电路与电子学期末考试总复习.ppt

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1、电路与电子学期末复习,书山有路勤为径，学海无涯苦做舟,考试分数分布,所学重点内容 一、电路基础 直流电路、交流电路 二、模拟电子技术基础 1. 半导体器件（半导体二极管、三极管） 2.基本放大电路（共射极接法、共集电极接法） 3.集成运放（线性应用、非线性应用） 4.负反馈放大电路 5.直流电源,知识点一：参考方向与功率问题,参考方向是什么？由谁决定？人为选定参考方向，并把各元件的电压和电流的参考方向标识在电路图中，一但选定参考方向电压、电流就有正、负之分。什么情况属于关联参考方向？非关联参考方向？ 一定按参考方向正确列写欧姆定律和基尔霍夫定律 吸收功率和发出功率：电阻永远吸收功率，电源电压和

2、电流实际方向一致吸收功率，电源电压和电流实际方向相反发出功率。电路满足功率守恒！ 参考方向将会严重影响正确列写电路方程！做题首先确定的电压、电流的参考方向。,例：,计算图示电路各元件的功率,解,发出,吸收,吸收,满足：P（发）P（吸）,下 页,上 页,返 回,P1 = URI1 =U2/R1 2 /1 = 1 W （关、吸收）,P1V= USI2 = 1( 0.5) =0.5 W（关、发出）,P2V= USI =20.5 = 1 W（非、发出）,P发=10.51.5W， P吸= 1+0.5=1.5 W P发=P吸 (功率守恒),I=(21)/2=0.5A,I1=1/1=1A,I2=II1 =0

3、.5A,P2 = URI =I2R0.52 2 = 0.5 W（关、吸收）,例：试求图示电路中各元件的功率。,解：,PR= URI =I 2 R0.5 2 2 = 0.5 W（关、吸）,PUS= USI = 10.5 = 0.5 W（关、吸）,PIs= UI =（20.51）0.5 = 1 W（非、发）,P发= 1 W， P吸= 0.5+0.5=1 W ， P发=P吸 (功率守恒),电压源、电流源的功率，吸收，发出,知识点二：电路分析方法,1.电压元与电流源等效变换 2.支路电流法 3.节点电位法 4.叠加原理 5.戴维南定理,例：求图中电流I。验证功率守恒。 应用电压源、电流源等效变换求解,

4、2A,各元件功率：,P发= 12+2=14 W， P吸= 8+2+4=14 W P发=P吸 (功率守恒),节点电位法（节点电压法、节点法）,指定参考结点，其余结点对参考结点之间的电压就是结点电压。 按通式写出结点电压方程。注意：自导为正，互导总为负的，并注意注入各结点电流的符号。 重点会二个节点的节点电压的计算。 电路中含有受控源时应按独立源来处理；含有无伴电压源时可选择该电压源的一端作为参考结点。,应用节点电位法求解I,a,b,解：,功率求解同方法一,解：,I=0.5A,I=1.5A,共同作用时： I= I+ I=2A,流源单独作用（压源短路代替）,压源单独作用（流源开路代替）,含受控电源电

5、路-叠加定理应用,将电源单独考虑时，其他电源需要置零，意味着？ 受控源怎么办？将它看作什么？ 注意将每个电源分别作用的电路图画出来。,下 页,上 页,求电压源的电流及功率,解,画出分电路图,返 回,2A电流源作用，电桥平衡：,70V电压源作用：,下 页,上 页,两个简单电路,应用叠加定理使计算简化,返 回,例,封装好的电路如图，已知下列实验数据：,下 页,上 页,研究激励和响应关系的实验方法,解,根据叠加定理,代入实验数据：,返 回,戴维南定理,戴维南等效电路中电压源等效源电压等于将外电路断开时的开路电压Uoc，电压源方向由所求开路电压方向决定。 1.电路的一般分析法（支路电流、结点电位法）

6、2.多电源的电路，可利用叠加定理 等效电阻为将有源二端网络内部独立电源全部置零(电压源短路，电流源开路)后，所得无源二端网络的等效电阻。 1.当网络内部不含有受控源时可采用电阻串并联的方法计算 2.外加电源法含受控源 3.开路电压/短路电流法 最大输出功率的条件：,Req=2/2=1,例1：,电路如图，已知E1=40V，E2=20V，R1=R2=4， R3=13 ，试用戴维宁定理求电流I3。,a,b,注意：“等效”是指对端口外等效,即用等效电源替代原来的二端网络后，待求支路的电压、电流不变。,有源二端网络,等效电源,解：(1) 断开待求支路求等效电源的电动势 E,例：电路如图，已知E1=40V

