时，Rf 获最大功率获最大功率ffd0dPR 得得 Rf = Ri即：直流电路最大功率传输即：直流电路最大功率传输(chun sh)定理定理 （maximum power transform theorem）2maxi4UPR 4. 最大功率传输最大功率传输返回目录返回

42、目录第103页/共662页第一百零四页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组一、运算放大器的电气一、运算放大器的电气(dinq)特性特性2.6 2.6 运算运算(yn (yn sun)sun)放大器放大器12345678封装的封装的8脚运放脚运放 补偿补偿 补偿补偿 同向输入同向输入 反向输入反向输入 负电源负电源 正电源正电源 空空 输出输出 主要关心的端子：主要关心的端子： 反相输入、同相输入、输出、正电源、负电源反相输入、同相输入、输出、正电源、负电源 1. 端子端子 第104页/共662页第一百零五页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组反相输入反相输入

43、 同相输入同相输入 输出输出 正电源正电源 负电源负电源 电路符号电路符号 2. 电路电路(dinl)符号符号 -+V+V-简化的电路符号简化的电路符号 abo第105页/共662页第一百零六页，共662页。3. 运算运算(yn sun)放大器的端电压放大器的端电压 a： 反相输入反相输入(shr)端（端（inverting input），输入），输入(shr)电压电压 u-。 b：同相输入：同相输入(shr)端（端（noninverting input） ，输入，输入(shr)电压电压 u+。 o： 输出端（输出端（output），输出电压），输出电压 uo。 A：开环电压放大倍数（：开环电

44、压放大倍数（open-loop gain）。）。 : : 公共端（接地端）。公共端（接地端）。 +_+u+u-+_uoao+_udud_+A+b+_US+_US第106页/共662页第一百零七页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组Usat-UsatUds-Udsuoud0 线性工作线性工作(gngzu)区区 |ud| Uds, 则则 uo= Usat ud0 反向饱和区反向饱和区 ud u- -uoUsatu+ u- -uoUsatu+u- -uoUsat-Usat0无反馈无反馈(fnku)(开环开环)1. 电压比较器电压比较器 第121页/共662页第一百二十二页，共

45、662页。清华大学电路原理(yunl)教学组2. 正反馈正反馈 将将Op Amp的输出引到非反相的输出引到非反相(fn xin)输入端输入端- -+ + +_uo+_uii- -i+正反馈正反馈Op Amp输出输出(shch)端有微小正扰动端有微小正扰动输入端待放大信号变大输入端待放大信号变大输出端信号变大输出端信号变大扰动被放大扰动被放大uo为为Usat 或或 Usat虚短不再适用虚短不再适用虚断仍然适用虚断仍然适用？第122页/共662页第一百二十三页，共662页。+- - +_uo+_uiRR虚短不再适用虚短不再适用(shyng)虚断仍然适用虚断仍然适用(shyng)正反馈，正反馈，uo

46、为为Usat或或- -Usat设设uoUsat，则，则u2satUui 0.5Usat，根据，根据(gnj)正反馈的性质，正反馈的性质，uo变为变为 Usat此时此时u2satUui Usat/2时，时，uo维持维持Usat不变。不变。一旦一旦ui -I0 时，时， 有唯一有唯一(wi y)解解当当 IS 0u = f (i)dd ( )0dduf iii 伏安特性伏安特性严格渐增严格渐增非线性电阻非线性电阻(dinz)电路有唯一解的一种充分条件：电路有唯一解的一种充分条件：(1) 电路中的每一电阻的伏安特性都是严格递增的，电路中的每一电阻的伏安特性都是严格递增的， 且每个电阻的电压且每个电阻

47、的电压 u 时，时，电流分别趋于电流分别趋于 。(2) 电路中不存在仅由独立电压源构成的回路和仅由独立电路中不存在仅由独立电压源构成的回路和仅由独立电流源连接而成的节点（更精确的表述为：构成的电流源连接而成的节点（更精确的表述为：构成的割集）。割集）。返回目录返回目录第272页/共662页第二百七十三页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组4.2 4.2 直接直接(zhji)(zhji)列列方程求解方程求解建电路方程建电路方程元件性能元件性能 非线性非线性 电路的连接电路的连接 KCL，KVL 非线性代数方程非线性代数方程 例例1 1 求求u。+ SURuiKCL+KVL元件元件(y

