電路分析（第4版）課件 劉良成 第11、12章 二端口網(wǎng)絡(luò)及多端元件、非線性電路基礎(chǔ)

電路分析（第4版）普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材電子電氣基礎(chǔ)課程系列教材二端口網(wǎng)絡(luò)及多端元件第十一章端口網(wǎng)絡(luò)01一、端口網(wǎng)絡(luò)二端口網(wǎng)絡(luò)如圖11-1(a)所示，它有兩個端口，端口電流滿足二端口網(wǎng)絡(luò)不同于一般的四端網(wǎng)絡(luò)。圖11-1(b)所示的四端網(wǎng)絡(luò)中，其4個端電流滿足一、端口網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與方程01一、端口網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與方程01一、端口網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與方程01一、端口網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與方程01一、端口網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與方程01一、端口網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與方程01一、端口網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與方程014.T參數(shù)T參數(shù)方程的矩陣形式為一、端口網(wǎng)絡(luò)互易和對稱二端口02滿足互易定理的二端口網(wǎng)絡(luò)稱為互易二端口?；ヒ锥丝趦?nèi)部不含受控源，由線性時不變電阻、電感、電容、耦合電感和理想變壓器組成?；ヒ锥丝诰W(wǎng)絡(luò)參數(shù)滿足下列關(guān)系一、端口網(wǎng)絡(luò)互易和對稱二端口02如果互易二端口的兩個端口交換端口電壓而電流值不變，則該互易二端口為對稱二端口?；ヒ讓ΨQ二端口只有兩個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)內(nèi)部可進(jìn)一步滿足關(guān)系：具有端接的二端口02二、具有端接的二端口二、具有端接的二端口策動點(diǎn)阻抗01二、具有端接的二端口策動點(diǎn)阻抗01二、具有端接的二端口策動點(diǎn)阻抗01二、具有端接的二端口轉(zhuǎn)移函數(shù)02二端口網(wǎng)絡(luò)的連接03三、二端口網(wǎng)絡(luò)的連接連接方式011.串聯(lián)若子二端口的輸入端口和輸出端口分別串聯(lián)，且端口電流條件不因連接而破壞，則稱為二端口串聯(lián)，如圖11-19(a)所示。有三、二端口網(wǎng)絡(luò)的連接連接方式012.并聯(lián)若子二端口的輸入端口和輸出端口分別并聯(lián)，且端口電流條件不因連接而破壞，則稱為二端口并聯(lián)，如圖11-19(b)所示。有三、二端口網(wǎng)絡(luò)的連接連接方式013.串-并聯(lián)若子二端口的輸入端口串聯(lián)，輸出端口并聯(lián)，且端口電流條件不因連接而破壞，則稱為二端口串-并聯(lián)，如圖11-20(a)所示。設(shè)子二端口的H參數(shù)矩陣分別為H。、H，則串-并聯(lián)復(fù)合二端口有三、二端口網(wǎng)絡(luò)的連接連接方式014.并-串聯(lián)若子二端口的輸入端口并聯(lián)，輸出端口串聯(lián)，且端口電流條件不因連接而破壞，則稱為二端口并-串聯(lián)，如圖11-20(b)所示。