常开:平常是打开的,通电后变成闭合,当阀关闭时,信号公共线和关信号线接通,反馈出一个信号指示。
常闭:平常是闭合的,通电后变成打开,当阀打开时,信号公共线和开信号线接通,反馈出一个信号指示。

常开常闭器件的工作原理
在电路未接通时,有的开关点处于导通状态,而另外的开关点则处于关闭状态。当电路接通时,原处于导通状态的开关则转变为关闭状态,处于关闭状态的开关则转变为导通状态。
扩展资料
判断常开触点和常闭触点
在接触器线圈没通电的状态下,用万用表量辅助触头,通的就是常闭,不通的是常开。也可以看标识(号),常闭标识:11-12,21—22,31—32,41—42;常开标识:13—14,23—24,33—34,43—44。万用表两个测试棒分别接11-12,或13—14,类推。
热双金属片在电路中的具体应用有常开触点和常闭触点两种类型,应用热双金属片仅能实现温度控制,即将其控制在某一温度范围内。为使温度可随使用要求而随意调整,必须装置调温机构,通常采用一个调温螺钉来实现。
对于常闭型热双金属片,当旋动调温旋钮时,可使调温螺钉随之转动,以此调整两个触点的压紧程度。如调向高温时,应使两触点压得更紧一些。
这样,只有当热双金属片温度较高、发生较大翘曲时,才能使两触点脱离。如调向低温时,则应使两触点压得稍松—些,使得在较低温度下热双金属片就能产生足够大的翘曲而使两触点脱离。
为使所控制的发热温度尽可能准确,热双金属片的安装位置应尽量靠近发热体的中心,—般温度可波动正负5-10摄氏度。
--常开常闭触点
--常开常闭
请问常用的开关电路有哪些?哪些元件可以构成开关电路?
电源-------总开关
1 1
1 1
1 1
(A电机开关)(B电机开关)
总开关用红绿按钮试开关
电机开关用上下档位试开关
想叫一起控制的时候,把2个电机开关都调到接通的位置
单独控制的时候,就把一个电机开关调到断开位置,另一个调到接通位置。
请给我发几份动态电路专题,欧姆定律电功率的都要,答案详细一些,谢谢!
常见的开关电路有三极管开关电路,场效应管开关电路(包括MOS管开关电路),触摸开关电路,温控开关电路,单键开关电路,
光控开关电路,光电开关电路等等。
场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类,可以用作开关电路。
以三极管为例:
NPN和PNP
开关三极管
(1)我把
NPN三极管
看成一个三个脚继电器
基极-----就是一个小电流的继电器的信号吧
集电极-----可以说是正极吧
发射极------可以说负极吧
有一个小电流流入了基极的话那么集电极和发射极就会通
(2)PNP三极管
看成一个三个脚继电器
基极-----就是一个小电流的继电器信号
集电极-----可以说是正极吧
发射极------可以说负极吧
有一个小电流流出了基极的话,那么集电极和发射极就会通
当输入电压V1=-VB
时,BJT的发射结和集电结均为反向偏置(VBE<0,VBC<0),只有很小的反向漏电流IEBO和ICBO分别流过两个结,故iB≈
0,iC≈
0,VCE
≈
VCC,对应于上图中的A点。这时集电极回路中的c、e极之间近似于开路,相当于开关断开一样。BJT的这种工作状态称为截止。
BJT工作于三种不同模式:截止模式、线性放大模式及饱和模式
当V1=+VB2时,调节RB,使IB=VCC
/
RC,则BJT工作在上图中的C点,集电极电流iC已接近于最大值VCC
/
RC,由于iC受到RC的限制,它已不可能像放大区那样随着iB的增加而成比例地增加了,此时集电极电流达到饱和,对应的基极电流称为基极临界饱和电流IBS(
)
,而集电极电流称为集电极饱和电流ICS(VCC
/
RC)。此后,如果再增加基极电流,则饱和程度加深,但集电极电流基本上保持在ICS不再增加,集电极电压VCE=VCC-ICSRC=VCES=20-03V。这个电压称为BJT的饱和压降,它也基本上不随iB增加而改变。由于VCES很小,集电极回路中的c、e极之间近似于短路,相当于开关闭合一样。
BJT的这种工作状态称为饱和。
由此可见BJT相当于一个由基极电流所控制的无触点开关。
BJT截止时相当于开关“断开”,而饱和时相当于开关“闭合”。
以上就是我的回答,希望你能满意:)
电路原理
中考——动态电路专题
一、复习目标:
1、会分析滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起电路中电学物理量的变化;
2、会分析开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化;
