模拟电子学指导（陈光梦）.pdf

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（Analog Signal ）与数字信号（Digital Signal）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性元件两大类。 线性元件（Liner Components ）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-liner Components ）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： vR (t ) R =⋅ iR (t ) (1.1.a) i (t) G =⋅ v (t) (1.1.b) R R 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： 1 vC (t) C ∫ iC (t)dt (1.2) 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： ( ) di t ( ) L (1.3)