第2章 高功率电子学相关电路理论
电路各章知识点总结
电路各章知识点总结电路是指由两个或两个以上的元件通过导线或其他电连接物连接而成的电气连接网络。
在电路中，阻抗、电流、电压、功率是电路的基本参数。
1.1 电路的分类根据电路中元件的性质和连接方式，可以将电路分为直流电路和交流电路；根据电路中元件的连接方式，可以将电路分为串联电路、并联电路和混联电路。
1.2 电路基本元件电路中的基本元件有电源、电阻、电容、电感和电子器件等。
其中，电源是提供电路所需电流能量的元件；电阻是消耗电能的元件；电容是存储电能的元件；电感是储存电能的元件；电子器件包括二极管、晶体管、集成电路等，它们能实现电流的调节、放大、开关等功能。
1.3 电路基本参数电流是电子在导体中的移动，是电荷的流动；电压是电荷单位正负极性间的电势差，是推动电流移动的力；阻抗是电路对电流的阻碍程度；功率是单位时间内电路所消耗或发出的能量。
这些参数是电路中的基本物理量，能够全面反映电路的特性。
第二章电路定理电路定理是根据电路中的基本物理原理和数学严密的推导而得出的一些简便方法，用以分析和计算复杂电路中的电流、电压等物理量。
2.1 基尔霍夫定律基尔霍夫定律包括基尔霍夫环路定律和基尔霍夫节点定律。
基尔霍夫环路定律指出沿着任意闭合路径电动势的代数和等于该路径上的电压降的代数和。
基尔霍夫节点定律指出电流在节点处的代数和等于零。
利用这两个定律可以方便地分析复杂电路中的电流、电压等物理量。
2.2 特纳定理特纳定理是电路学的重要定理之一，它指出了电路中任意两点之间的等效电阻等于这两点间的实际电阻的数量积除以这两点间的总电阻。
特纳定理为复杂电路的等效化提供了一种简便的方法。
2.3 负反馈理论负反馈是指将输出信号返回输入端，用以减小输入信号的增益。
利用负反馈可以提高电路的稳定性和线性度，将输出信号与输入信号之比控制在一个较小的范围内，同时还可以减小噪声和失真。
第三章电路分析电路分析是指根据电路的拓扑结构和元件特性，利用数学方法分析电路中各个元件的电流、电压等物理量。
高频电子 第二章(2)
高频电子线路
第二节
第2章
高频电路基础
高频电路中的基本电路
(a)
(b)
(c)
N1
N2
LS
N1 L CS
N2
(a)
(b)
图 2 — 15 高频变压器及其等效电路 (a) 电路符号; (b) 等效电路
高频电子线路
第二节
第2章
高频电路基础
高频电路中的基本电路
图 2 — 16(a)是一中心抽头变压器的示意图。 初 级为两个等匝数的线圈串联, 极性相同， 设初次级匝 比n=N1/N2。 作为理想变压器看待, 线圈间的电压和电 流关系分别为
Q A Z 21 = − j ω 0 C 1 − ξ 2 + A 2 + 2 jξ
根据同样的方法可以得到电容耦合回路的转移阻抗特性为
Z
21
= − jQ ω 0 L
1−ξ
2
A + A 2 + 2 jξ
当 ＝ A 1 ξ＝ 时 I2 达 ， 0 ， 到 最 大 值 ， I2
1 jω C jω C
m ax
高频电子线路
第二节
第2章
高频电路基础
高频电路中的基本电路
＋ 1 RS . ES ＋ － . U1 － 3 . (a)
. I1
＋ 2 ＋ . U2 RL . UL －
RS ＋ . ES － ＋ . U1 － 1
－ . I
. U2
＋ 2 ＋ . U2 － . I RL ＋ . UL －
. I2
4 －
3 －
21 max
1 Q
Z Z
21
=
1 1 1 + ξ 4
4
《功率电子电路》课件
功率电子电路的发展历程
总结词
