x001a02第一講習(xí)題課電路抽象

1、大綱關(guān)于本課程去年期末考題講解電路抽象 端口抽象 分層抽象 抽象三原則電子電路基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期2方式：guolinli TEL(O)：62781842樓4105房間 周四下午固定答疑：2:00-4:30電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期3課程回顧與展望課程名稱：電子電路基礎(chǔ)課程內(nèi)容大一下學(xué)期：基礎(chǔ)I-電阻電路線性電阻電路：線性電阻、電源、受控源、 非線性電阻電路：二極管、晶體管、放大器、大二上學(xué)期：基礎(chǔ)II-動態(tài)電路電阻電路補(bǔ) 運(yùn)算放大器電路 組合邏輯電路：非門、或門、與門、電路抽象動態(tài)電路一階動態(tài)電路：一階RC、RL電路（，濾波），整流器，振蕩器動態(tài)電路：RLC電路（

2、濾波、匹配），放大器應(yīng)用，正弦波振蕩器時序邏輯電路：鎖存器、觸發(fā)器、器、計數(shù)器、電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期4RLC諧振電路；濾波、；匹配，阻抗變換； 正弦波振蕩器、 觸發(fā)器，一階RC、RL電路；濾波、移相、第二學(xué)期下半學(xué)期、微分電路、振蕩、諧振振蕩課程內(nèi)容規(guī)劃第二學(xué)期動態(tài)特性上半學(xué)期二極管、晶體管； 放大器、比較器、 電流鏡、與或非門、整流器、穩(wěn)壓器、(6)電容、電感基本分析逆變器、ADC/DAC、電路，分壓器、分流器、衰減器、電橋、 理想放大器、理想變壓器、理想回旋器、線性變換非線性轉(zhuǎn)換有源第一學(xué)期下半學(xué)期(5)電路抽象(2)基本電路定律基本電路定理 基本概念基本分析(1)

3、電阻、電源第一學(xué)期上半學(xué)期電子電路基礎(chǔ)(0)緒論：電路功用，系統(tǒng)需要的功能電路5考評期末期中作業(yè) 不要45分40分15分做，理解之后關(guān)于作業(yè)本周布置的作業(yè)，下周上課時提交本周提交的作業(yè)，下周上課時取走助教批改，隨時匯報作業(yè)，習(xí)題課教師匯總講解電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期6講義 2012版 根據(jù)2011年小班試講課件與資料整理而成 2013版 根據(jù)2011年小班試講、大班推廣實踐整理而成 上冊430頁，每周30頁內(nèi)容 下冊490頁，每周30頁內(nèi)容電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期7秋季學(xué)期課程進(jìn)度安排第5章電路電路抽象 習(xí)題課兩周1、2、3第6章十一放假1周第7章組合邏輯電

4、路一周4第8章電容、電感及動態(tài)電路分析兩周5、6第9章一階動態(tài)電路三周7-9第10周周末期中，只8周內(nèi)容第7章時序邏輯電路一周10第10章動態(tài)電路五周11-15總復(fù)習(xí)一周16電子電路基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期8大綱關(guān)于本課程去年期末考題講解電路抽象 端口抽象 分層抽象 抽象三原則電子電路基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期92014年春季學(xué)期期末考題卷面滿分108分，超過100分按100分計。數(shù)值 計算保留3位有效位數(shù)。一、填空題（54分，請在試題紙對應(yīng)空位填空 或畫圖）二、BJT反相器三、MOSFET放大器 四、MOSFET電流鏡 五、4bit DAC電路分析15分19分13分7分電子電路

5、基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期10情況期末最高卷面分100 9997期末卷面分總評分90分以上80分以上70分以上60分以上50分以上50分以下2256755025308%22%29%19%10%12%418377381916%32%30%15%7%總共平均分258人68.877.0電子電路基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期11大綱對本課程的回顧去年期末考題講解電路抽象 端口抽象 抽象三原則 分層抽象電子電路基礎(chǔ)電子工程系2014年秋季學(xué)期12一、什么是電路抽象抽象 Abstract：extract or remove，提取和去除 提取出部分東西來，去掉其他部分電路抽象 將電路電特性的關(guān)鍵特征

