1、東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2電路與電子線路基礎(chǔ)Fundamental Electric and Electronic Circuits第3章 電源與電信號(hào)源電源與電信號(hào)源王志功 東南大學(xué)射頻與光電集成電路研究所http:/ 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2第第3章章 電源與電信號(hào)源電源與電信號(hào)源n直流電源n正弦波交流電源n三相交流電源與三相電路n信號(hào)源n理想電源n獨(dú)立電源的SPICE語(yǔ)言描述n突變與奇異函數(shù)n受控電源 東東 南南 大大 學(xué)學(xué)

2、射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2第3章 電源與電信號(hào)源n 電源是電路中的基本元件，也是任何電路中不可缺少的組成部分。假定沒(méi)有電源，任何電路均不會(huì)工作，元件中無(wú)電流通過(guò)，兩端也不會(huì)出現(xiàn)電壓。第二章初步涉及到電源及其模型。實(shí)際電源種類繁多，模型各異。有的很簡(jiǎn)單，有的卻相當(dāng)復(fù)雜。電路中常見(jiàn)的電源大體上只有四類：n 供應(yīng)電能確保電路正常工作的電源。n 電信號(hào)源，電信號(hào)源的主要任務(wù)是產(chǎn)生信號(hào)和攜帶信息。n 人為設(shè)計(jì)的、作為構(gòu)造電路的基本元件，如描述晶體管等有源器件轉(zhuǎn)移特性的受控源（controlled source）。n 并非實(shí)際存在的，而是人為虛擬

3、設(shè)置作為分析或計(jì)算電路用的模型，如代替PN結(jié)勢(shì)壘（potential barrier）的直流電壓源。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2直流電源l電池化學(xué)直流電源組成：正、負(fù)極、電解液和電極間的隔離物。工作原理：(1) 正極從外電路中 獲取電子，維持正極同電解液間的還原反應(yīng)。(2) 負(fù)極同電解液之間發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生多余的電子，輸送給外電路。這樣，在外電路中就有電子從負(fù)極遷移到正極，從而產(chǎn)生持續(xù)的電流。(3)負(fù)極氧化產(chǎn)生的電子在還原反應(yīng)中由正極所消耗。這樣的過(guò)程不斷持續(xù)，直至電極內(nèi)的活性材料和電解液中的活性材料耗盡為止。

4、這時(shí)，電池放電結(jié)束。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2錳鋅電池 n錳鋅（Mn-Zn）電池就是一般使用的干電池。電池的正極是二氧化錳（MnO2）礦粉，負(fù)極用鋅筒，電解液用氯化銨水溶液。由于正極的引出是依靠炭棒插在二氧化錳粉中，故錳鋅電池有時(shí)也稱炭鋅（C-Zn）電池和炭棒電池。n電池放電反應(yīng)（discharge reaction）方程式：AZn+8MnO2+ZnCL2+8H2O ZnCL24Zn(OH)2+8MnOOH 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/

5、6/2國(guó)際電工委員會(huì)國(guó)際電工委員會(huì)IEC制定的錳鋅電池標(biāo)準(zhǔn)制定的錳鋅電池標(biāo)準(zhǔn)正極負(fù)極電解液IEC標(biāo)準(zhǔn)JIS（日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)電壓（V）最大開(kāi)路電壓（V）標(biāo)準(zhǔn)電壓（V）最大開(kāi)路電壓（V）MnO2ZnZnCL2NH4CL1.51.7251.51.5東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2國(guó)際電工委員會(huì)IEC電池外形尺寸規(guī)范和習(xí)慣稱呼 直徑高度習(xí)慣稱呼（型號(hào)）IEC美國(guó)日本歐洲中國(guó)34.261.5R20D單1形Mono1號(hào)電池26.250.0R14C單2形Baby2號(hào)電池14.550.5R6AA單3形Mignon 5號(hào)電池10.

6、544.5R03AAA單4形Micro6號(hào)電池12.030.2R1N單5形Laby7號(hào)電池東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2錳鋅電池的容量 電池型號(hào)容量/Ah 15.422.350.760.470.2放電開(kāi)始時(shí)電流: 1.5/10=150 mA放電60小時(shí)，電池兩端電壓降至0.9V，此時(shí)電流: 0.9/10=90 mA估計(jì)電池容量: 90mA60h=5.4Ah東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2R6(AA, 5號(hào)) 電池在不同負(fù)載電阻下得到的放電

7、容量 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2堿性電池（Alkaline） n 仍是一種錳鋅電池，電池的正極采用電解生成二氧化錳，負(fù)極用高純度鋅。與一般錳鋅電池主要區(qū)別有二：一是電解液不用ZnCl2、NH4Cl等中性鹽類的水溶液，改用強(qiáng)堿氧化鉀或氯氧化鈉，其放電反應(yīng)方程式為: Zn+2MnO2+H2O ZnO+2MnOOH 二是負(fù)極不再用鋅筒，而用高純度鋅粉膠合成多孔狀圓柱體安置在二氧化錳內(nèi)，從而極大增加了活性反應(yīng)的表面積，成倍提高了電池的放電容量。n 放電容量比一般錳鋅電池大2倍，間歇工作時(shí)至少大1.7倍。n 放電時(shí)電壓下

8、降較慢，承受重負(fù)載的能力遠(yuǎn)比錳鋅電池強(qiáng)，廣泛用于需要大電流驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合 。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2堿性電池的放電容量 1號(hào)電池的容量=9Ah2號(hào)電池的容量=3.8Ah5號(hào)電池的容量=1.5Ah6號(hào)電池的容量=0.6Ah7號(hào)電池的容量=0.36Ah電池型號(hào)容量/Ah 1823.851.560.670.36東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2鎳鎘電池 n 鎳鎘（Ni-Cd）電池是一種二次電池二次電池，可以再充電的，故也稱為充電電池充電電池（r