3、会判断两种基本的电路故障(断路和短路)。
二、知识储备:
1、串联电路是分压电路,在串联电路中,电阻越大的,分的电压越 (多或少);并联
电路是分流电路,在并联电路中,电阻越大的分的电流越 (多或少);
2、在串联电路中,当只有其中一个电阻的阻值变大时,它的总电阻将变 (大或小);
在并联电路中,当只有其中一个电阻的阻值变大时,它的总电阻将变 (大或小);
3、有公式I=U/R得,当电压不变时,电阻越大,电流就越 (大或小);有公式U=IR得,通过电阻的电流越大,它两端的电压也越 (大或小);
4、 是断路; 短路;
5、电流表的特点是电阻很 (大或小),通常相当于 ,电压表的特点是电阻很
(大或小),通常相当于 ;
6、在串联电路中,当
。
三、试题类型
第一种类型:滑动变阻器的滑片P的位置的变化引起电路中电学物理量的变化
1、确电路(电压表直接去掉,简化电路)
2、准每个电表分别测的是谁的电压和电流
3、看电阻的变化,再根据欧姆定律判断电流、电压的变化
化。(注意串、并联电路电流、电压关系的运用
解题方法:从局部到整体再到局部——抓住题中不变的量,如电源电压不变,定值电阻阻值不变, 灯泡电阻不变。
第二种类型:开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化
1 明确断开和闭合是分别是什么电路,
2、 画出等效电路(电压表直接去掉,简化电路)
3、 据欧姆定律判断(注意串、并联电路电流、电压关系的运用)
解题方法:把动态电路变成静态电路,即画出每次变化后的等效电路图,标明已知量和未知量,再根据有关的公式和规律去解题。
四、例题解析
例1、如图1,是典型的伏安法测电阻的实验电路图,当滑片P向右移动时,请你判断A表和V表的变化。
分析;先确定电路,再看电阻的变化,再根据欧姆定律判断电流的变化,最后根据欧姆定律的变形公式判断电压的变化。
针对练习
(1)、如图2,当滑片P向左移动时,A表和V表将如何变化。
(2)、如图3,当滑片P向左移动时,A表和V表将如何变化。
例2、在如图4所示的电路中,将开关K闭合,则电流表的示数将______,电压表的示数将_______(均填“变大”、“变小”或“不变”)。
分析:先看好开关断开和闭合是分别是什么电路,最好画出等效电路,然后根据欧姆定律判断。
针对练习
(3)、在如图5所示的电路中,当开关K断开时,电阻R1与R2是________联连接的。开关K闭合时,电压表的示数将________(选填“变小”、“不变”或“变大”)。
例3、如图6,当滑片P向右移动时,A1表、A2表和V表将如何变化?
分析:先确定电路,然后看准每个电表分别测的谁的电压和电流值,再根据欧姆定律判断变化,欧姆定律无法判断的再用电路的电流、电压、和电阻的关系判断。
例4、在图7中,灯泡L1和灯泡L2是______联连接的。当开关K断开时,电压表的示数将________;电流表的示数将__________(选填“增大”、“不变”或“减小”)。
针对练习
(4)、在图8中,灯泡L1和灯泡L2是______联连接的。当开关K断开时,电压表的示数将________;电流表 的示数将__________,电流表 的示数将__________(选填“增大”、“不变”或“减小”)
例5、在图9所示的电路中,A、B两点之间电压U保持不变,电路连接完好且使用的电表均为理想电表。当滑动变阻器的滑片P向右滑动时()
A.电压表V1和电流表A的示数之比不变;
B.电压表V2和电流表A的示数之比不变;
C.电压表V1示数的变化量和电流表A示数变化量比值的绝对值 增大;
D.电压表V2示数的变化量和电流表A示数变化量比值的绝对值 不变
解析:串联;
V1 测 , 测 ,A测串联电路I;
则 同理,
则由 ,知 不变,
而 ,则 不变。
五、练习
(一)基础练习
1在如图1所示的电路图中,当开关K闭合时 ( )
A.整个电路发生短路 B电流表示数变小 C电流表示数不变化 D电流表示数变大
2如图2所示,当滑片P向右移动时 ( )
A.电流表A示数不变,电压表V示数不变 B.电流表A示数不变,电压表V示数变大
C.电流表A示数变小,电压表V示数变大 D.电流表A示数变小,电压表V示数不变
3 如图3所示,电源电压保持不变,闭合开关,将滑动变阻器的滑片向右移动。电表的变化情况是( )
A.电压表和电流表示数都变小 B.电压表和电流表示数都变大
C.电压表示数变大,电流表示数变小 D.电压表示数变小,电流表示数变大
4 在图6所示的电路中,当开关闭合后,滑动变阻器滑片P向右移动时,对电表读数的变化,分析正确的是( )
