1、掌握各電路元件的電壓、電流關系（掌握各電路元件的電壓、電流關系（VCRVCR）。）。 l 重點重點： 第二章第二章 常用的電路元件常用的電路元件 2.1 電阻元件電阻元件 (resistor) 2. 線性定常電阻元件線性定常電阻元件 l 電路符號電路符號 R 電阻元件電阻元件 對電流呈現阻力的元件。其伏安關系用對電流呈現阻力的元件。其伏安關系用ui 平面的一條曲線來描述：平面的一條曲線來描述： 0 ),(iuf i u 任何時刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。任何時刻端電壓與其電流成正比的電阻元件。 1. 定義定義 伏安伏安 特性特性 l ui 關系關系 R 稱為電阻，單位：稱為電阻，單位：

2、(歐歐) (Ohm，歐姆，歐姆) 滿足歐姆定律滿足歐姆定律 (Ohms Law) GuRui iuR u i l 單位單位 G 稱為電導，單位：稱為電導，單位： S(西門子西門子) (Siemens，西門子，西門子) u、i 取關聯取關聯 參考方向參考方向 R u i + - 伏安特性為一條伏安特性為一條 過原點的直線過原點的直線 Riu (2) 如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯如電阻上的電壓與電流參考方向非關聯 公式中應冠以負號公式中應冠以負號 注注 (3) 說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件說明線性電阻是無記憶、雙向性的元件 歐姆定律歐姆定律 (1) 只適用于線性電阻，只適用于線性電阻，

3、( R 為常數）為常數） 則歐姆定律寫為則歐姆定律寫為 u R i i G u 公式和參考方向必須配套使用！公式和參考方向必須配套使用！ R u i +- 3. 功率和能量功率和能量 上述結果說明電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。上述結果說明電阻元件在任何時刻總是消耗功率的。 p u i (R i) i i2 R u(u/ R) u2/ R p u i i2R u2 / R 功率：功率： R u i +- R u i + - 可用功率表示。從可用功率表示。從 t 到到t0電阻消耗的能量：電阻消耗的能量： t t t tR uipW 00 dd R i u + 4. 電阻的開路與短路電阻的開路與

4、短路 能量：能量： l 短路短路 00 ui G or R0 l 開路開路 00 ui 0 G or R u i 電容器電容器 _ q + q 在外電源作用下，在外電源作用下， 兩極板上分別帶上等量異號電荷，撤去兩極板上分別帶上等量異號電荷，撤去 電源，板上電荷仍可長久地集聚下去，電源，板上電荷仍可長久地集聚下去， 是一種儲存電能的部件。是一種儲存電能的部件。 1. 定義定義 電容元件電容元件 儲存電能的元件。其儲存電能的元件。其 特性可用特性可用uq 平面平面 上的一條曲線來描述上的一條曲線來描述 0 ),(quf q u 庫伏庫伏 特性特性 2.2 電容元件電容元件 (capacitor)

5、 任何時刻，電容元件極板上的電荷任何時刻，電容元件極板上的電荷q與電流與電流 u 成正比。成正比。q u 特性是過原點的直線特性是過原點的直線 l 電路符號電路符號 2. 線性定常電容元件線性定常電容元件 C u +q-q tan u q CorCuq C 稱為電容器的電容稱為電容器的電容, 單位：單位：F (法法) (Farad，法拉，法拉), 常用常用 F，p F等表示。等表示。 q uO l 單位單位 t u C t q i d d d d l 線性電容的電壓、電流關系線性電容的電壓、電流關系 C u i u、i 取關取關 聯參考方向聯參考方向 電容元件電容元件VCR 的微分關系的微分關

6、系 表明：表明： (1) i 的大小取決于的大小取決于 u 的變化率的變化率, 與與 u 的大小無關，的大小無關， 電容是動態元件；電容是動態元件； (2) 當當 u 為常數為常數(直流直流)時，時，i =0。電容相當于開路，電容。電容相當于開路，電容 有隔斷直流作用；有隔斷直流作用； 實際電路中通過電容的電流實際電路中通過電容的電流 i為有限值，則電容電壓為有限值，則電容電壓u 必定是時間的連續函數；必定是時間的連續函數； (4) 電容元件有記憶電流的作用，故稱電容為記憶元件。電容元件有記憶電流的作用，故稱電容為記憶元件。 3. 電容的功率和儲能電容的功率和儲能 t u Cuuip d d