三、二端口網(wǎng)絡(luò)的連接連接方式015.級聯(lián)如圖11-21所示為二端口的級聯(lián)。它是信號傳輸系統(tǒng)中最常用的連接方式之一。級聯(lián)是將前一級二端口的輸出與后一級二端口的輸入相連，可見這種連接方式不會破壞端口電流條件，級聯(lián)時易采用T參數(shù)。級聯(lián)時有三、二端口網(wǎng)絡(luò)的連接連接的有效性02三、二端口網(wǎng)絡(luò)的連接連接的有效性02含運(yùn)算放大器電路的分析04四、含運(yùn)算放大器電路的分析一個三端元件對外可有個電壓、三三個電流，如圖11-27所示。由基爾霍夫定律，知可見，三端元件只有兩個獨(dú)立的電壓和兩個獨(dú)立的電流。任選三端元件的某一端子為參考點(diǎn)，可得到由兩個獨(dú)立電壓和兩個獨(dú)立電流所表示的三端元件，如圖11-28(a)所示。多端元件01四、含運(yùn)算放大器電路的分析由此可推廣到更一般的n端元件的情況，如圖11-28(b)所示。一般來說，對于n端元件，最多可有n-1個獨(dú)立電壓和n-1個獨(dú)立電流。若任選其中的一個端子為參考點(diǎn)，則其余各端子對參考點(diǎn)的電位是相互獨(dú)立的，可得到n-1個獨(dú)立電壓。由KCL知，參考點(diǎn)流出的電流等于其余n-1個端子流入電流的代數(shù)和，即可得到n-1個獨(dú)立電流。多端元件01四、含運(yùn)算放大器電路的分析運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的放大電路。作為有源器件，運(yùn)算放大器除了具有輸入、輸出端外，還具有電源、調(diào)零端等。實(shí)際集成運(yùn)算放大器的封裝形式很多，其引腳也不盡相同。一個常用的8引腳雙列直插式封裝的單集成運(yùn)放及其引腳圖如圖11-29所示。運(yùn)算放大器電路模型02四、含運(yùn)算放大器電路的分析含理想運(yùn)算放大器電路的分析03電路分析（第4版）普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材電子電氣基礎(chǔ)課程系列教材非線性電路基礎(chǔ)第十二章非線性元件01一、非線性元件由圖12-1(b)可見，這類非線性電阻的伏安特性曲線是單調(diào)增長或單調(diào)下降的，即其具有單調(diào)性，稱這類非線性電阻元件為單調(diào)型電阻。它既可以用電流i作為自變量又可以用電壓u作為自變量，即其伏安特性可以表示為非線性電阻01一、非線性元件由圖12-1(c)所示電阻元件的伏安特性曲線可見，流過該電阻元件的每一個電流對應(yīng)于一個確定的電壓值，但是，對應(yīng)于同一個電壓，電流可能是多個值。為了保證函數(shù)的單值性，稱這類非線性電阻元件為電流控制型電阻。它的伏安特性僅可表示為非線性電阻01一、非線性元件在圖12-1(d)所示電阻元件的伏安特性曲線上，對應(yīng)于該電阻元件兩端的電壓值，有且僅有一個電流值與之對應(yīng)，但是，對應(yīng)于同一個電流，電壓可能是多個值。稱這類非線性電阻元件為電壓控制型電阻。它的伏安特性僅可表示為非線性電阻01一、非線性元件如圖12-2所示，將非線性電阻元件在某一工作狀態(tài)下的靜態(tài)電阻定義為該點(diǎn)的電壓與電流之比非線性電阻元件在某一工作點(diǎn)Q的動態(tài)電阻，為該點(diǎn)的電壓對電流的導(dǎo)數(shù)，即可見，無論是靜態(tài)電阻還是動態(tài)電阻，都與電路工作狀態(tài)有關(guān)。