9、echargeable battery）或蓄電池蓄電池（accumulator）等。n 鎳鎘電池的正極采用鎳的氧化物，譬如氫氧氧化鎳NiOOH，負(fù)極用金屬鎘Cd。電解液用氫氧化鉀水溶液。該電池的放電反應(yīng)式為2NiOOH+Cd+2H2O2Ni(OH)2+Cd(OH)2n 方程式指出，正極NiOOH被還原成Ni(OH)2。負(fù)極Cd被氧化了，變成Cd(OH)2，還原和氧化產(chǎn)生1.3伏電勢(shì)，維持電池放電。n 充電時(shí)，方程式逆向反應(yīng)，氫氧化鎳與金屬鎘又重新生成。曾被還原過(guò)的正極Ni(OH)2又重新氧化成NiOOH。曾被氧化過(guò)的負(fù)極Cd(OH)2又重新還原成Cd。反應(yīng)方程式是雙向的、可逆的，理論上允許重復(fù)

10、無(wú)限次。 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2鎳鎘電池的密封問(wèn)題n 過(guò)充電是指，電池已充滿還繼續(xù)再充。充滿是指正常的充電反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束，正極、負(fù)極的活性物質(zhì)又重新生成。若再繼續(xù)充電，電解液中的水份將被分解為氫氣和氧氣，隨著氣體不斷產(chǎn)生，電池內(nèi)部壓力不斷上升，將對(duì)電池起破壞作用。n 1947年德國(guó)工程師G. Neumann發(fā)明的一個(gè)新方法：利用金屬鎘非常活潑容易氧化這樣一個(gè)特性將負(fù)極做得比正極大。于是，充電時(shí)容量小的正極將先充滿，容量大的負(fù)極離充滿為時(shí)尚早。這時(shí)，水的電解只產(chǎn)生氧氣而不產(chǎn)生氫氣。聚集在正極周圍的氧氣將擴(kuò)散到負(fù)

11、極，同剛才還原生產(chǎn)的金屬鎘發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣被吸收。如果氧氣被吸收的速度同充電時(shí)金屬鎘生成的速度平衡，電池內(nèi)部壓力將會(huì)恒定，密封成為可能。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2Ni-Cd電池的主要參數(shù) 國(guó) 內(nèi)習(xí) 慣稱 呼標(biāo)稱電壓(V)標(biāo)準(zhǔn)容量(mAb)標(biāo)準(zhǔn)充電、放電充電（mA）時(shí)間（h）放電（mA）1號(hào)1.21800180153602號(hào)1.21200120152405號(hào)1.250050151006號(hào)1.2180181536東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022

12、/6/2Ni-Cd電池的主要特征 n電池的外形有圓筒型、方型和紐扣型三種。n額定電壓為1.2伏，放電過(guò)程中比較穩(wěn)定。 n能量密度低。 n漏電嚴(yán)重。 n允許反復(fù)充電500次以上，有的可達(dá)2000次。 n使用方便。 n使用條件和使用環(huán)境較為寬松。允許過(guò)充電。也允許長(zhǎng)期放置。使用溫度范圍寬廣。 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2鈕扣電池 n 廣泛應(yīng)用于諸如電子表和微型助聽(tīng)器等微型電子產(chǎn)品 直徑(mm)厚度(mm)2.62.01.61.2東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻

13、 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2鈕扣電池四大系列 電池名稱IEC標(biāo)記正極材料負(fù)極材料電解液（水溶液）標(biāo)稱電壓（V）氧化銀電池SRAg2OZnKOH或NaOH（添加ZnO）（蒸餾水）1.55水銀電池MRNRHgOHgO+MnO2ZnKOH或NaOH（添加ZnO）（蒸餾水）1.351.4堿性電池LRMnO2ZnKOH或NaOH（蒸餾水）1.5空氣電池PRO2ZnKOH或NaOH（蒸餾水）1.4東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2各種鈕扣電池的放電特性 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射

14、頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2鋰電池 n 鋰電池以金屬鋰（Li）做電池負(fù)極n 鋰電池有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是輕，二是電池的電壓高 n 鋰電池反應(yīng)式 Mn4+O2+Li Li+Mn3+O2 反應(yīng)式中，4價(jià)錳變?yōu)?價(jià)錳，于是把鋰結(jié)合進(jìn)去了。產(chǎn)生了較大的放電電壓，標(biāo)稱值為3伏，開(kāi)路電壓達(dá)3.5伏，是普通電池的兩倍。n 過(guò)去需要2節(jié)電池工作的電路，現(xiàn)在只需一個(gè)薄薄的“硬幣”就可完成。若用于計(jì)算機(jī)，向CMOS靜態(tài)RAM供電以保存重要數(shù)據(jù)時(shí)，一個(gè)小小的COIN可維持5年以上。 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究

15、 所所2022/6/2其它鋰電池n 銅銅-鋰電池（鋰電池（Cu-Li） 正極采用氧化銅CuO，放電反應(yīng)產(chǎn)生的電壓，其標(biāo)稱值為1.55伏，與普通的錳鋅電池和氧化銀電池相近，允許互換使用。n 氯化硫氯化硫-鋰電池（鋰電池（SOCl2-Li） 這種電池的正極用氯化氧硫，負(fù)極用鋰，放電反應(yīng)產(chǎn)生的電壓較多，標(biāo)稱值達(dá)3.6伏，開(kāi)路電壓超過(guò)4伏。是最新開(kāi)發(fā)出來(lái)的新品種，它相當(dāng)于3個(gè)Ni-Cd電池串聯(lián)工作，可用在3.3伏的計(jì)算機(jī)中。n 二次鋰電池：二次鋰電池：碳-鋰電池，釩-鋰電池，錳-鋰電池，聚酰胺-鋰電池等均可提供標(biāo)稱電壓為3伏的，適用于高溫、低溫放電的優(yōu)良的二次電池。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻

16、與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2電池型號(hào) nIEC原標(biāo)準(zhǔn) 電池系列字母a錳-鋅堿性L水銀M錳水銀N氧化銀S過(guò)氧化銀T空氣（銨酸）A空氣 （堿）P氟化碳-鋰B錳-鋰C電池外形字母b圓形R方形 S東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2太陽(yáng)能電池原理：把來(lái)自太陽(yáng)的光變成電。就把光變成電這一點(diǎn)來(lái)講，太陽(yáng)能電池同光敏二極管是一樣的。只是作為能源要求效率高，在設(shè)計(jì)上作了巨大的改進(jìn)，確保提供強(qiáng)大的電流。因此，如果說(shuō)化學(xué)電池是產(chǎn)生直流電壓的話，太陽(yáng)能電池則是產(chǎn)生直流電流。鑒于輸出電流較大，引出電極

17、的歐姆電阻rs必須計(jì)及，又因太陽(yáng)能電池的面積大，漏電不可忽略，故有電阻RL與PN結(jié)并聯(lián)，上圖是太陽(yáng)能電池的模型。 由于太陽(yáng)能是無(wú)污染的能源，有取之不盡的能量，可以永久地工作，目前除了用于衛(wèi)星等航天電子裝置中外，還廣泛用于手表、計(jì)算器和收音機(jī)等微型電子裝置上。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/23.1.3 電池的伏安特性l電池有兩個(gè)重要參數(shù)：電壓與容量。l電壓是電池的第一重要參數(shù)，指的是標(biāo)稱電壓（normal voltage)。 l電池的容量是電池的第二重要參數(shù)，是指一個(gè)電池在給定負(fù)載（給定負(fù)載電阻或給定輸出電流）下能連續(xù)

18、放電多少時(shí)間？多少安培小時(shí)？ 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2電池的伏安特性 電池的伏安特性與一般電阻元件的伏安特性的三點(diǎn)區(qū)別電池的伏安特性與一般電阻元件的伏安特性的三點(diǎn)區(qū)別 a) 伏安特性上有一個(gè)起始電壓b) 伏安特性是有范圍的c) 伏安特性的斜率是負(fù)的東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2電池同負(fù)載電阻相連接時(shí)的伏安特性和電路圖 n 利用兩條伏安特性相交可以求出簡(jiǎn)單電路中的電流和電壓。這種圖解法無(wú)論對(duì)線性電路還是非線性電路均適用，但必須能得到

19、電源和負(fù)載的伏安特性，并且限于求解簡(jiǎn)單電路。 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2n電池模型：一個(gè)理想電池同 一個(gè)非線性元件相串聯(lián) 電池的非線性伏安特性東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2電池同負(fù)載電阻相連接時(shí)的折線近似伏安特性和含線性電阻的電路模型 n E是電池的標(biāo)稱電壓。n r是電池的內(nèi)阻 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/23.2 正弦波交流電源n 電力電源是指為城鄉(xiāng)提

20、供的電能的電源。n 電力電源由發(fā)電廠產(chǎn)生。巨大的發(fā)電機(jī)平穩(wěn)地旋轉(zhuǎn)，源源不斷地將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。由于線圈相對(duì)于磁場(chǎng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量按余弦(cosine)規(guī)律變化。根據(jù)法拉第感應(yīng)定律，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)必然是按正弦(sine)規(guī)律變化。故交流電（AC, alternative current)是一種正弦波形。若沒(méi)有超負(fù)荷(overload)運(yùn)行，電力電源是頻率穩(wěn)定、電壓恒定的交流電源。n 用理想電壓源表達(dá)的電力電源模型與計(jì)及內(nèi)阻后的模型 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/23.2.2 正弦波交流電源與電路工程n 發(fā)電機(jī)

21、的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)線圈繞組的磁通量(magnetic flux)是旋轉(zhuǎn)角度t的余弦函數(shù)，d/dt將是正弦電壓。故發(fā)電機(jī)發(fā)出來(lái)的電是正弦交流。n 交流電對(duì)輸配電特別有利：利用變壓器提升可以克服線路上的電壓降，再利用高壓輸電與低壓配電技術(shù)大大推進(jìn)了電力的應(yīng)用。顯然，正弦交流是傳送電能的最佳載荷體。n 正弦交流很容易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，旋轉(zhuǎn)平穩(wěn)，為工業(yè)界提供了靈活機(jī)動(dòng)的、高效率動(dòng)力，促進(jìn)了工業(yè)電氣化。 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2其他方式生成的正弦波n Maxwell方程組導(dǎo)出的波動(dòng)方程式。它的解是正弦

22、波。并暗示著正弦電磁場(chǎng)以無(wú)線方式在真空或介質(zhì)中傳播。因而，正弦波被作為一種載玻，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電通信。 n 在電感和電容的電路里，描述電流、電壓的方程式是二階常微方程。其解是正弦函數(shù)。阿姆斯特朗LC振蕩器可以產(chǎn)生穩(wěn)定的正弦信號(hào)。提供載波的來(lái)源。n 諧振電路和濾波器的發(fā)明，允許把不同頻率的正弦信號(hào)分離開(kāi)來(lái)。這樣，人們就可以用不同頻率的正弦波傳送復(fù)雜信號(hào)，或傳送若干個(gè)不同的信號(hào)。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2正弦波形與表達(dá)式正弦波形與表達(dá)式0( )cos(2)v tAt T0( )sin(2)v tAt T0100( )co

23、s(22)cos(2)v tAt Tt TAt T東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2正弦波形的傅立葉（Fourier）分解 0100( )cos(22)cos(2)v tAt Tt TAt T00( )cos(2)cossin(2)sinv tAt TAt T00( )cos(2)sin(2)v tat Tbt T101000coscos(2)(0),0sinsin(2)(4),4aAAt TvtbAAt Tv ttt 22Aab1()tgb a 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電