功率电子电路的发展历程可以分为三个阶段，分别是 晶体管阶段、可关断晶闸管阶段和绝缘栅双极晶体管 阶段。
详细描述
在晶体管阶段，功率电子电路以晶体管为主要器件，主 要用于信号放大和处理。随着可关断晶闸管的问世，功 率电子电路开始进入可关断器件阶段，广泛应用于大功 率的电力控制和传输。随着技术的不断发展，绝缘栅双 极晶体管等新型器件的出现，功率电子电路进入了一个 新的发展阶段，具有更高的开关频率、更低的损耗和更 高的效率。未来，随着新材料和新技术的不断涌现，功 率电子电路将继续向着高效化、小型化和智能化的方向 发展。
系统集成与模块化发展
高集成度芯片的设计与制造
通过将多个电子器件集成在单一芯片上，实现更小体积、更高效率的功率电子电路。
模块化功率电子系统的构建
将多个功能模块集成在一个系统中，实现高效、可靠的大规模功率处理。
能效与可靠性问题
高效能效转换
随着能源需求的日益增长，如何提高 功率电子电路的能效转换成为关键问 题。
使用测量仪器测量电路的性能指标，记录实 验数据和波形。
综合实验项目
开关电源的设计与实现
设计并实现一个开关电源，测试其性能指标 。
电机驱动电路的设计与实现
设计并实现一个电机驱动电路，测试其性能 指标。
功率放大器的设计与实现
设计并实现一个功率放大器，测试其性能指 标。
变频器电路的设计与实现
设计并实现一个变频器电路，测试其性能指 标。
电阻器
01
02
03
电阻器概述
电阻器是一种限流元件， 用于限制电路中的电流大 小，以实现电压的稳定和 调节。
电阻器类型
电阻器主要分为固定电阻 器和可变电阻器两种类型 ，根据电路需求选择合适 的电阻器类型。
第2章-高频电路PPT课件
BW2 21/ 2 1 • BW0.7 6 106 Hz
所以, 要求每一级带宽
BW0.7
6 106 21/ 2 1
9.3 1 06
HZ
同理, 当ｎ＝３时, 要求每一级带宽
BW0.7
6 106 21/3 1
11.8 106
HZ
19
第19页/共75页
根据矩形系数定义, 当Δｆ＝Δｆ0.1时, Ａn／Ａn0＝0.1, 由式（可求得
12
第12页/共75页
解: （忽略ｙre的作用。）因为负载是另一级相同的放大器
YL yie
C
1
02 L
(2
1 30106)2
1.4 106
20pF
C C n12Coe n22Cie
C C n12Coe n22Cie 20 0.52 9.5 0.32 12 16.5pF
13
第13页/共75页
N ( f ) Uo Ui Au Au U00 Ui Au0 Au0
回路有载Ｑ值为
1
2
1
2fQe f0
Qe
0C
g
1
0 Lg
回路通频带即放大器带宽为
BW f0 g
Qe 2C
10
第10页/共75页
电压增益振幅与晶体管参数、 负载电导、回路谐振电导和接入系数有关： (1) 为了增大Ａu0, 应选取|yfe|大, ｇoe小的晶体管。 (2) 为了增大Ａu0, 要求负载电导小, 如果负载是下一级放大器, 则要求其ｇie小。 (3) 回路谐振电导ｇe0越小, Ａu0越大。而ｇe0取决于回路空载Ｑ值Ｑ0, 与Ｑ0成反比。 (4) Ａu0与接入系数ｎ1、ｎ2有关, 但不是单调递增或单调递减关系。由于ｎ1和ｎ2还 会影响回路有载Ｑ值Ｑe, 而Ｑe又将影响通频带,所以ｎ1与ｎ2的选择应全面考虑, 选 取最佳值。
高频电路基础知识PPT课件
晶体管的噪声主要决定于热噪声、散粒噪声和分配 噪声，在很宽的频率范围内随频率变化是很小的。
3）场效应管的噪声
场效应管的噪声主要考虑沟道电阻产生的热噪声。
2.3.2 噪声系数
第2章 高频电路基础知识 15
1）信噪比
