第2章 简单电阻电路分析.ppt

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1、第第2 2章章 简单电阻电路分析简单电阻电路分析2.1 2.1 电阻电阻2.2 2.2 电源电源2.3 MOSFET2.3 MOSFET2.4 2.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律2.6 2.6 运算放大器运算放大器2.5 2.5 电路的等效变换电路的等效变换2.7 2.7 二端口网络二端口网络2.8 2.8 数字系统的基本概念数字系统的基本概念2.92.9 用用MOSFET构成数字系构成数字系统的基本单元统的基本单元门电路门电路清华大学电路原理教学组一、电阻一、电阻(resistor)2.1 2.1 电阻电阻R(1)电压电流采用关联参考方向电压电流采用关联参考方向Riu+u R iR 电阻电阻(

2、resistance)单位：单位：(欧欧)二、欧姆定律二、欧姆定律(Ohms Law)清华大学电路原理教学组令令G 1/RG 电导电导(conductance)欧姆定律欧姆定律(关联参考方向下关联参考方向下):i G u单位：单位：S(西西)(Siemens，西门子西门子)关联参考方向下线性电阻器的关联参考方向下线性电阻器的u-i关系关系:R=tan ui0u R i清华大学电路原理教学组(2)电压电流非关联参考方向电压电流非关联参考方向Riu+欧姆定律欧姆定律:u Ri 或或 i Gu公式的列写必须根据参考方向！公式的列写必须根据参考方向！清华大学电路原理教学组Riu+当当 R=0(G=)，

3、视其为短路。视其为短路。u=0,i由外电路决定由外电路决定。当当 R=(G=0)，视其为开路。视其为开路。i=0,u由外电路决定由外电路决定。ui0开路开路ui0短路短路三、开路与短路三、开路与短路清华大学电路原理教学组Riu+Rip发发 ui (Ri)i i2 R p吸吸 ui i2R u2/R功率：功率：u+无论参考方向如何选取，电阻始终消耗电功率。无论参考方向如何选取，电阻始终消耗电功率。u(u/R)u2/R或或p吸吸 u(i)i2 R u2/R (Ri)(i)四、电阻消耗的功率四、电阻消耗的功率清华大学电路原理教学组阻值功率阻值功率五、电阻的额定值五、电阻的额定值清华大学电路原理教学组

4、几种常几种常见见材料的材料的0电电阻率与温度系数阻率与温度系数材料材料银银铜铜铝铝铁铁碳碳镍铬镍铬合金合金 0/m1.510-81.610-82.510-88.710-8350010-811010-8 /(-1)4.010-34.310-34.710-35.010-35.010-41.610-4六、决定阻值的因素六、决定阻值的因素清华大学电路原理教学组电阻器的尺寸电阻器的尺寸主要取决于什么？主要取决于什么？贴片电阻贴片电阻体积小体积小重量轻重量轻 可靠性高可靠性高碳膜电阻碳膜电阻阻值范围宽阻值范围宽 价格低廉价格低廉金属膜金属膜电阻电阻稳定性高稳定性高精度高精度高线绕电阻线绕电阻功率大功率大七

5、、电阻器七、电阻器清华大学电路原理教学组非线性电阻非线性电阻满足齐次性和可加性，即满足齐次性和可加性，即Ae1(t)+Be2(t)Ar1(t)+Br2(t)成立成立e1(t)r1(t)线性网络线性网络e2(t)r2(t)线性网络线性网络激励激励响应响应网络网络线性电阻线性电阻八、非线性电阻八、非线性电阻清华大学电路原理教学组线性时变电阻线性时变电阻u t =R t i t R(t)+u(t)i(t)电阻电阻R t 是时间是时间 t 的函数的函数e(t)r(t)非时变元件非时变元件e(t-)r(t-)非时变元件非时变元件即输出响应与输入信号即输出响应与输入信号外加时刻无关。外加时刻无关。线性非时

6、变电阻线性非时变电阻u t =Ri t 九、时变电阻九、时变电阻返回目录返回目录清华大学电路原理教学组一、独立电源一、独立电源(independent source)2.2 2.2 电源电源（1）特点特点（a）电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；（b）通过它的电流由外电路决定。通过它的电流由外电路决定。电路符号电路符号uS1.理想电压源（理想电压源（ideal voltage source）清华大学电路原理教学组（2）伏安特性伏安特性 （a）若）若uS=US，即直流电源，则其伏安特性为平行于即直流电源，则其伏安特性为平行于电流轴的直线，反映电压与

