电子电路第二章 [4]
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电工电子技术基础第二章直流电路分析 ppt课件
结点数 N=4 支路数 B=6
（取其中三个方程）
PPT课件
6
b
列电压方程
I2
abda :
I1
I6
E4 I6R6 I4 R4 I1R1
a I3 I4
R6
c
I5 bcdb :
0 I2R2 I5R5 I6R6
+E3
d R3
adca : I4R4 I5R5 E3 E4 I3R3
对每个结点有
I 0
3. 列写B-（N-1)个KVL电压
方程 对每个回路有
E U
4. 解联立方程组
PPT课件
5
I1 a
b I2
I6
R6
I3 I4
d
+E3
R3
列电流方程
结点a： I3 I4 I1
c 结点b： I1 I6 I2
I5
结点c： I2 I5 I3
结点d： I4 I6 I5
基本思路
对于包含B条支路N个节点的电路，若假 设任一节点作为参考节点，则其余N－1个节点 对于参考节点的电压称为节点电压。节点电压 是一组独立完备的电压变量。以节点电压作为 未知变量并按一定规则列写电路方程的方法称 为节点电压法。一旦解得各节点电压，根据 KVL可解出电路中所有的支路电压，再由电路 各元件的VCR关系可进一步求得各支路电流。
3、会用叠加定理、戴维宁定理求解复杂电路中的电压、电流、功率等。
PPT课件
1
对于简单电路，通过串、并联关系即可 求解。如：
R
R
R
+ E 2R 2R 2R 2R
-
PPT课件
+
电工与电子技术第2章
S t=0 + _ US R
+
−
i
t→∞结束暂态,进入新稳态
uR C
uC 变量值需标明时刻：
uC(0-)、uC(0+)、uC(∞)、uC (t)
例2:求uC(0+)、 iC(0+),设S动作前电路稳定
R2 4 = 12 × = 8V uC (0-) = U S 2+4 R1 + R 2
根据换路定则：uc ( 0 ) = uc ( 0 ) = 8 V
S V R uR
US = 0.5A i L( 0 + ) = i L( 0 − ) = R
uR ( 0 + ) = iL ( 0 + ) × R = 0.5 × 20 = 10V
u(0+ ) = − iL (0+ ) × R0 = 0.5 × 10 × 103 = −5000V
uL (0 + ) = u( 0 + ) − uR (0 + ) = −5000 − 10 = −5010V
RC电路的暂态响应
uC = U 0 e
−t / τ
τ=RC 越大, 暂态过程越长 一阶RC零输入电路的 暂态响应曲线 为RC放电过程
(t ≥ 0) (t＞0) (t＞0)
i C
U0
uR = −Βιβλιοθήκη 0e−t / τU 0 −t / τ i=− e R
t=0
R uR
0 i U0 uC − R − U 0
+
−
t=0-
换 路
t=0+
t
换路前后虽电路不同,但换路后 瞬间uC和iL保持不变。
0 暂态过程
换路定则只对uC和iL,其他电量都会发生突变
+
−
i
t→∞结束暂态,进入新稳态
uR C
uC 变量值需标明时刻：
uC(0-)、uC(0+)、uC(∞)、uC (t)
例2:求uC(0+)、 iC(0+),设S动作前电路稳定
R2 4 = 12 × = 8V uC (0-) = U S 2+4 R1 + R 2
根据换路定则：uc ( 0 ) = uc ( 0 ) = 8 V
S V R uR
US = 0.5A i L( 0 + ) = i L( 0 − ) = R
uR ( 0 + ) = iL ( 0 + ) × R = 0.5 × 20 = 10V
u(0+ ) = − iL (0+ ) × R0 = 0.5 × 10 × 103 = −5000V
uL (0 + ) = u( 0 + ) − uR (0 + ) = −5000 − 10 = −5010V
RC电路的暂态响应
uC = U 0 e
−t / τ
τ=RC 越大, 暂态过程越长 一阶RC零输入电路的 暂态响应曲线 为RC放电过程
(t ≥ 0) (t＞0) (t＞0)
i C
U0
uR = −Βιβλιοθήκη 0e−t / τU 0 −t / τ i=− e R
t=0
R uR
0 i U0 uC − R − U 0
