电路分析与电子电路基础电路复习北邮计算机解读课件.ppt

1、第一章电路模型与基尔霍夫定律第二章电阻电路的基本分析方法与定理第三章动态电路的时域分析第四章正弦稳态电路的分析第五章基本半导体器件第六章基本放大电路第七章集成运算放大电路第八章负反馈放大电路第九章直流稳压电源第十章波形产生与整形电路X电路与电子学基础1-1 电路与电路模型1-2 电路分析中的基本变量1、电流、电压及它们的参考方向2、关联参考方向3、功率X1-3 基尔霍夫定律1、KCL（节点或封闭面）2、KVL1-4 直流电路的基本元件电阻、独立源（理想、实际）、受控源第一章 电路模型与基尔霍夫定律基尔霍夫电流定律(KCL)ii?入出0123?iii321iii?对于任一集总电路中的任一节点，在

2、任一时刻，流入（或流出）该该节点的所有支路电流的代数和为零。1()0bkki t?3i2i1iXKCL 也适用于广义节点（封闭面）。基尔霍夫电压定律基尔霍夫电压定律(KVL)1()0bkku t?uu?降升1234=uuuu?对任一集总电路中的任一回路，在任一时刻，沿该回路的所有支路电压降的代数和为零：X1234 0uuuu?顺时针即：+-+-+-+-1u2u3u4u 2-1 等效的概念及等效变换分析1、电阻的串联与分压公式2、电阻的并联与分流公式3、电源的等效变换X2-2 复杂电路的系统分析方法1、支路电流法2、节点电压法第二章 电阻电路的基本分析方法与定理2-3 电路分析基本定理1、叠加定

3、理2、替代定理3、戴维南定理和诺顿定理4、最大功率传输定理5、对偶特性Xissu Rsuu0ssuuiR?ssiiu R?isiu0ssi R对外电路等效：对外VCR曲线完全相同。sssui R?sssiu R?iRsR+-suu+-电压源外电路iRsR+-u电流源外电路si实际电压源实际电流源实际电压源实际电压源/实际电流源实际电流源节点电压法的列写规则X节点电压法的列写规则：本节点电压乘以本节点自电导，加上相邻节点电压乘以本节点与相邻节点之间的互电导，等于流入本节点所有电流源电流的代数和。11 112211121 12222221 122n nsn nsnnnn nsnnG uG uG u

4、iG uG uG uiG uG uG ui?节点电压法的几种特殊情况（1）若支路为电压源与电阻串联，则可等效为电流源与电阻并联。（2）若电路中含有电流源与电阻串联的支路，则在列节点方程时不考虑此电阻。（3）若电路中含有理想电压源支路，则设其支路电流i为未知量，同时增列一个电压源支路电压与相关节点电压的方程。（4）当电路中含有受控源时，把受控源当作独立源对待，按一般规则列写独立节点电压方程。设法 以节点电压表示受控源的控制量，即每个控制量对应一个辅助方程。叠加定理叠加定理：在由线性电阻、线性受控源和独立电源组成的电路中，任一元件的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该

5、元件产生的电流(或电压)的代数和。单独作用的含义：指某一独立源作用时，其他独立源不作用，即置零。即独立电压源短路，独立电流源开路。X戴维宁定理与诺顿定理Xiab+-uNu+-+-iabeqRocuN+-abocuN0ababeqRR?u+-iscieqRNabsci的计算简单电阻电路情况，用串并联。含受控电源的情况eqR戴维宁等效电阻的计算eqR?X外加电压法开路电压短路电流法 equRi?u?i0N外加电压法ocscequRi?abN+-ocuabNsci开路电压短路电流法2ocmax4LequPR?此时负载得到的最大功率为：由线性含源二端网络传递给可变负载 的功率为最大的条件是：负载 应与