7、电源中的电流无关。电流轴的直线，反映电压与电源中的电流无关。uS+_iu+_USui0 （b）若若uS为为变变化化的的电电源源，则则某某一一时时刻刻的的伏伏安安关关系系特特性性为平行于电流轴的直线为平行于电流轴的直线。（c）电压为零的电压源，伏安曲线与电压为零的电压源，伏安曲线与 i 轴重合，相当于轴重合，相当于 短路状态短路状态。清华大学电路原理教学组（3）理想电压源的开路与短路理想电压源的开路与短路uS+_iu+_R（a）开路：开路：R，i=0，u=uS。（b）理理想想电电压压源源不不允允许许短短路路（此此时时电电路路模模型（型（circuit model）不再存在）。不再存在）。US+_

8、iu+_rUSui0u=US r i实际电压源实际电压源（physical source）清华大学电路原理教学组2.理想电流源（理想电流源（ideal current source）（1）特点特点（a）电源电流由电源本身决定，与外电路无关；电源电流由电源本身决定，与外电路无关；（b）电源两端电压电源两端电压由外电路决定。由外电路决定。电路符号电路符号iSUIR1A例例清华大学电路原理教学组（2）伏安特性伏安特性 （a）若）若iS=IS，即直流电源，则其伏安特性为平行于电即直流电源，则其伏安特性为平行于电压轴的直线，反映电流与端电压无关。压轴的直线，反映电流与端电压无关。ISui0iSiu+_

9、（b）若若iS为为变变化化的的电电源源，则则某某一一时时刻刻的的伏伏安安关关系系也也是是平行于电压轴的直线平行于电压轴的直线 （c）电电流流为为零零的的电电流流源源，伏伏安安特特性性曲曲线线与与 u 轴轴重重合合，相相当于开路状态。当于开路状态。清华大学电路原理教学组（3）理想电流源的短路与开路理想电流源的短路与开路R（2）理理想想电电流流源源不不允允许许开开路路（此此时时电路模型不再存在）电路模型不再存在）。（1）短短路路：R=0，i=iS，u=0，电流源被短路。电流源被短路。iSiu+_ （4）实际电流源的产生实际电流源的产生 可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源可由稳流电子设

10、备产生，有些电子器件输出具备电流源特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。清华大学电路原理教学组（5）功率功率iSiu+_iSiu+_p发发=uiS p吸吸=uiSp吸吸=uiS p发发=uiS清华大学电路原理教学组二、二、受控电源受控电源（非独立源）（非独立源）（controlled source or dependent source）电路符号电路符号+受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源1.定义定义 电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，

11、而是受电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受电路中某个支路（或元件）的电压（或电流）的控制。电路中某个支路（或元件）的电压（或电流）的控制。清华大学电路原理教学组一个受控电流源的例子（一个受控电流源的例子（MOSFET）DSGMOSFETUGSUDSIDS受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较:(1)独独立立源源电电压压(或或电电流流)由由电电源源本本身身决决定定，而而受受控控源源电电压压(或或电流电流)直接由控制量决定。直接由控制量决定。(2)独独立立源源作作为为电电路路中中“激激励励”，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流，而受控源在电路中不能作为而受控源在电路中不能作为

12、“激励激励”。IDSUDS电电阻阻电流源电流源清华大学电路原理教学组一个一个MOSFET可以用四端模型来表示。可以用四端模型来表示。受控源是一个四端元件受控源是一个四端元件控制支路控制支路支路电压支路电压支路电流支路电流受控源受控源受控电压源受控电压源受控电流源受控电流源f(uGS)控制部分控制部分受控部分受控部分uGS清华大学电路原理教学组（1）电流控制的电流源（电流控制的电流源（Current Controlled Current Source）:电流放大倍数电流放大倍数r:转移电阻转移电阻 u1=0i2=i1 u1=0u2=r i12.分类分类（2）电流控制的电压源）电流控制的电压源（C

