清华电子系电子电路(2)习题课第9讲-第7周作业讲解.

电子电路与系统基础II习题课第九讲期中复习一阶LTI动态电路的时频分析习题讲解（部分）李国林清华大学电子工程系大纲•期中复习–运算放大器–组合逻辑电路–一阶动态电路•一阶动态电路时频分析习题讲解（部分）李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期2一、运算放大器复习•运放转移特性曲线–三段折线等效电路模型•在运放转移特性曲线的放大区，运放等效为压控压源–放大倍数抽象为无穷大，输入电阻抽象为无穷大•虚短、虚断特性：熟练运用–运放保持在放大区，绝大多数靠负反馈实现，理解运放负反馈类型的判断•端口串联和端口并联关系：主要针对放大器而言•运放转移特性曲线的饱和区，运放等效电路为恒压源–负反馈运放电路：如果输出幅度过大则进入饱和区–正反馈运放电路：大多都会进入饱和区李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期3基本要求1、基本电路模型2、虚短虚断特性3、负反馈类型判定4、正反馈基本应用运放是高度抽象的二端口网络李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期4idvpioiovipvinvovCCVEEVCCVEEV调平衡电位器OPA741（a）实际运放外部连接关系（b）运放符号：（带地）（c）运放符号：（默认带地）idvovipvinvpniioiNoninvertingInput同相输入端InvertingInput反相输入端Output输出端inipidoutvvfvfv三段折线模型•分段线性是对强非线性的常见处理手法–运放转移特性曲线李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期idvsatVsatVoutvidsatididvidsatoutvVvvAvVv00vsatAVAv0极大很小5O线性区正饱和区负饱和区饱和区恒压源模型6ipvinvidvsatoutVvipvinvidvsatoutVvsatVsatVidsatoutidvVvi0idvsatVsatVoutvO正饱和区等效电路负饱和区等效电路李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期idsatoutidvVvi0二端口网络描述方程二端口网络描述方程线性区压控压源模型•既然是电压放大器，除了电压增益（传输特性）外，还有端口阻抗特性李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期7ipvinvoutvinRoutRidvvA0idvsatsatoutVVv,idvsatVsatVoutvO0outoutidvoutinididiRvAvRviidiouti二端口网络描述方程线性模型的限定性条件理想运放抽象：虚短李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期80vAidvsatVsatVoutvsatoutsatVvV0idv两个输入端似乎短接在一起其实没有：虚拟短接inipvvO理想运放抽象：虚断李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期9ipvinvoutvsatsatoutVVv,0idvinR0inG0idinidvGi0,pii0,nii两个输入端没有电流流入，似乎完全开路其实有很小的电流：虚断：虚拟断开虚短、虚断简化分析要求熟练掌握10outvinv1R2Ri虚地：virtualground2100RviRvoutinii12RRvvHinout理想运放线性区的虚短、虚断特性：反相输入端虚拟接地，但无电流流入21RvRvoutin李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期端口连接方式的判断fineiii输入端口并联：反馈点和输入点为一点finevvv输入端口串联：反馈点和输入点不是一个点invoutvF输出端口并联：输出点和反馈接入点为一点LRoutv输出端口串联：输出点和反馈接入点不是一个点outiFoutiFFoutvLRFFinifieifvev11四种反馈连接方式，四种受控源李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期122R1R2R1R2RLR1RLR并并负反馈流控压源跨阻放大器串并负反馈压控压源电压放大器并串负反馈流控流源电流放大器串串负反馈压控流源跨导放大器并并连接：跨阻放大李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期132RR2iiiiinvoutvkR1:1kR10:21RiiR2iiinvoutv串并连接：电压放大李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期outvinv2R1RinoutvRRv121outvinvinoutvvinvoutv隔离，缓冲单向传输，解除后向耦合14非线性应用•负反馈+非线性元件–运放线性区+非线性元件•对数运算•输出限幅•半波信号产生•开环–运放饱和区•比较器•正反馈–运放饱和区可能性大，线性区也有一定的可能性•施密特触发器•负阻（正负反馈同存）李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期15负反馈非线性应用李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期16outvinvDRoutvinvDR00lnlnSinTSDTDoutRIvvIivvvTDvvSDeIi0TinvvSDouteRIRiv00inv0inv非线性负反馈应用李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