6、戴维宁等效电阻相等。X最大功率传输定理LReqRNBu?LRAieqR?ocu?uLR?i?3-2 动态元件的基本特性1、电容元件2、电感元件X3-4 一阶电路的零输入响应1、一阶RC电路的零输入响应2、一阶RL电路的零输入响应第三章 动态电路的时域分析3-5 一阶电路的零状态响应1、一阶RC电路的零状态响应2、一阶RL电路的零状态响应3-6 一阶电路的全响应3-7 一阶电路的三要素法3-7 换路定则及初始值的确定初始值：在换路的瞬间，电路中的某些电量会突然发生变化，而换路后这一瞬间这些电量的值称为初始值。X初始值计算初始值的步骤：1、画出 等效电路，其中，在直流激励下的电容相当于开路，电感相

7、当于短路，并根据该电路计算初始状态和；2、根据换路定则，；3、画出 等效电路，其中电容用电压值为的电压源代替，电感用电流值为的电流源代替；4、根据 等效电路，用分析直流的方法计算电路中其他变量的初始值。()(),CCuu?00()()LLii?00?0()Cu?0()Li?0?0()Cu?0()Li?0?0零状态响应(z.s.r)：动态元件的初始储能为零时，仅由外加激励引起的响应（充电过程）。零输入响应(z.i.r)：外加激励为零时，仅由动态元件的非零初始状态引起的响应（放电过程）。全响应：动态元件处于非零初始状态时，电路在外加激励作用下的响应，是零输入响应与零状态响应之和。X稳态响应：电路达

8、到新的稳定状态时一直存在的响应。暂态响应：具有指数形式，随着时间增长逐渐趋于零的响应。响应的强制分量：形式由激励决定的那部分响应。响应的自由分量：形式由电路结构和元件参数决定的那部分响应。零输入响应?.(0)0?tz i rytyet?X不仅适用于状态变量，也适用于非状态变量。?.()(1 e)0?tz s rytyt?只适用于状态变量。零状态响应X一阶电路的三要素法一阶电路的三要素法.()(0)e0tz i rytyt?.()()(1 e)0tz s rytyt?()()(0)()e0ty tyyyt?在直流激励下，需要求一阶动态电路中任一支路的电压、电流时，只需知道待求量的 初始值、稳态值

9、和电路的时间常数三个量就能够求得该量的解，这种方法就成为三要素法。暂态响应稳态响应不仅适用于状态变量，也适用于非状态变量。对于状态变量RC?时间常数：电压、电流衰减的快慢取决于时间常数的大小，?越大，衰减越慢，反之则越快。X时间常数 LR?计算方法：根据电路，利用公式和计算。对于复杂电路，利用戴维南定理或诺顿定理将除动态元件以外的电路用戴维南等效电路或诺顿等效电路替代，由此可以确定R为戴维南等效电阻或诺顿等效电阻。RC?L R?4-1 正弦稳态信号基本概念1、正弦信号的有效值2、正弦信号的相位差X4-2 正弦信号的相量表示法1、正弦信号的相量表示第四章 正弦稳态电路的分析4-3 正弦电路的相量

10、分析法1、相量形式的KCL、KVL2、电阻、电感、电容元件的相量模型3、相量欧姆定理的一般形式、阻抗和导纳4-4 正弦电路的功率1、瞬时功率2、平均功率（有功功率）和无功功率3、视在功率与功率因数X4-7 RLC电路的谐振1、RLC串联谐振2、RLC并联谐振第四章 正弦稳态电路的分析4-6 传输函数与滤波的基本知识正弦信号的有效值正弦信号的有效值201 ()dTFft tT?X周期性电流的有效值等于周期性电流瞬时值的平方在一个周期内的平均值再取平方根，即 方均根值。()f tmm70702III.?)cos()(utUtu?m)cos()(itIti?mmm0.7072UUU?正弦电流信号的有

11、效值()i t正弦电压信号的有效值()u t任一正弦信号的有效值总为其振幅的 0.707倍。电路中的量符号表示示例符号说明纯直流量，变量名与角标都大写纯交流量，变量名与角标都小写正弦信号的振幅,或者,变量名大写，角标是m有效值，或者，变量名大写，或变量名大写角标小写有效值/振幅相量，或者,变量名大写，头部带点带直流分量的交流总量，变量名小写，角标大写BIBUbibuIUbIbUI&U&BiBu常用电路变量符号表示mI&mU&mImUbmIbmU两个同频率的正弦量：?定义相位差：121212()()tt?120?120?12?122?二者同相二者反相正弦信号的相位差)cos()(2m22?tFt

