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1、 模 擬 電 子 學(xué)基 礎(chǔ) 2 緒 論模 擬 電 子 學(xué) 的 研 究 對(duì) 象模 擬 電 子 學(xué) 的 研 究 方 法模 擬 電 子 學(xué) 的 應(yīng) 用 背 景 3 放 大/濾 波 時(shí) 鐘 恢 復(fù)模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 數(shù) 字信 號(hào)處 理 VDD=+12V vi voRL5kR1 R2 R3 2M 2k 4.7kN P NNPN晶 體 管 的 結(jié) 構(gòu) 與 符 號(hào) P N P PNP晶 體 管 的 結(jié) 構(gòu) 與 符 號(hào) E E C C B B E E C C B B 電 子 學(xué) 的 研 究 對(duì) 象 的 層 次1、 系 統(tǒng)2、 模 塊3、 電 路4、 器 件 componentcircuit modulesyste

2、m 4 模 擬 電 子 學(xué) 的 研 究 對(duì) 象 的 分 類1、 按 照 信 號(hào) 性 質(zhì) 分 類線 性 電 路 能 夠 用 線 性 方 程 描 述非 線 性 電 路 不 能 用 線 性 方 程 描 述2、 按 照 信 號(hào) 頻 率 分 類低 頻 電 路 信 號(hào) 頻 率 低 ， 可 忽 略 許 多 與 頻 率 有 關(guān)的 參 量高 頻 電 路 信 號(hào) 頻 率 高 ， 必 須 考 慮 各 種 與 頻 率 相關(guān) 的 參 量 5 模 擬 電 子 學(xué) 的 研 究 方 法l 器 件 的 研 究 方 法 ：l 模 塊 和 電 路 的 研 究 方 法 ：l 系 統(tǒng) 的 研 究 方 法 ： 物 理 學(xué) 方 法數(shù) 學(xué)

3、、 電 子 學(xué) 、 計(jì)算 機(jī) 、 系 統(tǒng) 工 程 等各 門 學(xué) 科 的 綜 合電 子 學(xué) 方 法 6 電 子 學(xué) 方 法 的 特 點(diǎn)l 線 性 電 路l 非 線 性 電 路l 工 程 計(jì) 算l 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 設(shè) 計(jì)通 過 求 解 電 路 方 程 ， 得 到 有關(guān) 電 路 特 性 的 信 息在 一 定 條 件 下 作 線 性 化 近 似在 工 程 允 許 的 范 圍 內(nèi) ， 簡(jiǎn) 化實(shí) 際 的 電 路 參 數(shù) 或 方 程利 用 計(jì) 算 機(jī) 的 計(jì) 算 能 力求 解 電 路 方 程 7 模 擬 電 子 學(xué) 的 應(yīng) 用 背 景l(fā) 消 費(fèi)l 工 業(yè)l 軍 事l 科 研 收 音 機(jī) 、 電 話 、

4、手 機(jī) 、 CD、 電 視 、DVD、 汽 車 電 子 、 .機(jī) 床 、 工 業(yè) 儀 表 、 各 種 自 動(dòng) 控 制 設(shè)備 、 醫(yī) 療 器 械 、 .雷 達(dá) 、 軍 事 通 信 、 坦 克 、 飛 機(jī) 、 導(dǎo)彈 、 衛(wèi) 星 、 .各 種 實(shí) 驗(yàn) 設(shè) 備 第 1章電 路 分 析 基 礎(chǔ) 9 概 述研 究 內(nèi) 容 的 描 述元 件 的 描 述分 析 方 法 的 一 般 描 述 10 研 究 的 內(nèi) 容本 章 研 究 線 性 電 路 分 析 的 一 般 問 題 ：1. 如 何 根 據(jù) 已 知 的 電 路 結(jié) 構(gòu) 列 出 描 述 其 電 壓 電流 關(guān) 系 的 電 路 方 程 ；2. 如 何 根 據(jù) 電

5、 路 方 程 求 解 輸 入 輸 出 信 號(hào) 之 間 的關(guān) 系 ， 即 電 路 的 傳 遞 函 數(shù) ；3. 如 何 根 據(jù) 傳 遞 函 數(shù) 討 論 電 路 的 各 種 特 性 。 11 線 性 元 件 與 線 性 電 路l 特 點(diǎn) ： 元 件 參 數(shù) 不 隨 外 加 電 壓 、 電 流 的 變 化 而 發(fā) 生 變化 ， 可 以 用 線 性 方 程 （ 代 數(shù) 方 程 、 微 分 方 程 或 積 分 方程 ） 描 述 其 電 壓 電 流 關(guān) 系 。l 相 對(duì) 性 ： 線 性 是 針 對(duì) 某 個(gè) 特 定 的 條 件 而 言 的 ， 而 非 線性 元 件 在 特 定 的 條 件 下 也 可 以 近