电路某处的信号功率与噪声功率之比称为信噪比， 用符号S/N表示。通常用信噪比来表示噪声对信号的影 响，信噪比越大，信号质量越好。
第2章 高频电路基础知识
第2章 高频电路基础知识 2
第2章 高频电路基础知识
2.1 高频电路中的元器件 2.2 天线 2.3 噪声与干扰
第2章 高频电路基础知识 3
2.1 高频电路中的元器件
2.1.1 高频电路中的元件
❖电阻
➢高频电路中的电阻不仅表现有 LR
CR
电阻特性的一面，而且还表现
பைடு நூலகம்
R
有电抗特性的一面（高频特性）。
噪声一般指内部噪声，又分自然和人 为两类。自然噪声有热噪声、散粒噪声和闪 烁噪声等，人为噪声有交流噪声、感应噪声 等。
干扰一般指外部干扰，也分自然和人 为两类。自然干扰有天电干扰、宇宙干扰和 大地干扰等。人为干扰有工业干扰和无线电 台干扰。
第2章 高频电路基础知识 13
2.3.1 电路内部噪声的来源和特性 电路内部噪声的主要来源是电阻的热噪声和放大
➢高频功率管：用于高频信号功率放大，要求有较 大的允许管耗和较大的输出功率。
❖集成电路
➢通用型，如：集成模拟乘法器MC1496、 MC1495等可用于调幅、检波、调频、鉴频等。
➢专用型，如：正交鉴频器5G32，窄带发射集成 电路MC2833，窄带接收集成电路MC3361等。
第2章 高频电路基础知识 8
[高频电子线路].曾兴雯第2章 高频电路基础解读
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0 Lห้องสมุดไป่ตู้1
1 1 L L r LC r r C r
即在电感L的损耗电阻r相同的条件下，回路的品质因 数Q与特性阻抗 成正比。 谐振的物理意义：电容中储存的电能和电感中储存的 磁能周期性的转换，并且储存的最大能量相等。
西安电子科技大学ISN国家重点实验室——付卫红
第2章 高频电路基础
0 1 jQ( ) 0
L Cr
0
式中,
0 是相对于回路中心频率的绝对角频偏，称为失谐。
f f0
2Q
为广义失谐。
西安电子科技大学ISN国家重点实验室——付卫红
第2章 高频电路基础
2.2 高频电路中的基本电路
一、高频振荡回路 R0 R0 Z p 1) 简单振荡回路 2 1 j 1 jQ 0 ① 并联谐振回路（电感、电容并联）
/2 Q1 0 － /2 感性 Q 2 容性 Q 1 ＞Q 2
相频特性的斜率：
Q值越大，斜率越大，曲线越陡 峭。在谐振频率附件，相频特性 呈近似线性关系，且Q值越小， 线性范围越宽。
（d）相频特性
西安电子科技大学ISN国家重点实验室——付卫红
第2章 高频电路基础
2.2 高频电路中的基本电路
一、高频振荡回路 1) 简单振荡回路 ① 并联谐振回路（电感、电容并联）
ZP
一般并联回路用于窄带系统，即此时 与 0 相差不大，则
0 2 02 0 0 2 ( )( ) 2 0 0 0 0 0
Zp R0 R0 2 1 j 1 jQ
定义：使感抗与容抗相等的频率为并联谐振频率 0 ，即令 Z p 的虚部为0，则有：
电路理论知识点总结
电路理论知识点总结电路理论是电子信息类专业的基础课程之一，它是电子科学与技术的基础，是电气工程技术学科的重要基础课程之一。
电路理论是研究电路中电流、电压及其它电学量之间的关系的科学，它是电气工程技术学科中理论研究和应用开发的基础。
电路理论主要涉及电流、电压、电阻、电流的分析、电压的分析等相关的知识，具有一定的复杂性，同时又涵盖了多个学科的知识。
下面就电路理论知识点进行总结。
一、电路基本概念1. 电路的定义和分类电路是指由电源、电器件和电线组成的闭合通路。