12、f)cos()(1m11?tFtf二者正交X120?1()f t12?超前相位2()f t1()f t12?滞后相位2()f tm 0 0?，II相量形式的KCL：m0 0UU?，X相量形式的KVL：电阻元件的复数欧姆定律（相量形式）：RmRmURI?RRURI?RmRUU（）?RRmRII（）RmURmIiu?o+1+j电容元件的复数欧姆定律（相量形式）：CmCmIj CU?CCIj CU?Cj?1()CmCUU()CmCIICmUCmIu?90O+1+j()LmLUU?()LmLIILj?LmLmUjLI?LLUjLI?电感元件的复数欧姆定律（相量形式）：LmULmIi?90o+1+j U

13、ZI?支路的阻抗：（单位：欧姆）一个无源线性支路，在关联参考方向下：串联阻抗：并联导纳：?nkkZZ1?nkkYY11 YZ?支路的导纳：（单位：西门子）IU?根据KCL、KVL、欧姆定律及电路元件 VCR的相量形式，运用相量并引用阻抗和导纳，则正弦稳态电路的计算可以仿照电阻电路的处理方法进行。这种利用相量对正弦稳态电路进行分析的方法称为相量法。相量分析方法相量分析方法时域模型?相量模型m()UUm()IICj 1?Lj?R)(tu)(tiRLC?X相量法解题步骤(1)写出已知正弦量的相量。(2)作出原电路的相量模型，求出电路中各相量间的关系。(3)根据所求得的相量，写出相应的正弦量。X相量分

14、析方法X相量图法相量图法相量图法：先定性地画出相量图，然后根据图形特征解决问题的一种方法。有时只需计算有效值和相位差，对这类问题，更适合于用相量图法求解。(1)串联电路通常以电流作为参考相量，并联电路通常以电压作为参考相量，参考相量初相为零。(2)测量仪表的读数为有效值。(3)根据电路元件的VCR确定各相量间的相位关系。(4)根据实部、虚部的正负确定相量所在的象限，从而确定相位角。功率X()()()p tu t i t?瞬时功率，关联参考方向时：平均功率:单位：W（瓦特）支路的平均功率实际上是描述电阻成分所消耗的功率。无功功率：sinuiQUI?单位：VAR（乏）无功功率仅与支路中的等效电抗成

15、分有关，反映了支路电抗成分与外电路交换能量的最大速度。视在功率：单位：伏安(VA)UIIUS?mm21cosuiPS?电路的功率因数：cos?uiPUI?5-1 半导体基本理论1、P型半导体和N型半导体2、PN结X5-3 晶体三极管1、工作原理2、特性曲线3、低频小信号电路模型第五章 基本半导体器件5-2 晶体二极管1、工作原理及伏安特性2、稳压二极管 N型半导体：在本征半导体中掺入五价元素（如磷、锑）后会出现多余电子，从而形成以自由电子为主的载流子，空穴为少数载流子，这种半导体叫做N型半导体。P型半导体：在本征半导体中掺入三价元素（如硼、铟等），形成多余空穴，从而形成以空穴为主的载流子，电子

16、为少数载流子，这种半导体叫做P型半导体。三价杂质原子的空穴被填补后变成负离子五价杂质原子缺少自由电子后变成正离子PN结?P区N区空间电荷区内电场内电场方向由于浓度差，N区的多子（电子）向P区扩散，从而形成带正电的区域。同样，P区的多子（空穴）向N区扩散，使得P区有多余的电子，从而形成带负电荷的区域。最终在PN结处形成空间电荷区（N正P负），该电荷区形成内电场，方向由N区指向P区，正好阻止扩散的继续。随着扩散的继续，内电场也逐渐加强，最终达到扩散与阻止扩散的平衡状态，于是空间电荷区的宽度稳定下来，可以认为载流子被耗尽，因此空间电荷区也称为耗尽层。PN结加正向电压结加正向电压正向导通正向导通?如果