7、當電容充電，當電容充電， u0，d u/d t0，則，則i0，q ， p0, 電容吸收功率。電容吸收功率。 當電容放電，當電容放電，u0，d u/d t0，則，則i0，q ， p0，d i/d t0，則，則u0， ， p0, 電感吸收功率。電感吸收功率。 當電流減小，當電流減小，i0，d i/d t0，則，則u0， ， p0, 電感發出功率。電感發出功率。 l 功率功率 表明表明 電感能在一段時間內吸收外部供給的能量轉化為磁場能電感能在一段時間內吸收外部供給的能量轉化為磁場能 量儲存起來，在另一段時間內又把能量釋放回電路，因此電量儲存起來，在另一段時間內又把能量釋放回電路，因此電 感元件是無源

8、元件、是儲能元件，它本身不消耗能量。感元件是無源元件、是儲能元件，它本身不消耗能量。 u、 i 取關取關 聯參考方向聯參考方向 電容元件與電感元件的比較：電容元件與電感元件的比較： 電容電容 C電感電感 L 變量變量 電流電流 i 磁鏈磁鏈 關系式關系式 電壓電壓 u 電荷電荷 q (1) 元件方程的形式是相似的；元件方程的形式是相似的； (2) 若把若把 u-i，q- ，C-L， i-u互換互換,可由電容元件可由電容元件 的方程得到電感元件的方程；的方程得到電感元件的方程； (3) C 和和 L稱為對偶元件稱為對偶元件, 、q等稱為對偶元素。等稱為對偶元素。 * 顯然，顯然，R、G也是一對對

9、偶元素也是一對對偶元素: I=U/R U=I/G U=RI I=GU 22 2 1 2 1 L LiW t i Lu Li L d d 結結 論論 22 2 1 2 1 d d q C CuW t u Ci Cuq C 2.4.1 獨立電壓源獨立電壓源 其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數，其其兩端電壓總能保持定值或一定的時間函數，其 值與流過它的電流值與流過它的電流 i 無關的元件叫理想電壓源。無關的元件叫理想電壓源。 l 電路符號電路符號 1. 理想電壓源理想電壓源 l 定義定義 i S u + _ 2.4 獨立電源獨立電源 電源兩端電壓由電源本身決定，電源兩端電壓由電源本身決定， 與外

10、電路無關；與流經它的電流與外電路無關；與流經它的電流 方方 向、大小無關。向、大小無關。 通過電壓源的電流由電源及外通過電壓源的電流由電源及外 電路共同決定。電路共同決定。 l 理想電壓源的電壓、電流關系理想電壓源的電壓、電流關系 u i )(tuS 伏安關系伏安關系 例例 R i - + S u 外外 電電 路路 R u i S )( Ri0 )( 0 Ri 電壓源不能短路！電壓源不能短路！ l電壓源的功率電壓源的功率 電場力做功電場力做功 ， 電源吸收功率。電源吸收功率。 （1） 電壓、電流的參考方向非關聯；電壓、電流的參考方向非關聯； 物理意義：物理意義： + _ i u + _ S u

11、 + _ i u + _ S u iuP S 電流（正電荷電流（正電荷 ）由低電位向）由低電位向 高電位移動，外力克服電場高電位移動，外力克服電場 力作功電源發出功率。力作功電源發出功率。 iuP S 發出功率，起電源作用發出功率，起電源作用 （2） 電壓、電流的參考方向關聯；電壓、電流的參考方向關聯； 物理意義：物理意義： iuP S 吸收功率，充當負載吸收功率，充當負載 iuP S 或：或： 發出負功發出負功 例例 5R + _ i +_ R u + _ 10V5V 計算圖示電路各元件的功率。計算圖示電路各元件的功率。 解解 VuR5510 )( A R u i R 1 5 5 WRiP

