电路分析中应用和计算机分析电路的实例和方法

1、54电路应用和计算机分析电路实例电路应用和计算机分析电路实例 首先介绍运放跟随器的应用。再介绍用运算放大器实首先介绍运放跟随器的应用。再介绍用运算放大器实现负阻变换器和回转器。最后介绍一个实际的现负阻变换器和回转器。最后介绍一个实际的ACDC变变换器。换器。 一、运放跟随器的应用一、运放跟随器的应用 由运算放大器构成的电压跟随器，其输入电阻为无穷大，由运算放大器构成的电压跟随器，其输入电阻为无穷大，输出电阻为零，将它插入在两个网络之间，可以避免它们输出电阻为零，将它插入在两个网络之间，可以避免它们的互相影响，在实际电路设计中经常采用。下面举例加以的互相影响，在实际电路设计中经常采用。下面举例加

2、以说明。说明。解：网络解：网络 N1和和N2的转移电压比为的转移电压比为 例例5-6 电路如图电路如图515所示，试计算开关接在所示，试计算开关接在a和和a 位置，位置， 及接在及接在b和和b 位置时的转移电压比位置时的转移电压比uo/uin。 21111 212222o2in11 uuHuuH图图520 开关开关S1、S2接在接在a、a 时，在时，在 N1和和 N2间插入电压跟随间插入电压跟随器，不会影响器，不会影响u1和和H1的值，又由于跟随器的输出电阻为零，的值，又由于跟随器的输出电阻为零，N2的接入不会影响的接入不会影响u2的值，即的值，即u1= u2。该电路总的转移电压。该电路总的转

3、移电压比为比为 412121212oin1ino HHuuuuuuH 开关开关 S1、S2接在接在b、b 时，时， N1和和 N2直接相连，由于直接相连，由于N2输入电阻对输入电阻对N1的影响，的影响，H1将会变化，总转移电压比为将会变化，总转移电压比为 由此例可见，使用缓冲器可以隔离两个电路的相互影由此例可见，使用缓冲器可以隔离两个电路的相互影响，从而简化了电路的分析与设计。响，从而简化了电路的分析与设计。 612131111112)11(22112)11(2ino uuH在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。二、负阻变换器的实现和应用二、负阻变换器的实现和应用 实际电阻器的电阻值是正值

4、，包含晶体管和集成电路的电实际电阻器的电阻值是正值，包含晶体管和集成电路的电路模型中会出现受控源，可能得到负电阻。下面根据图路模型中会出现受控源，可能得到负电阻。下面根据图518所示负阻变换器的电路模型，用实验来证明由运算放大器和所示负阻变换器的电路模型，用实验来证明由运算放大器和一些电阻器组成的电路可以实现负电阻。一些电阻器组成的电路可以实现负电阻。 图图518 例例5-7 试用运放试用运放(例如例如LM741)、电阻器和电位器构成一、电阻器和电位器构成一 个线性电阻器，其阻值从个线性电阻器，其阻值从-10k 到到+10k 连续可调。连续可调。 图图521 解：由图解：由图518所示电路模型

5、，画出图所示电路模型，画出图5-21所示电原理图。所示电原理图。 在实验室按图接线，并接通电源，则在在实验室按图接线，并接通电源，则在ad两点间形成两点间形成 一个一个Rad=-Rf= -10k 的线性电阻器。的线性电阻器。 为得到一个从为得到一个从-10k 到到+10k 可连续变化的电阻，将可连续变化的电阻，将一个一个20k 电位器用作可变电阻器与上述负电阻串联，其总电位器用作可变电阻器与上述负电阻串联，其总电阻为电阻为 adabbdRRR 当电位器滑动端从当电位器滑动端从b点向点向c点移动时，点移动时， Rbd则从则从-10k 到到+10k 连续变化。连续变化。 为了证实图为了证实图521