13、urrent Controlled Voltage Source）CCCS i1+_u2i2_u1i1+_u1i1+_u2CCVS+_ r i1+_u2i2CCVS+_+清华大学电路原理教学组g:转移电导转移电导 :电压放大倍数电压放大倍数 i1=0i2=g u1 i1=0u2=u1(3)电压控制的电流源电压控制的电流源（Voltage Controlled Current Source）(4)电压控制的电压源电压控制的电压源（Voltage Controlled Voltage Source）VCCSgu1+_u2i2+_u1i1_u1i1 u1+_u2i2VCVS+_+清华大学电路原理教学

14、组3.受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较 (1)独独立立源源电电压压（或或电电流流）由由电电源源本本身身决决定定，与与电电路路中中其其他他电电压压、电电流流无无关关，而而受受控控源源电电压压（或或电电流流）直直接接由由控控制制量决定。量决定。(2)独独立立源源作作为为电电路路中中“激激励励（excitation）”，在在电电路路中中产产生生电电压压、电电流流，而而受受控控源源只只是是反反映映电电压压、电电流流之之间间的的控控制关系，在电路中不能作为制关系，在电路中不能作为“激励激励”。返回目录返回目录清华大学电路原理教学组2.3 MOSFET2.3 MOSFETPrescott内核内核P

15、4108个晶体管个晶体管（双极、（双极、MOS）吴刚耳机放大器吴刚耳机放大器日立日立N沟道沟道2SK214型型MOSFETCPU供电电路供电电路中的中的MOSFET最大功率达最大功率达200W的电力的电力MOSFET小：线宽小：线宽0.15 m大：大：10cm清华大学电路原理教学组DSGDSG2n7000一、一、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管金属氧化物半导体场效应晶体管)的结构与符号的结构与符号N沟道增强型沟道增强型MOSFET清华大学电路原理教学组DSGUGSMOSFETUDSIDSUDS=5VIDSUGS截止区截止区(A)UT时，时，MOSFET截止截止改变改变UDS的大小对曲

16、线影响不大的大小对曲线影响不大UGSUT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的电气性质的电气性质清华大学电路原理教学组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/恒流区恒流区输出特性曲线输出特性曲线清华大学电路原理教学组导通后导通后UGSUT+UDS的时候，的时候，MOSFET的的D、S间呈间呈电阻特性电阻特性。清华大学电路原理教学组1 截止区截止区条件：条件：性质：性质：3 三极管区三极管区条件：条件：性质：性质：RON2 饱和区饱和区条件：条件：

17、性质：性质：DSGUGSUDSIDSUSUGSUDSIDSUSUGSUDSIDSUSUGSUDSIDSUSRON三、三、MOSFET的等效电路的等效电路清华大学电路原理教学组四、四、MOSFET的模型的模型开关电阻（开关电阻（SR）模型）模型:截止状态截止状态导通状态导通状态UGSUDSIDSUSRONUGSUDSIDSUSRON清华大学电路原理教学组截止状态截止状态导通状态导通状态UGSUDSIDSUSUGSUDSIDSUS开关电流源（开关电流源（SCR）模型）模型:返回目录返回目录清华大学电路原理教学组2.4 2.4 基尔霍夫定律基尔霍夫定律一一、几个名词、几个名词支路支路 (branch

18、)：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网网孔孔（mesh）：对对平平面面电电路路，每每个个网网眼眼即即为为网网孔孔。网网孔孔是是回回路路，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）清华大学电路原理教学组物理基础：电荷（物理基础：电荷（electric charge）守恒，电流连续性。守恒，电流连续性。i1i4i2i3令电流流出为令电流流出为“+”i1+i2i3+

19、i4=0i1+i3=i2+i47A4Ai110A-12Ai2i1+i210(12)=0 i2=1A 例例 47i1=0 i1=3A 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。刻，流出（流入）任一节点的各支路电流的代数和为零。即即清华大学电路原理教学组KCL的推广的推广ABi=0ABiiABi3i2i1两条支路电流大小相等，两条支路电流大小相等，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。清华大

