電路分析基礎(chǔ)課件

模擬電子學基礎(chǔ)模擬電子學基礎(chǔ)緒論模擬電子學的研究對象模擬電子學的研究方法模擬電子學的應用背景2緒論模擬電子學的研究對象2電子學的研究對象的層次1、系統(tǒng)2、模塊3、電路4、器件3電子學的研究對象的層次1、系統(tǒng)2、模塊3、電路4、器件3模擬電子學的研究對象的分類1、按照信號性質(zhì)分類線性電路能夠用線性方程描述非線性電路不能用線性方程描述2、按照信號頻率分類低頻電路信號頻率低，可忽略許多與頻率有關(guān)的參量高頻電路信號頻率高，必須考慮各種與頻率相關(guān)的參量4模擬電子學的研究對象的分類1、按照信號性質(zhì)分類線性電路模擬電子學的研究方法器件的研究方法：模塊和電路的研究方法：系統(tǒng)的研究方法：物理學方法數(shù)學、電子學、計算機、系統(tǒng)工程等各門學科的綜合電子學方法5模擬電子學的研究方法器件的研究方法：物理學方法數(shù)學、電子學、電子學方法的特點線性電路非線性電路工程計算計算機輔助設計通過求解電路方程，得到有關(guān)電路特性的信息在一定條件下作線性化近似在工程允許的范圍內(nèi)，簡化實際的電路參數(shù)或方程利用計算機的計算能力求解電路方程6電子學方法的特點線性電路通過求解電路方程，得到有關(guān)電路特性的模擬電子學的應用背景消費工業(yè)軍事科研收音機、電話、手機、CD、電視、DVD、汽車電子、......機床、工業(yè)儀表、各種自動控制設備、醫(yī)療器械、......雷達、軍事通信、坦克、飛機、導彈、衛(wèi)星、......各種實驗設備7模擬電子學的應用背景消費收音機、電話、手機、CD、電視、DV第1章

電路分析基礎(chǔ)第1章

電路分析基礎(chǔ)概述研究內(nèi)容的描述元件的描述分析方法的一般描述9概述研究內(nèi)容的描述9研究的內(nèi)容本章研究線性電路分析的一般問題：如何根據(jù)已知的電路結(jié)構(gòu)列出描述其電壓電流關(guān)系的電路方程；如何根據(jù)電路方程求解輸入輸出信號之間的關(guān)系，即電路的傳遞函數(shù)；如何根據(jù)傳遞函數(shù)討論電路的各種特性。10研究的內(nèi)容本章研究線性電路分析的一般問題：10線性元件與線性電路特點：元件參數(shù)不隨外加電壓、電流的變化而發(fā)生變化，可以用線性方程（代數(shù)方程、微分方程或積分方程）描述其電壓電流關(guān)系。相對性：線性是針對某個特定的條件而言的，而非線性元件在特定的條件下也可以近似為線性元件。線性電路：若構(gòu)成電路的所有元件均為線性元件，則該電路是線性電路。反之，只要在電路中存在非線性元件，則該電路就是非線性電路。11線性元件與線性電路特點：元件參數(shù)不隨外加電壓、電流的變化而發(fā)線性元件的模型等效模型：用一些已知特性的元件模型來代替實際電路，以利于電路的分析電阻、電容、電感電壓源、電流源（統(tǒng)稱獨立源）壓控電壓源、流控電壓源、壓控電流源、流控電流源（統(tǒng)稱受控源）等效電路：由等效模型構(gòu)成的電路，在規(guī)定的條件下與被等效的實際電路具有相同的電學特性12線性元件的模型等效模型：用一些已知特性的元件模型來代替實際電電阻、電容、電感（電導、電納）無源元件13電阻、電容、電感（電導、電納）無源元件13電壓源、電流源有源元件電壓源的輸出電壓與電流無關(guān)，v(t)=vs(t)。電流源的輸出電流與電壓無關(guān)，i(t)=is(t)。14電壓源、電流源有源元件電壓源的輸出電壓與電流無關(guān)，v(t)實際的電壓源和電流源具有內(nèi)阻，負載上的電壓或電流受負載影響電壓源的內(nèi)阻一般用串聯(lián)的電阻表示電流源的內(nèi)阻一般用并聯(lián)的電導表示15實際的電壓源和電流源具有內(nèi)阻，負載上的電壓或電流受負載影響電受控源與獨立源的不同之處在于：受控源受到電路中另一個信號（電壓或電流）的控制，其輸出是那個信號的函數(shù)。16受控源與獨立源的不同之處在于：受控源受到電路中另一個信號（電四種受控源壓控電壓源（VCVS）vs=Avvc流控電壓源（CCVS）vs=Rmic壓控電流源（VCCS）is=Gmvc流控電流源（CCCS）is=Aiic