6、电路确能实现一个负电阻器，可以用普电路确能实现一个负电阻器，可以用普通万用电表的电阻挡间接测量负电阻通万用电表的电阻挡间接测量负电阻Rad。万用电表虽不能直。万用电表虽不能直接测量负电阻，但可将万用电表接在接测量负电阻，但可将万用电表接在bd两点间，调整电位器两点间，调整电位器滑动端，令其读数为滑动端，令其读数为0 ，即，即Rbd=0，由上式得到，由上式得到 abadRR 只需用万用电表测量电位器只需用万用电表测量电位器ab两点间的正电阻两点间的正电阻Rab，就能，就能求得负电阻求得负电阻Rad。用上述方法。用上述方法,可以确认图可以确认图521电路电路 bd两点间两点间能实现一个从能实现一个

7、从-10k连续变化到连续变化到+10k的可变电阻器。我们的可变电阻器。我们还可以用半导体管特性图示仪来观测图还可以用半导体管特性图示仪来观测图521电路电路bd两点的两点的VCR特性曲线，从而说明图特性曲线，从而说明图521电路可以实现负电阻。电路可以实现负电阻。 在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。三、回转器的实现和应用三、回转器的实现和应用 回转器回转器(Gyrator)的是现代网络理论中使用的一种双口的是现代网络理论中使用的一种双口电阻元件，其元件符号如图电阻元件，其元件符号如图522所示：所示： 图图522 回转器的电压电流关系如式回转器的电压电流关系如式(518)所示，式中的参

8、数所示，式中的参数G称为回转电导。称为回转电导。 18)5( 1221 GuiGui 在回转器的次级端接一个电阻时，如图在回转器的次级端接一个电阻时，如图523(a)所示，所示，其初级的等效电阻为一个电导。其初级的等效电阻为一个电导。图图523L22211111RGGiGuiuR 显然，当回转电导显然，当回转电导G=1S时，时，Rab= GL=1/ RL，例如，例如RL =10时，时， Rab=0.1。在第七章，将证明在回转器次级端接一个电容时，。在第七章，将证明在回转器次级端接一个电容时，其初级等效为一个电感。其初级等效为一个电感。 例例58 证明图证明图524电路可以实现一个回转器，其回转

9、电电路可以实现一个回转器，其回转电导为导为G= -1/ R。假设运算放大器工作于线性区域。假设运算放大器工作于线性区域。 图图524 在端口外加两个电流源，计算端口电压电流关系式。注在端口外加两个电流源，计算端口电压电流关系式。注意到运算放大器输入端的虚短路特性导致意到运算放大器输入端的虚短路特性导致v2= v1= u1，列出结，列出结点点1和和2的结点方程的结点方程 11222111uRGuiuRGui 1221RiuRiu 012112311231vRuRiuRvRuR求解方程得到求解方程得到v3=2 u1以及以及i1和和u2关系的方程关系的方程 解解 回转电导为回转电导为G= -1/ R

10、的回转器，其电压电流关系为的回转器，其电压电流关系为(1) 121uRi 注意到注意到v4= v6 =u2和和v3=2 u1，列出结点，列出结点6和和4的结点方程的结点方程 012121125122512vRuRuRivRuRuR求解方程得到求解方程得到 (2) 112uRi 方程方程(1)和和(2)正好构成了回转正好构成了回转电导为电导为G=-1/ R的回转器电压的回转器电压电流关系。电流关系。 11222111GuuRiGuuRi circuit data 元件 支路 开始 终止 控制 元 件 元 件 类型 编号 结点 结点 支路 符 号 符 号 V 1 0 1 -U1 V 2 0 6 -

11、U2 R 3 1 3 R R 4 2 0 R R 5 2 3 R R 6 1 6 R OA 7 2 1 8 3 0 R 9 3 4 R R 10 4 5 R R 11 5 6 R OA 12 4 6 13 5 0 独立结点数目 = 6 支路数目 = 13 - 结 点 电 压 , 支 路 电 压 和 支 路 电 流 - -U2 I1 = - R U1 I2 = - R * 符 号 网 络 分 析 程 序 ( SNAP 2.11 ) 成电 七系-胡翔骏 *用符号网络分析程序用符号网络分析程序SNAP来计算，得到相同结果。来计算，得到相同结果。在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。四四 ACDC