A.电流表A、电压表V1示数都减小,电压表V2示数增大
B.电流表A、电压表V1示数都变大,电压表V2示数变小
C.电流表A的示数减小,两电压表示数不变
D.三个电表的示数都不变
5.如图8所示电路中,电源电压保持不变,闭合开关S1、S2,两灯都发光;当把开关S2断开时,灯泡L1的亮度及电流表示数的变化情况是( )
A.L1亮度增大,电流表示数不变
B.L1亮度不变,电流表示数不变
C.L1亮度不变,电流表示数变小21世纪教育网
D.L1亮度减小,电流表示数变小
6 图9中,A、B、C、D是滑动变阻器的四个接线柱。
若将A、C分别与图中电路的导线头M、N相连接,闭合开关
后,当滑动片P向右移动时,电流表的示数将______(填“变

大”、“不变”或“变小”);若将D与N相连接,接线柱___
与M相连接,则闭合开关后,滑动片P向左移动时,电压表的
示数增大。
7如图10所示,电阻R1的阻值为20欧,R2为40欧,当开关K断开时,电流表A的示数为01A,则电源电压为______V。若开关K闭合时,电流表A的示数为______A。
(二)拔高练习
1如图11所示,闭合开关K,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,电流表A的示数将________(选填“变小”、“不变”或“变大”)。
2如图12所示电路中,电源电压保持不变,闭合开关S后,将滑动变阻器R2的滑片P向右移动,在此过程中( )
A.电流表A示数变大,电压表V2示数变小 B.电流表A示数变大,电压表V1示数变小
C.电压表V1示数变小,电压表V2示数变大 D.电压表V1示数不变,电压表V2示数变大
3如图13所示,电源电压保持不变,当滑动变阻器滑片P向右滑动时,电表示数的变化情况是( )
A、电压表V示数变小 B、电流表A1示数变大
C、电流表A2示数变大 D、电流表A1示数变小
4如图14所示的电路中,电源保持不变,闭合开关S,将变阻器滑片向左移动时( )
A.灯泡L1亮度不变、L2变亮 B.电流表示数变小,电压表示数不变
C.电流表示数不变,电压表示数变大 D.电流表、电压表示数均不变2
5将光敏电阻 R、定值电阻 R0、电流表、电压表、开关和电源连接成如图15所示电路.光敏电阻的阻值随光照强度的增大而减小.闭合开关,逐渐增大光敏电阻的光照强度,观察电表示数的变化情况应该是( )
A.A表和V表示数均变小全 B.A表示数变大,V表示数变小
C.A表示数变小,V表示数变大 D.A表和V表示数均变大
6如图16所示的电路中,R1、R2均为定值电阻,电源电压不变,闭合开关S1、S2,两电表均有示数。若断开开关S2,则( )
A.电流表的示数变大,电压表的示数变小 B.电流表的示数变小,电压表的示数变大
C.电流表和电压表的示数都变小 D.电流表和电压表的示数都变大
7如图17所示的电路中,电源电压恒定不变,当开关S闭合时( )
A.电压表示数变小,电流表示数变小,灯变暗
B.电压表示数变大,电流表示数变大,灯变亮
C.电压表示数不变,电流表示数不变,灯的亮度不变
D.电压表示数不变,电流表示数变小,灯变暗
8如图18电路中电源电压保持不变,闭合开关后,滑动变阻器滑片从左端向右移动的过程中,下列说法正确的是( )
A.电压表示数逐渐变大 B.电流表示数逐渐变小
C.电灯的亮度逐渐增大 D.电路总功率逐渐变小
9如图19所示电路中,电源电压恒定.断开S1、S3,闭合S2,两电表均有示数;再断开S2,闭合S1、S3,此时两电表的示数与前者相比( )
A.两表示数均变大 B.两表示数均变小
C.电流表示数变大,电压表示数变小 D.电流表示数变小,电压表示数变大
10如图20所示,开关S1闭合,当S2由1掷到2,电流表和电压表的示数变化情况是( )
A.电流表示数变小,电压表示数变大 B.电流表示数变小,电压表示数不变
C.电流表示数变大,电压表示数不变 D.电流表示数不变,电压表示数变小
11在所示的电路中,闭合开关s,让开关S1和S2 断开,调节滑动变阻器的滑片P使其位于变阻器的最左端口处,此时灯泡L恰好正常发光,电流表A和电压表V均有示数。已知变阻器的总电阻大于灯泡L的电阻,以下判断正确的是( )
A.若保持s1和s2断开,让P缓慢向右滑动,灯泡L有可能被烧毁
B.若保持P在a处不动,s1仍断开,闭合s2后,A表和V表示数均不变
C.若保持P在a处不动,s1仍断开,闭合S2后,A表和V表示数将变大
D.若保挣S2断开,将P移至变阻器最右端b,再闭合S1后,A表和V表均仍有示数
(三)中考链接