12、R 515 2 WiuP SV 10110 10 WiuP SV 515 5 發出發出 吸收吸收 吸收吸收 滿足滿足：P（發）（發）P（吸）（吸） 實際電壓源也不允許短路。因其內阻小，若實際電壓源也不允許短路。因其內阻小，若 短路，電流很大，可能燒毀電源。短路，電流很大，可能燒毀電源。 us u i O 2.實際電壓源實際電壓源 i + _ u + _ S u S R 考慮內阻考慮內阻 伏安特性伏安特性 iRuu SS 一個好的電壓源要求一個好的電壓源要求0 S R 其輸出電流總能保持定值或一定其輸出電流總能保持定值或一定 的時間函數，其值與它的兩端電壓的時間函數，其值與它的兩端電壓u 無關的

13、元件叫理想電流源。無關的元件叫理想電流源。 l 電路符號電路符號 1. 理想電流源理想電流源 l 定義定義 u S i + _ (1) 電流源的輸出電流由電源本身決定，與外電流源的輸出電流由電源本身決定，與外 電路無關；與它兩端電壓方向、大小無關電路無關；與它兩端電壓方向、大小無關 電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定電流源兩端的電壓由電源及外電路共同決定 l 理想電流源的電壓、電流關系理想電流源的電壓、電流關系 u i )(tiS 伏安伏安 關系關系 2.4.2 獨立電流源獨立電流源 例例 外外 電電 路路 )( 00 Ru )( Ru 電流源不能開路！電流源不能開路！ R u - + S

14、 i 實際電流源的產生實際電流源的產生 可由穩流電子設備產生，如晶體管的集電極電流與負載無可由穩流電子設備產生，如晶體管的集電極電流與負載無 關；光電池在一定光線照射下光電池被激發產生一定值的關；光電池在一定光線照射下光電池被激發產生一定值的 電流等。電流等。 S Riu l電流源的功率電流源的功率 （1） 電壓、電流的參考方向非關聯；電壓、電流的參考方向非關聯； S uiP 發出功率，起電源作用發出功率，起電源作用 （2） 電壓、電流的參考方向關聯；電壓、電流的參考方向關聯； 吸收功率，充當負載吸收功率，充當負載 uiP S 或：或： 發出負功發出負功 u + _ S i S uiP S u

15、iP u + _ S i 例例 計算圖示電路各元件的功率。計算圖示電路各元件的功率。 解解 Ai2 Vu5 WuiP SA 1025 2 WiuP SSV 1025 5 發出發出 吸收吸收 滿足滿足：P（發）（發）P（吸）（吸） + _ u + _ 2A5V 實際電流源也不允許開路。因其內阻大，若實際電流源也不允許開路。因其內阻大，若 開路，電壓很高，可能燒毀電源。開路，電壓很高，可能燒毀電源。 is u i O 2.實際電流源實際電流源 考慮內阻考慮內阻 伏安特性伏安特性 S S R u ii 一個好的電流源要求一個好的電流源要求 S R u + _ S i S R i 2.5 受控源受控源

16、 (非獨立源非獨立源) (controlled source or dependent source) 電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數，而是電壓或電流的大小和方向不是給定的時間函數，而是 受電路中某個地方的電壓受電路中某個地方的電壓( (或電流或電流) )控制的電源，稱受控源控制的電源，稱受控源 l 電路符號電路符號 + 受控電壓源受控電壓源 1. 定義定義 受控電流源受控電流源 (1) (1) 電流控制的電流源電流控制的電流源 ( ( CCCS ) ) : : 電流放大倍數電流放大倍數 根據控制量和被控制量是電壓根據控制量和被控制量是電壓u u 或電流或電流i i ，受控源可分，受

17、控源可分 四種類型：四種類型：當被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；當被當被控制量是電壓時，用受控電壓源表示；當被 控制量是電流時，用受控電流源表示。控制量是電流時，用受控電流源表示。 2. 分類分類 四端元件四端元件 i1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + 12 ii 輸出：受控部分輸出：受控部分 輸入：控制部分輸入：控制部分 g: 轉移電導轉移電導 (2) (2) 電壓控制的電流源電壓控制的電流源 ( ( VCCS ) u1gu u1 1 + _ u2 i2 _ i1 + 12 gui (3) (3) 電壓控制的電壓源電壓控制的電壓源 ( ( VCVS ) ) u1 + _ u2 i

