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UNIT 1

A 电路

电路或电网络由以某种方式连接的电阻器、电感器和电容器等元件组成。如果网络不

包含能源，如电池或发电机，那么就被称作无源网络。换句话说，如果存在一个或多个能

源，那么组合的结果为有源网络。在研究电网络的特性时，我们感兴趣的是确定电路中的

电压和电流。因为网络由无源电路元件组成，所以必须首先定义这些元件的电特性

就电阻来说，电压电流的关系由欧姆定律给出，欧姆定律指出：电阻两端的电压等

于电阻上流过的电流乘以电阻值。在数学上表达为式中电压，伏特；

比例常数。由定义可知，电流等于电荷随时间的变化率，可表示为 。因此电荷

增量 等于电流乘以相应的时间增量，或 ，那么等式可写为式中

电容量，法拉。

归纳式、和描述的三种无源电路元件如图  所示。

注意，图中电流的参考方向为惯用的参考方向，因此流过每一个元件的电流与电压降的方

向一致。

有源电气元件涉及将其它能量转换为电能，例如，电池中的电能来自其储存的化学

能，发电机的电能是旋转电枢机械能转换的结果。

有源电气元件存在两种基本形式：电压源和电流源。其理想状态为：电压源两端的电

压恒定，与从电压源中流出的电流无关。因为负载变化时电压基本恒定，所以上述电池和

路电流——流过电路中的每一个回路，求每一个回路电压降的代数和，并令其为零。

考虑图 所示的电路，其由串联到电压源上的电感和电阻组成，假设回路电

流 ，那么回路总的电压降为因为在假定的电流方向上，输入电压代表电压升的方向，所

以输电压在（）式中为负。因为电流方向是电压下降的方向，所以每一个无源元件

的压降为正。利用电阻和电感压降公式，可得等式是电路电流的微分方程式。

或许在电路中，人们感兴趣的变量是电感电压而不是电感电流。正如图  指出

的用积分代替式中的 ，可得 



B 三相电路



证明供给平衡三相电路的总功率是恒定的。基于此，总的来说三相电气设备的特性优于类

似的单相电气设备的特性。三相供电的机械和控制设备与相同额定容量的单相供电的设备

相比：体积小，重量轻，效率高。除了三相系统提供的上述优点，三相电的传输需要的

铜线仅仅是同样功率大小单相电传输所需铜线的 。三相电压的产生三相电路可由三个

频率相同在时间相位上相差 电角度的电动势供电。这样的三相正弦电动势如图

所示。这些电动势由交流发电机的三套独立电枢线圈产生，这三套线圈安装在发电

机电枢上，互相之间相差 电角度。线圈的头尾可以从发电机中全部引出，组成三个

 中，所有标有 ! 的线圈端连接到一个公共点 #，三个标有 " 的线圈端被引出到接线

端 、 和 ，形成三相三线电源。这种联接形式被称为  形联接。中性联接经常被引出

接到接线板上，如图 的虚线所示，形成三相四线系统。交流发电机每相产生的电

压被称为相电压（符号为 $%）。如果中性联接从发电机中引出，那么从任一个接线端 、

 或 到中性联接 # 间的电压为相电压。三个接线端 、 或中任意两个间的电压被

称为线到线的电压，或简称线电压（符号为 $）。三相系统的三相电压依次出现的顺序被

称为相序或电压的相位旋转。这由发电机的旋转方向决定，但可以通过交换发电机外的三

条线路导线中的任意两条不是一条线路导线和中性线来改变相序。将三相绕组排列成如

图 &所示的  形有助于  形联接电路图的绘制。注意，图 & 所示的电路与

图  所示的电路完全一样，在每一种情况下，连接到中性点的每一个线圈的 ! 端和