非線性電阻01一、非線性元件若非線性電容的庫伏特性是單調(diào)增長或單調(diào)下降的，其具有單調(diào)性，則稱這類非線性電容元件為單調(diào)型電容，其庫伏特性可以表示為當(dāng)電容元件的庫伏特性僅表示為電容的電荷是其端電壓的單值函數(shù)時，稱這類非線性電容元件為電壓控制型電容，它的庫伏特性僅可以表示為非線性電容02一、非線性元件當(dāng)電容元件的庫伏特性僅表示為電容的端電壓是其電荷的單值函數(shù)時，稱這類非線性電容元件為電荷控制型電容，它的庫伏特性僅可以表示為與非線性電阻類似，非線性電容元件同樣具有靜態(tài)電容和動態(tài)電容的概念，如圖12-3所示。非線性電容02一、非線性元件靜態(tài)電容C定義為非線性電容在某一工作點(diǎn)Q上的電荷與電壓之比；動態(tài)電容Cd定義為非線性電容在某一工作點(diǎn)Q上的電荷對電壓的導(dǎo)數(shù)，動態(tài)電容Cd又稱為增量電容。有在關(guān)聯(lián)參考方向下，通過電容的電流非線性電容02一、非線性元件若非線性電感的韋安特性是單調(diào)增長或單調(diào)下降的，則稱這類非線性電感元件為單調(diào)型電感，其韋安特性可以表示為當(dāng)電感元件的韋安特性僅表示為電感的磁鏈?zhǔn)橇鬟^其電流的單值函數(shù)時，稱這類非線性電感元件為電流控制型電感，它的韋安特性僅可以表示為非線性電感03一、非線性元件當(dāng)電感元件的韋安特性僅表示為流過電感的電流是其磁鏈的單值函數(shù)時，稱這類非線性電感元件為磁鏈控制型電感，它的韋安特性僅可以表示為與非線性電阻、非線性電容類似，非線性電感元件同樣具有靜態(tài)電感L和動態(tài)電感Ld之分，如圖12-4(b)所示。有非線性電感03一、非線性元件圖12-4(c)所示為電子技術(shù)中常使用的鐵心、磁心電感的ψ-i特性，通常稱為磁滯回線，其既非流控又非磁控，曲線對I、ψ都是多值函數(shù)。在關(guān)聯(lián)參考方向下，電感的端電壓非線性電感03含非線性電阻電路的分析02二、含非線性電阻電路的分析含一個非線性元件的電路01設(shè)非線性電阻的伏安特性為與線性一端口的端口伏安特性聯(lián)立求解。即圖12-5(c)所示曲線的交點(diǎn)Q就是所求的解，Q點(diǎn)就是非線性元件的靜態(tài)工作點(diǎn)。稱斜率為-1/R0的直線為負(fù)載線。求得工作點(diǎn)電壓UQ、電流IQ后，利用替代定理就可求得線性部分電路中各支路的電壓和電流。二、含非線性電阻電路的分析非線性電阻的串、并聯(lián)021.非線性電阻的串聯(lián)圖12-6所示為兩個非線性電阻的串聯(lián)支路，由KCL及KVL有設(shè)非線性電阻為單調(diào)型或流控型，元件的伏安特性可表示為則兩電阻串聯(lián)后滿足二、含非線性電阻電路的分析非線性電阻的串、并聯(lián)022.非線性電阻的并聯(lián)圖12-7所示為兩個非線性電阻的并聯(lián)，由KCL及KVL有設(shè)非線性電阻為單調(diào)型或壓控型，元件的伏安特性可表示為則兩電阻并聯(lián)后滿足二、含非線性電阻電路的分析分段線性化03對圖12-9(a)所示的非線性電阻的伏安特性曲線，可近似用三段直線段來代替，則在每一直線段區(qū)域里，就可用線性電路等效，得到非線性電路的近似解析解。如圖12-9(a)所示，在0<i<IB區(qū)間，曲線段AB可近似用斜率為1/RAB的直線段AB代替，該直線方程為二、含非線性電阻電路的分析分段線性化03在IB<i<Ic區(qū)間，曲線段BC可近似用u軸截距為UBC、斜率為負(fù)1/RBC的直線段BC代替，該直線方程為其等效為一線性電壓源串聯(lián)一個負(fù)電阻支路，電壓源的大小為直線在u軸上的截距UBC，負(fù)電阻的阻值為直線斜率的倒數(shù)，如圖12-9(c)所示。二、含非線性電阻電路的分析分段線性化03同理，在i>Ic區(qū)間，曲線段CD可近似用u軸截距為UCD、斜率為1/RCD的直線段CD代替，該直線方程為其可等效為一線性含源支路，如圖12-9(d)所示。二、含非線性電阻電路的分析小信號