18、2 _ u1 i1 + - 12 uu : 電壓放大倍數電壓放大倍數 ri1 + _ u2 i2 _ u1 i1 + - (4) (4) 電流控制的電壓源電流控制的電壓源 ( ( CCVS ) ) 12 riu r : 轉移電阻轉移電阻 例例 b i c i bc ii b i b i c i 電電 路路 模模 型型 3. 3. 受控源與獨立源的比較受控源與獨立源的比較 (1) (1) 獨立源電壓獨立源電壓( (或電流或電流) )由電源本身決定，與電路中其它電壓、由電源本身決定，與電路中其它電壓、 電流無關，而受控源電壓電流無關，而受控源電壓( (或電流或電流) )由控制量決定。由控制量決定。

19、 (2) (2) 獨立源在電路中起獨立源在電路中起“激勵激勵”作用，在電路中產生電壓、電作用，在電路中產生電壓、電 流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關系，在電路流，而受控源只是反映輸出端與輸入端的受控關系，在電路 中不能作為中不能作為“激勵激勵”。 例例 求：電壓求：電壓u2。 。 解解 5i1 + _ u2 _ u1=6V i1 + +- 3 Ai2 3 6 1 V iu 4610 65 12 l 運算放大器運算放大器(operational amplifier) 是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應 用于用于19401940年，年

20、，19601960年后，隨著集成電路技術的發展，運年后，隨著集成電路技術的發展，運 算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越 廣泛的應用。廣泛的應用。 2.6 集成運算放大器電路集成運算放大器電路 2.6.1 2.6.1 簡介簡介 l 應用應用主要用于模擬計算機，可模擬加、減、積分等主要用于模擬計算機，可模擬加、減、積分等 運算，對電路進行模擬分析。在信號處理、測運算，對電路進行模擬分析。在信號處理、測 量及波形產生方面也獲得廣泛應用。量及波形產生方面也獲得廣泛應用。 l 符號符號 8個管腳：個管腳： 2：反相輸入端：反相輸入端 3：同相

21、輸入端：同相輸入端 4、7：電源端：電源端 6：輸出端：輸出端 1、5：外接調零電位器：外接調零電位器 8：空腳：空腳 7 6 54 3 2 1 +15V 15V 單單 向向 放放 大大 + _ _ + u+ u-+ _ uo a o + _ ud _ + A + b l 電路電路符號符號 a： 反向輸入端，輸入電壓反向輸入端，輸入電壓 u b：同向輸入端，輸入電壓同向輸入端，輸入電壓 u+ o： 輸出端輸出端, , 輸出電壓輸出電壓 uo 在電路符號圖中一般不畫出直流電在電路符號圖中一般不畫出直流電 源端，而只有源端，而只有a,b,o三端和接地端。三端和接地端。 其中參考方向如圖所示，每一點

22、均為對地的電壓其中參考方向如圖所示，每一點均為對地的電壓 ，在接，在接 地端未畫出時尤須注意。地端未畫出時尤須注意。 A：開環電壓放大倍數，可達開環電壓放大倍數，可達 十幾萬倍十幾萬倍 : : 公共端公共端( (接地端接地端) ) 2.6.2 2.6.2 電路模型電路模型 輸入電阻輸入電阻 輸出電阻輸出電阻 當當: u+= 0, 則則uo=Au 當當: u = 0, 則 則uo=Au 在線性放大區，將運放電路在線性放大區，將運放電路 作如下的理想化處理：作如下的理想化處理： A uo為有限值，則為有限值，則ud=0, ,即即u+=u-，兩個輸，兩個輸 入端之間相當于短路入端之間相當于短路( (虛短路虛短路) )； Ri 2.6.3 2.6.3 理想運算放大器理想運算放大器 i+=0 , i =0。 。 即從輸入端看進去，即從輸入端看進去， 元件相當于開路元件相當于開路( (虛斷路虛斷路) )。 + _ A(u+- -u- -) Ro Ri u+ u- - uo 例例1 1 反相比例器反相比例器解：根據理想運放的特性分析解：根據理想運放的特性分析 (1) 根據根據“虛短虛短”： （2）根據）根據“虛斷虛斷”： i 1 f o u R R u (1) (1) 當當 R1 和和 Rf 確定后，為使確定后，為使 uo 不超過