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课 题 9.1 数字电路的特点及分析方法9.2
晶体管的开关特性
课 型 新课
授课班级 授课时数 2
教学目标 1．了解数字电路的基本概念。
2．掌握晶体管的开关特性。
教学重点 晶体管的开关特性。
教学难点 晶体管的开关特性。
学情分析
教学效果
教后记
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新课 A．引入
数字电路是近代电子技术的重要基础。数字技术在近十年来获得空前飞速的发展。随着数字集成工艺的完善，数字技术已渗透国民经济和人民生活的各个领域。
B．新授课
9.1 数字电路的特点及分析方法
1．数字信号的特点
电路中的数字信号在数值上是不连续的，它不随时间连续变化，即为离散的电信号。
2．数字电路的特点
数字电路的基本工作信号是二进制的数字信号，即“0”和“1”，对应在电路上为低电平和高电平。所以电路简单，易于集成化。
3．数字电路的分析方法
数字电路主要是研究逻辑关系。通常，数字电路用逻辑代数、真值表、逻辑图等方法进行分析。
9.2 晶体管的开关特性
9.2.1 二极管的开关特性
（1）实验电路
① 开关S置A端，VD导通，它呈现的正向压降很小，相当于开关的接通状态。
② 开关S置B端，VD截止，它呈现的反向电阻很大，相当于开关的断开状态。
（2）结论：
当二极管的正向电阻和反相电阻有很大差别时，二极管即可作为开关使用。
9.2.2 二极管开关的应用
1．限幅电路
限幅电路又称削波电路。削波就是指将输入波形中不需要的部分去掉。
（1）串联型上限幅电路
① 电路
电路及限幅波形如图所示。
（介绍）
（分析工作原理）
（讲解）
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R：泄放电阻，为电路中可能接入的电容提供放电回路。
② 工作过程
1v≥0→VD截止→0Ov
1v≤0→VD导通→IOvv
限幅电平：把开始起限幅作用的电平称为限幅电平。
电路全称为“限幅电平为零的串联型上限幅电路”。
电路动态分析的方法
电路动态分析是指对电路中各个元件和节点的电压和电流随时间的变化进行分析。在电路动态分析中，可以使用多种方法来求解电路的动态响应。下面将介绍几种常用的电路动态分析方法。
1. 拉普拉斯变换法
拉普拉斯变换法是一种在时间域和频率域之间进行转换的方法。通过将电路中的微分方程转换为复频域中的代数方程，可以求解电路的动态响应。在电路动态分析中，可以利用拉普拉斯变换法求解电路的响应和传输函数，并通过逆拉普拉斯变换将结果转换回时间域。这种方法适用于线性时间不变系统和输入信号为简单波形的情况。
2. 时域响应法
时域响应法是直接求解电路微分方程的方法。通过对电路中的每个元件应用基尔霍夫定律和欧姆定律，可以得到电路中各个节点和元件的微分方程。然后，可以采用常微分方程的求解方法，如欧拉法、改进欧拉法、龙格-库塔法等，来求解电路的动态响应。时域响应法适用于任何输入信号和非线性电路。
3. 复频域法
复频域法是通过复频域分析电路的动态响应。它利用频率响应函数来描述系统的响应特性，并通过计算复频域中的传输函数和频率响应来求解电路的动态响应。复频域法常用的分析工具包括频域响应函数、波特图、极点分析等。复频域法适用于频率变化较大的信号和线性时不变系统。
4. 有限差分法
有限差分法是将微分方程转化为差分方程求解的方法。通过将时间连续的差分方程转换为时间离散的差分方程，可以用数值方法求解电路的动态响应。有限差分法可以采用欧拉法、梯形法、显式或隐式的Runge-Kutta等方法来求解。这种方法适用于任何非线性系统和任意输入信号。
5. 传递函数法
传递函数法是通过传递函数来描述电路的响应特性。传递函数是表示输入和输出关系的函数，可以通过对电路进行小信号线性化得到。利用传递函数可以方便地计算和分析电路的动态响应。传递函数法适用于线性时不变系统和复频域分析。