20、学电路原理教学组选定一个绕行方向：顺时针或逆时针。选定一个绕行方向：顺时针或逆时针。R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4例例取顺时针方向绕行：取顺时针方向绕行：-U1-US1+U2+U3+U4+US4=0-U1+U2+U3+U4=US1-US4 I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4+-+-+-+-三、基尔霍夫电压定律（三、基尔霍夫电压定律（KVL）在在任任何何集集总总参参数数（lumped parameter）电电路路中中，在在任任一一时时刻刻，沿任一闭合路径（按固定绕向沿任一闭合路径（按固定绕

21、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清华大学电路原理教学组AB l1l2UAB(沿沿l1)=UAB (沿沿l2）电位的单值性电位的单值性推推论论：电电路路中中任任意意两两点点间间的的电电压压等等于于两两点点间间任任一一条条路路径径经经过过的的各各元元件件电电压压的的代代数数和和。元元件件电电压压方方向向与与路路径径绕绕行行方方向一致时取正号，相反取负号。向一致时取正号，相反取负号。例例I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_U3U1U2U4+-+-+-+-AB清华大学电路原理教学组KCL，KVL小结：小结：（1）KCL是是对对连

22、连到到节节点点的的支支路路电电流流的的线线性性约约束束，KVL是是对回路中支路电压的线性约束。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表表明明在在每每一一节节点点上上电电荷荷是是守守恒恒的的；KVL是是电电位位单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。清华大学电路原理教学组电路如图示，求电路如图示，求U和和I。解解3+1-2+I=0，I=-2（A）U1=3I=-6（V）U+U1+3-2=0，U=5（V）例例2求下图电

23、路开关求下图电路开关S打开和闭合时的打开和闭合时的 i1 和和 i2 。S打开：打开：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+-返回目录返回目录清华大学电路原理教学组一、电阻等效变换一、电阻等效变换2.5 2.5 电路的等效变换电路的等效变换(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

24、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）：清华大学电路原理教学组等效等效(2)等效电阻（等效电阻（equivalent resistance）Req+_R1RniuRku+_Reqi等效：对等效：对外部电路外部电路 端钮（端钮（terminal）以外以外 效果相同效果相同Req=(R1+R2+Rn)=Rk(3)串联电阻上电压的分配串联电阻上电压的分配+_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清华大学电路原理教学组例例 两个电阻分压（两个电阻分压（voltage division）

25、，），如下图所示。如下图所示。（注意方向注意方向!）（4）功率关系功率关系 p1=R1i 2 ，p2=R2i 2 ，pn=Rni 2 p1:p2:pn=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清华大学电路原理教学组2.电阻并联电阻并联（parallel connection）inR1R2RkRni+ui1i2ik_（1）电路特点电路特点(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电

26、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清华大学电路原理教学组等效等效由由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）等效电导（等效电导（equivalent conductance）GeqGeq+u_i等效电导等于并联的各电导之和。等效电导等于并联的各电导之和。inG1G2GkGni+ui1i2ik_清华大学电路原理教学组（3）并联电阻的分流（并联电阻的分流（current divisi

27、on）由由电流分配与电导成正比电流分配与电导成正比得得 对于两电阻并联，对于两电阻并联，有有R1R2i1i2i清华大学电路原理教学组（4）功率关系功率关系p1=G1u2，p2=G2u2，pn=Gnu2p1:p2:pn=G1:G2 :Gn总功率总功率 p=Gequ2=(G1+G2+Gn)u2 =G1u2+G2u2+Gnu2 =p1+p2+pn清华大学电路原理教学组解解 R=4(2+(36)=2 3 例例12 4 6 R 3 清华大学电路原理教学组 解解 R=(4040)+(303030)=30 例例240 30 30 40 30 R40 40 30 30 30 R清华大学电路原理教学组R1R2R

28、3R4+_uSABuAuB？UAB=0IAB=0(2)已知电流为零的支路可以断开。已知电流为零的支路可以断开。(1)已知电压为零的节点可以短接。已知电压为零的节点可以短接。等电位点等电位点等等电电位位点点之之间间开开路路或或短短路路不不影响电路的电压电流分布。影响电路的电压电流分布。3.平衡电桥平衡电桥清华大学电路原理教学组（1 1）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+u12Yu