24、路路 研研 究究 所所2022/6/2正弦波的頻率(frequency)與角頻率(radian frequency) n 描述正弦波形的時(shí)間表達(dá)式時(shí)，人們習(xí)慣于采用頻率。頻率定義為每單位時(shí)間內(nèi)周期的個(gè)數(shù)，即每單位時(shí)間內(nèi)有幾周。因?yàn)橹芷赥0是一周的秒數(shù)，因而每秒的周數(shù)為 f0稱為循環(huán)周數(shù)的頻率，簡(jiǎn)稱為頻率，其單位為赫茲（Hz）n 因?yàn)槊恳恢埽嘟亲兓?60(2)，因此，頻率也可以用每秒鐘變化多少角度，多少個(gè)2來(lái)表示，這種表達(dá)頻率的方法，稱為角頻率0 0=2 f0=2/ T0 角頻率0 的單位為每秒弧度，即rad/s 001fT東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電

25、 路路 研研 究究 所所2022/6/2頻率與角頻率應(yīng)用場(chǎng)合n 當(dāng)涉及到交流電源時(shí)，人們喜歡用周數(shù)頻率，如50 Hz，60 Hz，400 Hz等等。n 當(dāng)涉及到各種信號(hào)時(shí)，人們也喜歡采用周數(shù)頻率f0，如，我們的收音機(jī)接收1008kHz調(diào)幅廣播電臺(tái)，或92.6MHz調(diào)頻立體聲廣播電臺(tái)。n 但在涉及到各種系統(tǒng)時(shí)，人們卻喜歡采用角頻率0 。因?yàn)橛?表示時(shí)，系統(tǒng)的描述可以更清晰更簡(jiǎn)潔，容易分析，容易設(shè)計(jì)。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2正弦波形的重要性質(zhì)n加法性質(zhì)加法性質(zhì) 1101( )cos()v tAw t2202( )

26、cos()v tAw t21vvv21vvvsincosbbbAaaaA221221v）（）（bbaaA東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2兩個(gè)頻率相同的正弦波形之和兩個(gè)頻率相同的正弦波形之和: 波形與振幅波形與振幅n 相加合成得到的正弦波形振幅 n 正巧是三角形的余弦定理 22121222221212111 22212121 222121212121222121212()()2222222()vAaabbaaa abbbbAAa abbAAA A coscosA A sinsinAAA A cos 東東 南南 大大 學(xué)

27、學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2正弦波形的矢量求和正弦波形的矢量求和把正弦波形看成矢量: 則合成矢量Au 結(jié)論結(jié)論: 正弦波形之和不是代數(shù)和，兩個(gè)振幅不能直正弦波形之和不是代數(shù)和，兩個(gè)振幅不能直接以接以Av=A1+A2的形式相加，而是矢量和。的形式相加，而是矢量和。 222111AAAAv12vvAAAA東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/23.3 三相交流電源與三相電路n 電力系統(tǒng)的電源有兩類，即=單相電源（single-phase power supply）=三

28、相電源（3-phase power supply）n 以上介紹的交流電源只產(chǎn)生一個(gè)交變電動(dòng)勢(shì)，所以叫單相交流電。單相交流電源和負(fù)載是由兩根導(dǎo)線連接起來(lái)的。我們?nèi)粘Ｉ钪械碾娖?，?20V的電燈、電爐、電風(fēng)扇、收音機(jī)、PC等都是單相負(fù)載。n 由三個(gè)同頻率、等幅度、相位依次相差120的正弦交流電壓源，叫三相交流電。n 由三相電源、三相負(fù)載和三相輸電線路組成電路稱之為三相電路(3-phase circuit)。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相電路的優(yōu)點(diǎn) 1）在發(fā)電方面，三相電源比單相電源可提高功率50；2）在輸送電力方

29、面，三相輸電比單相輸電節(jié)省鋼材25，因?yàn)樵诒葐蜗嚯姸嘤靡粭l線的情況下，輸送電力的能力是單相輸電的三倍。3）配電方面：三相變壓器比單相變壓器經(jīng)濟(jì)且便于接入負(fù)載。4）用電方面：三相電動(dòng)機(jī)等設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相交流電的產(chǎn)生 n 三相交流電通常是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生。n 發(fā)電機(jī)通常由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋及軸承等部件構(gòu)成。定子由定子鐵芯、線包繞組、機(jī)座以及固定這些部分的其它結(jié)構(gòu)件組成。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯(或磁極、磁扼)繞組、護(hù)環(huán)、中心環(huán)、滑環(huán)、風(fēng)扇及轉(zhuǎn)軸等部件組成。n 由軸承及

30、端蓋將發(fā)電機(jī)的定子，轉(zhuǎn)子連接組裝起來(lái)，使轉(zhuǎn)子能在定子中旋轉(zhuǎn)，做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，通過(guò)接線端子引出，接在回路中，便產(chǎn)生了電流。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相發(fā)電機(jī) n AX、BY、CZ為發(fā)電機(jī)的三相繞組，其參數(shù)相同，在空間上對(duì)稱分布。n A、B、C為正極性端標(biāo)記，X、Y、Z為負(fù)極性端標(biāo)記。n 轉(zhuǎn)子繞組通入直流電流，建立磁場(chǎng)，在原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下，以角速度 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，分別在繞組AX、BY、CZ中產(chǎn)生三個(gè)最大值相等，頻率相同，相位互差120的感應(yīng)電壓vA、vB和vC。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射

31、射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相電瞬時(shí)值時(shí)域表達(dá)式、波形與矢量表示n瞬時(shí)值時(shí)域表達(dá)式 波形n矢量表示)240cos(2)()120cos(2)()cos(2)(CBAtVtvtVtvtVtv2401200CBAVVVVVV東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2相量與對(duì)稱三相電源 n相量三相電壓的差別僅在于它們的相位。因此在電路教科書(shū)通常把它們稱之為相量（phasor） n對(duì)稱三相電源 0 CBAvvv0CBAVVV東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電