根据电路所用的信号性质，电路分为直流电路和交流电路，根据电路中电源的种类，电路分为独立电源电路和非独立电源电路；根据电路的性质，电路还可以分为线性电路和非线性电路。
2. 电压、电流、电阻和功率的概念电压指电路中两点间的电势差，通常用符号U表示，单位是伏特（V）；电流指电荷在单位时间内通过导体的数量，通常用符号I表示，单位是安培（A）；电阻是导体对电流的阻碍程度的物理量，通常用符号R表示，单位是欧姆（Ω）；功率指单位时间内的能量消耗或转化速率，通常用符号P表示，单位是瓦特（W）。
二、基本电路分析方法1. 基尔霍夫定律基尔霍夫定律是电路分析中的基本定律之一，它有两个：基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。
基尔霍夫电流定律是说在电路中，所有流入一个交点的电流总和等于所有流出该交点的电流总和；基尔霍夫电压定律是说在电路中，沿着闭合回路一周，电压升降的代数和等于零。
2. 节点电压法和戴维南定理节点电压法是一种求解电路中节点电压的方法，它是基于基尔霍夫电流定律的，通过引入未知的节点电压来求解电路中的各个支路的电流；戴维南定理是说电路中的任意一个支路，可以根据电压源和电流源的等效电路等效为电压源和串联电阻，从而简化电路。
3. 网孟定理和戈壁定理网孟定理是说在电路中，任意一个网孟可以用一个电压源和串联电阻等效；戈壁定理是说在电路中，任意一个戈壁可以用一个电流源和并联电导等效。
第2章 高功率电子学相关电路理论
(2) (3) (4)
练习：
一个二阶电路，其整个回路等效电感L, 电阻R, 电容C难以测量，通过放电试验， 我们得到放电电流波形，获得tm=10us， Im=1000A，以及（di/dt)t=0=10k A/s, 已知 U0=100V, 求 L, R, C.
2、中间储能和充电
电路方程推导
二阶方程解
第3章
高功率电子学 相关电路理论
高功率电子学相关电路理论
基本电路及参数确定 中间储能电路 陡化技术
陡化开关 陡化电容器 爆炸开关 合成技术
1、基本电路及参数确定
电路方程
重要结论：
1. 增大电压或电容，或减少电感或电阻，可增大放电电流； 2. 电流上升沿（负载电阻电压上升沿）由电压和电感决定：
2
课后练习：
推导上述方程，回答上述问题。
3.1 陡化开关
1、提高气压
由Pachen定律，气压提高到 nP0, d减少到 d0/n, 击穿电压不变，
2 pd
2
aU 02
2 p 1 2 a E aU 0 p p 2p d
2 2
2
2、过电压击穿
U b U , 1
p 气压，一个大气压为单位； d 间隙距离，cm i 通道电流， A a 常数
下次课请同学来推导！
电路方程及代换：
idt di Lm iRu (t ) iRL V0 dt Cm iRL t 2 pd 2 x , = , = V0 aV02 Lm RLCm A , B= RL dx xd x A 1 d B 2 x 2 d x
2pd 2
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由试验波形确定回路参数
• 已知充电电压 U，0 如何从放电
• 电流波形计算回路R, L, C? • 由放电波形可得到：
R
(1)
2L
C
Im I0 f1( )
U0 L/C
f1( )
(2)
tm LC f2 ( )
(3)
T 2 2
(4)
RL
x
2
x
x2d
A dx
d
xd
1 B
0
负载电流 和开关电 压相对值
与相对时 间的关系 曲线
由脉冲上升时间得到的结论