+
−
t=0-
换 路
t=0+
t
换路前后虽电路不同,但换路后 瞬间uC和iL保持不变。
0 暂态过程
换路定则只对uC和iL,其他电量都会发生突变
第二章门电路
1 高电平
0 高电平
由门电路种类等决定
低电平 0
低电平 1
正逻辑体制
负逻辑体制
路 门 电
门电路分类：
路分 立 元 件 门 电
因其体积大，可靠性低等缺点，现已不用
TTL (Transistor-Transistor Logic Integrated Circuit )
晶体管-晶体管逻辑集成电路 双极型
缓，趋于“饱和”。 ③ 截止区：条件VBE = 0V, iB = 0, iC = 0, c—e间“断开” 。
iC f (VCE )
三、双极型三极管的基本开关电路
只要参数合理： VI=VIL时，T截止VO=VOH VI=VIH时，T导通，VO=VOL
工作状态分析：
(1) 设VI VIL 0, 则VBE VTH
结电容（D和T）的存在，和分布电容的影响
二、电源的动态尖峰电流
ICCL
iB1 iC2
VCC vB1 VCC vC2
R1
R2
5 4
2.1 103
51 1.6 103
3.2mA
ICCH
iB1
VCC vB1 R1
5 0.9 4 103
1mA
2、动态尖峰电流
A BY 0 00 0 10 1 00 1 11
2.1.3 二极管或门
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
VIL=0V 二极管导通时 VTH=0.7V
A BY
0V 0V 0V
规定2.3V以上为1
0V 3V 2.3V
3V 0V 2.3V 0V以下为0
3V 3V 2.3V
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第六章 低频功率放大器
§6—1 功率放大器的基本要求及分类 §6—2 OTL和OCL功率放大器 §6—3 集成功率放大器
Hale Waihona Puke 第七章 直流稳压电源§7—1 整流电路 §7—2 滤波电路 §7—3 分立元件组成的直流稳压电源 §7—4 集成稳压器 §7—5 开关型直流稳压电源
第八章 晶闸管及其应用 §8—1 普通晶闸管 §8—2 晶闸管可控整流电路 §8—3 特殊晶闸管及其应用
谢谢 THANKS
目录
第一章 二极管和三极管
§1—1 二极管 §1—2 三极管
第二章 放大器基础
§2—1 §2—2 §2—3 §2—4 §2—5
共射放大器 共集放大器和共基放大器 场效应管放大器 多级放大器 差分放大器和集成运算放大器
第三章 放大器中的负反馈
§3—1 反馈的基本概念 §3—2 负反馈对放大器性能的影响 §3—3 四种负反馈放大器性能分析
第四章 集成运算放大器的应用
§4—1 集成运放的主要参数和工作特点 §4—2 信号运算电路 §4—3 集成运放的非线性应用 §4—4 使用集成运放应注意的问题
目录
第五章 波形发生器
§5—1 选频放大器与正弦波振荡器 §5—2 LC振荡器 §5—3 石英晶体振荡器 §5—4 RC桥式振荡器 §5—5 非正弦波发生器
§6—1 功率放大器的基本要求及分类 §6—2 OTL和OCL功率放大器 §6—3 集成功率放大器
Hale Waihona Puke 第七章 直流稳压电源§7—1 整流电路 §7—2 滤波电路 §7—3 分立元件组成的直流稳压电源 §7—4 集成稳压器 §7—5 开关型直流稳压电源
第八章 晶闸管及其应用 §8—1 普通晶闸管 §8—2 晶闸管可控整流电路 §8—3 特殊晶闸管及其应用
谢谢 THANKS
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第一章 二极管和三极管
§1—1 二极管 §1—2 三极管
第二章 放大器基础
§2—1 §2—2 §2—3 §2—4 §2—5
共射放大器 共集放大器和共基放大器 场效应管放大器 多级放大器 差分放大器和集成运算放大器
第三章 放大器中的负反馈
§3—1 反馈的基本概念 §3—2 负反馈对放大器性能的影响 §3—3 四种负反馈放大器性能分析
第四章 集成运算放大器的应用
§4—1 集成运放的主要参数和工作特点 §4—2 信号运算电路 §4—3 集成运放的非线性应用 §4—4 使用集成运放应注意的问题