17四種受控源壓控電壓源（VCVS）17線性電路的分析方法

激勵→響應時域分析激勵是隨時間變化的信號，分析響應隨時間變化的規(guī)律頻域分析激勵是穩(wěn)定的正弦信號，分析響應隨頻率變化的規(guī)律復頻域分析通過拉普拉斯變換，在復頻域解微分方程?？梢苑奖愕剞D(zhuǎn)換到時域或頻域，在電子學中常用。18線性電路的分析方法激勵→響應18拉普拉斯變換簡介定義

s是一個復變量，

s=s+jw

f(t)應滿足下列條件：1）當t<0時，f(t)=0；2）當t>0時，f(t)分段連續(xù)；3）當t→∞時，e-st

較f(t)衰減得更快。19拉普拉斯變換簡介定義19拉普拉斯變換的主要基本定理疊加定理比例定理微分定理積分定理20拉普拉斯變換的主要基本定理疊加定理比例定理微分定理積分定理2拉普拉斯變換的算符作用若規(guī)定f(t)的初值（或積分初值）為0，則根據(jù)微分定理和積分定理，有所以，可以將拉普拉斯變換的自變量s看成一個微分算符例如：21拉普拉斯變換的算符作用若規(guī)定f(t)的初值（或積分初值）拉普拉斯算符與時域、頻域的聯(lián)系時域復頻域頻域零初值條件局限于虛軸22拉普拉斯算符與時域、頻域的聯(lián)系時域復頻域頻域零初值條件局限于線性元件的頻域與復頻域表示

電阻電容電感23線性元件的頻域與復頻域表示電阻電容電感23基本定律與定理及其應用基爾霍夫定律等效電壓源定律等效電流源定律疊加定理節(jié)點電壓法與回路電流法

24基本定律與定理及其應用基爾霍夫定律24基爾霍夫定律支路（Branch）：電路中能通過同一電流的分支。支路一般由二端元件或二端元件的串聯(lián)構(gòu)成。節(jié)點（Node）：電路中三個或三個以上的支路的交點?；芈罚↙oop）：電路中由支路構(gòu)成的閉合路徑。25基爾霍夫定律支路（Branch）：電路中能通過同一電流的分支基爾霍夫電流定律(KCL)對于電路的任意一個節(jié)點，流入該節(jié)點的所有瞬時電流的代數(shù)和為零26基爾霍夫電流定律(KCL)對于電路的任意一個節(jié)點，流入該基爾霍夫電壓定律(KVL)對于電路的任意一個回路，環(huán)繞該回路的所有瞬時電壓的代數(shù)和為零27基爾霍夫電壓定律(KVL)對于電路的任意一個回路，環(huán)繞該基爾霍夫定律的例子節(jié)點節(jié)點電流方程回路回路電壓方程基爾霍夫方程組28基爾霍夫定律的例子節(jié)點節(jié)點電流方程回路回路電壓方程28等效電壓源定律（戴文寧定律）網(wǎng)絡的等效關(guān)系vs＝網(wǎng)絡N的端口1-1'間的開路電壓rs＝網(wǎng)絡N內(nèi)所有獨立源被去除后，端口1-1'

間的總阻抗29等效電壓源定律（戴文寧定律）網(wǎng)絡的等效關(guān)系29等效電壓源定律的例子30等效電壓源定律的例子30等效電流源定律（諾頓定律）網(wǎng)絡的等效關(guān)系is＝網(wǎng)絡N的端口1-1'間的短路電流rs＝網(wǎng)絡N內(nèi)所有獨立源被去除后，端口1-1'

間的總導納（阻抗）31等效電流源定律（諾頓定律）網(wǎng)絡的等效關(guān)系31等效電流源定律的例子32等效電流源定律的例子32疊加定理在線性電路中，任意一個支路的電流（或電壓）都是電路中各個電壓源或電流源單獨激勵時在該支路中產(chǎn)生的電流（或電壓）之總和。單獨激勵，是指將電路中其他的獨立源去除，即電壓源短路、電流源開路。33疊加定理在線性電路中，任意一個支路的電流（或電壓）都是電路中疊加定理的例子34疊加定理的例子34節(jié)點電壓法

一個網(wǎng)絡中某個節(jié)點i到某參考點的電壓差稱為節(jié)點電壓vi節(jié)點電壓方程具有下列一般形式35節(jié)點電壓法一個網(wǎng)絡中某個節(jié)點i到某參考點的電壓差稱為節(jié)vi

第i個節(jié)點的節(jié)點電壓。Yii

第i個節(jié)點的自導納，即連接在節(jié)點i和其他節(jié)點之間的支路導納之和，取正號。Yij(i≠j)