29、23Yu31Y4.电阻的电阻的 Y 变换变换清华大学电路原理教学组等效条件等效条件 i1 =i1Y，i2 =i2Y，i3 =i3Y，且且 u12 =u12Y，u23 =u23Y，u31 =u31Y（2 2）Y 电阻电阻等效变换（等效变换（equivalent transformation)的条件的条件 R12R31R23i3 i2 i1 123+u12 u23 u31 R1R2R3i1Yi2Yi3Y123+u12Yu23Yu31Y清华大学电路原理教学组Y接接:用电流表示电压用电流表示电压u12Y=R1i1YR2i2Y 接接:用电压表示电流用电压表示电流i1Y+i2Y+i3Y=0 u23Y=R2

30、i2Y R3i3Y i3 =u31 /R31 u23 /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清华大学电路原理教学组由式由式（2）解得解得i3 =u31 /R31 u23 /R23i2 =u23 /R23 u12 /R12i1 =u12 /R12 u31 /R31（1）(3)根据等效条件，比较式根据等效条件

31、，比较式（3）与式与式（1），得由，得由Y接接接的接的变换结果。变换结果。或或清华大学电路原理教学组类似可得到由类似可得到由 接接 Y接的变换结果接的变换结果 或或清华大学电路原理教学组由由Y 由由 Y 特例特例 若三个电阻相等若三个电阻相等(对称对称)，则有，则有 R =3RY（外大内小（外大内小）13注意注意(1)等效是指对外部（端钮以外）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清华大学电路原理教学组例例 桥桥T电路（电路（bridge-T circuit）1k 1k 1k 1k

32、 RE1/3k 1/3k 1k RE1/3k 1k RE3k 3k 3k 清华大学电路原理教学组解解通常有两种求入端电阻的方法通常有两种求入端电阻的方法 端口加电压求电流法端口加电压求电流法 端口加电流求电压法端口加电流求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阻负电阻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

33、清华大学电路原理教学组等效等效R等效等效=U/I 一个无独立源的二端（一个无独立源的二端（two-terminal）电阻网络可以用一个电电阻网络可以用一个电阻等效阻等效。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；清华大学电路原理教学组二、电源等效变换二、电源等效变换1.理想电压源的串、并联理想电压源的串、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）电压相同的电压源电压相同的电压源才能并联，且每个才能并联，且每个电源的电流不确定。电源的电流

34、不确定。并联并联等效等效等效等效uS2+_+_uS1+_uS+_5VI5V+_+_5VI清华大学电路原理教学组2.理想电流源的串、并联理想电流源的串、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（注意参考方向）。注意参考方向）。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：iS1iS2iSkiS清华大学电路原理教学组例例3例例2例例1iS=iS2 iS1uSiSuSuSiSiSiSuS1iS2iS1uS2清华大学电路原理教学组（1）实际电压源）实际电压源USUU=US Ri II+_

35、USRi+U_RI RiIui0其其外特性曲线如下：外特性曲线如下：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清华大学电路原理教学组（2）实际电流源实际电流源I=iS Gi UGi:电源内电导电源内电导,一般很小。一般很小。Gi+_iSUIISUIGiUui0其其外特性曲线如下外特性曲线如下:清华大学电路原理教学组u=uS Ri ii=iS Giui=uS/Ri u/Ri 通过比较，得等效的条件：通过比较，得等效的条件：iS=uS/Ri ,Gi=1/Rii+_uSRi+u_iGi+u_iS（3）实际电压源和实

36、际电流源模型间的等效变换）实际电压源和实际电流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。伏安关系保持不变。清华大学电路原理教学组由电压源模型变换为电流源模型：由电压源模型变换为电流源模型：等效等效等效等效由电流源模型变换为电压源模型由电流源模型变换为电压源模型i+_uSRi+u_iGi+u_iSiGi+u_iSi+_uSRi+u_清华大学电路原理教学组（2）所谓的所谓的等效等效是对是对外部电路外部电路等效，对等效，对内部电路内部电路是不等效的。是不等效的。注意：注意：开路的电流源可以有电流流过并联电导开

37、路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例例清华大学电路原理教学组应用应用 利用电源转换可以简化电路计算。利用电源转换可以简化电路计算。例例1I=0.5A6A+_U5 5