7、，E2=20V，R1=R2=4， R3=13 ，试用戴维宁定理求电流I3。,E 也可用结点电压法、叠加原理等其它方法求。,E = U0= E2 + I R2 = 20V +2.5 4 V= 30V,或：E = U0 = E1 I R1 = 40V 2.5 4 V = 30V,例,RL为何值时能获得最大功率，并求最大功率,求开路电压Uoc,下 页,上 页,解,返 回,求等效电阻Req,下 页,上 页,由最大功率传输定理得:,时其上可获得最大功率,返 回,知识点三：相量分析法、相量形式的电路基本定理，定律、有效值关系式,正弦量 相量。 KCL，KVL的相量形式。 电阻、电感、电压元件的伏安关系 瞬

8、时值（关联参考方向） 有效值 相位差 相量 阻抗的串并联（基础），复数运算。,相量形式的电路定理，定律。 相量图 功率（以RL电路为例） 平均功率（有功功率），守恒电阻上的有功 无功功率，守恒，电感上的无功 视在功率，不守恒。 功率因数，并联电容提高功率因数？功率因数角阻抗角？ 最大功率传输，（戴维南？）,正弦交流电路,5.谐振的条件和特点：串联（对外短路）、并联（对外开路）；,1.正弦量i(t)=Imsin(w t+)的三要素及其相量表示；,2.正弦量的相量表示相量计算 相量形式的欧姆定律：,3.阻抗、有功功率、无功功率、视在功率的概念及相互关系。,4.正弦稳态电路的分析:注意的问题-相量是

9、表示正弦量的复数，区别于实数运算，复数有实部和虚部（模和幅角），运算的时候一定要注意不仅计算模，而且还有幅角。,6.功率因数的提高,解：,解：,解: (1) 相量式,(2) 相量图,例: 将 u1、u2 用相量表示,求电路电流源发出的P,Q,S,例,解1,下 页,上 页,返 回,例,已知电源电压和电路参数，电路结构为串并联。求电流的瞬时值表达式。,一般用相量式计算:,分析题目：,已知:,求:,解：用相量式计算,同理：,例,下图电路中已知：I1=10A、UAB =100V，,求：总电压表和总电流表 的读数。,解题方法有两种：,(1) 用相量(复数)计算,(2) 利用相量图分析求解,求：A、V 的

10、读数,已知：I1= 10A、 UAB =100V，,解法1: 用相量计算,所以A读数为 10安,求：A、V 的读数,已知：I1=10A、 UAB =100V，,解法2: 利用相量图分析求解,画相量图如下：,设 为参考相量,由相量图可求得：,I =10 A,求：A、V 的读数,已知：I1=10A、 UAB =100V，,超前,UL= I XL =100V,V =141V,由相量图可求得：,求：A、V 的读数,已知：I1=10A、 UAB =100V，,设 为参考相量,由相量图可求得：,解：,例,已知,开关闭合后 u，i 同相。,开关闭合前,求:,(1)开关闭合前后I2的值不变。,解：(2)用相量

11、计算,开关闭合后 u，i 同相，,由实部相等可得,由虚部相等可得,解：,求各表读数,(1)复数计算,(2) 相量图,根据相量图可得：,求参数 R、L、C,方法1：,方法2：,即: XC=20,解：,一、对称三相电源,星接：,二、对称三相负载,角接：,星接：,三、对称三相电路,对称三相电路，电源中性点和负载中性点等电位，中线电流为零，相当于开路。只要分析其中一相（参考相），其它两相就可对称写出；,四、对称三相电路的功率,三、三相电路,星形连接：各相电源和负载中的电流等于线电流：,解：设,负载相电压：,三相电路的有功功率：,负载相电压=线电压,角形连接：,相电流:,线电流:,三相电路的有功功率：,

12、知识点四：二极管电路,理想二极管特性单向导电 稳压管的工作状态，及其电路分析,（1）理想模型,二极管的理想等效模型,正偏时：uD=0,RD=0; 反偏时：iD=0, RD=。 相当于一理想电子开关。,二极管最重要的特性：单向导电性。其对应模型最常用的有如下两种：,二极管,含二极管电路的分析,定性分析：判断二极管的工作状态,导通截止,（2）考虑正向管压降-恒压源,硅0.60.7V锗0.20.3V,分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。,若 V阳 V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止,二极管的用途：