1.(北京西城区2011年一模第9题)如图6所示的电路中,电源两端电压和灯丝的电阻均保 持不变。闭合开关S,滑动变阻器的滑片P向右移动时,下列说法中正确的是( )
A.电流表的示数变大,电压表的示数变大,灯L变亮
B.电流表的示数变小,电压表的示数变小,灯L变暗
C.电压表的示数与电流表的示数比值不变,灯L变亮
D.电压表的示数与电流表的示数比值变大,灯L变暗
2.(北京延庆区2011年一模第10题)图4是小李探究电路变化的实验电路,其中R1、R2为定值电阻,R0为滑动变阻器,Rmax为滑动变阻器的最大阻值。已知电源两极间电压不变,R1>R2>Rmax。当滑动变阻器R0的滑片P置于某一位置时,R1、R2、R0两端的电压分别为U1、U2、U0;当滑片P置于另一位置时,R1、R2、R0两端的电压分别为U1、U2、U0。若ΔU1=|U1-U1|,ΔU2=|U2-U2|,ΔU0=| U0-U0 |,则( )
A.ΔU0>ΔU1>ΔU2
B.ΔU1<ΔU2<ΔU0
C.ΔU1>ΔU2>ΔU
D.ΔU0<ΔU1<ΔU2
3.(北京延庆区2011年一模第11题)图5所示的电路中,电源两端的电压保持不变。闭合开关S后,滑动变阻器的滑片P向右移动,下列说法中正确的是( )
A.电流表A1与电流表A2的示数之和变小
B.电压表V与电流表A2的示数之比保持不变
C.电流表A1的示数变小,电压表V的示数变大
D.电流表A2的示数不变,电压表V的示数不变
4.(北京顺义区2011年一模第11题)某同学做电学实验,通过改变滑动变阻器接入电路电阻的大小,测量并记录了多组电压表和电流表的读数,根据表格中记录的数据分析,他 所连接的电路可能是电路图7中的哪一个 ( )
U/V 06 07 08 09 10 11
I/A 018 021 025 027 030 033
5.(北京密云区2011年一模第9题)在如图所示的电路中,闭合开关,滑动变阻器的滑片P向左移动的过程中(两 灯始终发光),则下列说法正确的是( )
A.电流表示数变小
B.灯L1变亮,灯L2变暗
C.电压表V1的示数变小,电压表V2的示数变大
D.电压表V1的示数变小,电压表V2的示数变小
6.(北京海淀区2011年一模第11题)如图5所示,电源电压不变,R1、R2、R3为定值电阻,开关S1、S2都闭合时,电流表A与电压表V1、V2均有示数。将开关S2断开,则关于S2断开前、后的说法中正确的是 ( )
A.电压表 V1示数增大
B.电流表A示数增大
C.电压表V1示数与电流表A示数的比值不变
D.电压表V2示数与电流表A示数的比值不变
7.(北京东城区2011年一模第15题)如图9所示,电源电压保持不变,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器接入电路部分的阻值,闭合开关S,以下说法中正确的是( )
A.滑片P在某位置不变时,表V1读数与表A读数之比等于R1
B.滑片P在某位置不变时,表V2读数与表A读数之比等于R1
C.滑片P移到另一位置时,表V2读数变化量与表A读数
变化量之比的绝对值等于R2
D.滑片P移到另一位置时,表V2读数变化量与表A读数
变化量之比的绝对值等于R1
8.(北京西城区2011年二模第10题)如图4所示电路,电源两端电压保持不变。闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,下列说法中正确的是 ( )
A.电压表V1示数和电流表A示数的比值变小
B.电压表V2示数和电流表A示数的比值变小
C.电压表V1示数变化量和电流表A示数变化量的比值 变大
D.电压表V2示数变化量和电流表A示数变化量的比值 不变
9.(北京东城区2011年二模第12题)如图7所示电路,开关S闭合后,电流表A1的示数大于A2的示数。下列说法正确的是( )
A.若只将R1与R2的位置对调,电流表A1的示数一定不变,A2的示数一定变小
B.若只将R1与R3的位置对调,电流表A1的示数一定变大,A2的示数一定变小
C.若用电压表V1 、V2分别替换电流表A1 、A2,电压表V1的示数比V2的大
D.若只用 电压表V1替换电流表A1,电压表V1无示数,电流表A2的示数变大
10.(北京大兴区2011年二模第10题)如图7所示的电路中,电源两端电压和灯丝的电阻均保持不变。闭合开关S,滑动变阻器的滑片P向右移动时,下列说法中正确的是( )
A.电流表的示数变大,电压表的示数变大,灯L变亮
B.电流表的示数变小,电压表的示数变小,灯L变暗
C.电压表的示数与电流表的示数比值不变,灯L变亮
D.电压表的示数与电流表的示数比值变大,灯L变暗
