现代电路理论的若干问题PPT课件

1、现代电路实际的假设干问题1 电路实际的三大分支： 电路分析：已有100多年的历史，目前还在开展，主要是集中在对大规模电路的分析和非线性电路的分析； 网络综合：从上个世纪20年代开场，目前还在开展，主要是集中在对集成有源电路的综合； 缺点诊断：从上个世纪60年代初提出缺点诊断，沉寂近20年，在70年代末重新引起电路学术界的注重，主要的困难在模拟电路诊断。 2 电路分析的各个分支： 1 线性电路的分析大学所学内容 电阻电路的分析 动态电路分析：时域分析法，复频域分析法s 域分析法 正弦稳态电路的分析：相量法 非正弦周期电路的分析：傅立叶级数法+相量法 2 非线性电路的分析： 非线性电阻电路的分析：

2、 解析法， 数值分析法 非线性动态电路的分析： 定性分析，定量分析，数值分析 3灵敏度分析： 对一给定的网络函数H(s) 可以用不同构造的电路实现，问题是：在一样的目的下，如何评价不同的电路。 实践电路元件参数都有一定的容差，且随温度、老化程度等变化。 评价一个电路优劣的判据之一是：电路的性能能否对元件参数的变化敏感。 将电路性能的相对变化量与元件参数的相对变化量之比定义为灵敏度。 1电路呼应幅值函数和相位函数的灵敏度 2零点和极点的灵敏度 3多参数灵敏度 4微分灵敏度和大变化灵敏度 5直流灵敏度4大网络分析： 直接构成方程求解：缺陷是方程太大，占内存多，求解时间长。可以采用稀数矩阵技术。 撕

3、裂法：将大网络撕裂成假设干个较小的网络，分别对各个小网络列方程，并列出网络的关联方程，将这些方程联立求解。 并行计算： 1根据电路构造构成算法； 2根据数据构造构成算法。 等效法：将大网络分解成假设干子网络，分别对这些子网络进展等效变换，构成阶数较低的等效方程，再联立求解。 5容差分析： 类似于灵敏度分析。 在满足电路性能要求的前提下，求电路元件参数的容差范围。或称之为容差设计。 6频率呼应分析： 只适用于线性电路 当电路输入不变的条件下，电路输出的幅值随频率变化的情况称为幅频特性和相位随频率变化的情况称为相频特性 7失真分析： 分析由于电路元件特性的非线性，当电路的输入为大信号时，电路的静态

4、任务点将进入非线性区所引起的信号畸变。普通用于电子线路 8噪声分析： 主要分析电子线路元件由于温度效应而引起的信号变化或性能改动。 9电磁兼容分析： 对于一个电路，其特性除了受任务信号作用外，还能够受外界的干扰，而该电路也能够对外界产生干扰。研讨电路能抑制外界干扰能正常任务，并将本身对外界的干扰限制在允许的规定国家规范或国际规范内，该任务称之为电磁兼容分析。 电磁干扰： 传导干扰： 属于电路分析的内容 经过导线将干扰信号传送到电路，通常经过电源传播干扰信号。谐波信号能够是电路产生谐振而使电路不能正常任务。 减少或消除传导干扰的主要措施是采用滤波器将干扰信号抑制。 辐射干扰： 属于电磁场和电磁波

5、的内容 经过电磁波辐射将干扰信号引进电路。 减少或消除辐射干扰的措施是采用金属屏蔽利用电磁波的透入深度的概念。 另一个重要措施是无线电频率管理，任何一个无线电设备投入市场，必需限定它的任务频率在某个范围。 3 电路分析的计算机辅助分析 使前述电路分析的方法适宜于用计算机分析 1建模问题： 信号的大小：对同一个电路元件，能够采用不同的模型。主要是思索元件的非线性。 信号的频率：当鼓励信号的频率不同时，对同一个电路器件，将采用不同的模型。主要是集成元件的寄生附加电容。 受控源的控制系数：对于数值分析来讲，不允许有无穷大的数出如今方程中。因此，运算放大器的开环增益只能是有限值。例如：10000。 2

6、线性电路的计算机辅助分析： 对于电阻电路对应于直流分析或正弦稳态电路对应于稳态分析，构成线性代数方程组， 采用高斯消去法，高斯-赛德尔迭代法，LU分解法等。假设要求电路的频率呼应，那么可以改动输入信号的频率，而输入信号的幅值不变，反复构成电路方程并求解。 对于动态电路的时域分析，一种是数值积分法，一种是离散伴随网络法。 数值积分法： 对于线性动态电路，构成线性微分方程组，其阶数等于动态变量的总数当无纯电容、电压源回路，也无纯电感、电流源割集时。 采用的数值积分方法有： 欧拉法：前向欧拉法，后向欧拉法 龙格库塔法：常用四阶龙格库塔法 线性多步法： 预告校正法 离散伴随网络法 利用电容、电感等动态