32、集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相電壓矢量相加關(guān)系 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相電源的星形（Y形）接法 A、B、C三根線稱之為相線（Phase Line），或稱之為火線（上接高壓，對(duì)地短接會(huì)產(chǎn)生火花）。N稱之為中線（Neutral Line， 對(duì)稱三相電壓在此中和抵消），或稱之為零線（對(duì)地電壓為零）。 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相電源星形接法的相電壓和線電壓 n相電壓定義為相線對(duì)中線的電壓相電壓定義

33、為相線對(duì)中線的電壓 AANVVBBNVVCCNVVn線電壓定義為相線之間的電壓線電壓定義為相線之間的電壓 210302409032401203031200ANCNCACNBNBCBNANABVVVVVVVVVVVVVVVVVV東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2線電壓與相電壓之間的通用關(guān)系n在日常生活與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，多數(shù)用戶的電壓等級(jí)為VP = 220VVL = 380V pL 3VV東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相電源的三角形（形）接法

34、n 發(fā)電機(jī)三個(gè)定子繞組的始末端順次相接，再?gòu)母髀?lián)接點(diǎn)A、B、C引出火線來(lái)，就構(gòu)成一臺(tái)三角形聯(lián)接的三相發(fā)電機(jī)。 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相負(fù)載的接法 星形三角形 負(fù)載的相電壓負(fù)載的相電壓：每相負(fù)載上的電壓負(fù)載的線電壓負(fù)載的線電壓：負(fù)載端線間的電壓線電流線電流：流過(guò)端線的電流 。相電流相電流：流過(guò)每相負(fù)載的電流東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相電路聯(lián)結(jié) n Y形和形兩種接法的三相電源與Y形和形兩種接法三相負(fù)載聯(lián)接時(shí)，可以構(gòu)成四種聯(lián)接

35、形式： Y-Y、Y-、-Y、-n 在三相負(fù)載與三相電源聯(lián)接時(shí)，有一個(gè)相序問(wèn)題，即三相電源三相電源各相經(jīng)過(guò)同一值各相經(jīng)過(guò)同一值(如最大值如最大值)的先后順序。的先后順序。n 將三相負(fù)載的A、B和C分別與電源的A、B、和C聯(lián)接時(shí)，我們得到一個(gè)正序正序(順序順序)聯(lián)接，聯(lián)接，即三相負(fù)載各相經(jīng)過(guò)同一值的先后順序?yàn)锳-B-C-A。假如負(fù)載是一個(gè)三相電動(dòng)機(jī)，此時(shí)它轉(zhuǎn)動(dòng)的方向?yàn)檎?，那么，只要換一根聯(lián)結(jié)線，譬如，A接B，B接A，三相負(fù)載各相經(jīng)過(guò)同一值的先后順序就變?yōu)闉锽-A-C-B。從而得到一個(gè)負(fù)序負(fù)序(逆序逆序)，電動(dòng)機(jī)就向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電

36、電 路路 研研 究究 所所2022/6/2單相電路的瞬時(shí)功率若考慮只含電阻、電感和電容等的網(wǎng)絡(luò)N，如右圖所示，端口電壓為v，端口電流為i，則網(wǎng)絡(luò)吸收的瞬時(shí)功率為在正弦穩(wěn)態(tài)情況下，設(shè)則令為電壓與電流之間的相位差，有vip )ivtIitVv cos2 cos2)ivivivtVIVItItVvip2coscoscos2cos2iv)v v 22sinsin22cos1cos tVItVIp東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2單相電路的有功功率和無(wú)功功率)v v 22sinsin22cos1cos tVItVIp上式第一項(xiàng)恒

37、大于零，說(shuō)明這部分是網(wǎng)絡(luò)消耗的能量；第二項(xiàng)是正負(fù)交替的，說(shuō)明這部分能量在電源和網(wǎng)絡(luò)之間反復(fù)的交換。瞬時(shí)功率在實(shí)際應(yīng)用中意義不大，人們關(guān)注的通常是電網(wǎng)絡(luò)實(shí)際消耗的功率，對(duì)于正弦穩(wěn)態(tài)電路，我們可以計(jì)算一個(gè)周期內(nèi)電路消耗功率的平均值，即 )cosd2coscos1d1 0 0 VIttVITtpTPTivT該功率被稱為平均功率或有功功率。有功功率的表達(dá)式恰好是*式第一項(xiàng)的“系數(shù)”因子。工程中還將*式第二項(xiàng)的“系數(shù)”因子定義為無(wú)功功率，用Q表示，即 *sinVIQ 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2單相電路的視在功率n許多電力

38、設(shè)備的容量（例如：變壓器、電機(jī)的輸出功率）由它的額定電壓和額定電流的乘積決定，為此，人們引入了視在功率S的概念，其定義為有功功率、無(wú)功功率和視在功率都具有功率的量綱，為區(qū)分起見(jiàn)，有功功率的單位用瓦特(W)，無(wú)功功率的單位用乏爾(var)，視在功率的單位用伏安(VA)VIS 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三相電路的功率n單相電路的平均功率：?jiǎn)蜗嚯娐返钠骄β剩?為相電壓與相電流的相位差為相電壓與相電流的相位差(阻抗角阻抗角)cos 為功率因數(shù)為功率因數(shù)n三相總功率三相總功率 nY形聯(lián)接三相總功率形聯(lián)接三相總功率n形聯(lián)