12、变换器变换器 便携式电子设备可以用电池工作，也可以用交流电工作。在便携式电子设备可以用电池工作，也可以用交流电工作。在交流电工作时，它是通过一个交流电工作时，它是通过一个ACDC变换器变换器(ACDC Adapter)将交流电变换为直流电提供给电子设备工作的。下面将交流电变换为直流电提供给电子设备工作的。下面介绍一种供一般半导体收音机使用的介绍一种供一般半导体收音机使用的AC变换器，其电原理图如变换器，其电原理图如图图525所示。所示。ACDC变换器电路由变压，整流和滤波三部分变换器电路由变压，整流和滤波三部分电路组成，第一部分是用降压变压器将电路组成，第一部分是用降压变压器将110V或或22

13、0V50Hz或或60Hz的交流电变换为几伏十几伏的低压交流电。的交流电变换为几伏十几伏的低压交流电。第二部分是通过四个半导体二极管将双向正弦交流电变换为单第二部分是通过四个半导体二极管将双向正弦交流电变换为单向整流波形向整流波形(请参考第二章例请参考第二章例218)，这种全波整流波形包含直，这种全波整流波形包含直流分量和谐波分量流分量和谐波分量(请参考第十章第八节请参考第十章第八节)。第三部分是利用大容。第三部分是利用大容量的电解电容器滤除整流波形的谐波分量，得到脉动的直流电，量的电解电容器滤除整流波形的谐波分量，得到脉动的直流电，供给电子设备使用供给电子设备使用(请参考第十二章第二节请参考第

14、十二章第二节)，1456型变换器可以型变换器可以输出输出3V，4.5V，6V，7.5V，9V和和12V的直流电压，输出电流可的直流电压，输出电流可达达300mA，供半导体收音机等小型电子设备使用。，供半导体收音机等小型电子设备使用。AC变换器的变换器的结构和波形，请观看教材所附光盘中的结构和波形，请观看教材所附光盘中的“ACDC变换器变换器”的的录像和幻灯片。录像和幻灯片。在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。 名名 称称时间时间 名名 称称时间时间 1 1铁心变压器的电压波形铁心变压器的电压波形5:012 2铁心变压器的电压电流关系铁心变压器的电压电流关系2:403 3铁心变压器变比的测

15、量铁心变压器变比的测量2:354 4铁心变压器的电阻变换铁心变压器的电阻变换1:355 5铁心变压器的阻抗匹配铁心变压器的阻抗匹配2:146 6铁心变压器的频率特性铁心变压器的频率特性4:057 7ACACDCDC变换器变换器2:488 8运算放大器实验运算放大器实验1:569 9运放加法电路运放加法电路2:531010运放减法电路运放减法电路2:081111运放跟随器的应用运放跟随器的应用2:581212负阻变换器实验负阻变换器实验2:341313负阻振荡器负阻振荡器1:091414回转器变电阻为电导回转器变电阻为电导2:06根据教学需要，用鼠标点击名称的方法放映相关录像。根据教学需要，用鼠

16、标点击名称的方法放映相关录像。摘摘 要要 1理想变压器是一种线性电阻双口元件，它是构成各种实际理想变压器是一种线性电阻双口元件，它是构成各种实际变压器电路模型的基本元件。理想变压器既不消耗也不储存能变压器电路模型的基本元件。理想变压器既不消耗也不储存能量，常用来变换电阻、电压和电流。量，常用来变换电阻、电压和电流。2理想变压器理想变压器端口电压电流采用关联参考方向的情况下，其端口电压电流采用关联参考方向的情况下，其电压电流关系式由以下两个代数方程描述电压电流关系式由以下两个代数方程描述 12211221 niinuuniinuu或 3运放是一种多用途的多端电子器件，已得到广泛应用。运放是一种多用途的多端电子器件，已得到广泛应用。在直流和低频条件下工作的运放，其电路模型是一个四端电阻在直流和低频条件下工作的运放，其电路