一相的规定要一样。要注意到，如果是在电压的正半周定义  点相对于 # 的极性，

那么在用于同一相量图中时就应该画得同相反，即相位差为 ( 形联接发电机

的任意两个接线端间的电压等于这两个接线端相对于中性线间的电位差。例如，线电压

等于  接线端相对于中性线间的电压减去  接线端相对于中性线间的电压。为了

从中减去，必需将反相，并把此相量加到上。相量和幅值相等，相位

相差 ，如图 ' 所示。由图形可以看出通过几何学可以证明等于  乘以

（）或（）。图形结构如相量图所示。因此，在对称  形联接中星（）形联接发电

机的电流关系从发电机接线端 、 和 图流到线路导线的电流必定从中性点

# 中流出，并流过发电机线圈。因此流过每一条线路导线的电流必定等于与其相连接

的相电流。在  形联接中 ))*

UNIT2



A运算放大器



运算放大器像广义放大器这样的电子器件存在的一个问题就是它们的增益  或 ) 取决于

双端口系统+、&、)、, 等的内部特性。器件之间参数的分散性和温度漂移给设计工

作增加了难度。设计运算放大器或 -%+% 的目的就是使它尽可能的减少对其内部参数的

依赖性、最大程度地简化设计工作。运算放大器是一个集成电路，在它内部有许多电阻、

晶体管等元件。就此而言，我们不再描述这些元件的内部工作原理。

运算放大器的全面综合分析超越了某些教科书的范围。在这里我们将详细研究一个例

子，然后给出两个运算放大器定律并说明在许多实用电路中怎样使用这两个定律来进行分

输出。让运算放大器正常运行所必需的其它一些管脚，诸如电源管脚、接零管脚等并未画

出。在实际电路中使用运算放大器时，后者是必要的，但在本文中讨论理想的运算放大器

的应用时则不必考虑后者。两个输入电压和输出电压用符号 .、和 ,表示。每一个

电压均指的是相对于接零管脚的电位。运算放大器是差分装置。差分的意思是：相对于接

零管脚的输出电压可由下式表示式中是运算放大器的增益，.和是

输入电压。换句话说，输出电压是  乘以两输入间的电位差。

集成电路技术使得在非常小的一块半导体材料的复合“芯片”上可以安装许多放大器电

路。运算放大器成功的一个关键就是许多晶体管放大器“串联”以产生非常大的整体增益。

也就是说，等式中的数  约为 / 或更多例如，五个晶体管放大器串联，

每一个的增益为 ，那么将会得到此数值的 。第二个重要因素是这些电路是按照流入

的原则制作的，即 )。那么对负输入端利用基尔霍夫定律可得))，利用等式

，并设)))，.)根据电流参考方向和接零管脚电

位为零伏特的事实，利用欧姆定律，可得负极输入电压 ：因此)，并由式

可得：因为现在已有了 .和 的表达式，所以式可用于计算输

出电压，综合上述等式，可得：最后可得：这是电路

的增益系数。如果 是一个非常大的数，大到足够使 11.，那么分式的分

母主要由 项决定，存在于分子和分母的系数 就可对消，增益可用下式表示这表明

&，如果 非常大，那么电路的增益与 的精确值无关并能够通过  和  的

选择来控制。这是运算放大器设计的重要特征之一——在信号作用下，电路的动作仅取决

于能够容易被设计者改变的外部元件，而不取决于运算放大器本身的细节特性。注意，如

有用的捷径，其涉及目前我们提出的运算放大器两个定律应用。

第一个定律指出：在一般运算放大器电路中，可以假设输入端间的电压为零，也

就是说，

第二个定律指出：在一般运算放大器电路中，两个输入电流可被假定为零：).)