39、接三相總功率形聯(lián)接三相總功率 PPPcosPVIPPP33cosPPVILLLL13cos3cos3PV IV I LLLL13cos3cos3PVIV I東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2有功功率P與無(wú)功功率Q n 平均功率P都是有功功率，即負(fù)載吸收的功率有功功率，即負(fù)載吸收的功率 n 與有功功率P相對(duì)應(yīng)的是無(wú)功功率無(wú)功功率Q n 單相電路的無(wú)功功率：?jiǎn)蜗嚯娐返臒o(wú)功功率：n 三相電路的總無(wú)功功率：三相電路的總無(wú)功功率：n 三相電路的視在功率：三相電路的視在功率：n 功率因數(shù)定義：功率因數(shù)定義： PPPsinQVIPB

40、A3Q QQQQCPPLL 3sin3sinQV IV I22PPLL33SPQV IV ISPcos東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/23.4 信號(hào)源信號(hào)源: 能量、信息與信號(hào)能量、信息與信號(hào)u 正弦波電源既可以作為提供能量的電源，也可以作為提供信息的信號(hào)源。雖然50Hz的交流電源所能提供的信息是很少的（幅度、頻率和相位），一系列不同頻率的正弦波電源就可以在開(kāi)關(guān)作用下實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的頻率調(diào)制，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞。u 任何一個(gè)產(chǎn)生多種正弦電流或電壓的電源都可以提供能量和信息。但提供能量的電源所能提供的信息通?？梢院雎圆挥?jì)，而提

41、供信息的電源所能提供的能量通常也可以忽略不計(jì)。u 由于攜帶信息的電流和電壓在傳輸過(guò)程中會(huì)衰減，而電路中還存在噪聲，為使最終得到的信息不被噪聲淹沒(méi)，生成信息的電源必須具有足夠的功率。以一定功率攜帶信息的電壓或電流稱為電信號(hào)。在電路理論和工程中，我們更多研究的是信號(hào)。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2有用信號(hào)與干擾信號(hào)n 有用信號(hào)是通過(guò)各種傳感元件變換，需傳輸、處理或存儲(chǔ)的攜帶信息的信號(hào)。比如，話筒產(chǎn)生的音頻信號(hào)，攝像機(jī)產(chǎn)生的視頻信號(hào)等。對(duì)電路分析設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，人們必須知道這類信號(hào)源的模型。由于傳感器種類繁多，建立的模型往往帶

42、有該類傳感器的特色。n 干擾信號(hào)來(lái)源眾多。電路內(nèi)部產(chǎn)生的有：電路中的熱噪聲、半導(dǎo)體器件中的各種噪聲、非線性電路產(chǎn)生的各種虛假信號(hào)等。外部干擾主要有自然界中存在的各種電磁干擾、電子產(chǎn)品和各種電氣裝置產(chǎn)生的電磁干擾以及許多人為干擾等。n 干擾信號(hào)有兩大特點(diǎn)：=無(wú)規(guī)則、隨機(jī)變化。=干擾信號(hào)源分布在整個(gè)電路上，因而模型復(fù)雜，計(jì)算困難。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2產(chǎn)生語(yǔ)音信息的信號(hào)源產(chǎn)生語(yǔ)音信息的信號(hào)源話筒話筒 n 目前使用的話筒仍是1880年愛(ài)迪生發(fā)明的炭粒話筒。該話筒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一盒壓緊的炭粉，盒蓋是可以振動(dòng)的膜片。當(dāng)聲

43、波作用到膜片上時(shí)，膜片振動(dòng)引起炭粉上壓力的變化，改變了炭盒的電阻，如果電路里有直流電源，它所產(chǎn)生的電流中將含有變化的成份，這個(gè)變化的成份將反比于電路中的電阻，而炭盒電阻又反比與膜片上聲波的壓力。n 電路中的電流將正比于聲壓，將聲壓變?yōu)殡娏餍盘?hào)。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2產(chǎn)生語(yǔ)音信息的信號(hào)源產(chǎn)生語(yǔ)音信息的信號(hào)源聽(tīng)筒聽(tīng)筒聽(tīng)筒的功能是相反的，將電流變化轉(zhuǎn)化為聲壓變化。聽(tīng)筒的原理和結(jié)構(gòu)基本上與1876年貝爾發(fā)明時(shí)一樣。當(dāng)通過(guò)線圈的電流變化時(shí)，磁場(chǎng)發(fā)生變化，磁力的變化引起膜片振動(dòng)，推動(dòng)空氣，產(chǎn)生聲波。 東東 南南 大大

44、學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2監(jiān)測(cè)溫度變化的信號(hào)源監(jiān)測(cè)溫度變化的信號(hào)源熱電偶（熱電偶（thermoelectric couple） n 兩跟不同類型的金屬絲，若將其中一端合在一起，另一端懸空，則懸空端會(huì)產(chǎn)生電壓，其值決定于兩端的溫度差，大約有幾個(gè)毫伏，可用于測(cè)量溫度.n 這種信號(hào)源的模型是一理想電壓源VT，其值僅取決于溫度，與電路中別的變量和參數(shù)無(wú)關(guān)。 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2探測(cè)磁場(chǎng)變化的信號(hào)源探測(cè)磁場(chǎng)變化的信號(hào)源磁頭磁頭 n 磁頭(magnet

45、ic head)的基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)具有微小間隙的磁路。當(dāng)磁帶通過(guò)間隙時(shí)存儲(chǔ)著信息的磁針改變了間隙磁場(chǎng)，從而感應(yīng)出電勢(shì)。n 磁頭電路及其等效電路。由于線圈本身有電感量，故模型中除了有一個(gè)理想電壓源EM外，還有一個(gè)電感LM 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2探測(cè)光變化的信號(hào)源探測(cè)光變化的信號(hào)源光敏二極管光敏二極管 n 光敏二極管(photosensitive diode)以半導(dǎo)體PN結(jié)為基礎(chǔ)。當(dāng)光射入PN結(jié)時(shí)引起了共價(jià)鍵分解，產(chǎn)生了新的電子空穴對(duì)。在PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)的作用下，新空穴進(jìn)入P區(qū)，新電子進(jìn)入N區(qū)。使P區(qū)的空穴越來(lái)越多，