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第五章 波形发生器
§5—1 选频放大器与正弦波振荡器 §5—2 LC振荡器 §5—3 石英晶体振荡器 §5—4 RC桥式振荡器 §5—5 非正弦波发生器
电子技术基础第二章 基本放大电路
图2.3.4 基本共 （2）输出电路方程：uCE=VCC-iCRc
图2.3.5 用图解法求解静态工作点和电压放大倍数
二、电压放大倍数的分析 当加入输入信号△uI时，输入回路方程为 uBE=VBB+ △uI-iBRb
Q点高，同样的△uI产生的△iB越大，因而Au大。 Rc变化时，影响负载线的斜率，从而影响Au的大小。
图2.1.1 扩音机示意图
2.1.2
放大电路的性能指标
图2.1.2 放大电路 的示意图
一、放大倍数
二、输入电阻
三、输出电阻
根据图2.1.2有
输入电阻和输出电阻是影响多级放大电路 连接的重要参数。
图2.1.3
两个放大电路的连接
四、 通频带
通频带用于衡量放大电路对不同频率 信号的放大能力。
图2.1.4 fbw=fH-fL
2、输入电阻Ri 3、输出电阻Ro 分析输出电阻，也可令其信号源电压 ，但 保留其内阻Rs。然后在输出端加一正弦波测试信 号Uo，必然产生动态电流Io， 为恒压源，其内 阻为0，且 =0时， =0， =0，所以
2.4
放大电路工作点的稳定
2.4.1 静态工作点稳定的必要性
图2.4.1
2.4.2 典型的静态工作点稳定电路 一、电路组成和Q点稳定原理
图2.4.2 静态工作点稳定电路 (a) 直接耦合 (b) 阻容耦合 (c) 直流通路
B点的电流方程为 I2=I1+IBQ 一般选择 I1» IBQ 所以, I2I1 B点电位为
五、非线性失真系数
六、最大不失真输出电压
当输入电压再增大就会使输出波形 产生非线性失真时的输出电压。此时的 非线性失真系数要被定义，如10%。
七、最大输出功率与效率
电工电子技术第二章
L
di dt
代入上式得
L diL dt
RiL
US
(2-16)
式（2-16）为一阶线性常系数非齐次微分方程，解此方程可得
iL (t)
US R
(1
t
e
)
iL ()(1
t
e
)（
t 0）
（2-17）
其中 L 是电路的时间常数
R
电阻上的电压
Rt
uR (t) RiL US (1 e L ) （ t 0 ）
已在稳t=定0时，将则开L相关当闭于合短，路iL (0，) 此 iL时(0电) 感IS中的电流，为此iL时(0，) 电IS感元。
件储有能量。它将通R过 放电，从而产生电压和电流，如图
2-7（b）所示。
可见，电感电流和电感电压都是从初始值开始。随时间按同
一
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2.2 一阶电路的零输入响应
一阶电路中仅有一个储能元件（电感或电容），如果在换路 瞬间储能元件原来就有能量储存，那么即使电路中并无外施 电源存在，换路后电路中仍有电压、电流。这是因为储能元 件所储存的能量要通过电路中的电阻以热能的形式放出。
2.2.1RC电路的零输入响应
电路如图2-3所示，开关S在位置1时，电容C已被电源充电到 U0，若在时把开关从位置1打到位置2，则电容C与电阻R相联 接，独立电源US 不再作用于电路，此时根据换路定律，有， 电容C将通过电阻R放电，电路中的响应完全由电容电压的初
2.1换路定律及电路初始条件的确定
前面各章所研究的电路，无论是直流电路，还是周期性交流电 路，所有的激励和响应，在一定的时间内都是恒定不变或按周 期规律变动的，这种工作状态称为稳定状态，简称稳态。然而， 实际电路经常可能发生开关的通断、元件参数的变化、连接方 式的改变等情况，这些情况统称为换路。电路发生换路时，通 常要引起电路稳定状态的改变，电路要从一个稳态进入另一个 稳态。 由于换路引起的稳定状态的改变，必然伴随着能量的改变。在 含有电容、电感储能元件的电路中，这些元件上能量的积累和 释放需要一定的时间。如果储能的变化是即时完成的，这就意 味着功率为无限大，这在实际上是不可能的。也就是说，储能 不可能跃变，需要有一个过渡过程。这就是所谓的动态过程。 实际电路中的过渡过程往往是短暂的，故又称为暂态过程，简 称暂态。
电子课件-《电工学(少学时)(第二版)》-A02-4077 §4-2
