第5讲电容电感元件运算放大器ppt课件.ppt

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1、电路分析电子教案授课班级：通信101班、通信102班授课教师：广东海洋大学信息学院梁能2.5储能元件2．5．1电容元件电容器是储存电场能量的元件，通常用只储存电场能量的理想电容元件作为实际电容器的模型。电容元件定义为：一个二端元件，如果在任一时刻t，它的电荷q(t)与它的端电压u(t)之间的关系可以用u-q平面上的一条曲线来确定，则此二端元件称为电容元件。图2—31电容元件及其外特性其中：q为电荷，单位是库仑（c）；u为电压，单位是伏特（v）；C为电容（正常数），单位为法拉（F），简称法（F）。常用的电容单位有微

2、法（μF）和皮法（pF）。1μF=10-6F1pF=10-12F图2-31是线性时不变电容的u-q特性曲线，线性时不变电容可定义为：电容元件上电压与电流的关系（VCR）：任何时刻，通过电容元件的电流与该时刻的电压变化率成正比。如果电容元件上的电压不变化，电荷也不变化，电流为零。对于直流信号而言，电容元件相当于开路，故电容元件有隔断直流的作用。在时刻t，电容元件上积累的电压为：若u与i取非关联参考方向，则：其中t0为初始时刻，u(t0)为初始电压。电容两端电压u是时间t的连续函数，不能跃变。在t时刻电容的瞬时功率

3、为：在t时刻电容的储能为：通常总是假定t=-∞时电容上的电压为零，所以t时刻电容的储能为：对于线性正电容来说，它的储能为非负值，电容是无源元件。2．5．2电感元件电感线圈是储存磁场能量的元器件，通常用理想电感元件作为实际电感线圈的模型。实际电感线圈的示意图如下图：电感元件定义为：一个二端元件，如果在任一时刻t，它的电流i(t)与它的磁链ψ(t)之间的关系可以用i-ψ平面上的一条曲线来确定，则此二端元件称为电感元件。下图是线性时不变电感的特性曲线。电感元件的电流电压关系可以用下面式子描述：其中，为磁通链，单位是韦

4、伯（Wb）；i为电流，单位是安培（A）；L为电感（正常数），单位是亨利（H），简称亨（H），常用毫亨（mH）或微亨（μH）作电感的单位。1mH=10-3H1μH=10-6H（1）任何时刻，电感元件两端的电压与该时刻的电流变化率成正比。如果通过电感的电流是直流，则u=0，电感相当于短路。（2）由于电感上的电压为有限值，故电感中的电流不能跃变。或即其中t0为初始时刻，i(t0)为初始电流。可见，电感中的在t时刻的电流，与t时刻以前的电压历史有关，这说明电感是一个记忆元件。若u与i取非关联参考方向，则：在t时刻电感的瞬

5、时功率为：电感元件储存磁场能量，不耗能，是无源元件。在t时刻电感元件的储能为：从t0时刻到目前时刻t，电感吸收的电能（即磁场能量的增量）为：2．5．3电容与电感的等效（1）电容的并联等效下图为两个电容并联。根据KCL，得端口电流为：由等效概念，等效电容为：类似地，若有n个电容Ci（i=1,2,…,n）相并联，同理可推得其等效电容为：nCCCC+++=…21（2）电容的串联等效下图为两个电容串联。根据电容上电压与电流的关系和KVL可得：根据等效的概念：所以等效电容为：类似地，若有n个电容Ci（i=1,2,…,n）相

6、串联，同理可推得其等效电容为：nCCCC111121+++=…（3）电感的串联等效下图是两个电感的串联。根据电感元件的VCR和KVL可得：dtdiLudtdiLu2211，==所以等效电感为：同理，当有n个电感L1，L2，L3，…，Ln串联时，其等效电感为：（4）电感的并联等效电感L1与L2相并联的电路如下图所示。根据电感元件的VCR积分形式和KCL可得：所以得到等效电感为：类似地，若有n个电感L1，L2，L3，…，Ln并联时，其等效电感可以用下列式计算：2．6运算放大器运算放大器是一种体积很小的集成电路器件，它

7、既可用作放大器来放大电信号，还能完成比例、加法、积分、微分等数学运算，其名即由此而来，简称运放。理想运放的电路模型如上图。将实际运算放大器进行理想化的三个条件是：开环电压增益K→∞；输入电阻Rin→∞；输出电阻Rout→0。理想运放有下列两个重要特性：（1）流入两个输入端的电流均为零，i−=0、i+=0，即输入端断路，简称为“虚断”；（2）两个输入端的电压相等，即u−=u+，即输入端短路，简称为“虚短”。以下是集成运放的常用符号和电压传输特性：相关例题请参阅课本P81—P85。小结：1．电容元件上电压与电流的关系

8、为：在t时刻电容的储能为：2．电感元件上电压与电流的关系为：在t时刻电感的储能为：3．n个电容元件并联的等效电容为：n个电容元件串联的等效电容为：nCCCC+++=...21nCCCC111121+++=...4．n个电感元件并联的等效电感为：n个电感元件串联的等效电感为：5．理想的集成运算放大器有下列两个重要特性：（1）流入两个输入端的电流均为零，i−=0、i+=0，即