互導納，即連接在節(jié)點i、j之間的所有支路導納之和，取負號。若節(jié)點j與節(jié)點i無支路相連，則取零。ii流入節(jié)點i的所有激勵電流源之和。若流出則取負號。36vi第i個節(jié)點的節(jié)點電壓。36節(jié)點電壓法的注意點

一個具有N個節(jié)點的網(wǎng)絡，一定可以寫出N-1個節(jié)點電壓方程。要求流入節(jié)點的源為電流源。若電路中的激勵源不是電流源，則可以通過諾頓定理先行轉(zhuǎn)換。若在電路中出現(xiàn)相關(guān)源，可以先作為獨立源處理，最后將它移到方程左邊，與相同的變量合并。37節(jié)點電壓法的注意點一個具有N個節(jié)點的網(wǎng)絡，一定可以寫出N-節(jié)點電壓法的例子38節(jié)點電壓法的例子38節(jié)點1節(jié)點3節(jié)點239節(jié)點1節(jié)點3節(jié)點239回路電流法

每個獨立回路中設定一個回路電流ii回路電流方程具有下列一般形式40回路電流法每個獨立回路中設定一個回路電流ii40ii：第i個回路的回路電流。Zii：第i個回路的自阻抗，即回路i中各支路阻抗之和，取正號。Zij(i≠j)：互阻抗，它等于與回路i與回路j之間的所有公共支路阻抗之和。當兩個回路電流方向一致時取正號，否則取負號。vi：回路i中所有激勵電壓源之代數(shù)和。與回路電流方向一致者取負號，否則取正號。41ii：第i個回路的回路電流。41回路電流法的例子42回路電流法的例子42回路1回路3回路243回路1回路3回路243線性電路的分析方法

網(wǎng)絡函數(shù)穩(wěn)態(tài)分析瞬態(tài)分析44線性電路的分析方法網(wǎng)絡函數(shù)44網(wǎng)絡函數(shù)雙口網(wǎng)絡網(wǎng)絡函數(shù)網(wǎng)絡函數(shù)由網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)與參數(shù)惟一確定45網(wǎng)絡函數(shù)雙口網(wǎng)絡45驅(qū)動點函數(shù)激勵信號與響應信號出現(xiàn)在網(wǎng)絡的同一端口輸入阻抗（導納）輸出阻抗（導納）當分析一個帶有激勵信號源的網(wǎng)絡的輸出阻抗時，要特別注意將信號源去除以后再求輸出阻抗。去除的原則是：電壓源短路，電流源開路，但是全部保留它們的源內(nèi)阻。46驅(qū)動點函數(shù)激勵信號與響應信號出現(xiàn)在網(wǎng)絡的同一端口46輸入阻抗的例子47輸入阻抗的例子47節(jié)點電壓方程組48節(jié)點電壓方程組48輸出阻抗的例子在計算時要將輸入信號去除49輸出阻抗的例子在計算時要將輸入信號去除49去除輸入信號后的電路50去除輸入信號后的電路50輸出阻抗的另一種求解方法51輸出阻抗的另一種求解方法51傳遞函數(shù)激勵信號與響應信號出現(xiàn)在網(wǎng)絡的不同端口電壓放大系數(shù)跨導跨阻電流放大系數(shù)52傳遞函數(shù)激勵信號與響應信號出現(xiàn)在網(wǎng)絡的不同端口52傳遞函數(shù)的例子求傳遞函數(shù)：跨阻53傳遞函數(shù)的例子求傳遞函數(shù)：跨阻53節(jié)點方程：解54節(jié)點方程：54網(wǎng)絡函數(shù)的一般形式

z1、z2、...、zm為網(wǎng)絡函數(shù)H(s)的零點p1、p2、...、pn為網(wǎng)絡函數(shù)H(s)的極點55網(wǎng)絡函數(shù)的一般形式z1、z2、...、zm為網(wǎng)絡函數(shù)H(s穩(wěn)態(tài)分析

討論在不同頻率的正弦信號的激勵下網(wǎng)絡響應的變化情況網(wǎng)絡函數(shù)一般是頻率的函數(shù)線性網(wǎng)絡在簡諧信號激勵下的輸出仍然是簡諧信號隨著輸入信號的頻率變化，輸出信號與輸入信號之間的幅度比和相位差會發(fā)生變化幅頻特性：輸出信號與輸入信號之間的幅度比隨輸入信號的頻率變化而變化的規(guī)律相頻特性：輸出信號與輸入信號之間的相位差隨輸入信號的頻率變化而變化的規(guī)律56穩(wěn)態(tài)分析討論在不同頻率的正弦信號的激勵下網(wǎng)絡響應的變化情況電路的頻率響應

頻率響應函數(shù)與網(wǎng)絡函數(shù)具有相同的形式零點與極點決定了網(wǎng)絡的頻率特性57電路的頻率響應頻率響應函數(shù)57一階低通網(wǎng)絡電路例子電壓傳遞函數(shù)58一階低通網(wǎng)絡電路例子58一階低通網(wǎng)絡的頻率特性