48、unjin)特性：特性： THSSe1u UUuIR 第273页/共662页第二百七十四页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组 例例2 已知已知i1 = u1 , i2 =u25, i3 =u33 ，求，求 u 。 i1+i2+i3=0 u1+u25+u33=0 u- -2+(u- -1)5+(u- -4) 3=0 u 非线性电阻非线性电阻(dinz)是压控电是压控电阻阻(dinz)，则列则列KCL方程：方程：+_2V+_1V+_4VR1R2R3+_u1+_u2+_u3i1i2i3u第274页/共662页第二百七十五页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组51553144

49、33315105UIUIUI 例例3 G1和和G2为线性电导，非线性电阻为压控电阻，为线性电导，非线性电阻为压控电阻， 列节点列节点(ji din)方程。方程。解解 000S24543321 IIIIIIIII+-2I2G3U4USU1G5USI1nU2nU3nU-3I1I5I4I第275页/共662页第二百七十六页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组512n5/155313n2n3/14432n1n3333n1n22S1n111515)(1010)(55)()(UUIUUUIUUUIUUGIUUGI 则节点则节点(ji din)方程方程为为 0)()(10015)(1

50、0)(50)(5)()(S3n1n2313n2n512n313n2n32n1n32n1n3n1n2S1n1 IUUGUUUUUUUUUUUGUUG+-2I2G3U4USU1G5USI1nU2nU3nU-3I1I5I4I第276页/共662页第二百七十七页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组i3=il2 u3=u 020)()(312212S21211 lllllliiiRUiiRiR例例4 已知已知 u3 =20 i31/3, 求节点求节点(ji din)电压电压 u 。 +- -3uSUR1u1i1R2u2- - -i2i3il1il2u非线性电阻非线性电阻(dinz

51、)为流控型电阻为流控型电阻(dinz)， 则则列列 KVL方程。方程。 第277页/共662页第二百七十八页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组也可以先将线性部分也可以先将线性部分(b fen)作戴维南作戴维南等效：等效： 其中其中 U0= US R2 /(R1+R2) , R=R1R2 /(R1+R2) 由此得由此得 U0 =R i3 +20 i31/3 i3u3=u R1R2R3US+_u3i3RR3U0+_u3i3u3 =20 i31/3 返回返回(fnhu)目录目录第278页/共662页第二百七十九页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组4.3 4.3

52、 图解法图解法工作工作(gngzu)点点(Quiescent point ,Q-point)用图解法求解用图解法求解(qi ji)非线性非线性电路电路u2= f2(i) i+_uSR1R2+_uS1uuR iR2：u= f(i)uSuS/R1ui0第279页/共662页第二百八十页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组两曲线交点坐标两曲线交点坐标 即为所求解答。即为所求解答。),(00iu2SiuURi其特性为一直线。其特性为一直线。线线性性含含源源电电阻阻网网络络i+ u2abai+ u2bRi+US 戴维南定理戴维南定理(dngl)uiUS0u0iSiUR) , (00iuQu2

53、=f(i)0返回返回(fnhu)目录目录第280页/共662页第二百八十一页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组4.4 4.4 分段分段(fn (fn dun)dun)线性法线性法一、分段一、分段(fn dun)线性法线性法将求解过程分为几个线性段，每段中分析线性电路。将求解过程分为几个线性段，每段中分析线性电路。例例1uiOA段段 Ra= tanaAB段段 Rb= tanbiRa+_uIauiOAaUaBbU0Rb+_ui+_U0等效电路等效电路OA段段AB段段将非线性电阻近似地用折线来表示。将非线性电阻近似地用折线来表示。第281页/共662页第二百八十二页，共662页。例例

54、2 已知已知 0i 1A , u = i +1。求。求u。122334假设假设(jish)工作在第工作在第1段：段：0 i 1A 假设假设(jish)错误错误假设假设(jish)工作在第工作在第2段：段： i 1A 2 +_7V +_ui1 +_1Vi =2Au =3V假设假设正确正确1iu0工作点工作点条件条件性质性质+_7V+_u2 i第282页/共662页第二百八十三页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组二、二极管的分段二、二极管的分段(fn dun)线性模型线性模型第283页/共662页第二百八十四页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组模型模型(mxng)1短路