6、似 為 線 性 元 件 。l 線 性 電 路 ： 若 構(gòu) 成 電 路 的 所 有 元 件 均 為 線 性 元 件 ， 則該 電 路 是 線 性 電 路 。 反 之 ， 只 要 在 電 路 中 存 在 非 線 性元 件 ， 則 該 電 路 就 是 非 線 性 電 路 。 12 線 性 元 件 的 模 型l 等 效 模 型 ： 用 一 些 已 知 特 性 的 元 件 模 型 來 代 替 實(shí) 際 電路 ， 以 利 于 電 路 的 分 析l 電 阻 、 電 容 、 電 感l(wèi) 電 壓 源 、 電 流 源 （ 統(tǒng) 稱 獨(dú) 立 源 ）l 壓 控 電 壓 源 、 流 控 電 壓 源 、 壓 控 電 流 源 、

7、 流 控 電 流源 （ 統(tǒng) 稱 受 控 源 ） l 等 效 電 路 ： 由 等 效 模 型 構(gòu) 成 的 電 路 ， 在 規(guī) 定 的 條 件 下與 被 等 效 的 實(shí) 際 電 路 具 有 相 同 的 電 學(xué) 特 性 13 電 阻 、 電 容 、 電 感 （ 電 導(dǎo) 、 電 納 ）無 源 元 件( ) ( )R Rv t R i t dttiCtv CC )(1)( dttdiLtv LL )()( 14 電 壓 源 、 電 流 源有 源 元 件 電 壓 源 電 流 源 vs isv 負(fù) 載網(wǎng) 絡(luò) 負(fù) 載網(wǎng) 絡(luò)i電 壓 源 的 輸 出 電 壓 與 電 流 無 關(guān) ， v(t) = vs(t)。電

8、流 源 的 輸 出 電 流 與 電 壓 無 關(guān) ， i(t) = is(t)。 15 實(shí) 際 的 電 壓 源 和 電 流 源具 有 內(nèi) 阻 ， 負(fù) 載 上 的 電 壓 或 電 流 受 負(fù) 載 影 響電 壓 源 的 內(nèi) 阻 一 般 用 串 聯(lián) 的 電 阻 表 示電 流 源 的 內(nèi) 阻 一 般 用 并 聯(lián) 的 電 導(dǎo) 表 示 實(shí) 際 電 壓 源 實(shí) 際 電 流 源 vs isv 負(fù) 載網(wǎng) 絡(luò) 負(fù) 載網(wǎng) 絡(luò) irs r s 16 受 控 源 受 控 電 壓 源 受 控 電 流 源 v 負(fù) 載網(wǎng) 絡(luò) 負(fù) 載網(wǎng) 絡(luò)ivs is與 獨(dú) 立 源 的 不 同 之 處 在 于 ： 受 控 源 受 到 電 路中

9、另 一 個(gè) 信 號(hào) （ 電 壓 或 電 流 ） 的 控 制 ， 其 輸出 是 那 個(gè) 信 號(hào) 的 函 數(shù) 。 17 四 種 受 控 源l 壓 控 電 壓 源 （ VCVS） vs = Avvcl 流 控 電 壓 源 （ CCVS） vs = Rmicl 壓 控 電 流 源 （ VCCS） is = Gmvcl 流 控 電 流 源 （ CCCS） i s = Ai ic 壓 控 電 壓 源 vs 負(fù)載網(wǎng)絡(luò)Avvc 18 線 性 電 路 的 分 析 方 法 l 激 勵(lì) 響 應(yīng)l 時(shí) 域 分 析l 激 勵(lì) 是 隨 時(shí) 間 變 化 的 信 號(hào) ， 分 析 響 應(yīng) 隨 時(shí) 間 變 化 的 規(guī) 律l 頻

10、域 分 析l 激 勵(lì) 是 穩(wěn) 定 的 正 弦 信 號(hào) ， 分 析 響 應(yīng) 隨 頻 率 變 化 的 規(guī) 律l 復(fù) 頻 域 分 析 l 通 過 拉 普 拉 斯 變 換 ， 在 復(fù) 頻 域 解 微 分 方 程 。 可 以 方 便 地轉(zhuǎn) 換 到 時(shí) 域 或 頻 域 ， 在 電 子 學(xué) 中 常 用 。 19 拉 普 拉 斯 變 換 簡(jiǎn) 介l 定 義 s 是 一 個(gè) 復(fù) 變 量 ， s = s + jw f(t) 應(yīng) 滿 足 下 列 條 件 ： 1） 當(dāng) t 0時(shí) ， f(t) 分 段 連 續(xù) ； 3） 當(dāng) t 時(shí) ， e -st 較 f(t) 衰 減 得 更 快 。 0 stF s f t e dt 2

11、0 拉 普 拉 斯 變 換 的 主 要 基 本 定 理1 2 1 2( ) ( ) ( ) ( )f t f t F s F s ( ) ( )kf t kF s( ) ( ) (0)df t sF s fdt 0( ) |( )( ) tf t dtF sf t dt s s 疊 加 定 理比 例 定 理微 分 定 理積 分 定 理 21 拉 普 拉 斯 變 換 的 算 符 作 用l 若 規(guī) 定 f(t) 的 初 值 （ 或 積 分 初 值 ） 為 0， 則 根據(jù) 微 分 定 理 和 積 分 定 理 ， 有l(wèi) 所 以 ， 可 以 將 拉 普 拉 斯 變 換 的 自 變 量 s 看 成 一個(gè)