頻率特性對數(shù)幅頻特性和相頻特性59一階低通網(wǎng)絡的頻率特性頻率特性59一階低通網(wǎng)絡的對數(shù)幅頻特性60一階低通網(wǎng)絡的對數(shù)幅頻特性60一階低通網(wǎng)絡的相頻特性61一階低通網(wǎng)絡的相頻特性61一階高通網(wǎng)絡電路例子電壓傳遞函數(shù)62一階高通網(wǎng)絡電路例子62一階高通網(wǎng)絡的頻率特性頻率特性對數(shù)幅頻特性和相頻特性63一階高通網(wǎng)絡的頻率特性頻率特性63一階高通網(wǎng)絡的對數(shù)幅頻特性64一階高通網(wǎng)絡的對數(shù)幅頻特性64一階高通網(wǎng)絡的相頻特性65一階高通網(wǎng)絡的相頻特性65二階網(wǎng)絡電路電壓傳遞函數(shù)66二階網(wǎng)絡電路66二階網(wǎng)絡的頻率特性當阻尼因子x<1時，p1、p2為一對共軛復根，即電路具有一對共軛復極點。此時67二階網(wǎng)絡的頻率特性當阻尼因子x<1時，p1、p2為一二階網(wǎng)絡的對數(shù)幅頻特性68二階網(wǎng)絡的對數(shù)幅頻特性68二階網(wǎng)絡的相頻特性69二階網(wǎng)絡的相頻特性69復雜網(wǎng)絡的頻率特性任何一個電路的對數(shù)幅頻特性可以表示成任何一個電路的相頻特性可以表示成其中零、極點或者是實數(shù)，或者是共軛復數(shù)70復雜網(wǎng)絡的頻率特性任何一個電路的對數(shù)幅頻特性可以表示成70復雜網(wǎng)絡的Bode圖任何一個電路的總的對數(shù)幅頻特性和相頻特性，都可以分解成每個零、極點的特性的疊加。由于線性電路的傳遞函數(shù)總是由實零、極點與共軛復零、極點組成，所以只要求出傳遞函數(shù)的零、極點，再根據(jù)一階系統(tǒng)與二階系統(tǒng)的討論，就可以直接繪出復雜系統(tǒng)的頻響曲線。71復雜網(wǎng)絡的Bode圖任何一個電路的總的對數(shù)幅頻特性和相頻特性Bode圖與傳遞函數(shù)的關(guān)系(1)一階函數(shù)標準表達式極點零點為極點頻率為零點頻率72Bode圖與傳遞函數(shù)的關(guān)系(1)一階函數(shù)標準表達式為極點頻率每個一階極點對應一個對數(shù)幅頻特性圖上的順時針轉(zhuǎn)折，斜率的變化為－20dB/dec每個一階零點對應一個對數(shù)幅頻特性圖上的逆時針轉(zhuǎn)折，斜率的變化為＋20dB/dec下圖為漸近線圖，實際曲線要注意3dB修正wp0dBwzA(w)w一階極點一階零點73每個一階極點對應一個對數(shù)幅頻特性圖上的順時針轉(zhuǎn)折，斜率的變化大部分情況下，每個一階極點在相頻特性圖上對應一個－90°的相移，極點頻率的相移為－45°大部分情況下，每個一階零點在相頻特性圖上對應一個＋90°的相移，零點頻率的相移為＋45°下圖為漸近線圖，實際曲線要注意修正j(w)0-9090wwpwz一階極點一階零點74大部分情況下，每個一階極點在相頻特性圖上對應一個－90°的相Bode圖與傳遞函數(shù)的關(guān)系(2)在電子電路中，常見的二階函數(shù)只有一種，已經(jīng)在前面討論過，其標準表達式為對數(shù)幅頻特性與相頻特性也在前面討論過，需注意其形狀與阻尼因子有關(guān)75Bode圖與傳遞函數(shù)的關(guān)系(2)在電子電路中，常見的二階函數(shù)Bode圖與傳遞函數(shù)的關(guān)系(3)另外還有比例（直流增益）、積分與微分函數(shù)，其標準表達式為比例函數(shù)積分函數(shù)微分函數(shù)76Bode圖與傳遞函數(shù)的關(guān)系(3)另外還有比例（直流增益）、積比例、積分與微分函數(shù)的對數(shù)幅頻特性均為直線比例函數(shù)為水平直線，縱坐標等于20lgK積分函數(shù)以－20dB/dec斜率在w=1點處與坐標橫軸相交，相頻特性－90°微分函數(shù)以＋20dB/dec斜率在w=1點處與坐標橫軸相交，相頻特性＋90°0dBA(w)w