38、 10V10V+_U55 2A6AU=20V例例25A3 4 7 2AI+_15V_+8V7 7 I清华大学电路原理教学组注注:受控源和独立源一样可以进行电源转换。受控源和独立源一样可以进行电源转换。10V例例3简化电路简化电路1k 1k 0.5I+_UI10V2k+_U+500I-I1.5k 10V+_UIU=1500I+10U=2000I-500I+10清华大学电路原理教学组求图示电路中求图示电路中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解解时，时，Rf 获获最大功率最大功率得得 Rf =Ri即：即：直流电路最大功率传输定理直流电

39、路最大功率传输定理 （maximum power transform theorem）4.最大功率传输最大功率传输返回目录返回目录清华大学电路原理教学组一、运算放大器的电气特性一、运算放大器的电气特性2.6 2.6 运算放大器运算放大器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 清华大学电路原理教学组反相输入反相输入 同相输入同相输入 输出输出 正电源正电源 负电源负电

40、源 电路符号电路符号 2.电路符号电路符号 -+V+V-简化的电路符号简化的电路符号 abo清华大学电路原理教学组3.运算放大器的端电压运算放大器的端电压 a：反相输入端（反相输入端（inverting input），输入电压），输入电压 u-。b：同相同相输入端（输入端（noninverting input），输入电压，输入电压 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清华大学电路原理教

41、学组Usat-UsatUds-Udsuoud0 线性工作区线性工作区|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(开环开环)1.电压比较器电压比较器 清华大学电路原理教学组2.正反馈正反馈 将将Op Amp的输出引到非反相输入端的输出引到非反相输入端-+_uo+_uii-i+正反馈正反馈Op Amp输出端有微小正扰动输出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

42、用虚断仍然适用？清华大学电路原理教学组+-+_uo+_uiRR虚短不再适用虚短不再适用虚断仍然适用虚断仍然适用正反正反馈馈，uo为为Usat或或-Usat设设uoUsat，则则uui 0.5Usat，根据正反，根据正反馈馈的性的性质质，uo变为变为 Usat此此时时uui Usat/2时时，uo维维持持Usat不不变变。一旦一旦ui 0.5Usat，根据正反，根据正反馈馈的性的性质质，uo变为变为 Usatuiuo-Usat/2Usat/2Usat-Usat滞回比较器滞回比较器(Hysteresis Comparator)调整两个电阻调整两个电阻阻值比阻值比可可改变改变滞回宽度滞回宽度0滞回宽

43、度滞回宽度3.滞回比较器滞回比较器 返回目录返回目录清华大学电路原理教学组2.7 2.7 二端口网络二端口网络复习与准备复习与准备 端端口口由由一一对对端端钮钮构构成成，且且满满足足从从一一个个端端钮钮流流入入的的电电流流等等于从另一个端钮流出的电流。于从另一个端钮流出的电流。当一个电路与外部电路通过两个端口连接时称此电路为当一个电路与外部电路通过两个端口连接时称此电路为二端口网络。二端口网络。uii+-i1i2i2i1u1u2+-+-线性线性RLCM受控源受控源清华大学电路原理教学组二端口二端口i2i1i1i2具有公共端的二端口具有公共端的二端口i2i1i1i2四端网络四端网络 i4i3i1

44、i2清华大学电路原理教学组不满足端口条件不满足端口条件1-1 ，2-2 是二端口。是二端口。3-3 ，4-4 不是二端口，不是二端口，是四端网络。是四端网络。例例i1i2i2i1u1+u2+2 21 1Rii1 i2 33 4 4-因为因为清华大学电路原理教学组约定：约定：（1）本章讨论范围）本章讨论范围网网络络内内部部不不含含独独立立源源，网网络络仅仅含含有有线线性性 R、L、C、M与与线线性受控源。本章仅讨论由线性电阻和受控源构成的网络。性受控源。本章仅讨论由线性电阻和受控源构成的网络。（2）参考方向）参考方向线性电阻线性电阻R和受控源和受控源i1i2i2i1u1u2+-+-11 22（3