7、元件的电压与电流之间的微分关系，将它们改写成差分关系，将这些差分关系构成离散的等效物理模型伴随模型，用一个与积分算法有关的电阻性网络来等效，而模型参数是随着时间步长的改动而改动。于是我们可以调用前述的直流分析程序来求解将动态电路的时域分析简化为电阻性网络的直流分析。 3非线性电路的计算机辅助分析 包括：直流非线性电阻电路分析非线性代数方程 直流非线性动态电路分析非线性微分方程 直流非线性电阻电路分析的重要性： 1实践的非线性电路的分析；2对非线性电阻电路作交流小信号分析时，首先要求出该电路的直流任务点；3作直流非线性动态电路的瞬态分析，往往将微分方程的求解转换成在离散时辰下非线性代数方程后再进

8、展计算。 直流非线性电阻电路分析： 1采用牛顿拉夫逊法有两种方式：一种是对非线性代数方程整体进展NR迭代；另一种是将每个非线性电阻的伏安特性按NR法先予以线性化，得到原网络的NR迭代友网络，它是一个线性网络，每一次迭代可调用线性电路分析程序；2采用分段线性化方法。 网络综合网络综合 1网络综合：网络综合： 电路分析电路分析知电路的构造、知电路的构造、元件及参数包括电源，求电元件及参数包括电源，求电路各个支路的电压和电流。即电路各个支路的电压和电流。即电路和鼓励知，求电路的呼应。路和鼓励知，求电路的呼应。 电路分析普通有解，且普通电路分析普通有解，且普通有独一解。有独一解。 网络综合网络综合知电

9、路的鼓知电路的鼓励和呼应，求电路的构造、元件励和呼应，求电路的构造、元件及参数。或者：知电路的网络函及参数。或者：知电路的网络函数，求电路。数，求电路。 网络综合那么能够无解，网络综合那么能够无解，也能够多解即对于一个网络函也能够多解即对于一个网络函数，有能够用不同的假设干电路数，有能够用不同的假设干电路实现。，解不独一。实现。，解不独一。 在网络综合中，主要是综合实现滤波器。 2网络综合的分类： 无源 RLC 综合：一端口综合；二端口综合 1924年，提出了一端口Foster综合 1926年，提出了一端口Cauer综合 1931年，提出了Brune综合 1930年，网络逼近实际； 1931年

10、，提出了正实函数概念； 1932年，LC综合稳定判据 1933年，二端口综合 从20世纪20年代到60年代，实践运用的是有RLC构成的无源滤波器。 有源网络的综合 在50年代人们就认识到，用有源电路替代电感后也可以实现无源网络的频率特性。70年代中期，有了完善的RC运放有源滤波器。将电感从电路中去掉了。不是选集成电路； 70年代末，出现了不需求电阻的开关电容网络，这种滤波器为选集成滤波器。其特点是截止频率受时钟控制，但特性的精度高。 80年代以来，出现了多种选集成滤波器，代表性的有MOSFETC滤波器、跨导电容滤波器、开关电流滤波器、基于电流传输器的滤波器、延续时间电流方式滤波器等。 目前，选

11、集成滤波器朝着高频、低电压和低功耗的方向开展。 3滤波器的分类按功能： 1按通带与阻带所处的相对位置 低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 全通滤波器 2按所处置信号的不同 模拟滤波器处置模拟信号 数字滤波器处置数字信号 3根据信号的延续性 延续时间滤波器 数据抽样滤波器开关电容和开关电流滤波器4滤波器的实现设计 1按设计要求即按整个系统对滤波器的技术要求选择逼近函数及其阶数2阶？5阶？ 常用的逼近函数有Butterworth函数、 Chebyshev函数和椭圆函数。 留意：假照实现高通函数或带通函数，首先找到对应的低通函数。由于普通设计书只给出了低通的函数表和对应的低通电路。然后再经过频率变换到高通函数或带通函数 普通先进展归一化设计，再经过频率去归一化和阻抗去归一化完成设计。 2确定采用无源网络还是有源网络 假设确定采用无源网络，那么采用无源综合的方法实现。普通有现成的表格可供查询，只需作频率变