17、在PN结的两端外加电压，将破坏原来的平衡状态，半导体器件上施加的外电压称为偏置电压。?当电源正极接到PN结的P端，负极接到PN结的N端，称为正向偏置电压。此时外加电场与内电场方向相反，将多数载流子推向空间电荷区，外加电场削弱了内电场（耗尽层变窄），引起载流子的扩散运动持续进行，从而形成正向电流，PN结导通。PN结加反向电压反向截止?当电源正极接到PN结的N端，负极接到PN结的P端，称为反向偏置电压。此时外加电场与内电场方向相同，使内电场加强（耗尽层变宽），进一步阻止载流子的扩散，阻止电流的形成，PN结处于截止状态。2.二极管的伏安特性(正向特性)当正向电压很小，不足以克服PN结内电场的影响是，

18、二极管呈现很高的电阻特性，其正向特性的起始电流几乎为零，该段区域称为死区；随着外加正向偏置电压的升高，当电压足以克服内电场的影响时，正向电流开始上升，二极管开始导通；正向导通电压：一般按照硅管0.7V。I(mA)0.6UBR10020U(V)-2IS外加正向偏置电压超过死区电压后，二极管内电场被大大削弱，正向电流增长很快，与正向偏置电压近似成正比，伏安特性曲线近似成一条直线，该段区域称为线性区；反向截止；反向击穿；?稳压二极管稳压二极管工作在击穿区。由于齐纳击穿效应，在维持一定的电流条件下，二极管的反向偏置电压会稳定在一个固定数值，当反向偏置电压撤销后，能恢复原来状态。主要用于电压限制和调整，

19、也可作为电路的过电压保护器件。稳压二极管的电路符号：三极管的工作原理?对发射结（be结）施加正向偏置电压，be结导通，大量自由电子因扩散运动越过发射结到达基区，产生由e向b的电子流。发射区不断从电源得到补充电子，持续扩散运动形成发射极电。bce5V1VBICIEIP?NN基极b集电极e发射极cb-e结内电场b-c结内电场?EI?对集电结（bc结）施加反向偏置电压，集电极就具有很强的a电子吸收能力。?由于基区很薄，由发射区到达基区的电子小部分被基极空穴复合，由于基区接电源正极，电源将电子吸收，相当于电源向基区持续提供空穴，形成基极电流。BI发射极集电极三极管的工作原理bce5V1VBICIEIP

20、?NN基极b集电极e发射极cb-e结内电场b-c结内电场?在一定范围内，集电极电流与基极电流保持了比较固定的比例关系，在此范围内，基极电流越大，集电极电流就越大，表现出三极管的放大特性。?自由电子从发射区到达基区，基区很薄，又由于集电极具有很强的电子吸收能力，因此到达基区的大部分电子在外电场的作用下越过集电结到达集电区，漂移运动形成集电极电流。CI?由于集电极所收集的电子数大于进入基极的电子数，因此集电极电流大于基极电流。发射极集电极(2)当UCE变大，使集电极反偏后，集电结内电场很大，能将从发射区扩散到基区的自由电子中的绝大部分拉到集电区，从而形成了集电极电流IC。基区复合减少，同样的UBE

21、下IB减小，特性曲线右移。(1)当UCE=0V时，发射极与集电极短路，相当于并联的两个二极管正向特性曲线。UCE=0V UCE?1V(3)当UCE1V时，集电极已经反偏，若再增大UCE，只要UBE不变则IB基本不变。输出特性曲线IC=f(UCE)|IB=常数饱和区截止区1020304050CEOI?CImA51020?CEUV0.2mA0.4mA0.6mA0.8mAQ放大区IB与IC密切相关，IB不同对应不同的曲线。对于某一曲线，当UCE从零逐渐增大，集电结电场随之增强，收集基区自由电子的能力也逐渐增大，因此IC也就逐渐增大。当UCE增大到一定数值时，集电结电场足以将基区的绝大部分自由电子都收