12、微 分 算 符l 例 如 ： ( ) ( )df t sF sdt ( )( ) F sf t dt s ( ) ( ) ( ) ( )L Ldv t L i t v s Ls i sdt 22 拉 普 拉 斯 算 符 與 時(shí) 域 、 頻 域 的 聯(lián) 系 s js w ddt jw時(shí) 域 復(fù) 頻 域 頻 域零 初 值 條 件 局 限 于 虛 軸 23 線 性 元 件 的 頻 域 與 復(fù) 頻 域 表 示 ,j L sLw 電 阻 電 容 電 感 R ( )1( ) CC i sv s C s ( ) ( )L Lv s L si s ( ) ( )R Rv t R i t dttiCtv CC

13、)(1)( dttdiLtv LL )()( ( ) ( )R Rv j R i jw w 1( ) ( )C Cv j i jj Cw ww ( ) ( )L Lv j j Li jw w w1 1,j C sCw( ) ( )R Rv s R i s 24 基 本 定 律 與 定 理 及 其 應(yīng) 用基 爾 霍 夫 定 律等 效 電 壓 源 定 律等 效 電 流 源 定 律疊 加 定 理節(jié) 點(diǎn) 電 壓 法 與 回 路 電 流 法 25 基 爾 霍 夫 定 律l 支 路 （ Branch） ： 電 路 中 能 通 過 同 一 電 流 的 分支 。 支 路 一 般 由 二 端 元 件 或 二 端

14、 元 件 的 串 聯(lián) 構(gòu)成 。l 節(jié) 點(diǎn) （ Node） ： 電 路 中 三 個(gè) 或 三 個(gè) 以 上 的 支路 的 交 點(diǎn) 。l 回 路 （ Loop） ： 電 路 中 由 支 路 構(gòu) 成 的 閉 合 路徑 。 26 基 爾 霍 夫 電 流 定 律 (KCL)l 對(duì) 于 電 路 的 任 意 一 個(gè) 節(jié) 點(diǎn) ， 流 入 該 節(jié) 點(diǎn) 的 所有 瞬 時(shí) 電 流 的 代 數(shù) 和 為 零( ) 0 nn i t i1 i4i 3 i2Node 27 基 爾 霍 夫 電 壓 定 律 (KVL)l 對(duì) 于 電 路 的 任 意 一 個(gè) 回 路 ， 環(huán) 繞 該 回 路 的 所 有瞬 時(shí) 電 壓 的 代 數(shù) 和

15、為 零 ( ) 0 nn v t Loopv1 v3v2 v4+ + + 28 基 爾 霍 夫 定 律 的 例 子 R1 vs1 R3R2 a b v3v2 v1 i1 vs2 i2 i3 + + 節(jié) 點(diǎn)節(jié) 點(diǎn) 電 流 方 程 1 2 3 0i i i 回 路回 路 電 壓 方 程 1 1 2 22 2 3 00s ssv v v vv v v 基 爾 霍 夫 方 程 組 29 等 效 電 壓 源 定 律 （ 戴 文 寧 定 律 ）l 網(wǎng) 絡(luò) 的 等 效 關(guān) 系vs 網(wǎng) 絡(luò) N 的 端 口 1-1 間 的 開 路 電 壓rs 網(wǎng) 絡(luò) N 內(nèi) 所 有 獨(dú) 立 源 被 去 除 后 ， 端 口 1-

16、1 間的 總 阻 抗 源 網(wǎng) 絡(luò)N 負(fù) 載網(wǎng) 絡(luò)N 負(fù) 載網(wǎng) 絡(luò)Nrsvs等 價(jià)1 1 1 1 + 3011R1 R2R3v vs 等 效 電 壓 源 定 律 的 例 子 r rsv s等 價(jià) 于 1 1 RL 1 1 R1 R2R3v RL 2 1 2s Rv v R R 1 2 3( / )sr R R R 31 等 效 電 流 源 定 律 （ 諾 頓 定 律 ）l 網(wǎng) 絡(luò) 的 等 效 關(guān) 系is 網(wǎng) 絡(luò) N 的 端 口 1-1 間 的 短 路 電 流rs 網(wǎng) 絡(luò) N 內(nèi) 所 有 獨(dú) 立 源 被 去 除 后 ， 端 口 1-1 間的 總 導(dǎo) 納 （ 阻 抗 ） 源 網(wǎng) 絡(luò)N 負(fù) 載網(wǎng) 絡(luò)N