13、整流、检波、 限幅、钳位、开 关、元件保护、 温度补偿等。,二极管应用电路限幅电路,Vi VR时，二极管导通，vo=vi。,Vi VR时，二极管截止， vo=VR。,理想二极管电路中 vi= Vm sint V，求输出波形v0。,解：,例：,ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui,已知： 二极管是理想的，试画出 uo 波形。,8V,例2：,参考点,二极管阴极电位为 8 V,动画,两个二极管的阴极接在一起 取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,V1阳 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 V

14、UD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V,例3:,D1承受反向电压为6 V,流过 D2 的电流为,求图中：UAB,在这里， D2 起钳位作用， D1起隔离作用。,二极管应用电路开关电路,知识点五：晶体管的工作状态及参数计算,放大区：发射结正偏，集电结反偏 饱和区：发射结正偏，集电结正偏 截止区：发射结反偏，集电结反偏 三极管电路的工作状态判断。54 共射交流短路电流放大倍数的计算 例： 工作在放大区的某三极管，如果当从22A增大到32A时，从3mA变为4mA，那么它的约为？,晶体管具有电流放大作用 晶体

15、管的三种工作状态,测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。,放大VcVbVe,放大VcVbVe,发射结和集电结均为反偏。,发射结和集电结均为正偏。,例4：,例 右图 所示各晶体管处于放大工作状态，已知各电极直流电位。试确定晶体管的类型（NPN /PNP、硅/锗），并说明x、y、z 代表的电极。,提示： （1）晶体管工作于放大状态的条件：NPN管：VC VBVE，PNP管：VEVBVC；（2）导通电压：硅管|VBE|= 0.60.7V，锗管|VBE|= 0.20.3V，,（a） NPN硅管、 X-基极B、 Y-射极E、 Z-集电极C (b) PNP锗管、 X-集电极C、 Y-射极E、

16、 Z-基极B,例： =50， U =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,当USB = -2V时：,IB=0 ， IC=0,IC最大饱和电流：,Q位于截止区,例： =50， U=12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大区。,USB =2V时：,USB =5V时:,例： =50， U=12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？0

17、,IC Icmax(=2 mA)， Q位于饱和区。(实际上，此时IC和IB 已不是的关系）,Home,Next,Back,动态工作情况如图2.3.9所示。,思考题： （1）动态工作时， iB、 iC的实际电流方向是否改变？vCE的实际电压极性是否改变？（2）是否可以从图2.3.9中求出电压放大倍数？,图2.3.9 动态工作情况,解答,知识点六：放大电路交流性能计算,静态工作点的计算 非线性失真-饱和失真，截止失真 电压放大倍数 输入电阻 输出电阻 H参数交流等效电路（微变等效电路） 53，7，8，26，,例：,解：,求电路的静态参数（IB、IC、VCE)，及动态参数（AV、Ri、Ro)。,根据

18、直流通路求静态参数,VB,根据微变等效电路求动态参数,1. 电压放大倍数,2. 输入电阻Ri,3. 输出电阻Ro（输出端开路，输入电压为零）,根据微变等效电路求动态参数,例：,在图示放大电路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7k， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶体管=50， UBE=0.6V, rbb =200。 试求: (1) 静态工作点 IB、IC 及 UCE； (2) 画出微变等效电路； (3) 输入电阻ri、ro及 Au。,解:,(1)由直流通路求静态工作点。,直流通路,(2) 由微变等效电路求Au、 ri 、 ro。

19、,微变等效电路,基本放大电路的分析,共射、共集接法电路比较,共射电路：电压和电流放大倍数均大，输入输出电压相位相反，输出输出电阻适中。常用于电压放大。 共集电路：电压放大倍数是小于且接近于1的正数，具有电压跟随特点，输入电阻大，输出电阻小。常作为电路的输入和输出级。 共基电路：放大倍数同共射电路，输入电阻小，频率特性好。常用作宽带放大器。,知识点七：差动放大电路,功用：为集成运放的输入级有效抑制温漂。 放大差模信号，抑制共模信号。,知识点八：负反馈电路,反馈电路类型的判断： 正、负反馈； 直流、交流反馈；整体、局部反馈。 四种负反馈组态电压串联；电压并联；电流串联；电流并联 集成运算放大电路深