在实际应用中，根据具体问题和所需求解的电路，可以选择适合的动态分析方法。不同方法有各自的优缺点，需要根据具体情况进行选择。综合运用这些方法，可以对电路的动态响应进行准确的分析和求解，为电路设计和故障诊断提供有力的支持。
线性电路的一般分析方法
— 节点电压法
一. 书籍
. 《国外电子与通信教材系列–电路》–电子工业出版社–2012年2月–第9版
–Page (77‥96)
. 《中国科学院电子信息与通信系列规划教材–电路分析基础》–科学出版社–2006年8月–第1版
–Page (49‥60)
二. 线性电路的一般分析方法
1. 基尔霍夫定律
KCL：Kirchhoff’s Current Law基尔霍夫电流定律
KVL：Kirchhoff’s Voltage Law基尔霍夫电压定律
2. 线性电路的一般分析方法
已知线性电路中有n个节点、b条支路，则对于不同的分析方法，所需独立方程的数目见下。
⑴. 2b法，需列出2b个独立方程
根据KCL：列写n-1个独立方程；
根据KVL：列写b-(n-1)=b-n+1个独立方程。
求得2b个结果：b条支路中的电流、b条支路的两端电压。
⑵. 1b法，需列出b个独立方程
a. 支路电流法
将支路电压用支路电流表示，代入2b法中的KVL方程；
加之支路的KCL方程，则得到以支路电流为电路变量的b个独立方程。
求得b个结果：b条支路中的电流。
b. 支路电压法
将支路电流用支路电压表示，代入2b法中的KCL方程；
加之支路的KVL方程，则得到以支路电压为电路变量的b个独立方程。
求得b个结果：b条支路的两端电压。
⑶.
节点电压法，需列出n-1个独立方程
任意假定某一节点为参考节点（0V），则其余n-1个节点对于参考节点的电压值就称为节点电压，节点电压是一组独立完备的电压变量；
将n-1个节点电压作为未知变量，列写出n-1个KCL方程。
求得n-1个结果：n-1个节点对于参考节点（假定为0V）的电压差值。
⑷. 网孔电流法
⑸. 回路电流法
⑹. 割集分析法
3. 平面电路、非平面电路
P73 2.1.10 在图2.01的电路中，=6V，=6Ω，=3Ω，= 4Ω， =3Ω，=1Ω。试求和。
解 图2.01的等效电路见图T2.1.1
=
A
2.1.11 有一无源二端电阻网络（图2.02），通过实验测得：当=10V时，
=2A；并已知该电阻网络由四个3Ω的电阻构成，试问这四个电阻是如何联接的？
解 无源二端电阻网络的等效电阻
由四个3Ω电阻构成的电阻网络如图T2.1.2所示
= 3+3 //（3+3）= 5 Ω
2.1.13 在图2.03中，1=2=3=4 = 300Ω，5 = 600Ω，试求开关S断开和闭合时a和b之间的等效电阻。
解 S断开：ab = 5 //（1+3）//（2+4）
= 600 //（300+300）//（300+300）= 200 Ω
S闭合：ab = 5 //（1 //2+3 // 4）
= 600 //（300 // 300+300 // 300）= 200 Ω
2.1.12 图2.04所示的是直流电动机的一种调速电阻，它由四个固定电阻串联而成。利用几个开关的闭合或断开，可以得到多种电阻值。设四个电阻都是1Ω，试求在下列三种情况下a，b两点间的电阻值：（1）S1和S5闭合，其他断开；（2）S2，S3和S5闭合，其他断开；（3）S1，S3和S4闭合，其他断开。
解 （1）S1和S5闭合：ab=1 +2 +3 = 3 Ω
（2）S2，S3和S5闭合： ab=1 +2 //3 //4 =
（3）S1，S3和S4闭合：ab = 1 //4 = 0.5 Ω
2.1.5 图2.05是一衰减电路，共有四档。当输入电压=16V时，试计算各档输出电压。
解 a档输出电压：== 16 V
b档输出电压：
=
= 5.5 //≈5 Ω