17、 負(fù) 載網(wǎng) 絡(luò)Nrsis等 價(jià)1 1 1 1 + 32 等 效 電 流 源 定 律 的 例 子 1 1 R1 R2R3 rs rsis等 價(jià) 于 1 1 RL v is 1 1 R1 R2R3v RL 21 2 3 2 3/s Rvi R R R R R 1 2 3( / )sr R R R 33 疊 加 定 理l 在 線 性 電 路 中 ， 任 意 一 個(gè) 支 路 的 電 流 （ 或 電 壓 ）都 是 電 路 中 各 個(gè) 電 壓 源 或 電 流 源 單 獨(dú) 激 勵(lì) 時(shí) 在該 支 路 中 產(chǎn) 生 的 電 流 （ 或 電 壓 ） 之 總 和 。l 單 獨(dú) 激 勵(lì) ， 是 指 將 電 路 中 其

18、他 的 獨(dú) 立 源 去 除 ，即 電 壓 源 短 路 、 電 流 源 開 路 。 )(.)()().( 2121 nn xfxfxfxxxf 34 疊 加 定 理 的 例 子 isvs + rs1 RLrs2 vo+121 1 2/ /L so ss L sR rv vr R r 2 2 1( / / )o L s s sv R r r i 2 2 11 2/ ( / / )/L so s L s s ss L sR rv v R r r ir R r s Lrs2 o2+ 35 節(jié) 點(diǎn) 電 壓 法 l 一 個(gè) 網(wǎng) 絡(luò) 中 某 個(gè) 節(jié) 點(diǎn) i 到 某 參 考 點(diǎn) 的 電 壓 差 稱為 節(jié) 點(diǎn)

19、電 壓 vil 節(jié) 點(diǎn) 電 壓 方 程 具 有 下 列 一 般 形 式 11 1 12 2 1 121 1 22 2 2 21 1 2 2 . . m mm mm m mm m mY v Y v Y v iY v Y v Y v iY v Y v Y v i 36 l vi 第 i 個(gè) 節(jié) 點(diǎn) 的 節(jié) 點(diǎn) 電 壓 。l Yii 第 i 個(gè) 節(jié) 點(diǎn) 的 自 導(dǎo) 納 ， 即 連 接 在 節(jié) 點(diǎn) i和 其 他 節(jié) 點(diǎn)之 間 的 支 路 導(dǎo) 納 之 和 ， 取 正 號(hào) 。l Yij(ij) 互 導(dǎo) 納 ， 即 連 接 在 節(jié) 點(diǎn) i、 j 之 間 的 所 有 支 路導(dǎo) 納 之 和 ， 取 負(fù) 號(hào) 。

20、若 節(jié) 點(diǎn) j與 節(jié) 點(diǎn) i無 支 路 相 連 ， 則 取零 。l ii 流 入 節(jié) 點(diǎn) i 的 所 有 激 勵(lì) 電 流 源 之 和 。 若 流 出 則 取負(fù) 號(hào) 。 37 節(jié) 點(diǎn) 電 壓 法 的 注 意 點(diǎn) l 一 個(gè) 具 有 N個(gè) 節(jié) 點(diǎn) 的 網(wǎng) 絡(luò) ， 一 定 可 以 寫 出 N-1個(gè)節(jié) 點(diǎn) 電 壓 方 程 。 l 要 求 流 入 節(jié) 點(diǎn) 的 源 為 電 流 源 。l 若 電 路 中 的 激 勵(lì) 源 不 是 電 流 源 ， 則 可 以 通 過 諾 頓定 理 先 行 轉(zhuǎn) 換 。l 若 在 電 路 中 出 現(xiàn) 相 關(guān) 源 ， 可 以 先 作 為 獨(dú) 立 源 處 理 ，最 后 將 它 移 到

21、方 程 左 邊 ， 與 相 同 的 變 量 合 并 。 38 節(jié) 點(diǎn) 電 壓 法 的 例 子 R1 RS R3R2 LC is 1 4 32 39 1 2 31 1 2 32 1 2 33 1 1 1( )1 1 1( ) 01 1 1 1 1( ) ss s ss s sC v sCv v iR R RsCv sC v vR sL sLv v v iR sL R R sL Y11 Y33Y32Y31 Y23Y22Y21 Y13Y12 節(jié) 點(diǎn) 1節(jié) 點(diǎn) 3節(jié) 點(diǎn) 2 40 回 路 電 流 法 l 每 個(gè) 獨(dú) 立 回 路 中 設(shè) 定 一 個(gè) 回 路 電 流 ii l 回 路 電 流 方 程 具

22、有 下 列 一 般 形 式 11 1 12 2 1 121 1 22 2 2 21 1 2 2 . . m mm mm m mm m mZ i Z i Z i vZ i Z i Z i vZ i Z i Z i v 41 l ii： 第 i 個(gè) 回 路 的 回 路 電 流 。l Zii： 第 i 個(gè) 回 路 的 自 阻 抗 ， 即 回 路 i 中 各 支 路 阻 抗 之 和 ，取 正 號(hào) 。l Zij(ij)： 互 阻 抗 ， 它 等 于 與 回 路 i 與 回 路 j之 間 的 所 有 公共 支 路 阻 抗 之 和 。 當(dāng) 兩 個(gè) 回 路 電 流 方 向 一 致 時(shí) 取 正 號(hào) ，否 則 取