第一个定律是因为内在增益  的值很大。例，如果运算放大器的输出是 2，并且

//那么这是一个非常小、可以忽略的数，因此可设 .。第二个定律来自





B 晶体管



（# 型）；或者产生“空穴”，又称正电荷（* 型）。由 # 型掺杂和 * 型掺杂处理的锗或硅

的单晶体可形成半导体二极管，它具有我们描述过的工作特性。晶体管以类似的方式形成，

就象带有公共中间层、背靠背的两个二极管，公共中间层是以对等的方式向两个边缘层渗

入而得，因此中间层比两个边缘层或边缘区要薄的多。*#*或#*#图这两种结

构显然是可行的。*#* 或 #*# 被用于描述晶体管的两个基本类型。因为晶体管包含两个

不同极性的区域（例如“*3区和“#3区），所以晶体管被叫作双向器件，或双向晶体管因此

晶体管有三个区域，并从这三个区域引出三个管脚。要使工作电路运行，晶体管需与两个

外部电压或极性连接。其中一个外部电压工作方式类似于二极管。事实上，保留这个外部

电压并去掉上半部分，晶体管将会象二极管一样工作。例如在简易收音机中用晶体管代替

二极管作为检波器。在这种情况下，其所起的作用和二极管所起的作用一模一样。可以给

被称为发射极）。这些电子被顶部 * 区接收，因此它被称为集电极，但是流过这个特定电

路实际电流的大小由加到中间层的偏置电压控制，所以中间层被称为基极。因此，当晶体

管外加电压接连正确（图 ）后工作时，实际上存在两个独立的“工作”电路。一个是

由偏置电压源、发射极和基极形成的回路，它被称为基极电路或输入电路；第二个是由集

电极电压源和晶体管的三个区共同形成的电路，它被称为集电极电路或输出电路。（注意：

本定义仅适用于发射极是两个电路的公共端时——被称为共发射极连接。）这是晶体管最

常见的连接方式，但是，当然也存在其它两种连接方法——共基极连接和共集电极连接。

但是在每一种情况下晶体管的工作原理是相同的。本电路的特色是相对小的基极电流能控

制和激发出一个比它大得多的集电极电流或更恰当地说，一个小的输入功率能够产生一个

比它大得多的输出功率。换句话说，晶体管的作用相当于一个放大器。在这种工作方式中，

这也就是说电压极性必须和晶体管的类型相匹配。在上述的 *#* 型晶体管中，发射极电压

必须为正。因此，基极和集电极相对于发射极的极性为负。*#*型晶体管的符号在发射

极上有一个指示电流方向的箭头，总是指向基极。（在 *#* 型晶体管中，“*3代表正）。

在 #*# 型晶体管中，工作原理完全相同，但是两个电源的极性正好相反（图 ）。

也就是说，发射极相对于基极和集电极来说极性总是负的（在 #*# 型晶体管中，“#3代表

负）。这一点也可以从 #*# 型晶体管符号中发射极上相反方向的箭头看出来，即，电流从

基极流出。虽然现在生产的晶体管有上千种不同的型号，但晶体管各种外壳形状的数量相

同一 4- 号码的子系列产品其管脚位置是不一样的。例如，4-5的三个管脚排成一条直

线，这条直线与半圆型“外罩”的切面平行，观看 4-5 的底部时，将切面冲右，从上往下

读，管脚的排序为 ，，。（注,678907'8':8;'<3中的 ,678907 译为不同的，

特殊的。在这里“特殊的圆形外罩”指的应该是普通的圆柱体“外罩”在圆平面上画一条小于等

于直径的弦，沿轴线方向切入后形成的半或大半圆柱体，切入后形成的剖面就是文中说的

=07，这也是现在很常见的一种晶体管外壳。）对 4-5 子系列4-5

发射极 集电极基极对 4-5 子系列&4-5&发射极 基 集电极更

容易使人搞乱的是一些晶体管只有两个管脚（第三个管脚已在里边和外壳连接）；一些和

晶体管的外形很像的外壳底部有三个以上的管脚。实际上，这些都是集成电路)0，用和

晶体管相同的外壳包装的，只是看起来像晶体管。更复杂的集成电路（)0）用不同形状

A逻辑变量与触发器

逻辑变量我们讨论的双值变量通常叫做逻辑变量，而象或和与这样的操作被称为逻辑

操作。现在我们将简要地讨论一下这些术语之间的关联，并在此过程中，阐明用标示“真”

和“假”来识别一个变量的可能值的特殊用途。

举例说明，假设你和两个飞行员在一架空中航行的飞机中，你在客舱中，而飞行员

 和 在驾驶员座舱中。在某一时刻， 来到了你所在的客舱中，你并不担心这种变化。

然而，假设当你和 在客舱时，你抬头发现 也已经来到了你所在的客舱中。基于你的逻