11.(北京通州区2010年二模第11题)如图5所示电路中,电源电压不变,R1为定值电阻,R为滑动变阻器,闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向左移动时,下列判断正确的是( )
A.电压表示数变小,电流表示数变大
B.电压表示数变小,电流表示数变小
C.电压表和电流表的示数变化相反
D.电压表和电流表的示数的比值不变
五.练习答案
(一)基础练习
1D; 2A; 3C; 4A ;5C; 6变小, B; 7 6,015;
(二)拔高练习
1不变; 2A;3D;4C5D;6C;7C;8C;9A;10B;11B。
(三)中考连接
1.D2、A 3、A 4、B5、D6、C7、A D8、D9、 C10、D11、D
电路,顾名思义就是指由基本元件组成的电流通路,它主要有两个功能:一个是处理能量,包括能量的产生、传输、分配和使用等;另一个是处理电信号,包括信号的获取、放大、滤波等。
电路的基本变量电压、电流、电荷、磁链,四个基本变量之间又两两构成四个二端基本元件——电阻(U-I)、电容(Q-U)、电感(Ψ-I)、忆阻器(Ψ-Q)。根据电路中的激励和响应是否呈线性关系,电路可分为线性电路和非线性电路;根据电路是否含有储能元件(电感和电容),电路分为电阻电路和动态电路(动态电路研究其暂态过程和稳态过程)。如果电流的参考方向是从电压的参考方向的正号流入,则说明电压和电流具有关联参考方向,否则说明电压和电流具有非关联参考方向。如果元件的U和I参考方向关联,则得到的P=UI为吸收功率;如果元件的U和I参考方向非关联,则得到的P=UI为发出功率;所以一般设电阻U I关联参考方向,电源的U I非关联参考方向。
电路的基本元件包括电阻、电容、电感、独立源、受控源、二极管、理想变压器等等。电阻R根据激励与响应的关系分为线性电阻和非线性电阻,元件约束R=UI;电容C以电场形式储存能量,具有储存电荷的能力,元件约束Q=CU;电感L以磁场形式储存能量,具有储存磁链的能力,元件约束Ψ=LI;独立源分为独立电压源(提供恒定电压,U-I曲线为平行于I轴的直线)和独立电流源(提供恒定电流,U-I曲线为平行于U轴的直线);受控源根据控制量和受控量的不同分为压控电压源、压控电流源、流控电压源、流控电流源;二极管只能通过正向电流而不能通过反向电流;变压器是利用线圈的互感原理,而理想变压器一种耦合系数为1,L1、L2、M都无穷大的变压器。
电路受到两类约束——元件约束和拓扑约束,元件约束与电路元件的自身性质有关,拓扑约束与电路元件无关,只与电路的结构有关。说到拓扑约束就不得不提到基尔霍夫定律,基尔霍夫定律是整个电路理论的基础,它主要包括两个部分——KCL和KVL,狭义KCL指对于电路的任一个节点而言,流入该节点的电流和一定等于流出该节点的电流和,广义KCL指对于任何一个子电路而言,流入的电流和也一定等于流出的电流和;狭义KVL指对于电路的任一个回路而言,其电压降的代数和为零,广义KVL指对于电路中的任一个节点到另一个任一节点,其电压降始终相等,与路径无关。对于一个电路,它有b个电路元件,n个节点,则一定会有b-n+1个独立回路,则一定会有b个元件约束方程,n-1个KCL方程,b-n+1个KVL方程,一共会出现2b个独立方程,这就是电路求解的著名的“2b”法。
电阻和电源是可以实现等效变换的,所谓的等效变换并非替换,而是指两者的UI特性一致,等效变换制后对整个电路的分析没有影响。电阻的等效变换:①电阻的串并联,电阻串联起到分压的作用,Req=R1+R2,电阻并联起到分流的作用,Req= R1xR2/(R1+R2)。②平衡电桥,当电阻呈现“H”连接,如果两个斜向电阻的乘积相等则流经中间电阻的电流为零。③Y-△变换,各个相上的电阻均相等,则连接成“Y”形的电阻和连接成“△”形的电阻可以相互转换,Y→△,各电阻乘以3,反之,各电阻除以3。④加流求压和加压求流,对于含有受控源和电阻的一端口网络,可以虚拟一个端口电压(或端口电流),然后用端口电压(或端口电流)表示出端口电流(或端口电压),比值则为等效电阻(或等效电导)。电源的等效变换:两个独立电压源串联为两者相加之和,独立电压源与任何元件并联都等于独立电压源本身,两个独立电压源除非电压相等,否则不能并联;两个独立电流源并联为两者相加之和,独立电流源与任何元件串联都等于独立电流源本身,两个独立电流源除非电流相等,否则不能串联。独立电压源的实际模型为电压源和其内阻串联,独立电流源的实际模型为电流源和其内阻的并联,独立电压源等效转换为独立电流源时,内阻由串联改为并联,大小不变,转换的独立电流源电流为独立电压源电压除以内阻阻值,电流方向不变,独立电流源等效转换为独立电压源时,则反之。