23、 負(fù) 號(hào) 。l vi： 回 路 i 中 所 有 激 勵(lì) 電 壓 源 之 代 數(shù) 和 。 與 回 路 電 流 方向 一 致 者 取 負(fù) 號(hào) ， 否 則 取 正 號(hào) 。 42 回 路 電 流 法 的 例 子 R1 R4 R3 R2L C1vs i1 Zm i2 i 3 i2 C 2 1 2 3 43 Z11 Z33Z32Z31 Z23Z22Z21 Z13Z121 1 2 1 31 1 1 2 4 2 2 31 1 21 1 2 2 3 2 1 3 21 1( ) ( )1 1 1( ) 0( ) ( ) s mR sL i i R sL i vsC sCi R R i RisC sC sCR sL

24、 i Ri R R R sL i Z i 回 路 1回 路 3回 路 2 44 線 性 電 路 的 分 析 方 法 網(wǎng) 絡(luò) 函 數(shù) 穩(wěn) 態(tài) 分 析 瞬 態(tài) 分 析 45 網(wǎng) 絡(luò) 函 數(shù) l 雙 口 網(wǎng) 絡(luò)l 網(wǎng) 絡(luò) 函 數(shù) l 網(wǎng) 絡(luò) 函 數(shù) 由 網(wǎng) 絡(luò) 結(jié) 構(gòu) 與 參 數(shù) 惟 一 確 定網(wǎng) 絡(luò)i(t) o(t)激 勵(lì) 信 號(hào) 響 應(yīng) 信 號(hào))( )()( sssH io 46 驅(qū) 動(dòng) 點(diǎn) 函 數(shù)l 激 勵(lì) 信 號(hào) 與 響 應(yīng) 信 號(hào) 出 現(xiàn) 在 網(wǎng) 絡(luò) 的 同 一 端 口 l 輸 入 阻 抗 （ 導(dǎo) 納 ）l 輸 出 阻 抗 （ 導(dǎo) 納 ）l 當(dāng) 分 析 一 個(gè) 帶 有 激 勵(lì) 信 號(hào) 源

25、的 網(wǎng) 絡(luò) 的 輸 出 阻 抗時(shí) ， 要 特 別 注 意 將 信 號(hào) 源 去 除 以 后 再 求 輸 出 阻抗 。 去 除 的 原 則 是 ： 電 壓 源 短 路 ， 電 流 源 開 路 ，但 是 全 部 保 留 它 們 的 源 內(nèi) 阻 。 47 輸 入 阻 抗 的 例 子 R1 C2 v1 gmv1C1 RL+ v2+ 1 2 33 i1 11i vr i 48 1 2 1 2 2 11 2 1 2 21( ) ( ) ( ) ( )1( ) ( ) ( ) ( ) 0m LsC sC v s sC v s i sRsC g v s sC v sR 1 21 2 1 1 2 1 1 21(

26、)( ) ( ) 1 1 1 1 1( )Li mL L Lsv s R Cr s i s s g sC R R R C RR CC 節(jié) 點(diǎn) 電 壓 方 程 組 49 R1 C2 v1 gmv1C1 RL v2+ 1 2 33 i2輸 出 阻 抗 的 例 子 22o vr i 在 計(jì) 算 時(shí) 要 將 輸 入 信 號(hào) 去 除 50 R1 C2 C1 RL v2+ 1 2 33 i2去 除 輸 入 信 號(hào) 后 的 電 路 22 2 21/ 1 Lo L Lv Rr Ri sC sRC 51 輸 出 阻 抗 的 另 一 種 求 解 方 法 R1 C2 v1 gmv1C1 RL vO+ iO O o

27、Ovr i (開 路 輸 出 電 壓 )(短 路 輸 出 電 流 ) 52 傳 遞 函 數(shù)l 激 勵(lì) 信 號(hào) 與 響 應(yīng) 信 號(hào) 出 現(xiàn) 在 網(wǎng) 絡(luò) 的 不 同 端 口l 電 壓 放 大 系 數(shù) l 跨 導(dǎo) l 跨 阻 l 電 流 放 大 系 數(shù) ( ) ( )/ ( )v o iA s v s v s( ) ( )/ ( ) m o iG s i s v s( ) ( )/ ( )m o iR s v s i s( ) ( )/ ( )i o iA s i s i s 53 傳 遞 函 數(shù) 的 例 子 R1 C2v1 gmv1C1 RL v21 2 33 i1求 傳 遞 函 數(shù) ： 跨 阻