46、N區(qū)的電子越來(lái)越多，形成了正負(fù)極性，從而在外電路中引起電流，把光轉(zhuǎn)化為電流，其值大小決定于光的強(qiáng)度。n 光激發(fā)產(chǎn)生的是載流子，故是電流源，不是電壓源。n 二極管依舊存在，它相當(dāng)于電流源的內(nèi)阻。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2光敏二極管的應(yīng)用光敏二極管的應(yīng)用 n 光信號(hào)的傳輸。通過(guò)光將前級(jí)的信號(hào)傳輸給后級(jí)，而前后級(jí)之間卻沒(méi)有任何電路上的連接， 從而保證了前后級(jí)之間電氣 的隔離，如右圖所示。這種 光傳輸原理也廣泛用于空間光通信和光纖通信系統(tǒng)。n 光信號(hào)檢測(cè):利用光信號(hào)可以檢測(cè)出物體的位置和運(yùn)動(dòng)。下圖是兩種應(yīng)用方案，透射式

47、和反射 式。廣泛用于磁盤定位、磁帶 檢出以及各種定位控制系統(tǒng)中。 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2三種主要光電二極管的剖面圖Cross-views of 3 Principle PDspin-PD APD MSM-PD (雪崩光敏（電）二極管) i(n)np_+h+_RLi(p)np_+h+_RLp+_RL(a)(b)(c)hintrinsic substrate東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2光電二極管原理（Principle of PD

48、s）=所有的光電二極管工作是都加反向偏置(reverse biased). =無(wú)輻照時(shí)（no radiation），只有很小的反向飽和電流（saturated reverse current）即暗電流（dark current）流過(guò)二極管. =有光（light）輻照時(shí), 在二極管耗盡區(qū)(depletion region) 產(chǎn)生電子空穴對(duì)(electron-hole pairs）.這些電子空穴對(duì)在外電源作用下迅速掠過(guò)耗盡區(qū)，漂移到電極，在外電路（external circuit）形成電流.東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/

49、2光電二極管等效電路（Equivalent Circuits of PDs）光電效應(yīng)等效為一個(gè) 獨(dú)立電流源東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2理想電源理想電源n各種實(shí)際電源的模型均較復(fù)雜，尚需進(jìn)一步分解。這說(shuō)明了客觀上需要一種更基本的電源模型作為基元來(lái)構(gòu)造實(shí)際電源的模型，比如，理想電壓源（ideal voltage source）與理想電流源（ideal current source）。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2理想電壓源理想電壓源n 理

50、想電壓源是二端元件。它的端電壓Va-Vb始終保持不變，通過(guò)端點(diǎn)的電流無(wú)論多大，它始終是常數(shù)。n 理想電壓源的基本行為是 ) )arbitraryor or babatiIEVVtevv東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2需要注意的問(wèn)題需要注意的問(wèn)題 名稱問(wèn)題名稱問(wèn)題 電壓極性和電流方向電壓極性和電流方向 充電與放電充電與放電 電壓值為零的電壓源電壓值為零的電壓源 任意信號(hào)任意信號(hào)e(t)的表達(dá)的表達(dá)東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2名稱問(wèn)題名稱問(wèn)

51、題 n 理想電壓源的名稱眾多，比如：獨(dú)立電壓源，是指它的輸出電壓不受外接電路的影響始終保持不變，說(shuō)明該電壓源是獨(dú)立的。n 有時(shí)也稱為恒壓源，即使電壓值實(shí)際上是隨時(shí)間變化的，如e(t)，但因其輸出電壓不受外接負(fù)載變化而變化始終保持恒定不變，故稱為恒壓源。n 也有人簡(jiǎn)稱為電壓源，即使沒(méi)有別的說(shuō)明，人們也能理解，指的是理想電壓源。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2電壓極性和電流方向電壓極性和電流方向 n 伏打電池誕生以來(lái)，人們已習(xí)慣于在電 池兩端標(biāo)注極性。電位高的一端稱為正 極，低的一端稱為負(fù)極。電流從正極流 出，經(jīng)負(fù)載，從

52、負(fù)極返回。從電源的一 側(cè)看，電流是從電源正端流出的。從負(fù)載一側(cè)看，電流是從電源正端流入的，正好相反。這個(gè)差別反映了電源是電能的供方，負(fù)載是電能的需方。作為供方電流當(dāng)然從正端輸出。但作為需方，電流方向并不是由負(fù)載自身確定。n 電阻是沒(méi)有極性的，電流無(wú)論從哪端流入效果都一樣。流過(guò)負(fù)載的電流方向是由供方確定的，電阻上的電壓極性也由供方確定，因而才會(huì)出現(xiàn)上述景象。這個(gè)差別就是有源（active）元件與無(wú)源（passive）元件的差別。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2充電與放電充電與放電 n 當(dāng)電源作為供電元件時(shí)，電流從電源正

53、端流出，電源放電。n 假如電路中還有別的電源，有可能出現(xiàn)這種情況：全部電源作用的結(jié)果使得有電流從電源的正端輸入。這時(shí)，電源變成電能 的需方，進(jìn)行充電，如上圖所示。若是可充電的二次電池，則引起充電反應(yīng)，電能儲(chǔ)蓄在電池中。若是一次電池，充電結(jié)果將引起電池發(fā)熱，耗散掉這些充入的電能。n 若既不是二次電池，也不是一次電池，是一個(gè)理想電壓源，一種抽象的電源模型，顯然無(wú)法解釋這些能量的去處，恐怕也無(wú)必要作解釋。 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2理想電壓源充電區(qū)放電區(qū)無(wú)限大理想電壓源充電區(qū)放電區(qū)無(wú)限大n 理論上，理想電壓源是一種無(wú)

