§5-4电路应用和计算机分析电路实例

§5－4电路应用和计算机分析电路实例首先介绍运放跟随器的应用。再介绍用运算放大器实现负阻变换器和回转器。最后介绍一个实际的AC－DC变换器。一、运放跟随器的应用由运算放大器构成的电压跟随器，其输入电阻为无穷大，输出电阻为零，将它插入在两个网络之间，可以避免它们的互相影响，在实际电路设计中经常采用。下面举例加以说明。解：网络N1和N2的转移电压比为例5-6电路如图5－15所示，试计算开关接在a和a位置，及接在b和b位置时的转移电压比uo/uin。21111212222o2in11uuHuuH图5－20开关S1、S2接在a、a时，在N1和N2间插入电压跟随器，不会影响u1和H1的值，又由于跟随器的输出电阻为零，N2的接入不会影响u2的值，即u1=u2。该电路总的转移电压比为412121212oin1inoHHuuuuuuH开关S1、S2接在b、b时，N1和N2直接相连，由于N2输入电阻对N1的影响，H1将会变化，总转移电压比为由此例可见，使用缓冲器可以隔离两个电路的相互影响，从而简化了电路的分析与设计。612131111112)11(22112)11(2inouuH在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。二、负阻变换器的实现和应用实际电阻器的电阻值是正值，包含晶体管和集成电路的电路模型中会出现受控源，可能得到负电阻。下面根据图5－18所示负阻变换器的电路模型，用实验来证明由运算放大器和一些电阻器组成的电路可以实现负电阻。图5－18例5-7试用运放(例如LM741)、电阻器和电位器构成一个线性电阻器，其阻值从-10k到+10k连续可调。图5－21解：由图5－18所示电路模型，画出图5-21所示电原理图。在实验室按图接线，并接通电源，则在ad两点间形成一个Rad=-Rf=-10k的线性电阻器。为得到一个从-10k到+10k可连续变化的电阻，将一个20k电位器用作可变电阻器与上述负电阻串联，其总电阻为adabbdRRR当电位器滑动端从b点向c点移动时，Rbd则从-10k到+10k连续变化。为了证实图5－21电路确能实现一个负电阻器，可以用普通万用电表的电阻挡间接测量负电阻Rad。万用电表虽不能直接测量负电阻，但可将万用电表接在bd两点间，调整电位器滑动端，令其读数为0，即Rbd=0，由上式得到abadRR只需用万用电表测量电位器ab两点间的正电阻Rab，就能求得负电阻Rad。用上述方法,可以确认图5－21电路bd两点间能实现一个从-10kΩ连续变化到+10kΩ的可变电阻器。我们还可以用半导体管特性图示仪来观测图5－21电路bd两点的VCR特性曲线，从而说明图5－21电路可以实现负电阻。在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。三、回转器的实现和应用回转器(Gyrator)的是现代网络理论中使用的一种双口电阻元件，其元件符号如图5－22所示：图5－22回转器的电压电流关系如式(5－18)所示，式中的参数G称为回转电导。18)5(1221－GuiGui在回转器的次级端接一个电阻时，如图5－23(a)所示，其初级的等效电阻为一个电导。图5－23L22211111RGGiGuiuR显然，当回转电导G=1S时，Rab=GL=1/RL，例如RL=10Ω时，Rab=0.1Ω。在第七章，将证明在回转器次级端接一个电容时，其初级等效为一个电感。例5－8证明图5－24电路可以实现一个回转器，其回转电导为G=-1/R。假设运算放大器工作于线性区域。图5－24在端口外加两个电流源，计算端口电压电流关系式。注意到运算放大器输入端的虚短路特性导致v2=v1=u1，列出结点1和2的结点方程11222111uRGuiuRGui＝＝－1221RiuRiu012112311231vRuRiuRvRuR求解方程得到v3=2u1以及i1和u2关系的方程解回转电导为G=-1/R的回转器，其电压电流关系为(1)121uRi注意到v4=v6=u2和v3=2u1，列出结点6和4的结点方程012121125122512vRuRuRivRuRuR求解方程得到(2)112uRi方程(1)和(2)正好构成了回转电导为G=-1/R的回转器电压电流关系。11222111GuuRiGuuRicircuitdata元件支路开始终止控制元件元件类型编号结点结点支路符号符号V101-U1V206-U2R313RR420RR523RR616ROA721830R934RR1045RR1156ROA12461350独立结点数目=6支路数目=13-----结点电压,支路电压和支路电流------U2I1=-----RU1I2=-----R*****符号网络分析程序(SNAP2.11)成电七系--胡翔骏*****用符号网络分析程序SNAP来计算，得到相同结果。在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。四AC－DC变换器便携式电子设备可以用电池工作，也可以用交流电工作。在交流电工作时，它是通过一个AC－DC变换器(AC－DCAdapter)将交流电变换为直流电提供给电子设备工作的。下面介绍一种供一般半导体收音机使用的AC变换器，其电原理图如图5－25所示。AC－DC变换器电路由变压，整流和滤波三部分电路组成，第一部分是用降压变压器将110V或220V50Hz或60Hz的交流电变换为几伏～十几伏的低压交流电。第二部分是通过四个半导体二极管将双向正弦交流电变换为单向整流波形(请参考第二章例2－18)，这种全波整流波形包含直流分量和谐波分量(请参考第十章第八节)。第三部分是利用大容量的电解电容器滤除整流波形的谐波分量，得到脉动的直流电，供给电子设备使用(请参考第十二章第二节)，1456型变换器可以输出3V，4.5V，6V，7.5V，9V和12V的直流电压，输出电流可达300mA，供半导体收音机等小型电子设备使用。AC变换器的结构和波形，请观看教材所附光盘中的“AC－DC变换器”的录像和幻灯片。在幻灯片放映时，请用鼠标单击图片放映录像。名称时间名称时间1铁心变压器的电压波形5:012铁心变压器的电压电流关系2:403铁心变压器变比的测量2:354铁心变压器的电阻变换1:355铁心变压器的阻抗匹配2:146铁心变压器的频率特性4:057AC－DC变换器2:488运算放大器实验1:569运放加法电路2:5310运放减法电路2:0811运放跟随器的应用2:5812负阻变换器实验2:3413负阻振荡器1:0914回转器变电阻为电导2:06根据教学需要，用鼠标点击名称的方法放映相关录像。摘要1．理想变压器是一种线性电阻双口元件，它是构成各种实际变压器电路模型的基本元件。理想变压器既不消耗也不储存能量，常用来变换电阻、电压和电流。2．理想变压器端口电压电流采用关联参考方向的情况下，其电压电流关系式由以下两个代数方程描述12211221niinuuniinuu或3．运放是一种多用途的多端电子器件，已得到广泛应用。在直流和低频条件下工作的运放，其电路模型是一个四端电阻元件。运放的工作区分为线性工作区，正饱和区和负饱和区，其电压电流关系由以下三个代数方程描述εuUuεuUuεuAuudsatodsatoddo||4．理想运放模型的电压电流关系由以下三个代数方程描述采用理想运放模型可以简化含运放电路的分析。000dsatodsatodosatuUuuUuuUuUsat郁金香