tf
21
pd 2 aV02
2.2 Lm Rl
1. 脉冲上升时间有两部分组成： 2. 首先是开关时间，然后是电t f路时ts 间tc。 3. 如何减少开关时间和电路上升沿时间？ 4. 影响开关时间因素是什么？ 5. 影响电路上升沿时间因素是什么？
第3章
高功率电子学 相关电路理论
高功率电子学相关电路理论
基本电路及参数确定 中间储能电路 陡化技术 陡化开关 陡化电容器 爆炸开关 合成技术
1、基本电路及参数确定
二阶电路方程
① 过阻尼
② 临界阻尼
③ 欠阻尼
④ 无阻尼情况
阻尼系数的影响
两点重要结论
1. 增大电压或电容，或减 少电感或电阻，可增大 放电电流；
R(i,t)
d
2a t i2dt
p0
p 气压，一个大气压为单位；
d 间隙距离，cm
i 通道电流， A
a 常数
下次课请同学来推导！
电路方程及代换：
Lm
di dt
iRu
(t)
iRL
V0
idt Cm
x iRL , = t , = 2 pd 2
V0
aV02
A Lm , B= RLCm
*课后作业：推导上述方程，回答上述问题。
3.1 陡化开关
1、提高气压 由Pachen定律，气压提高到 nP0, d减少到d0/n, 击穿电压不变，
2、过电压击穿
2pd 2
aU
2 0
2p 2d 2
aU
2 0
p
2
a
p E
2
1
p
2pd 2
2pd 2
2pd 2 1
U U , 1 b
aU b2
a U 0 2
1 LC
R2 4L2
练习：
• 一个二阶电路，其整个回路等效电感L, 电阻R, 电容C难以测量， 通过放电试验，我们得到放电电流为欠阻尼波形，获得 tm=14.6us，Im=707A，以及（di/dt)t=0=100×10 E6 A/s, 已知 Uc0=100V, 求 L, R, C.
2、中间储能和充电
陡化技术的应用：超宽带雷达技术
陡化电容器的使用
陡化器使用
3.3 利用爆炸丝(exploding wire)
Marx
负载
爆炸丝电阻变化
3.4 、脉冲合成陡化法
，可在负载上获得最快脉冲上升沿
陡化效果
C 6nF, L 2H , Rl 50, Ls 0.2H
Cp =0 时，tr 90ns
根据上述参数，通过电路 模拟仿真验证陡化效果！
Cp 1.2nF, tr 9ns
陡化效果比较
Voltage on C (kV) P
Load voltage (kV)
20
20
20
16
16
without sharpening
16
Voltage on R (kV)
12
12
12
8
8
8
4
4
4
0
0
0
with sharpening
Time (500 ns/div)
Time (500 ns/div)
a)
b)
a) 锐化电容 CP 和负载电阻 R 上的电压
b) 磁压缩前后负载电阻上的电压波形比较（锐化电容 2 nF）
电路方程推导
C-L-C 谐振电路
C-L-C 谐振充电电路
几陡化方法
• 3.1 陡化开关 • 3.2 陡化电容器 • 3.3 爆炸开关 • 3.4 合成技术
3.1、陡化开关
考虑上升沿的放电电路分析
开关火花电阻模型（见p.68）
R. Rompe 和 W. Weizel 开关火花电阻模型：
aU
2 0
2
3. 2 陡化电容器
常规放电电路
无陡化电容器时，在不考虑开关动作延时情况下，负载电压 上升沿由电压和电感决定（忽略开关导通时间）！
3.2 陡化电容器使用
首先C 对Cp 充电， 当
t
t0
2
时，Vcp
(t0 )
V0
开关S2闭合
选择
Cp
Lm RL2
ip (t0 ) V0 /
Lm
Cp
V0 RL