54、限能源?？梢蕴峁o(wú)限電流，無(wú)限電功率和無(wú)限電能，是取之不盡，用之不竭的。n 同理，它也允許輸入無(wú)限電流，充進(jìn)無(wú)限電功率和無(wú)限電能，簡(jiǎn)直是一個(gè)“黑洞”，因而無(wú)需研究充電能量的去處。n 下圖指出，放電區(qū)是無(wú)限大的，充電區(qū)也是無(wú)限大的。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2電壓值為零的電壓源電壓值為零的電壓源 n 理想電壓源是一種伏安類元件，它像電阻一樣可用伏安特性來(lái)表示其行為，區(qū)別僅在于伏安特性不同。電阻的伏安特性是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的正斜率直線。理想電壓源的伏安特性是一條平行于橫坐標(biāo)i的直線。平行線的高度代表著該電壓源的電壓值

55、。n如果電壓源的電壓值E0時(shí)，則平行線將位于橫坐標(biāo)之上。若E0，即a端為正，b端為負(fù)。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2電流源的端電壓極性是受外接電路影響電流源的端電壓極性是受外接電路影響n 除電能的需方外，若還有別的電流源，如圖所示，電壓VaVb的極性就取決于電流源I1和I2的相對(duì)大小。n 當(dāng)I1I2時(shí)，顯有VaVb0，a端是正，b端為負(fù)。n 當(dāng)I1I2時(shí)，則VaVbI2，則(VaVb)0，得P10，表示電流源I1給出的功率是正的，I1處于放電狀態(tài)。同時(shí)也得P20，伏安特性位于右半平面。若I0，伏安特性位于左半平面。

56、若I=0，該電流源的伏安特性就與電壓軸重合。n 要注意，I=0是一種特殊的電流源，其行為是：arbitrary0baVVI東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2開(kāi)路元件看成一個(gè)開(kāi)路元件看成一個(gè)I=0的理想電流源的理想電流源n 不管電壓多大，通過(guò)元件的電流總是零，表示這條支路是不通的，a、b兩點(diǎn)間開(kāi)路。換言之，開(kāi)路元件可以看成一個(gè)I=0的理想電流源。n 過(guò)去人們把開(kāi)路看成阻值無(wú)窮大的電阻元件。然而，這只能作為意會(huì)，不能作為分析計(jì)算的依據(jù)。因?yàn)闊o(wú)限大畢竟不是一個(gè)數(shù)，人們也從未驗(yàn)證過(guò)它是否還遵循OL。n 現(xiàn)在有了確切的電阻定義，

57、并把R=排除在電阻之外，況且人們對(duì)電流源又有較多的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)用I=0的電流源來(lái)描述開(kāi)路元件更為恰當(dāng)，就逐漸放棄R=的描述方法。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2短路元件和開(kāi)路元件的描述方法短路元件和開(kāi)路元件的描述方法n 下圖是短路元件和開(kāi)路元件的描述方法。n 以后將會(huì)發(fā)現(xiàn)這種描述方法將帶來(lái)許多好處。l比如，短路元件和開(kāi)路元件的引入不改變電路矩陣，簡(jiǎn)化了電路計(jì)算；l用電壓源和電流源描述短路和開(kāi)路的方法客觀上為開(kāi)關(guān)元件的描述奠定了基礎(chǔ)，為開(kāi)關(guān)電路的分析計(jì)算提供了一種可能的方法。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光

58、 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2理想電源的聯(lián)接理想電源的聯(lián)接n 由于理想電源是一種抽象，它們有一些特殊的性質(zhì)，在電路聯(lián)接的時(shí)候，服從特定的電學(xué)規(guī)則（electric rule）。違反這些電學(xué)規(guī)則的電路理論上是不能成立的，物理世界中則是要出問(wèn)題、甚至引發(fā)災(zāi)難的。n 在電路分析程序如SPICE中，有一個(gè)步驟稱之為電學(xué)規(guī)則檢查（ERC：electric rule check），目的就是檢查輸入的電路是否滿足電學(xué)規(guī)則。東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2電壓源的聯(lián)接電壓源的聯(lián)接 n 右圖是兩個(gè)電壓

59、源的串聯(lián)。假設(shè)連續(xù)點(diǎn)為b，則串聯(lián)后得到的電壓為 故電壓源的串聯(lián)表現(xiàn)為電壓的相加。若有一電壓源的極性相反，則串聯(lián)后的電壓為故極性相反的電壓源相互串聯(lián)表現(xiàn)為電壓相減 12acabbcVVVVVVEE12acabbcVVVVVVEE東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2多個(gè)電壓源串聯(lián) n 若有多個(gè)電壓源串聯(lián)，極性又不完全一致，串聯(lián)所得之總電壓將是各電壓源電壓值的代數(shù)和（正、負(fù)號(hào)全包括在電壓值內(nèi)），得niiEVV1ba東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2兩個(gè)

60、極性相反的電壓源相串聯(lián)兩個(gè)極性相反的電壓源相串聯(lián)n 重新回顧兩個(gè)極性相反的電壓源相串聯(lián)的情形如果E2=E1，則得 表示a端與c端同電位。n 現(xiàn)在我們用一條導(dǎo)線將a，c兩端短接起來(lái)顯然不會(huì)有電流流過(guò)，對(duì)整個(gè)電路無(wú)影響。這樣，a端就是c端，作為電壓源使用時(shí)只能從a、b兩端聯(lián)接。串聯(lián)的電壓源就成并聯(lián)了，如圖所示。仔細(xì)觀察并聯(lián)電路不難 發(fā)現(xiàn)，在并聯(lián)電路內(nèi)部有一個(gè) 串聯(lián)的環(huán)路，且滿足E1E1=0。n 推而廣之，沿著環(huán)路各元件的 電壓代數(shù)和為零。12110acV VE EE E 東東 南南 大大 學(xué)學(xué) 射射 頻頻 與與 光光 電電 集集 成成 電電 路路 研研 究究 所所2022/6/2電壓不相等的電壓源