第二章 单相交流电路
1. 电感的基础知识
电感量 电感量是反映电感器抗拒电流变化能力的一个物理量, 它在数值上等于当电流以1安培/秒的变化速率通过电感器时， 它能产生多少伏特的感应电动势。 电感量用符号L表示，单位是亨利，用字母H表示。实 际常取毫亨（ ）和微亨（ ）作为电感量的单位，换算关系 如下：
R U 2 220 2 484Ω P 100
3．白炽灯的有功功率为
P U 2 220 2 100 W P 484
第二章 单相交流电路
二、纯电感交流电路
在日常生活经常用到的智能手机、计算 机中都应用到电感器
第二章 单相交流电路
电感器是由铜导线绕成的圆筒状线圈， 线圈内腔有空的，也有铁芯或铁氧体芯。
QC
UI
I2XCU2 XC第二章 单相交流电路6. 电容器的简易测量
第二章 单相交流电路
1法拉=106 微法=109纳法 = 1012皮法 1F =106μF =109nF= 1012 pF
第二章 单相交流电路
3.容抗—电容对交流电的阻碍作用 当电容器外接交流电时，电源与电容器之间不断 地充电和放电，电容器对交流电也会有阻碍作用， 我们把电容对交流电的阻碍作用称为容抗，用XC表 示，容抗的单位也是欧姆（Ω）。容抗的计算式为：
电感的感抗与频率的关系可以简单概括为：“通直流， 阻交流，通低频，阻高频”，因此电感也称为低通元件。
第二章 单相交流电路
2. 电流与电压的关系
纯电感电路欧姆定律的表达式：
I U
XL
感抗只是电压与电流最大值或有效值的比值，
而不是电压与电流瞬时值的比值，即 这是因为u和i的相位不同。
XL
u i
，
第二章 单相交流电路
第2章 正弦交流电路
同相反相的概念
同相:相位相同，相位差为零。 反相:相位相反，相位差为180°。 下面图中是三个正弦电流波形。 i1与 i2 同相， i1与 i3反相。
i
i1 i2
O
i3
ωt
总 结
描述正弦量的三个特征量：
幅值、频率、初相位
9
电气与自动化工程学院
2.2 正弦量的相量表示法
正弦量的表示方法：
★ 三角函数式： i
相位 表示正弦量的变化进程，也称相位角。 初相位 t =0时的相位。
i I m sint 相位： t 初相位： 0
i I m sin t
相位：
i
O
t
i
t
说 明
初相位：
ψ
t
初相位给出了观察正弦波的起点或参考点。
7
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相位差
两个同频率的正弦量的相位之差或初相位之差称为相位差。 正弦交流电路中电压和电流的频率是相同的，但初相不 一定相同，设电路中电压和电流为：
26
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2.3.3 电容元件的交流电路 电压电流关系
对于电容电路：
dq du i C dt dt
i
＋
如果电容两端加正弦电压：
u
_
C
u Um sin t
则：
注意u 和i的参考方向！
dU m sint i C CUm cost CUm sin t 90 I m sin t 90 dt
2.1.1 频率和周期
正弦量变化一次所需要的时间（秒）称为周期（T）。 每秒内变化的次数称为频率（ f ），单位是赫兹（Hz）。
u i
频率是周期的倒数:
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2V
2 CC
πRL
12
2012-12-4
北京航空航天大学202教研室
2.5.2.4 效率
最大效率为：
max
Po max P E max
4
78 . 5 %
2.5.2.5 最大平均管耗与最大输出功率的关系
PT1 max 0 . 2 Po max
可见只要选择功耗为输出功率五分之一的管子
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16
根据上面两个条件有：
1 2 n 1
( V Tk ln
k 1
i Ck I Sk
n
) CW ( V Tk ln
k 1
2
i Ck I Sk
) CCW
1 2
n
1
( ln
k 1
i Ck I Sk
n
) CW ( ln
k 1
2
i Ck I Sk
2. 双电源供电。 3. 输入输出端不加隔直电容。 T2 -VEE