55、短路(dunl)条件是条件是 i 0开路开路条件是条件是 ud 0开路开路条件是条件是 ud 0开路开路条件是条件是 ud 0开路开路条件是条件是 ud 0时成立。时成立。假设二极管开路，得假设二极管开路，得 10sin( )ut sin(t) 0开路开路条件是条件是 ud 0.7时成立。时成立。设二极管开路，得设二极管开路，得 ud=sin(t) 0开路开路条件是条件是 ud UT不截止不截止(jizh)假设假设“饱和区饱和区”uGSuDSiDSUSRLRONDSTGSuUu1+11.5假设不成立假设不成立TGSDSTUuuU假设假设“可变电阻区可变电阻区”11.5 UT不截止不截止(jiz

56、h)假设假设“饱和区饱和区”uGSuDSiDSUSRLRONDSTGSuUu1+1 5假设成立假设成立TGSDSTUuuU假设假设“可变电阻区可变电阻区”1(-26)+1uGSuDSiDSuS 2GSTDS2K uUi RLDSGuGSuDSiDSuSRL输入输入UGS为为“1”时，输出时，输出UDS为为“0”反相器反相器返回目录返回目录第293页/共662页第二百九十四页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组4.5 4.5 小信号小信号(xnho)(xnho)法法 已知图中已知图中Us为直流电源为直流电源(dinyun)， us(t) 为交流小信号电源为交流小信号电源(dinyun

57、)，Rs为线性电阻，任为线性电阻，任 何时刻何时刻US |uS(t) |。非线性电。非线性电 阻的伏安特性为阻的伏安特性为 i = g(u)。 求求 u(t) 和和 i(t)。由由KVL 得方程：得方程： -+iuRSuS(t)Us-分析：分析： 一、非线性电阻电路的小信号法一、非线性电阻电路的小信号法第294页/共662页第二百九十五页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组第一步：不考虑第一步：不考虑(kol) uS(t) ，即，即 uS(t)=0，US作用。作用。P点称为静态工作点，表示点称为静态工作点，表示(biosh)电路没有小信号时的工作情况。电路没有小信号时的工作情况。

58、I0，U0 同时满足同时满足i=g(u)US= RSi+ uI0=g(U0) US= RS I0 + U0 即即 用图解法求用图解法求 u(t) 和和 i(t)。 iui=g(u)I0U0USUS/RSP0RSRUS+_ui第295页/共662页第二百九十六页，共662页。清华大学电路原理(yunl)教学组第二步：第二步： US 0 ， uS(t) 0 | uS(t) | US u(t) 和和 i(t)必定必定(bdng)在工作点附近。在工作点附近。 可以写可以写成成u(t) = U0 + u(t)i(t) = I0 + i(t)（u(t) 和和i(t)为信号电压引起的为信号电压引起的 偏差偏

59、差(pinch) ， 相对于相对于U0和和I0是是很小的量）很小的量）几何意义：用过几何意义：用过P点的切线代替曲线。点的切线代替曲线。 由由 i=g(u) )()(00tuUgtiI I0 = g(U0)()(dd)(00dtuGtuugtiUU 得得 泰勒（泰勒（Taylor）级数展开，取线性项。）级数展开，取线性项。 )(dd)(00tuugUgU 第296页/共662页第二百九十七页，共662页。清华大学电路(dinl)原理教学组 US+ uS(t )= RS I0 + i(t) + U0 + u(t) 得得 US= RSI0 + U0 直流工作直流工作(gngzu)状状态态 SSSd

60、Sd1( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )u tRi tu tRi ti tGRi tRi t上式表示工作点处由小信号产生的电压和电流上式表示工作点处由小信号产生的电压和电流(dinli)的的关系。关系。 代入方程代入方程 将将 u(t) = U0 + u(t) i(t) = I0 + i(t) 第297页/共662页第二百九十八页，共662页。清华大学(qn hu d xu)电路原理教学组 u(t)= uS(t) Rd /(RS+Rd) i(t)= uS(t)/(RS+Rd) 即可求出工作即可求出工作(gngzu)点处由小信号产生的电压和电流。点处由小信号产生的电压和电流。