28、2 1 ( )( ) ( )m v sR s i s 54 l 節(jié) 點(diǎn) 方 程 ：l 解 1 2 1 2 2 11 2 1 2 2 11( ) ( ) ( ) ( )1( ) ( ) ( ) ( )m LsC sC v s sC v s i sRsC v s sC v s g v sR 1 22 1 1 2 1 1 21 ( )( ) 1 1 1 1 1( ) mm mL L LgsC CR s s g sC R R R C RR CC 55 網(wǎng) 絡(luò) 函 數(shù) 的 一 般 形 式 l z1、 z2、 .、 zm為 網(wǎng) 絡(luò) 函 數(shù) H(s)的 零 點(diǎn)l p 1、 p2、 .、 pn為 網(wǎng) 絡(luò) 函

29、數(shù) H(s)的 極 點(diǎn) 11 1 011 1 01 21 2 .( ) .( )( ).( )( )( ).( )m mmn nn mns b s bs bH s k s a s as as z s z s zk s p s p s p 56 穩(wěn) 態(tài) 分 析 l 討 論 在 不 同 頻 率 的 正 弦 信 號(hào) 的 激 勵(lì) 下 網(wǎng) 絡(luò) 響 應(yīng) 的 變 化情 況 l 網(wǎng) 絡(luò) 函 數(shù) 一 般 是 頻 率 的 函 數(shù)l 線 性 網(wǎng) 絡(luò) 在 簡(jiǎn) 諧 信 號(hào) 激 勵(lì) 下 的 輸 出 仍 然 是 簡(jiǎn) 諧 信 號(hào)l 隨 著 輸 入 信 號(hào) 的 頻 率 變 化 ， 輸 出 信 號(hào) 與 輸 入 信 號(hào) 之 間的

30、幅 度 比 和 相 位 差 會(huì) 發(fā) 生 變 化l 幅 頻 特 性 ： 輸 出 信 號(hào) 與 輸 入 信 號(hào) 之 間 的 幅 度 比 隨 輸 入信 號(hào) 的 頻 率 變 化 而 變 化 的 規(guī) 律 l 相 頻 特 性 ： 輸 出 信 號(hào) 與 輸 入 信 號(hào) 之 間 的 相 位 差 隨 輸 入信 號(hào) 的 頻 率 變 化 而 變 化 的 規(guī) 律 57 電 路 的 頻 率 響 應(yīng) l 頻 率 響 應(yīng) 函 數(shù)l 與 網(wǎng) 絡(luò) 函 數(shù) 具 有 相 同 的 形 式l 零 點(diǎn) 與 極 點(diǎn) 決 定 了 網(wǎng) 絡(luò) 的 頻 率 特 性 ).()( ).()()( 21 21 nmpjpjpj zjzjzjkjH www w

31、www 58 一 階 低 通 網(wǎng) 絡(luò)l 電 路 例 子l 電 壓 傳 遞 函 數(shù) R Cvi vo 01( ) 1 1( ) 1( ) 1 1oiv s sCH s sv s sRCR sC w 59 一 階 低 通 網(wǎng) 絡(luò) 的 頻 率 特 性 l 頻 率 特 性l 對(duì) 數(shù) 幅 頻 特 性 和 相 頻 特 性 01 1)( www jjH 0( ) ( ) arctg( )H j w w w w 20)(1lg10)(lg20)( wwww jHA 60 一 階 低 通 網(wǎng) 絡(luò) 的 對(duì) 數(shù) 幅 頻 特 性 0-2-4 -8-6-10 -20-18-16 -14-12 A(w) w/w010.1

32、 0.50.2 1052 -20dB/dec 20)(1lg10)(lg20)( wwww jHA 61 一 階 低 通 網(wǎng) 絡(luò) 的 相 頻 特 性 0( ) ( ) arctg( )H j w w w w 0-10-20 -40-30-50 -90-80-70-60 (w) w/w010.01 0.50.2 1052 10050200.10.050.02 62 一 階 高 通 網(wǎng) 絡(luò)l 電 路 例 子l 電 壓 傳 遞 函 數(shù) C Rvi vo 0 0/( ) 1 1 1 /oiv sR sRCH s v sRC sR sC ww 63 一 階 高 通 網(wǎng) 絡(luò) 的 頻 率 特 性l 頻 率

33、特 性l 對(duì) 數(shù) 幅 頻 特 性 和 相 頻 特 性 200( ) 20lg ( ) 20lg 20lg 1 ( / )A H j ww w w ww 00/1 /)( wwwww jjjH 0( ) ( ) arctg( )2H j w w w w 64 一 階 高 通 網(wǎng) 絡(luò) 的 對(duì) 數(shù) 幅 頻 特 性 A(w) w/w010.1 0.50.2 10520-2 -4-8-6-10 -20-18-16-14 -12 20dB/dec 200( ) 20lg ( ) 20lg 20lg 1 ( / )A H j ww w w ww 65 一 階 高 通 網(wǎng) 絡(luò) 的 相 頻 特 性 (w) w/