20、度负反馈的计算,负反馈,交流反馈,直流反馈,电压串联负反馈,电压并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,负反馈的类型,稳定静态工作点,直流反馈：反馈只对直流分量起作用，反馈元件只能传递直流信号。,负反馈：反馈削弱净输入信号，使放大倍数降低。,在振荡器中引入正反馈，用以产生波形。,交流反馈：反馈只对交流分量起作用，反馈元件只能传递交流信号。,在放大电路中，出现正反馈将使放大器产生自激振荡，使放大器不能正常工作。,正反馈：反馈增强净输入信号， 使放大倍数提高。,负反馈的类型,1. 反馈的分类,2. 负反馈的类型,1) 根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈 和电流反馈。,电流负反馈具有稳定

21、输出电流、增大输出电阻的作用。,电压负反馈具有稳定输出电压、减小输出电阻的作用。,如果反馈信号取自输出电压，叫电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，叫电流反馈。,例：判断反馈类型，计算Auf,(+),(-),(-),(+),(+),R4引入电压串联负反馈（整体反馈）,由虚短、虚断：,R3引入电压并联负反馈（局部反馈）,知识点九：集成运放的应用电路理想运算放大器及其分析依据,1. 理想运算放大器,Auo ， rid ， ro 0 ， KCMR ,2. 电压传输特性 uo= f (ui),线性区： uo = Auo(u+ u),非线性区： u+ u 时， uo = +Uo(sat) u+ u 时，

22、uo = Uo(sat),线性区,理想特性,实际特性,uo,+,+,u+,u,+UCC,UEE,饱和区,O,3. 理想运放工作在线性区的特点,因为 uo = Auo(u+ u ),所以(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+= u ,称“虚短”,(2) 输入电流约等于 0 即 i+= i 0 ,称“虚断”,电压传输特性,Auo越大，运放的 线性范围越小，必 须加负反馈才能使 其工作于线性区。,O,+,UEE,+UCC,u,u,u+,4. 理想运放工作在饱和区的特点,(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或Uo(sat),(2) i+= i 0,仍存在“虚断”现象,电压传输特性,当 u+

23、 u 时， uo = + Uo(sat) u+ u 时， uo = Uo(sat) 不存在 “虚短”现象,1. A1、A2、 A3各接成何种运算电路？ 2. 当开关S闭合时，求各输出电压,例 .由理想集成运算放大器构成的放大电路，已知，,各理想集成运算放大器的最大输出电压,3.开关S断开时输出电压 uo3;,4.判断当开关S闭合时，电路中个反馈的极性和类型。,1.A1接成反相加法器；A2电压跟随器；A3当S闭合时，接成减法运算电路、当S 断开时接成电压比较器。,3.开关S断开时输出电压,2.,4. A1:电压并联负反馈 ; A2:电压串联负反馈 ; A3:对于而言是电压并联负反馈, 对于而言是

24、电压串联负反馈 。,Ui11,Ui2,10K,20K,R,30K,10K,20K,UO1,UO2, +, +,A1,A2,10K,20K,电路如图所示，A1、A2均为理想运放、电源电压为15V。问： A1，A2分别组成何种基本运算电路。 已知Ui1=0.5V，Ui2=1V，求UO1，UO2。,- +,T 形反馈网络反相比例运算电路,利用R4中有较大电流来获得较大数值的比例系数。,讨论一：电路如图所示,（1）组成哪种基本运算电路？与用一个运放组成的完成同样运算的电路的主要区别是什么？,（2）为什么在求解第一级电路的运算关系时可以不考虑第二级电路对它的影响？,电压比较器及电压传输特性,比较器的输出

25、电压uO与输入电压uI之间的对应关系叫作比较器的传输特性,它可用曲线表示,也可用方程式表示。（解题时用虚断，无虚短）,电压传输特性的三个要素：,1.输出高电平和低电平的数值：Uo=UOH(正向饱和)、Uo=UOL(负向饱和)； 2. 阈值UT ；3跃变方向。 ,例：利用电压比较器将正弦波变为方波。,UR,uo,t,UZ,电压传输特性曲线如何画？,单限电压比较器,知识点十：串联型稳压直流电源,直流电源电路的各组成部分 整流、稳压电路电压平均值之间的关系 串联型稳压电路的反馈与输出电压调节 集成三端稳压器 例：复习题,例：,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。,流过二极管的电流,二极管承受的最高反向电压,变压器副边电压的有效值,解：1. 选择整流二极管,可选用二极管2CP11,IOM =100mA UDRM =50V,直流稳压源,例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。,取 RLC = 5 T/2,已知RL = 50,解：2. 选择滤波电容器,可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器,例：求下图中输出电压Uo的可调范围是多少？,