清华大学电路原理 于歆杰

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第2章 简单电阻电路分析2. 1 电阻2. 2 电源

2. 3 MOSFET2. 4 基尔霍夫定律 2. 5 电路的等效变换 2. 6 运算放大器 2. 7 二端口网络

2. 8 数字系统的基本概念2. 9 用MOSFET构成数字系 统的基本单元——门电路

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2.1 电阻一、电阻 (resistor) R 二、欧姆定律 (Ohm’s Law) (1) 电压电流采用关联参考方向 i R

u RiR 电阻 (resistance)

+

u

单位： (欧)清华大学电路原理教学组

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令G 1/R

G 电导 (conductance) (Siemens,西门子)

单位： S (西)

欧姆定律(关联参考方向下): i G u

关联参考方向下线性电阻器的u-i关系 :

u

u RiR = tan

0

i

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(2) 电压电流非关联参考方向 i R u 欧姆定律: u –Ri 或 i –Gu +

公式的列写必须根据参考方向！!

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三、开路与短路 i R 当 R = 0 (G = ),视其为短路。 u = 0 , i由外电路决定。 u + u –0

短路i

当 R = (G = 0),视其为开路。i = 0 , u由外电路决定。

u

开路0

i

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四、电阻消耗的功率 功率： i R p吸 ui i2R u2 / R

+

uR i p发 ui (–Ri)i –i2 R u(–u/ R) –u2/ R

+

u

或 p吸 u(–i) (–Ri) (–i)

i2 R u2/ R无论参考方向如何选取，电阻始终消耗电功率。清华大学电路原理教学组

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五、电阻的额定值

阻值+功率

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六、决定阻值的因素

R

L S

T 0 1 T 几种常见材料的0℃电阻率与温度系数 材料 银 铜 铝 铁 碳 镍铬合金

0 / · m /(℃-1)

1.5×10-84.0×10-3

1.6×10-84.3×10-3

2.5×10-84.7×10-3

8.7×10-85.0×10-3

3500×10-8-5.0×10-4

110×10-81.6×10-4

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七、电阻器

电阻器的尺寸 主要取决于什么？

贴片电阻

体积小 重量轻 可靠性高阻值范围宽 价格低廉 稳定性高 精度高

碳膜电阻

金属膜 电阻线绕电阻

功率大

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八、非线性电阻激励 网络 线性网络 响应

e1(t) e2(t)

r1(t) r2(t)

满足齐次性和可加性，即 Ae1(t) +Be2(t)成立

线性网络

Ar1(t)+ Br2(t)

线性电阻

非线性电阻 u UTH i IS e 1

u Ri

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九、时变电阻 e (t)非时变元件

r (t)

e (t - )

非时变元件

r (t- )

即输出响应与输入信号 外加时刻无关。 线性非时变电阻 线性时变电阻 电阻R t 是时间 t 的函数 u t = R· i t i(t) R(t)u(t)

+

u t = R t ·i t 清华大学电路原理教学组

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2.2

电源

一、独立电源 (independent source)1. 理想电压源(ideal voltage source)uS

电路符号

(1) 特点 (a) 电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关； (b) 通过它的电流由外电路决定。

清

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(2) 伏安特性

i +u _ _ 0 u US i + uS 短路状态。清华大学电路原理教学组

(a)若uS = US ,即直流电源，则其伏安特性为平行于电流轴的直线，反映电压与电源中的电流无关。 (b)若uS 为变化的电源，则某一时刻的伏安关系特性 为平行于电流轴的直线。 (c) 电压为零的电压源，伏安曲线与 i 轴重合，相当于

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(3) 理想电压源的开路与短路i + u _ _ r + u _ 0 u=US – r i清华大学电路原理教学组

(a) 开路：R ,i=0,u=uS。 R (b)理想电压源不允许短路(此时电路 模型(circuit model)不再存在)。

uS

实际电压源

(physical source) US

_

+

+

i

u

US

i

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2. 理想电流源(ideal current source)iS

电路符号 (1) 特点 (a) 电源电流由电源本身决定，与外电路无关； (b) 电源两端电压由外电路决定。 例 1A I

R 1 , I 1A , U 1V R 10 , I 1A , U 10V

U

R

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(2) 伏安特性 i u + iS u IS

_

0

i

(a)若iS= IS ,即直流电源，则其伏安特性为平行于电 压轴的直线，反映电流与端电压无关。 (b)若iS 为变化的电源，则某一时刻的伏安关系也是

平行于电压轴的直线 (c)电流为零的电流源，伏安特性曲线与 u 轴重合，相 当于开路状态。清华大学电路原理教学组

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(3) 理想电流源的短路与开路i + iS u R

(1) 短路：R=0, i= iS ,u=0 , 电流源被短路。

_

(2)理想电流源不允许开路(此时 电路模型不再存在) 。

(4) 实际电流源的产生可由稳流电子设备产生，有些电子器件输出具备电流源 特性，如晶体管的集电极电流与负载无关；光电池在一定光 线照射下光电池被激发产生一定值的电流等。清华大学电路原理教学组

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(5) 功率 i + iS u _ i _

p发= uiSp吸= –uiS

p吸= uiSiSu

p发= –uiS

+清华大学电路原理教学组

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二、受控电源 (非独立源) (controlled source or dependent source) 1. 定义 电压源电压或电流源电流不是给定的时间函数，而是受 电路中某个支路(或元件)的电压(或电流)的控制。 – 受控电流源

电路符号

+

受控电压源

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一个受控电流源的例子(MOSFET)IDSMOSFETG + UGS + D S

UDS-

IDS

电流源

-

电 阻UDS

受控源与独立源的比较:

(1) 独立源电压(或电流)由电源本身决定，而受控源电压(或 电流)直接由控制量决定。 (2) 独立源作为电路中“激励”,在电路中产生电压、电流 ，而受控源在电路中不能作为“激励”。清华大学电路原理教学组

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+

uGS-

f(uGS)

控制部分

受控部分

一个MOSFET可以用四端模型来表示。 控制支路 受控源是一个四端元件

支路电压

支路电流受控电压源 受控电流源

受控源

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9vk4.html