34、w0 908070 506040 0102030 10.50.2 1052 10050200.10.050.020.01 0( ) ( ) arctg( )2H j w w w w 66 二 階 網(wǎng) 絡(luò)l 電 路l 電 壓 傳 遞 函 數(shù) R CLv s(s) vc(s)2 02 20 01( ) 1 2oiv sCH s v s sR sL sC ww w 20 1LCw 02 RLw 67 二 階 網(wǎng) 絡(luò) 的 頻 率 特 性l 當(dāng) 阻 尼 因 子 1 時(shí) ， p1、 p2為 一 對(duì) 共 軛 復(fù) 根 ，即 電 路 具 有 一 對(duì) 共 軛 復(fù) 極 點(diǎn) 。 此 時(shí) 2 2 2 20 0( ) 2

35、0lg 1 ( ) 4 ( )A w ww w w 0 2 02 ( )( ) arctg1 ( )w w w ww 68 二 階 網(wǎng) 絡(luò) 的 對(duì) 數(shù) 幅 頻 特 性A(w) w/w010.1 0.50.2 10520-10 -20 -40-30 值 大 值 小 -40dB/dec 69 二 階 網(wǎng) 絡(luò) 的 相 頻 特 性 w /w010.10.01 100100 -180 -90 (w) 值 大 值 小 70 復(fù) 雜 網(wǎng) 絡(luò) 的 頻 率 特 性l 任 何 一 個(gè) 電 路 的 對(duì) 數(shù) 幅 頻 特 性 可 以 表 示 成 l 任 何 一 個(gè) 電 路 的 相 頻 特 性 可 以 表 示 成 l 其

36、 中 零 、 極 點(diǎn) 或 者 是 實(shí) 數(shù) ， 或 者 是 共 軛 復(fù) 數(shù)1 1( ) 20lg 20lg 20lgm ni ii iA K N Dw 直 流 極 點(diǎn)零 點(diǎn)極 點(diǎn)零 點(diǎn)1 1( ) m ni ii i w 71 復(fù) 雜 網(wǎng) 絡(luò) 的 Bode圖l 任 何 一 個(gè) 電 路 的 總 的 對(duì) 數(shù) 幅 頻 特 性 和 相 頻 特 性 ，都 可 以 分 解 成 每 個(gè) 零 、 極 點(diǎn) 的 特 性 的 疊 加 。l 由 于 線 性 電 路 的 傳 遞 函 數(shù) 總 是 由 實(shí) 零 、 極 點(diǎn) 與共 軛 復(fù) 零 、 極 點(diǎn) 組 成 ， 所 以 只 要 求 出 傳 遞 函 數(shù)的 零 、 極 點(diǎn) ，

37、再 根 據(jù) 一 階 系 統(tǒng) 與 二 階 系 統(tǒng) 的 討論 ， 就 可 以 直 接 繪 出 復(fù) 雜 系 統(tǒng) 的 頻 響 曲 線 。 72 Bode圖 與 傳 遞 函 數(shù) 的 關(guān) 系 (1)l 一 階 函 數(shù) 標(biāo) 準(zhǔn) 表 達(dá) 式l 極 點(diǎn)l 零 點(diǎn) 1( ) , 1 ppH s s ww ( ) 1 zzsH s ww ， 為 極 點(diǎn) 頻 率為 零 點(diǎn) 頻 率 73 l 每 個(gè) 一 階 極 點(diǎn) 對(duì) 應(yīng) 一 個(gè) 對(duì) 數(shù) 幅 頻 特 性 圖 上 的 順時(shí) 針 轉(zhuǎn) 折 ， 斜 率 的 變 化 為 20dB/decl 每 個(gè) 一 階 零 點(diǎn) 對(duì) 應(yīng) 一 個(gè) 對(duì) 數(shù) 幅 頻 特 性 圖 上 的 逆時(shí) 針 轉(zhuǎn)

38、 折 ， 斜 率 的 變 化 為 20dB/decl 下 圖 為 漸 近 線 圖 ， 實(shí) 際 曲 線 要 注 意 3dB修 正w p0dB wzA(w) w一 階 極 點(diǎn) 一 階 零 點(diǎn) 74 l 大 部 分 情 況 下 ， 每 個(gè) 一 階 極 點(diǎn) 在 相 頻 特 性 圖 上 對(duì) 應(yīng) 一個(gè) 90 的 相 移 ， 極 點(diǎn) 頻 率 的 相 移 為 45l 大 部 分 情 況 下 ， 每 個(gè) 一 階 零 點(diǎn) 在 相 頻 特 性 圖 上 對(duì) 應(yīng) 一個(gè) 90 的 相 移 ， 零 點(diǎn) 頻 率 的 相 移 為 45l 下 圖 為 漸 近 線 圖 ， 實(shí) 際 曲 線 要 注 意 修 正 w0-9090 ww

