模拟电子学教程（陈光梦）

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1、第1章电路分析基础电子学研究的基本内容可以用“信号——电路——系统”来说明。电子学的研究对象是电信号；实现对信号进行某种处理，例如放大、选择、变换等基本功能的单元就是电子电路；各种电路按照信号处理的要求，以一定的次序加以连接并完成特定的功能，就构成了电子系统。信号可以按照它们的表现形式分为模拟信号（AnalogSignal）与数字信号（DigitalSignal）两大类，对应地就有模拟电路与数字电路、模拟系统与数字系统两大领域。模拟信号的特点是它无论在时间上还是空间上都是连续的，自然界中绝大部分信号是模拟信号。以连续的方式处理模拟信号的电路就是模拟电路，以模拟电路组

2、成的系统就是模拟系统。模拟电路还可以按照信号之间的相互关系分成线性电路和非线性电路两类。线性电路中输入输出信号的关系可以用线性方程进行描述，而非线性电路中输入输出信号之间的关系必须用非线性方程进行描述。由于许多常用的电路在一定的近似条件下可以用线性电路来等效，所以线性电路的分析方法是分析电子电路的基础。本章将研究线性电路分析的一般问题：如何根据已知的电路结构列出描述其电压电流关系的电路方程；如何根据电路方程求解输入输出信号之间的关系，即电路的传递函数；如何根据传递函数讨论电路的各种特性。1.1概述1.1.1线性元件由于电特性的区别，电路中的元件可以分为线性元件与非线

3、性元件两大类。线性元件（LinerComponents）的特点是：元件参数不随外加电压、电流的变化而发生变化，可以用线性方程（代数方程、微分方程或积分方程）描述其电压电流关系。非线性元件（Non-linerComponents）的特点是它的电压电流关系是由一个非线性方程来描述的。若构成电路的所有元件均为线性元件，则该电路是线性电路。反之，只要在电路中存在非线性元件，则该电路就是非线性电路。实际上，“线性”和“非线性”是相对的。所谓“线性元件”，总是针对某个特定的条件（电流电压范围、温度范围等）而言的，超出此范围，可能就是非线性元件了。而-1-模拟电子学基础所谓的“非

4、线性元件”，若能将加在它上面的信号控制在某个特定的较小的范围内，也可以近似地将它作为线性元件处理。为了能够在电路分析中使用数学分析的方法，通常将实际的电路加以抽象，用电路等效模型来代替实际的电路。所谓等效模型，就是用一些已知特性的元件模型来代替实际电路，以利于电路的分析。在规定的条件下，由这些元件模型构成的等效电路与被等效的实际电路具有相同的电学特性。线性元件的模型有九种，它们是：电阻、电容、电感、电压源、电流源、压控电压源、流控电压源、压控电流源、流控电流源。电阻（Resistance）的电压、电流关系可以用欧姆定律描述如下：vtRit()=⋅()(1.1.a)R

5、RitGvt()=⋅()(1.1.b)RR其中，R是电阻值，单位为欧姆（Ω）；G是电阻的倒数，称为电导（Conductance），单位为西门子（S）。电容（Capacitance）的电压、电流关系可以用下式表示：1vC(t)=∫iC(t)dt(1.2)C其中，C是电容值，单位为法拉（F）。电感（Inductance）的电压、电流关系可以用下式表示：diL(t)vL(t)=L(1.3)dt其中，L是电感值，单位为亨利（H）。其余的六种模型都是有源元件，前两种为独立源，后四种为相关源。电压源（VoltageSource）和电流源（CurrentSource）都是理想的二

6、端元件。电压源和电流源的电路符号如下图所示。i负载负载vsvis网络网络电压源电流源图1-1电压源和电流源的电路符号电压源两端的电压与流过它的电流无关，在图1-1所示的电压源电路中，无论负载网络如何，总有v(t)=vs(t)。流过电流源的电流与电流源两端的电压无关，在图1-1所示的电流源电路中，无论负载网络如何，总有i(t)=is(t)。需要说明的是，尽管在电压源符号中标明了正负极性，在电流源符号中标明了电流方向，这并不意味着它们只能用来描述直流信号。它们只是表示在电路中的一个参考极-2-第一章电路分析基础性或参考方向。若实际的极性或方向与参考相反，则在表达式中可以

7、用负值来描述。如果是一个交流源，则可以用一个时间的函数来描述源的数值。所以上述模型可以描述任意一个电压源或电流源。实际的电压源在负载电流增加时，端电压会下降。实际的电流源在负载变化引起端电压上升时，输出电流会下降。引起这些变化的原因在于实际的电源总存在一定的内阻，所以实际的电源在负载变化时，两端的电压（或流过它的电流）会发生变化。在进行电路分析时，可以用下图的电路等效一个实际的电源，其中rs表示实际电源中的内阻。rsi负载负载vsvisrs网络网络实际电压源实际电流源图1-2实际电压源和实际电流源的等效电路压控电压源（VoltageControlVoltageS