对一个网络而言,其中的两个接线端,电流大小相等,方向相反,则成为一个端口。一端口网络即具有一个端口的网络,比如上面可以等效变换的电阻和独立源等单个元件;二端口网络即具有两个端口的网络,运算放大器和MOSFET都属于二端口网络。二端口网络的参数有输入端输入电阻Ri,输出端输出电阻Ro,还有R参数(用I1、I2表示U1、U2,互易时R12=R21,对称时R12=R21且R11=R22)、G参数(用U1、U2表示I1、I2,互易时G12=G21,对称时G12=G21且G11=G22)、T参数(用U2、-I2表示U1、I1,互易时T11T22- T12T21,对称时T11T22- T12T21且T11=T22)。互易二端口指将二端口网络的激励和响应交换位置后,响应不变。对称二端口指从二端口网络的任何一侧看入,激励在本侧和对侧引起的相应都是一样的。二端口的连接方式有级联(T=T1T2)、并联(G=G1+G2)、串联(R=R1+R2)。
运算放大器是一个集成电路,首先它的作用是放大信号,利用其信号放大的特性又可;以构成信号运算的功能,因此称之为“运算放大器”。运算放大器有三个工作区:负向饱和区:Uo=—Usat,线性区:Uo=Aud,正向饱和区:Uo=Usat,其中A是运算放大器的(开环)放大倍数。运放的输入电阻为Ri,输出电阻为Ro,理想的运放满足Ri→∞,为MΩ量级,Ro→0,为10Ω量级,A为∞,理想的运放满足输入端的“虚短”和“虚断”,但鉴于放大倍数非常大,而输出电压Uo又是一个有限值,所以要求输入电压ud非常小,这是非常不经济的,因此引入负反馈。反相输入端供电Us,反相输入端电阻为R1(为KΩ量级),负反馈电阻为Rf(为KΩ量级),可以实现Uo=-Rf/R1Xus,这就是反相比例放大器。此外,运用运放还可以构成正向比例放大器、加法器、减法器、微分器、积分器。
MOSFET,即金属氧化物半导体场效应晶体管。MOSFET有三个极:G极为栅极、D极为源极、S极为漏极,A为(开环)放大倍数。MOSEF有三个工作区:①截止区:UGS UDS,DS为为电阻Ron。用MOSFET可以构成逻辑门电路——是门(缓冲器)和非门(反相器)、与非门和与门、或非门和或门。
分析电路的一般方法有两种——节点电压法和回路电流法。对于一个有b个元件、n个节点、b-n+1个独立回路而言,节点电压法的核心是以节点电压为变量表示支路电流,进而列写出n-1个KCL独立方程,形式为(1/R1+1/R2)U1-1/R2U2=Is1+Is2。等式左边(1/R1+1/R2)表示自电导;1/R2表示互电导,即公共电导,取负号;等式右边Is1+Is2表示流入该节点的电流源的和。回路电流法的核心是对每一个独立回路设置一个虚拟的回路电流,以回路电流为变量,表示出支路电压进而列写出b-n+1个KVL独立方程,形式为R1I11+ R2(I11-I12)= Us1+Us2。等式左边R1表示自电阻,R2表示互电阻,即公共电阻,当I11和I12同向取正号,反向取负号,等式右边为沿回路电流方向的电源的电压升。
电路有三种比较常用的定理——叠加定理、戴维南定理、替代定理。叠加定理适用于线性电路,各独立源共同作用时在任一支路的电流(或两点间的电压)等于各独立源分别作用于该支路的电流(或两点间的电压)的代数和,由叠加定理推导出的齐性定理,即对于线性电路,电路中所有的独立源变化K倍,各支路的电流(或两点间的电压)也变化K倍。戴维南定理对于任何线性电阻、线性受控源、独立电源组成的一端口网络都可以等效为一个理想电压源U0和电阻Req的串联电路,其中U0为一端口网络的开路电压,电阻Req为独立源置零(独立电压源开路,独立电流源短路)时的等效电阻。替代定理适用于线性电路和非线性电路,即对于一个两端电压为U,电流为I的支路而言,可以用一个电压为U的独立电压源替代,也可以用一个电流为I的独立电流源替代。
对于非线性电阻电路而言,我们一般研究有唯一解的电路,即电阻是单向递增的。非线性电阻有两部分组成,一部分为静态电阻,这一段Rs= U0/I0,(U0I0)即为工作点,另一部分为动态电阻,这一段Rd=△U/△I|(U0I0)。对于非线性电路一般使用的方法有解析法(通过大量的数学计算)、图解法(当电路中只有一非线性电阻时,将非线性电阻以外的电路进行戴维南等效,画出其UI曲线,再画出非线性电阻的UI曲线,两线的交点即为工作点)、分段线性解法(把非线性电阻的非线性UI曲线分成不同的线性阶段,通过分阶段假设和验证,求出工作点)。对于非线性电路而言还有一种比较特殊的电路,即电路激励中含有小信号,分析的方法是小信号分析法,就是把激励分为大信号(即直流稳定信号)和小信号,分别求出大信号和小信号单独作用下的电路响应,然后得到响应和。求解步骤如下:忽略小信号,用解析法、图解法、分段线性法求解出工作点,然后忽略大信号,求小信号激励下的电路响应,元件的小信号模型为:非线性电阻为工作点下的动态电阻,非线性受控源为原来的非线性控制函数在工作点处线性化的值。对MOSFET施加小信号激励可以实现放大器的作用。