6、抽取出來，并將對關(guān)鍵特性的描述擴(kuò)大化為電路唯一特征、電路、電路系統(tǒng)的抽象出的這個唯一特征可以用最簡單的概念、公式或原 理來表述，從而電路系統(tǒng)的分析和設(shè)計變得簡單明了有了解決的把手，難以入手的得以進(jìn)展，在一定程度上得以解決電路基礎(chǔ)電子工程系13關(guān)鍵特征關(guān)鍵特征 能夠表述事物運(yùn)動規(guī)律的特征，可以用這個特 征概括事物的一類運(yùn)動 對電路而言：端口是其對外界面，因而端口電壓電流之間的，就是該電路系統(tǒng)的唯一電特性，端口電壓電流概括了一類電路v = Ri端口電壓、電流具有線性比值，則這類單端口則被抽象為線性電阻器件而不論電路內(nèi)部具有什么樣的結(jié)構(gòu)電路基礎(chǔ)電子工程系14抓住關(guān)鍵特征iv電阻v = Ri當(dāng)其關(guān)鍵特

7、性用電阻阻值表述后，我們不關(guān)注電阻器件的物質(zhì)是什么，大小多少只關(guān)注其端口電壓和端口電流的這種線性比值 現(xiàn)某種電路功能以被用來實抽象 就是抓住主要，舍棄次要的過程電路基礎(chǔ)15電路抽象的端口抽象i器件的功能由其端口方程描述，多個器件連 接后，它們通過端口間的相互作用，形成某 種電路功能，這種功能模塊也是通過對外端 口的端口方程表現(xiàn)其功能iAAA端口是一個系統(tǒng)和另外一個系統(tǒng)相互作用的界面或接口（interface）vNNvABBBiBiB= iAdAB<<l端口條件就是電磁作用的實體物質(zhì)可以用電路建模并分析的前提條件，換句話說，如果某電磁系統(tǒng)無法定義端口，則不能用電路 能夠定義出端口，那

8、么無論電磁系統(tǒng)內(nèi)部的電磁場和 何作用，我們都可以用端口電壓、端口電流之間的 該系統(tǒng)則可以端口為界面用電路理論進(jìn)行電特性分析該系統(tǒng)，只要系統(tǒng)的實體物質(zhì)如 描述它的端口特性，電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期16二、電路抽象三原則抽象是為了降低復(fù)雜度 抽象的基本原則就是簡單化原則 把不能處理的變成可以處理的，把復(fù)雜處理的變成 簡單處理離散化原則 discretization極致化原則 perfection限定性原則 limitation電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期17離散化原則所謂離散，就是可數(shù) 用離散的端口電壓、電流對電路特性進(jìn)行描述，不論電路內(nèi)部連續(xù)的物質(zhì)如何構(gòu)造，不論電

9、路內(nèi)部連續(xù)的電磁場如何分布 我們通過有限個端口的定義，將電磁電路轉(zhuǎn)化為只對端口電壓電流感，加載在端口1電容、電感波導(dǎo)諧振腔固體諧振腔的信號，在端口看，發(fā)現(xiàn)某些頻率分量可以通過，某些頻率分量不能通過，從而確認(rèn)這是一個具有選頻作用的濾波器端口1端口2電路基礎(chǔ)濾波器電子工程系18極致化原則所謂極致，就是走細(xì)枝末節(jié)，追求完美，忽略數(shù)學(xué)上的簡單表述>>aba + b » ab是可以忽略不計的小量：b被極致化為01 + 1 » 1的小量：ab電路基礎(chǔ)電子工程系19極致化原則：留大棄小實際電路原理性分析和設(shè)計中，大量地舍棄小量，做 極致化抽象，從而可以獲得極為簡單的原理性結(jié)論

10、， 并由這些簡單結(jié)論進(jìn)一步進(jìn)行電路的原理性設(shè)計一句話：電路設(shè)計中，沒有掌握極致化原則的，會淹沒在一大堆的公式或的思維中，沒有頭緒，不知如何進(jìn)行電路設(shè)計而掌握了極致化原則的，電路設(shè)計將變得十分的簡單 因為我們抓住了主要電路基礎(chǔ)電子工程系20限定性原則不管是離散化原則，還是極致化原則，抽象最根本的思想就是抓住主要 有所舍棄，則必有限制，舍棄次要所謂限定，指的是抽象結(jié)果適用范圍，超過了適用范圍，抽象就是不適當(dāng)?shù)?大家記住一點：我們運(yùn)用抽象時，并不打算用一個概念、一個公式、一個原理解決所有的只著眼于解決并因此解決了其中一部分，我們 超過抽象適用范圍后，次要則有可能上升為主要，我們需要采用新的抽象來理解

