电压控制型电流源

1

0

u1 u2


0 g
g u1
0

u2

α称回转比(或回转器电阻)，g = 1/α，称回转器电导
22
§1.4.6 回转器
回转器所吸收的能量
t
t
t
w(t)
p( )d

(u1i1 u2i2 )d
受控源有两个口，称双口。注意口电压、口电流方向的 规定。
独立电源与非独立电源所起的作用完全不同，独立电源 可用来对外电路输入信号，非独立电源场用来模拟电子 器件中所发生的现象。
b
c
ib
icuLeabharlann euceie eb ib
ube rbe
c ic
uce ib
e
表征线性受控源的方程是以电压、电流为变量的线性代
回转器的这种性质称翻转性。
23
§1.4.7 负转换器
负转换器（NC）分为电流反向负转换器（INC） 和电压反向负转换器（VNC）。
电流反向负转换器
i1
（INC）的电路符号 u1 如右图所示：
i2
INC
u2
其电压-电流关系为：
i1 = i2 流入与流出该器件的电流方向相反 u1 = u2 输入电压与输出电压极性相同
温度传感器
集成运算放大器
LED
电路制作
8
§1.4.4 运算放大器
运算放大器是当前应用非常广泛的一种器件。 我们感兴趣的是该器件的外部特性。
运算放大器的符号及对 其实测而得到的输入输 出特性曲线如图所示。
uo
ES
E 斜率A S


O
ui
ES
负饱和区 线性区 正饱和区
u
ui u+
U A uo
i1 u1
i1 u1
i2 u2
gu1
i2 u2
i1
系数β、gm、μ及rm是常数，表征受控源是线性定常元件。系数为 β(t)、gm(t)、μ(t)及rm(t)，即与时间有关，受控电源为线性时变元 件。当u2=f(u1)、u2=f(i1)、i2=f(u1)、i2=f(i1)时，则是非线性元件。
4
§1.4.3 受控电源
理想变压器吸收的功率
p

u1i1
u2i2
[nu2 ][
1 n
i2 ] u2i2

0
理想变压器是无损元件。它既不储存能量又不消耗能量， 它能把输入端口流入的能量全部由输出端口传送出去。
变比n是理想变压器唯一的参数
它只改变电阻大小，不改变电阻的性质
它伏安关系中无导数项，是个静态元件
它常在无线电技术中用来实现最大功率匹配
uo/uS=-Rf/RS
比例器具有使两个电压(输入电压和输出电压)之比只与比
值Rf／RS有关，而与开环增益无关。所以，选择不同的 Rf和RS值，可获得不同比例(即增益)。
当RS=Rf时，uo=-uS，即输出电压与输入电压大小相等，方 向相反，故此时的比例器称反相器。
13
§1.4.4 运算放大器
如右图所示电路，已知其输
u
ui u+
uo
u u+
ui

uo
uo ES
O
ui
ES
12
§1.4.4 运算放大器
i2 Rf
i1 RS
uS
ua
uo
左图所示为一个比例器，
求其输出电压uo与输入电 压us之间的关系。
由“虚断”，i1=-i2，
uS
根据即“虚地”，有ui=-ua=0
ua ua RS
可得
Rf
uo
n :1
由理想变压器的特性 u1 = nu2 ， i2 = -ni1 有 u1 = nu2 = -nRi2 = -nR(-ni1) = (n2R)i1 理想变压器的重要性质：
理想变压器输出端接有电阻R时，其输入端看过去虽 仍是电阻，但其输入电阻值是原电阻R乘以匝数比之 平方。
19
§1.4.5 理想变压器
i1
i2
u1
u2
n :1
(1)该变压器不消耗功率； (2)它没有任何漏磁通，即两个
绕组的耦合系数k=1；
(3)每个绕组的自感都是无穷大。
u1 nu2
i1


1 n
i2
n称理想变压器变比
18
§1.4.5 理想变压器
理想变压器输出端接一个负 载电阻R，如右图
由于u2 = -Ri2
i1
i2
u1
u2
R
A 称为运算放大器的开环增益（放大倍数）
10
§1.4.4 运算放大器
右图为同相输入端接地的运算放
大器及其用受控电源表示的模型。
常用的运算放大器的输入电阻Ri很 大，输出电阻Ro很小，开环增益非 常大，所以常把它看作理想的运算
u u+
ui Ri
Ro Aui
uo
放大器。
理想运算放大器具有下列参数： Ri≈∞ ； Ro≈0 ； A≈∞ 由于A≈∞而输出电压uo为有限值，所以 ui=uo/A≈0
即两个输入端间可近似为短路(称虚短);在同相输入端接 地时，反相输入端与地几乎同电位(称虚地)。
11
§1.4.4 运算放大器
由于Ri≈∞，所以输入电流接近于零。此时，输入端可 近似看作断路(称虚断)。
“虚地”和“虚断”是两个矛盾的概念, 对一个理想的 运放是必须同时满足的。
理想运算放大器的符号和特性曲线
24
§1.4.7 负转换器
电压反向负转换器
（VNC）的电路符
i1
号如右图所示：
u1
VNC
i2 u2
其电压-电流关系： i1 = -i2 流入与流出该器件的电流方向相同 u1 = -u2 输入电压与输出电压极性相反
25
§1.4.7 负转换器
当接有负载时
i1 u1
i2
INC
u2
R
因为 u2= -Ri2 ，i2 = i1 ，u2 = u1
∵i 0, u1 0
R2
∴ uS uo uS
R1
R2
uS uS uo
uS
R1 R2 R1
∴ u0 uS