39、p w z一 階 極 點(diǎn) 一 階 零 點(diǎn) 75 Bode圖 與 傳 遞 函 數(shù) 的 關(guān) 系 (2)l 在 電 子 電 路 中 ， 常 見 的 二 階 函 數(shù) 只 有 一 種 ， 已經(jīng) 在 前 面 討 論 過 ， 其 標(biāo) 準(zhǔn) 表 達(dá) 式 為l 對(duì) 數(shù) 幅 頻 特 性 與 相 頻 特 性 也 在 前 面 討 論 過 ， 需注 意 其 形 狀 與 阻 尼 因 子 有 關(guān)20 2 20 0( ) , 0 12H s s sw w w 76 Bode圖 與 傳 遞 函 數(shù) 的 關(guān) 系 (3)l 另 外 還 有 比 例 （ 直 流 增 益 ） 、 積 分 與 微 分 函 數(shù) ，其 標(biāo) 準(zhǔn) 表 達(dá) 式 為l

40、 比 例 函 數(shù)l 積 分 函 數(shù) l 微 分 函 數(shù) ( )H s K( )H s s1( )H s s 77 l 比 例 、 積 分 與 微 分 函 數(shù) 的 對(duì)數(shù) 幅 頻 特 性 均 為 直 線l 比 例 函 數(shù) 為 水 平 直 線 ， 縱 坐標(biāo) 等 于 20lgKl 積 分 函 數(shù) 以 20dB/dec斜 率在 w =1點(diǎn) 處 與 坐 標(biāo) 橫 軸 相 交 ，相 頻 特 性 90l 微 分 函 數(shù) 以 20dB/dec斜 率在 w =1點(diǎn) 處 與 坐 標(biāo) 橫 軸 相 交 ，相 頻 特 性 90 0dBA(w) w20lgK 1比 例 積 分微 分 78 復(fù) 雜 網(wǎng) 絡(luò) 的 頻 率 特 性l

41、 先 將 傳 遞 函 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 為 標(biāo) 準(zhǔn) 形 式 相 乘 的 形 式l 按 照 前 面 的 討 論 ， 畫 出 每 個(gè) 標(biāo) 準(zhǔn) 函 數(shù) 的 Bode圖l 將 所 有 的 Bode圖 疊 加 （ 即 在 每 個(gè) 頻 率 上 所 有Bode圖 的 縱 坐 標(biāo) 相 加 ） ， 得 到 最 終 的 Bode圖l 根 據(jù) Bode圖 ， 討 論 網(wǎng) 絡(luò) 的 頻 率 特 性 79 復(fù) 雜 網(wǎng) 絡(luò) 的 例 子 2 32 24 1 1( )( )( ) , (0 1)( )( 2 )s sH s k s s sw w w w w 212 22 3 1 141( ) (1 )(1 ) ( 2 )(1 )s

42、sH s K s s sww w w ww 先 將 它 轉(zhuǎn) 換 為 標(biāo) 準(zhǔn) 形 式其 中 2 321 4K k w ww w 80 直 流 一 階 網(wǎng) 絡(luò) 二 階 網(wǎng) 絡(luò) 212 22 3 1 141( ) (1 )(1 ) ( 2 )(1 )s sH s K s s sww w w ww w 10dBA(w) ww2 w3 w420lgK 81 瞬 態(tài) 分 析 l 時(shí) 域 分 析l 在 時(shí) 域 求 解 網(wǎng) 絡(luò) 函 數(shù) 。 常 常 采 用 拉 普 拉 斯 變 換求 解l 可 以 討 論 電 路 在 輸 入 信 號(hào) 變 化 的 瞬 間 的 輸 出 變化 情 況l 通 常 采 用 非 正 弦 信

43、號(hào) 作 為 電 路 的 激 勵(lì) 信 號(hào) 82 階 躍 響 應(yīng)l 階 躍 函 數(shù) l 拉 普 拉 斯 變 換 以 后 ， 階 躍 函 數(shù) 的 象 函 數(shù) 000)( tv ttv ss t=0( ) s s vv s s 83 一 階 低 通 網(wǎng) 絡(luò) 的 階 躍 響 應(yīng) l 拉 普 拉 斯 反 變 換 后 1( ) ( ) ( ) 11 1( )1 so s s vv s H s v s sRC sv s s RC )1()( RCtso evtv vO(t) t vs RC0 2.3RC 0.9vs0.63vs 84 一 階 高 通 網(wǎng) 絡(luò) 的 階 躍 響 應(yīng)l 拉 普 拉 斯 反 變 換 后

44、 RCsvsvsRCsRCsvsHsv ssso 111)()()( RCtso evtv )( vo(t) t vs RC0 2.3RC0.1vs0.37vs 85 沖 擊 響 應(yīng)l 沖 擊 函 數(shù)l 拉 普 拉 斯 變 換 以 后 ， 沖 擊 函 數(shù) 的 象 函 數(shù) 000)()( ttttvs 1)( svs t=0 86 二 階 網(wǎng) 絡(luò) 的 沖 擊 響 應(yīng)l 拉 普 拉 斯 反 變 換 后 (滿 足 0 1 條 件 ) 2002 202 211)( www ssLCsLRs LCsvc tetv tc )1sin(1)( 20220 0 ww w 87注 ： 滿 足 0 1 條 件 vc(t) t 二 階 網(wǎng) 絡(luò) 的 沖 擊 響 應(yīng) 波 形 第 1章 結(jié) 束