期17OPAINvOUTv1R2RLR1D2D0INv导通1D0OUTvVvOOPA7.0,0INv导通2DINOUTvRRv12VvvOUTOOPA7.0,如果无法一眼看出二极管的导通、截止状态，则假设求证INvOUTvtt正反馈应用李国林电子电路与系统基础18INv1R2ROUTvINvOUTvsatVsatVsatVRR21satVRR21INv1R2ROUTvINvOUTvsatVsatVsatVFsatVFvIN和vOUT的分压进行比较形成两个转折点vIN和vOUT的加权平均和0进行比较形成两个转折点清华大学电子工程系2014年秋季学期线性正反馈与线性负反馈的区别19线性负反馈唯一输出INvOUTvINvOUTvOsatVsatV1R2RsatFVsatFV211RRRFOUTINvFv线性区ININOUTvRRvFv1211OUTvidv0INvsatINVFvsatINVFvidOUTINvFvvFvvvidINOUTidv李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期线性正反馈非唯一输出李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期20INvOUTvINvOUTvOsatVsatV1R2RsatFVsatFV211RRRFOUTvidvidINOUTvvFvFvvvINidOUT0INvsatINVFvsatINVFvOUTINvFv线性区ININOUTvRRvFv1211不稳定区：待不住idv理论转移特性曲线实际转移特性曲线：滞回曲线二、组合逻辑电路复习•布尔逻辑–与、或、非•开关实现–开关串联与运算–开关并联或运算–旁路开关非运算•反向开关先求非李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期21基本要求1、真值表理解2、卡诺图化简3、CMOS门电路三个基本CMOS门电路李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期22VinVout+5VNMOSPMOS+5VNANDGateAABB互补：N串则P并Z+5VNORGateABABZ互补：N并则P串NOTGateCMOS门电路的一般框架李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期23PMOS开关是NMOS开关的互补形态NMOS开关电路VDDAABBCABCC互补：N串则P并N并则P串开关串联与运算开关并联或运算NMOS开关旁路，输出有求非的过程PMOS反向开关，输入有求非的过程注意：上P下N，晶体管不能随意调换位置CBAPMOS和NMOS的结构是德摩根律的体现卡诺图化简李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期24AB\CD000111100010000111*(不在意)1111111101111DCZAB\CD000111100010010110**111011101011DZABCA编码次序尽可能多的连12、4、8、16三、一阶动态电路复习•电容电感特性•基本分析方法–数值法–相轨迹分析–变换域方法•向量法•拉普拉斯变换（《信号与系统》课程讨论）–时域积分法•零输入+零状态•稳态+瞬态–一阶系统：三要素法李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期25基本要求1、电容电感特性2、一阶：充放电特性3、一阶：三要素法4、一阶：相图5、向量法（0）电容和电感基本特性•电容端口电压是状态变量：电容电压依赖于之前所有时间段的电流，它是有记忆的–电感端口电流是状态变量：电感电流依赖于之前所有时间段的电压，它是有记忆的•如果端口电流有界，则电容电压不能突变，电容电压是连续的–如果端口电压有界，则电感电流不能突变，电感电流是连续的•电容可吸收电能，以电荷存储形式存储为电能，该电能可全部释放，它自身不损耗能量–电感可吸收电能，以磁通形态存储为磁能，该磁能可以全部释放，它自身不损耗能量李国林电子电路与系统基础26diCVtvt001dvLItit001tvtvCCtitiLLCtQtCvtEC22122LttLitEL22122清华大学电子工程系2014年秋季学期（1）数值解：欧拉法李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期27ttdttd,xfx数值解：时间离散化tkttttkk01前向欧拉法：取k时刻函数值为k段积分离散矩形高度后向欧拉法：取k+1时刻函数知为k段积分离散矩形高度tkt1ktttxf,tkt1ktttxf,tttttttttkkkkkkk111,,xfxxfxx后一时刻状态是从前一时刻状态转移而来显式步进格式隐式步进格式ttttttdtttttkkkkttkkkk111,,,1xfxfxfxx状态方程（2）一阶动态系统的相图分析28Ax=vCy=dx/dt=dvC/dty=-g(x)/COBCDFGEHvRiROiR=g(vR)0dttdxty0dttdxty0dttdxtyS型负阻微分负阻微分正阻微分负阻微分正阻CvCiR电阻网络vRiR=g(vR)平衡点平衡点就是直流工作点：电容开路（iC=0）或电感短路（vL=0）情况直流工作点位置的微分电阻为负阻，则为不稳定平衡点直流工作点位置的微分电阻为正阻，这为稳定平衡点：t进入该状态S型负阻和电容可构成张弛振荡，N型负阻和电容则不会振荡对偶地，N型负阻和电感可构成张弛振荡，S型负阻和电感则不会振荡N型负阻非线性折线化后戴维南电路模型李国林电子电路与系统基础清华大学电子工程系2014年秋季学期29Ctpv,S型负阻pvpippvfitpi,ppvfipvQtpv,O0I0I1、工作点偏置在不同区，具有完全不同的动态特性2、三段折线后，折线电路模型（戴维南等效）必须掌握戴维南源对电容充电！tO0,Iiiptp虚的稳定平衡点虚的稳定平衡点实的不稳定平衡点正阻区：状态朝稳定平衡点运动