无论是线性电阻电路或者是非线性电阻电路都是电阻电路,电路中还有一个重要的家族就是动态电路。动态电路即还有储能元件的电路,主要指电容和电感。电路发生变化,即换路时,电阻的电压和电流发生突变;电容具有储能的作用,电压不发生突变;电感具有储能的作用,电流不发生突变。根据电容和电感的这一特性,总结出了换路定律,即Uc(0-)=Uc(0+), il(0-)=il(0+),这里有一个大前提即电容的电流和电感的电压为有限值。同时,电容的UI关系如下:I=Cdu/dt;电感的UI关系如下:U=LdI/dt。对于动态电路而言,根据换路定律和电容电感的UI关系,我们就可以列写出非齐次一阶常系数常微分方程,方程的解为特解+通解。动态电路的响应由两部分组成——强制响应和自由响应,强制响应就是外加激励在电路中产生的响应,对应着一阶常系数常微分方程中的特解,也是电路达到稳态时的稳态响应;自由响应对应着一阶常系数常微分方程中的通解。对一阶常系数常微分方程的分析发现,电容的形式为Uc=US+(U0-US)e-t/τ,ic=Cduc/dt,U0初始电压,US稳态电压,τ为RC;电感的形式为iL=iS+(i0-iS)e-R/τ,UL=LdiL/dt,i0初始电压,iS稳态电压,τ为L/R。以此可见,对于电容只需要知道初始电压U0,稳态电压US,τ(RC);对于电感只需要知道初始电压i0,稳态电压iS,τ(L/R);因此又叫三要素法。电路的响应又可以分为零状态响应和零输入响应,零输入响应即没有外加激励,仅由动态元件的初始储能引起的响应,零状态响应即动态元件的初始储能为零,外加激励下引起的响应。对于零状态响应有两种比较特殊的外加激励——单位阶跃函数ε(t)和单位冲激函数δ(t),其对应的零状态响应分别为s(t)、h(t),其中δ(t)=dε(t)/t,f(x)δ(t)=f(0)。因为有单位冲激函数的存在,电容的电流和电感的电压不为有限值,换路定律的前提不存在,故电容的电压和电感的电流在换路时发生了跳变。对于一个函数f(x)激励的电路而言,其对应的零状态响应为r(t)=∫f(τ)h(t-τ)dτ。利用一阶电路(含有一种储能元件的电路)的应用有①传输延迟:利用两个MOSFET构成的逻辑门,因为有寄生电容的存在,形成的缓冲器具有传输延迟效果。②在负反馈的运放,在反相输入端加入电容,形成积分器;在反馈线路上加入电容,形成微分器。此外还有滞回比较器、脉冲发生器、整流器、降压斩波器。
含有两种储能元件的电路,求解时就需要列写出二阶常系数常微分方程,其特解为强制分量,通解为自由分量,求通解时,若电路特征方程的特征根为两个不等实根P1、P2,则电路处于过阻尼的状态,电路为无震荡衰减,其通解为A1ep1t+A2ep2t;若电路特征方程的特征根为两个相等的实根P,则电路为临界阻尼,电路为无震荡衰减,其通解为(A1+ A2t)ept;若电路特征方程的特征根为两个共轭复根P1、P2,则电路为欠阻尼,电路为震荡衰减,α=R/2L,ωd=√ ̄[1/(LR)-α2]。其通解为ke-αtsin(ωdt+Ψ)。利用二阶电路的应用有汽车点火器、脉冲电源、升压斩波器(利用占空比的不同)。
以上研究的电阻电路和动态电路都是基于外加激励为直流的情况下,接下来我们看一下当外加激励为交流的情况下的电路分析。在交流电源中,正弦交流电源是最为常见的一种,正弦函数Asin(ωt+Ψ),A为幅值;ω为角速度,表征频率;Ψ为相位。正弦量相加减、积分和求导的过程中,其始终都是一个频率相等的正弦量,故引入相量来表示正弦量,对于正弦量Asin(ωt+Ψ),可以用相量B∠Ψ,其中B为正弦量的有效值,也就是模,Ψ代表初相位。相量有两种表示方法:①直角坐标表示形式:a+jb;②极坐标表示形式:c∠Ψ,两种形式的相互转换关系为:a=CcosΨ,b=CsinΨ;c2=a2+b2,Ψ=arctan(b/a)。一旦用相量表示正弦量后,就可以重新观察元件特性的相量形式。对于电感而言,相量U=jωL乘以相量I;对于电容而言,相量I=1/(jωC)乘以相量U,j表示旋转因子,一个j表示逆时针旋转90度。把相量的逻辑代入到基尔霍夫定律中就可以得到阻碍电流的复阻抗(电阻+电抗,电抗包括容抗和感抗),导通电流的复导纳(电导+电纳,电纳包括容纳和感纳)。电路的电压为Usin(ωt),电流为Isin(ωt-Ψ),其中Ψ为电流落后电压的相位,有功功率为P=UIcosΨ,cosΨ被称为功率因数,有功功率其实也就是电路消耗在电阻上的功率;无功功率为Q=UIsinΨ,无功功率是指电感或电容等储能元件与外电路发生的功率交换,电感是始终吸收功率的,而电容是始终发出功率的,故具有“互补”的作用,这种性质常被用来调整功率因数,被称为无功补偿。视在功率是S=√ ̄(P2+Q2),与有功功率和无功功率始终守恒不同,视在功率一般是不守恒的。