2012-12-4 北京航空航天大学202教研室 4
vi
iL
RL
vo
静态分析：
ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V T1 ic1
+VEE
因此，不需要隔直电容。
动态分析： vi > 0V T1导通，T2截止 iL= ic1 ; T1截止，T2导通 vi
A id 1 I E1 I I E2 I
N级电流增益单元级联的 总电流增益：
A id 1
n
I Ej I
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j 1
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23
一象限乘除器：
i z i y i x io
io
iziy ix
2012-12-4
北京航空航天大学202教研室
功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如 使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。 例1： 扩音系统
信 号 提 取
电 压 放 大
功 率 放 大
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1
例2：温度控制 R3 b + + - A uo1
R1 R1-R3:标准电阻 Ua : 基准电压 Rt :热敏电阻 A：电压放大器 R2 a
24
两象限乘除器和可变增益电流放大器
iC 1iC 4 iC 2 iC 3
(1 w ) I E (1 x ) I (1 w ) I E (1 x ) I
得到：
w x
2 xI
i Od (1 w ) I E (1 w ) I E 2 wI
E E
2012-12-4
考虑TL回路中发射区面积之比时：
( 1 Ak i Ck ) CW ( 1 Ak i Ck ) CCW
( J ) CW ( J ) CCW
式中λ为发射区面积比例系数：
( A k ) CW ( A k ) CCW
2012-12-4
北京航空航天大学202教研室
2.6.5.5 动态电流镜的电流存储和转移功能 2.6.5.6 电流模电路技术特长的限制 受限于前置（输入V－I变换器） 后置（输出I－V变换器）电路
电流拷贝器
2012-12-4
北京航空航天大学202教研室
29
i Ck Ak
恰好是发射极电流密度，于是可以用最简明紧凑 的形式来表达TL回路原理
( J ) CW ( J ) CCW
在含有偶数个正偏发射结、且顺时针方向结的数量与逆时针 方向结的数量相等的闭环回路中，顺时针方向发射极电流密度 之积等于逆时针方向发射极电流密度之积。
2012-12-4 北京航空航天大学202教研室 18
可见 Aid决定于TL回路中的差模输出对管偏流IE与输入对管 偏流I之比，改变偏流I或IE即可改变Aid
2012-12-4
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26
两级可变增益电流放大器：
2012-12-4
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27
2.6.5 电流模电路的特点 2.6.5.1 阻抗电平区别
理想电流放大器应该具有零输入阻抗和无穷大输出阻抗。
2
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北京航空航天大学202教研室
20
当|iI|<<IB时，可以简化为：
iC1 I B 1 2 iI
iC 2 I B
1 2
iI
当|iI|>>IB时，可以简化为：
iC 1 0
iC 2 i I
用输入电流分配系数δ来表示，则：
iC 1 I B i I
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10
2.5.2.2 单管最大平均管耗
设：v o
PT1 1 2 V CC 1 2
V om sin t
[
0
(V CC v O )
vO RL
d ( t )
2 2
1 2
0
[( V CC V om sin t ) 1 RL V CC V om
功 放 uo
Rt