22、集到集电极，UCE再增大，收集能力也不能明显提高为表现为曲线几乎平行与横轴。输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:1、截止区：IC接近零的区域，相当IB=0的曲线的下方。其特征是发射极电压小于死区电压，集电结反向偏置。此时IB=0，ICICEO。其中ICEO称为穿透电流，即基极开路（IB=0）时，在集电极电源作用下的集电极和发射极之间形成的电流，ICEO值很小，通常忽略不计。饱和区截止区1020304050CEOI?CImA51020?CEUV0.2mA0.4mA0.6mA0.8mAQ放大区输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:2、放大区（线性区）：IC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。其特

23、征是发射结正向偏置，集电结反向偏置。此时IC几乎仅仅决定于IB，而与UCE无关，集电极电流IC与基极电流IB成比例：饱和区截止区1020304050CEOI?CImA51020?CEUV0.2mA0.4mA0.6mA0.8mAQ放大区?CBII?输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:3、饱和区：曲线上升和弯曲部分的区域。其特征是发射结与集电结均处于正向偏置。?临界饱和：UCE=UBE，即UCB=0，集电区收集扩散到基区自由电子的能力大大减弱，IB对IC的控制作用不复存在，三极管的放大作用消失；?过饱和状态：UCEUBE，IC不仅与IB有关，而且明显随UCE的增大而增大，三极管的放大作用消失。饱和

24、区截止区1020304050CEOI?CImA51020?CEUV0.2mA0.4mA0.6mA0.8mAQ放大区?6-1 基本共射放大电路1、静态分析，包括估算法和图解法2、动态分析，包括图解法和微变等效电路法3、失真的种类、原因、改善4、分压偏置放大电路的静态分析?6-2 其他放大电路1、射极输出器的静态分析和动态分析、特点?6-4 多级放大电路与频率特性1、多级放大电路的组成2、频率特性，特别是高频区和低频区的特性和原因?6-5 差分放大电路1、静态分析、特点X第六章 基本共射放大电路基本共射放大电路?6-1 基本共射放大电路1、组成和各元件作用2、静态分析，包括估算法和图解法；动态分析

25、，包括图解法和微变等效电路法3、失真的种类、原因、改善4、分压偏置放大电路的静态分析?6-2 其他放大电路1、射极输出器的静态分析和动态分析、特点?6-4 多级放大电路与频率特性1、多级放大电路的组成2、频率特性，特别是高频区和低频区的特性和原因?6-5 差分放大电路1、静态分析、特点X第六章 基本共射放大电路基本共射放大电路?7-1 集成运算放大电路概述1、组成、特点及传输特性；?7-2 集成运放的性能指标及低频等效电路1、低频等效电路，虚短路、虚断路；?7-3 集成运放的基本运算电路1、基本运算电路；2、多级运算电路X第七章 集成运算放大电路X8-1 反馈的基本概念及正负反馈判断方法1、正

26、/负反馈，直流/交流反馈2、判断正负反馈：瞬时极性法8-2 负反馈放大电路的表示方法1、负反馈的表达式，深度负反馈、自激振荡8-3 交流负反馈放大电路的四种基本组态1、电压/电流负反馈和判断方法2、串联/并联负反馈的判断方法8-4 负反馈对放大电路性能的影响1、负反馈对放大电路性能的影响2、根据要求引入何种组态反馈第八章 负反馈放大电路X9-1 概 述1、从交流电压源到直流电压源的原理9-2 单相桥式整流电路1、基本原理2、二极管参数的确定9-3 滤波电路1、基本原理2、元件参数确定9-4 稳压管稳压电路第九章 直流稳压电源X10-1 反馈放大电路的自激振荡1、平衡条件，包括幅度和相位条件2、起振条件10-2 正弦波振荡电路1、基本原理10-3 电压比较器1、简单电压比较器2、滞回比较器第十章 波形产生与整形电路