45、）在在讨讨论论参参数数和和参参数数方方程程时时，电电压压、电电流流用用瞬瞬时时值值u、i或恒定值（直流）符号或恒定值（直流）符号U、I表示。表示。对对以以后后学学习习的的相相量量电电路路模模型型和和运运算算电电路路模模型型，端端口口电压、电流将采用相量或象函数表示。电压、电流将采用相量或象函数表示。清华大学电路原理教学组一、二端口网络的参数和方程一、二端口网络的参数和方程 端口电压、电流关系可由六种不同的方程来表示，即可用端口电压、电流关系可由六种不同的方程来表示，即可用6套套参数描述二端口网络。参数描述二端口网络。+-线性无源线性无源表示端口电压和电流关系的物理量有表示端口电压和电流关系的物

46、理量有4个：个：，清华大学电路原理教学组1.用电压表示电流：用电压表示电流：G参数和方程参数和方程令令矩阵形式矩阵形式+-+-二端口二端口清华大学电路原理教学组G参数的参数的实验测定：实验测定：+-二端口二端口+-二端口二端口自电导自电导自电导自电导转移电导转移电导转移电导转移电导如何进行？如何进行？类比一端口网络端口电导的求法类比一端口网络端口电导的求法称称G为为短路电导参数矩阵。短路电导参数矩阵。+-+-二端口二端口希望用希望用G参数参数表示该二端口表示该二端口加压求流加压求流清华大学电路原理教学组G12=G21互易二端口互易二端口+-二端口二端口+-二端口二端口互易二端口网络互易二端口网

47、络四个参数中四个参数中只有三个是独立的只有三个是独立的。由线性电阻组成的二端口由线性电阻组成的二端口互易定理互易定理互易二端口互易二端口清华大学电路原理教学组例例1 求求G 参数。参数。解解 Gb+Ga Gc Gb+Ga Gc Gb+Ga Gc互易二端口互易二端口法法1清华大学电路原理教学组例例 求求G 参数。参数。解解法法2：端口电压电流关系：端口电压电流关系 Gb+Ga Gc清华大学电路原理教学组对称二端口只有对称二端口只有两个参数是独立两个参数是独立的。的。对称二端口对称二端口G12=G21 G11=G22两个端口互换后外特性一样两个端口互换后外特性一样+-二端口二端口+-二端口二端口G

48、11=G22G12=G21 清华大学电路原理教学组若若 Ga=Gc有有 G12=G21，又又G11=G22，为对称二端口。，为对称二端口。结构对称的二端口结构对称的二端口对称二端口对称二端口（电气对称）（电气对称）Gb+Ga Gc清华大学电路原理教学组2.用电流表示电压：用电流表示电压：R参数和方程参数和方程由由G 参数方程参数方程即即其中其中 =G11G22 G12G21+-+-二端口二端口解出解出清华大学电路原理教学组其矩阵形式为其矩阵形式为称称R为为开路电阻开路电阻参数矩阵。参数矩阵。R参数的实验测定：参数的实验测定：清华大学电路原理教学组互易二端口互易二端口对称二端口对称二端口若若 矩

49、阵矩阵 R 与与 G 非奇异非奇异则则G12=G21G12=G21 G11=G22清华大学电路原理教学组例例 求所示电路的求所示电路的R 参数。参数。Rb+Ra Rc法法1法法2互易二端口互易二端口端口电压电流关系端口电压电流关系清华大学电路原理教学组3.用输出表示输入：用输出表示输入：T参数和方程参数和方程由由(2)得得将将(3)代入代入(1)得得即即如何用如何用u2和和i2来表示来表示u1和和i1？(注意负号）注意负号）令：令：称为传输称为传输参数参数(T)矩阵矩阵清华大学电路原理教学组互易二端口互易二端口对称二端口对称二端口T11 T22-T12 T21=1G12=G21G11=G22则

50、则T11=T22G12=G21T11 T22-T12 T21=1清华大学电路原理教学组T 参数的实验测定：参数的实验测定：开路参数开路参数短路参数短路参数清华大学电路原理教学组例例 求求T参数。参数。+1 2 2 i1u1u2u2+1 2 2 i1i2u1+1 2 2 i1i2u1法法1：法法2：先写出先写出G或或R参数，再解出参数，再解出T参数。参数。法法3：根据根据KCL、KVL列方程并整理。列方程并整理。清华大学电路原理教学组4.H 参数和方程参数和方程H 参数方程参数方程:H 参数也称为混合参数，常用于双极型晶体管等效电路。参数也称为混合参数，常用于双极型晶体管等效电路。+-+-二端口