动态电路的电压和电流会随着激励的频率改变而变化,这叫做动态电路的频率特性,主要包括幅频特性和相频特性。将正弦电压源Us、电阻R、电容C串联,以相量Us为输入电压,以电阻R上的电压为输出电压,则Uo=jωCR/(1+ jωCR)Us,当ω→∞时,输出电压等于输入电压,当ω→0时,输出电压为零,这就是电容的隔直通交,这也就是高通滤波器,与微分器的原理一致;如果以电容C上的电压为输出电压,则Uo=1/(1+ jωCR)Us,当ω→∞时,输出电压等于零,当ω→0时,输出电压等于输入电压,这就是低通滤波器,与积分器的原理一致。将正弦电压源Us、电阻R、电容C、电感L串联,以相量Us为输入电压,以电阻R上的电压为输出电压,可以实现带通滤波器,与高通、低通滤波器不同,带通滤波器具有两个截止频率,两个截止频率的差值就是带宽。利用频率特性制成的全通滤波器,则是相频特性,只移动相位。
电路中会出现谐振的情况,所谓谐振就是指端口的电压和电流同相位,此时端口的入端电阻等效阻抗为纯阻性。RLC串联时,发生谐振,电抗为零,即jωL+1/(jωC)=0,则ω0=√ ̄(1/LC),此时电感上的电压和电容上的电压大小相等,相位差180度,方向相反,同时电感电压和电容电压发生放大,所以串联谐振又被称为电压谐振,其电抗频率(Xω)曲线为过(ω00)的单向递增曲线;RLC并联时,发生谐振,电纳为零,即1/(jωL)+jωC=0,则ω0=√ ̄(1/LC),此时电感上的电流和电容上的电流大小相等,相位差180度,方向相反,同时电感电流和电容电流发生放大,所以并联谐振又被称为电流谐振,其电抗频率(Xω)曲线是关于x=ω0的双曲线,当ω<ω0,X>0,电路呈感性,当ω>ω0,X<0,电路呈容性。RLC串联时,电感或电容的电压与电阻电压的比值就是品质因数,品质因数表征了信号放大的能力,品质因数越高,信号放大能量越强;品质因数还表征了能量效率,因为品质因数也可以看作是谐振时电路储存的总能量除以周期内电路消耗的能量,品质因数越高,储存能量越强;品质因数也表征了电路的选择性,品质因数越高,幅频特性越尖锐,选择性越高。当电路呈感性时,需要加入电容来补偿,当电路呈容性时,需要加入电感来补偿。

两个邻近的电感线圈,通过其中一个线圈的电流所产生的磁链不仅与自身交链,还和邻近的线圈交链,这就是互感。相互之间有一个互感系数M,耦合系数K=M/√ ̄(L1L2)。为了更好地判断线圈电压,设置了同名端,对于两个线圈而言,有这样的一对端钮,当电流分别从这两个端钮中流入各自线圈时,它们产生的自感磁通、互感磁通都是相互加强的,则称这一对端钮为同名端。我们可以通过串联、并联和具有一个公共端的两线圈实现等效去耦。变压器正是利用了互感的原理,有三种变压器,分别是空心变压器、全耦合变压器和理想变压器,空心变压器是指以不导磁的材料作为芯柱的变压器,原边和副边具有绕线电阻R。全耦合变压器是指在空心变压器的基础上,忽略原边和副边的绕线电阻R,耦合系数K=1,也就是M=√ ̄(L1L2),可以得到U1/ U2=n,n=√ ̄(L1/L2),I1= U1/(jωL1)-1/n I2,n被称为之全耦合变压器的变比,等于原副线圈的匝数比。理想变压器是在全耦合变压器的基础上,L1、L2、M均为无穷大,则得到:U1/ U2=n,I1= -1/n I2。只需要知道n即可。利用变压器的应用有中间抽头变压器构成的全波整流器,中间抽头变压器实现的电话线路的二-四线转换。
同电阻的“Y-△”变换一样,三相电源也有Y-△的区分,Y三相电源为三相四线(中间为中性线),△三相电源为三相三线,不过其中每个相电压大小相等,相位相互落后120度。Y电源连接,线电压=√ ̄3相电压,线电流=相电流;△电源连接,线电压=相电压,线电流=√ ̄3相电流,分析三相电路时,把电源转换为Y三相电源,把负载转化为Y三相负载,求解单一相等效电路,根据对称性求出其他两相。
最后对于周期性的非正弦激励下的电路,可以利用傅里叶级数进行分析,但是使用的基本方法是与上面一致的。