1 R1

1 R2
R1
1
R1 R2
R1
uo
若R2，R10，则uo/uS=1 uo=uS，输出 电压等于输入电压，称电压跟随器，也称 缓冲器。它是在电流不能或不允许直接从 电源流向负载的情况下使用的，电流由运 放向负载提供，但电流不能超过运放所能 提供的最大值。
数方程，所以线性定常受控源可看作双口电阻性元件。
5
§1.4.3 受控电源
在一致参考方向的条件下，进入受控源的功率为
p= u1i1 + u2i2。对于上述四中受控源，由于支路1不 是短路u1=0，就是开路i1=0，所以瞬时功率为p=u2i2
根据右图所示，u2 = -Ri2，则
p = -u22/R，即进入受控源的瞬 时功率为负值，换言之，受控
U
u
ui u+
A uo
9
§1.4.4 运算放大器
u- 对应的端子为“-”，当输
入u-单独加于该端子时，输出
电压与输入电压 u- 反相，故 称为反相输入端。
u
ui u+
A uo
u+ 对应的端子为“＋”，当输入u+单独由该端加入 时，输出电压与u+同相，故称它为同相输入端。
输出
uo=Aui=A(u+-u-)
i1
源供给电阻R的功率是p=u22/R。 由于受控源可以看作二端口电
u1
阻元件，又能向外提供能量，
所以是一种有源元件。
i2 u2 R gu2
6
§1.4.4 运算放大器
要求掌握：
运算放大器的特性及其电压-电流关系 理想运算放大器的“虚短”、“虚断”概念 含理想运算放大器电路的分析方法
7
案例结果图片
R1
R2 i

u1
uS
uo

uS
uo
←电流为0
iL uo uS iL 负载
uS
16
§1.4.5 理想变压器
基本要求： 掌握理想变压器的特性及其电压-电流关系 理想变压器的阻抗变换性质
17
§1.4.5 理想变压器
理想变压器是实际变压器的理 想化模型。一个实际变压器抽 象为理想变压器的条件为
运算放大器所吸收的瞬时功率
由“虚地” 、“虚断” ，运放吸收的功率
Rf
p=uoio
右示电路，运放同相输入端与电压
源us相连，输出端连接电阻RL。由于 i1=ia=ib=0，ui=0，故有
i1
ia 0

ui 0
i2
ib 0
uS
u1 R1
u2 RL
u1 u2 R1 R1 Rf
由于u2 = -RLi2，uS=u1，图中红框所示二端口部分(由运放及线性非时
[(i2 )i1 (i2 )i2 ]d 0
回转器是不耗能也不储能的器件。
i1
i2
在回转器输出端口接一电阻，如右图 u1
u2 R
u1

i2

(
u2 R
)

( i1 )
R

2
R
i1

Gi1
从回转器输入端看进去，电路相当于一个电导： (G 2 )
R
i1 u1
i2
u1 u2
2、电流控制型电压源
(CCUS)，简称流控电 压源，rm= u2/i1，称为 转移电阻。
i1 u1
i2 ri1 u2
3
§1.4.3 受控电源
3、电压控制型电流源 (UCCS)，简称压控电 流源,gm=i2/u1，称为 转移电导。
4、电流控制型电流源 (CCCS)，简称流控电 流源，β=i2/i1，称为电 流比。
所以
u1= -Ri1 即 u1 R
i1
从输入端看进去，负载R成为负电阻。无论INC还 是VNC都有此重要功能。对电容、电感也是如此。 所以，负转换器是一种能把无源元件转换成有源 元件的有源器件。
26
入为电压源电压uS，求其负 载RL中的电流iL。
由“虚地”概念, 根据“虚断”, 流过负载的电流
ua＝0 iS=iL iL=uS/RS
iS RS
iL

uS ua
RL
iL与负载电阻大小无关。负载RL相当于接在一个电流源 上。所示电路具有将电压源转换成电流源的功能，称
电源转换器。
14
§1.4.4 运算放大器
20
§1.4.6 回转器*
基本要求： 掌握回转器的特性及其电压-电流关系 回转器的回转性质
21
§1.4.6 回转器
理想回转器在电路图中的符号如下图
i1
i2
u1
u2
u1 u2


0

i1
0

i2

i1 i2



0


1
变电阻R1和Rf组成)吸收的功率为
p

u1i1
u2i2
u2 (
u2 RL
)


1 RL
(uS
R1 Rf R1
)2
式中负号表明二端口向负载RL输出功率。由于电阻R1和 Rf 是无源 的，故意味着运放向负载提供功率。因此，运算放大器是一种有源 元件。
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§1.4.4 运算放大器
图示电路，求电压比u0/uS
电路基础
第一章 基本概念和基本规律
上海交通大学本科学位课程
§1.4.3 受控电源
基本要求： 掌握四类受控源的特性及其电压-电流关系 掌握含受控源电路的分析方法
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§1.4.3 受控电源
与独立电源不同，受控电压源或受控电流源
的波形受到电路中其他支路的电压或电流控
制。
1、电压控制型电压源
(UCUS)，简称压控电 压源，μ= u2／u1，称为 电压比。