温控室 温度调节 过程
室温T T
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加 热 元 件
Rt
Ub
UO1
UO
2
2.5 乙类推挽输出级 电路与功率放大器
2.5.1 乙类推挽输出级的工作原理
2012-12-4
北京航空航天大学202教研室
3
工作原理（设vi为正弦波）
T1
+VCC
电路的结构特点： 1. 由NPN型、PNP型三极管构成 两个对称的射极输出器对接而 成。
RL
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11
2.5.2.3 直流电源供给的功率
I1
1 2π
π
V CC RL
sin t d ( t )
V CC πR L
0
I 2 I1
V CC πRL
两个电源提供的总功率为：
PE PE 1 PE 2 2V CC
V CC πRL
差模输出电流：
i Od (1 x )( I I E ) (1 x )( I I E ) 2 x(I I E )
差模电流增益：
A id i Od id I IE I 1 IE I
北京航空航天大学202教研室 22
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两级电流放大器 差模电流增益：
) CCW
1 2
n
1
(
k 1
i Ck I Sk
n
) CW (
2
i Ck I Sk
k 1
) CCW
2012-12-4
北京航空航天大学202教研室
17
令：
I Sk A k J Sk
1 n 1
有： 式中
(
k 1
2
i Ck Ak
n
) CW (
2
i Ck Ak
k 1
) CCW
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北京航空航天大学202教研室
15
2.6.3 跨导线性（TL）回路原理
v BE 2 v BE 4 v BE 3 v BE 1 0
V T j ln
j 1 n
i Cj I Sj
0
n
消去VT得：
ln
j 1
i Cj I Sj
0
TL回路必须满足两个条件： （1）在TL回路中必须由偶数个正偏发射结 （2）顺时针方向和逆时针方向得正偏结数量 必须相等。
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8
变压器耦合功率放大器：
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北京航空航天大学202教研室
9
2.5.2 输出功率，管耗和效率的分析计算 2.5.2.1 输出功率Po
Po I oV o
Po max I cm 2 V cem 2 V CC 2RL
2
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1 2
IB iI
{[(
iI 2IB
1
)
2
1 ] 2 1}
i C 2 I B (1 ) i I
21
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2.6.4.2 吉尔伯特电流增益单元及多级电流放大器
差模输入电流：
i Id (1 x ) I (1 x ) I 2 xI
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乙类放大的特点：
(1) 静态电流 ICQ、IBQ等于零；
(2) 每管导通时间等于半个周期 ；
(3) 存在交越失真。
+VCC
T1
vi T2
iL RL -VEE
vo
2012-12-4
北京航空航天大学202教研室
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减小交越失真的方法：为T1，T2提供较小的初始静态偏置电流 用D1，D2为T1，T2 提供偏置电压，可知 如果D1，D2和T1，T2 的发射结参数相同则 ID1=ID2=IE1=IE2 这种电路称为甲乙类互补 推挽放大器，因静态电流 小，在输出功率，功耗和 效率上与乙类十分相近
V om RL d ( t )
V CC V om RL 1 4
sin t
2
V om RL
sin t ] d ( t )