11、適用范圍之外出現(xiàn)的 當(dāng)然，新的抽象模型也有它電子工程系的限定性范圍電路基礎(chǔ)21電路抽象例對上學(xué)期課程中的某些電路抽象做簡單的回顧 電源抽象當(dāng)我們抽象出電源 電源的能量從何而來后，電路分析中，我們不再關(guān)注，水勢能，化學(xué)能，熱能，太陽能，電能，不再關(guān)注電源的具體 發(fā)電機(jī)，電池，不再關(guān)注如何我們只關(guān)注它的端口特性具有（抽象）電源電路的伏安特性 晶體管抽象 電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期22IIIU = VS負(fù)載電阻很小I SIII = ISSSf (V , I ) = 0負(fù)載電阻很大VSVSV電源抽象VVOOOVS離散化：不考慮太陽能電極致化：負(fù)載電阻很大時，極致化：負(fù)載電阻很小時，池內(nèi)

12、部如何形成能量輸出，電池被極致化為恒壓源；電池被極致化為恒流源。限定性：抽象只適用于負(fù)載電阻遠(yuǎn)小于電池內(nèi)阻只關(guān)注端口電壓、電流，從端口特性看，電池內(nèi)阻限定性：抽象只適用于負(fù)載電阻遠(yuǎn)大于電池內(nèi)阻是非線性的II S極致化：線性內(nèi)阻抽象VI+= 1VSIS限定性：負(fù)載在小范圍內(nèi)波動VVSO電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期23恒壓源、恒流源抽象由于有了恒壓恒流電源抽象后，對于提供電能的電源， 我們追求理想恒壓、恒流特性 （1）對外驅(qū)動不因外部阻抗變化而變化 （2）沒有內(nèi)耗我們試圖通過工藝的、電路的技術(shù)實現(xiàn)盡可能接近理想 的恒壓特性、恒流特性器件具有恒壓特性，則可等效為恒壓源 令穩(wěn)壓二極管工作

13、在反向擊穿區(qū)，對外可提供近似恒壓特性，可實現(xiàn)恒壓源 令晶體管工作在有源區(qū)，對外可提供近似恒流特性，可實現(xiàn)恒流 源通過電路技術(shù)，如負(fù)反饋，濾波等措施，使得恒壓、恒流特性更接近理想電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期24晶體管抽象離散化原則體現(xiàn)1：端口IOUTVOUT IIN + IOUTI INVINIOUT, I­VININ：三端電阻器件，以一端為公共地，端口二恒流區(qū)：constant current region在輸入電壓/電流下，輸出電流和輸出VOUT電壓的伏安曲線O截止區(qū)：cutoff region離散化原則體現(xiàn)2：分區(qū)處理電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期25o

14、hmic region平直線：極致化原則恒流區(qū)in ， I inin ， IinVoutCVout截止區(qū)ibicIout電路抽象BbibrbeIVoutinVinENPN - BJTDid這里，我們以 BJT 的發(fā)射極，以 MOSFET 的源極作為公共端，二端口GSN - MOSFET原理性模型：受控源電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期26vgsgIoutVIout恒流區(qū)V歐姆區(qū)和截止區(qū)C, DC, DIoutB, G B, GVin ， IinE, SE, S線性電阻區(qū)截止區(qū)Vout原理性模型：開關(guān)截止區(qū)IoutC, DC, DB, G B, G電路抽象Vin ， I inRonRo

15、nE, SE, SVout線性電阻區(qū)截止區(qū)截止區(qū)電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期27恒流區(qū)恒流區(qū)晶體管抽象晶體管在恒流區(qū)被抽象為受控電流源，因而可以實現(xiàn)放大、振蕩等有 源功能晶體管在和截止區(qū)被抽象為受控開關(guān)，因而可實現(xiàn)開關(guān)功能時變特性：變頻無損特性：能量轉(zhuǎn)換：交直流轉(zhuǎn)換二值邏輯狀態(tài)：數(shù)字門電路當(dāng)我們看到BJT或MOSFET的符號時，我們就有了它們的這些概念，這些概念的獲得是因為我們運(yùn)用了電路抽象受控源，開關(guān)開關(guān)、受控源的抽象度遠(yuǎn)高于晶體管，前者是理想 器件，后者是物理當(dāng)我們看到晶體管符號時，還需要看和它配合的其他電路及其他設(shè)定當(dāng)我們看到開關(guān)符號時，我們不在意它是用什么做的，只需知道它

16、具有通 斷特性，我們只關(guān)注它的通斷特性，其他特性不再關(guān)注抽象是否正確？：看是否滿足限定性條件電子電路基礎(chǔ)電子工程系 2014年秋季學(xué)期28三、分層抽象思想通過端口抽象，可將電磁場分析轉(zhuǎn)化為電路分析電路器件的功能由其端口方程（約束條件）描述，多個器件連接后，它們通過端口間的相互作用，形成某種功能電路，這種功能電路也是通過整體的重新定義的對外端口的端口描述方程表現(xiàn)其功能電路基礎(chǔ)電子工程系29分層抽象思想構(gòu)造更大的電路系統(tǒng)時，可采用分層設(shè)計思想 在次定義功能模塊的端口，并對功能模塊端口提出要求 對上一層次的應(yīng)用者而言，他只需知道電子系統(tǒng)或電路的端口特性即可 系統(tǒng)對應(yīng)用者而言，可以是只有明確界面定義（

17、端口定義）的黑匣子 系統(tǒng)的功能通過端口（界面）得以體現(xiàn)，其內(nèi) 部如何工作對應(yīng)用者而言可能并不關(guān)心電路基礎(chǔ)電子工程系30復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)造可以通過分層設(shè)計實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計 實體物質(zhì)和場物質(zhì)相互作用形成基本器件 基本器件相互連接形 功能電路相互連接形 子系統(tǒng)相互連接形成大系統(tǒng)，進(jìn)而再連接，形成更 大的系統(tǒng)能電路 每一層的基本器件、基本功能電路、子系統(tǒng)、大系統(tǒng)，它們都可以從端口伏安特性上描述或表現(xiàn)其功 能設(shè)計者只關(guān)注端口特性，或者只關(guān)注其功能，而不必關(guān)注內(nèi)部實現(xiàn)方式電路基礎(chǔ)電子工程系31設(shè)計時，需要關(guān)注這些晶體管的性能、版圖結(jié)構(gòu)等，內(nèi)部電路正電壓源741對應(yīng)用者而言，只關(guān)注對外引出的7個端點輸出端同相輸入

18、端反相輸入端調(diào)零端負(fù)電壓源BJT：Bipolar Junction Transistor電路基礎(chǔ)32次應(yīng)用：應(yīng)用741實現(xiàn)其他功能電路時，無需關(guān)注741內(nèi)部電路運(yùn)放等效電路id正電壓源iovdVCCvovd輸出端（b）符號：（帶地）vo失調(diào)調(diào)零調(diào)平衡電位器VEE負(fù)電壓源公共地（a）實際外部連接（c）符號：（默認(rèn)帶地）i (t )i (t )doRout 由于輸入電阻很大，電壓增益很大，可以進(jìn)一步抽象，用虛短虛斷進(jìn)行電路分析：v (t)v (t )vRodininAv 0 vin（d）二端口等效電路很復(fù)雜的內(nèi)部，分層抽線性區(qū)電路模型象后，可以變得很簡單電路基礎(chǔ)電子工程系33同相輸入端VvipCC741 OPAvovin反相輸入端VEE電路分析：只需端口模型Cv2vivoR3R2R1v1電阻R3、電容C和一個器電阻R1、R2和一個觸發(fā)器工作性區(qū)，可以用虛短、虛斷工作在非線性區(qū)，需要用非線性區(qū)電路模型進(jìn)行分析，分析表明該電路輸出有兩個 狀態(tài)，兩個狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換和之前的經(jīng)歷有關(guān)進(jìn)行分析