当前课程知识点:电路原理 > 第1周 支路变量、元件、KCL和KVL( Branch variables, elements, KCL, and KVL) > 第9讲 受控元件(dependent elements) > 受控元件(dependent elements) (1)
各位同学大家好这是电路原理第九讲
我们来讨论受控源
可以叫做Dependent elements也可以叫controlled elements
这一讲所讲授的元件
它的特性与此前的电阻和独立源不一样
它的特性受到电路中其它的电压和电流的控制
这种元件很有趣当然也相对比较复杂
但是需要指出的是受控源是电路非常重要的元件
我们利用受控源可以实现很多奇妙的功能
首先我们来介绍受控的电阻
先举一个最简单的例子那就是开关
这个电路我们在第一讲里讲授过
那就是手电筒的照明电路
我们把它可以建模成这样的样子
我们讨论过这个是电池的模型
这个是灯泡的模型这个是导线的模型
这个是开关的模型
但是在此前的讨论里我们并没有非常重点的来讨论开关
大家发现了吗
对于开关来讲
它实际上是一个三端元件
这是一端这是二端这是三端
开关要想闭合必须把三端往下按
开关要想断开必须把三端往上拉
所以呢这个开关的状态受到三端的影响
那么三端的控制呢
如果说在实验室里是由我们用力来压或者拉的
它是一个力控的开关
这个三端我们叫做控制端
那么我们现在来画一下
理想开关的UI特性所谓的理想开关
是指的它闭合的时候是一条理想导线
它断开的时候是一个理想开路
我们先讨论断开的时候
大家回忆一下开路的UI特性是什么
电流值为零电压可以为任意值
因此就应该是这样一条线
那么开关闭合的时候呢这就是一条理想的短路
那么理想的短路UI特性曲线是什么呢
电压永远为零电流可以为任意值因此是这样的
那我们这里问一个思考题
如果说这个开关是非理想的
那么它的UI特性曲线应该是怎样的呢
所谓的非理想就是三端控制端打开的时候
中间并不是一个理想的开路而是有一个比较大的电阻
那对于UI平面上来讲
什么样的特性曲线是一个比较大的电阻呢
tanα的值决定了阻值所以大概应该是这样一条线
那么什么叫闭合的时候的非理想开关呢
那指的是闭合的时候这不是一个理想的短路
而上面有一点点小小的导通电阻
所以呢也是tanα是阻值
所以是一条相对比较平
但是有一定斜率的线tanα值很小
好
这里我们给大家强调了建模的概念
那么接下来呢我们来讨论受控电阻的另一个例子
那就是mosfet
关于mosfet呢这是一个三端元件
它的全称是金属氧化物半导体场效应管
这个名字看起来很唬人
但是呢不要担心我们会抽丝剥茧的一点一点的
把它的特性全部展现给你
并且告诉你它是多么地有用
那么首先我们就来看一看mosfet
它是一个什么样子它的三端
分别是栅极全称是Gate
漏极全称是Drain
元极全称是Source
除了刚才讲授的开关之外
这是我们正式见到的第一个电器的三端元件
当然了它的工作要比开关复杂的多
我们呢用一个非常简单的电路
来对它进行仿真
我们把这个三端元件画成这样的样子
用它来类比刚才的开关
大家发现了吗
这一端可以类比为D端
这一端可以类比为S端
这一端控制端可以类比为G端
但是与刚才不一样的是
刚才我们开关的导通和闭合是需要用力的
用力向下是闭合用力向上是打开
但是等会的仿真我们就会发现
这里面从D到S之间是导通还是闭合
或者说它的阻值有多大阻值的变化是受到Ugs来控制的
那我们下面就开始进行仿真
好我们已经在Multisim里搭了一个关于mosfet的仿真电路
这里呢
我们选择了mosfet的型号叫2N7000
我们可以给大家展示一下
从哪里选这是三极管
然后呢mosfet有很多种类型
我们选增强型N沟道这里面就有2N7000
当然也有很多其它的类型
我们只不过拿2N7000来做一个例子来说明
我们把G和S之间接了一个电压源
D和S之间也接了一个电压源
需要指出的是这并不是一个标准的mosfet的工作电路
我们只不过用这个电路来测量mosfet的端口特性
在这一讲之后的关于仿真的介绍里
我们会给大家详细展示mosfet的特性
那么在那里你会知道G端也就是这里的一端
与电路的其它部分是开路的
这里永远没有电流
这也类似于我们刚才说这一端是一个控制端的一个观点
那我们现在就想来看一看在V1确定是5V的情况下
Uds和Ids是怎样的关系
为了实现这个目的我们需要用参数扫描
大家看我们让V2就是这里面的Uds
从0V开始起变化到3V每300毫伏采一个点总共采11个点
我们输出是负的I(V2)
为什么是负的I(V2)呢
在mosfet的仿真里面
对于电源来讲它缺省的电流是从正极流入的
所以我们为了知道Ids我们就需要设置负的I(V2)
也就是说我们让mosfet来显示从这流出来的电流
那么如何实现这个负的I(V2)呢
我们需要在这里加一个Add Expression
所以在这里这个正负号都可以乘号加减都可以加上
这个负的I(V2)就是这样实现的
我们来看一下仿真的结果
我们加上网格大家看
这是几乎是零值横轴是Uds纵轴是Ids
那么这是过原点的一条近似的直线
那么大家可以估一下
这个电阻值大概是多少
Uds大概是2V的时候Ids大概是350毫安
大家可以自己估一下
那么为了验证它确实是一个受控电阻
我们现在把控制端的电压进行改变
记住在Ugs是5V的时候
Uds是2V对应着Ids是350毫安
我们现在把控制量改成10V
在做一样的仿真
还是从0V到3V
输出还是负I(V2)
这就更倾向于一个线性的电阻了
但是你看在Uds是2V的时候
这时候输出大概变成了800毫安
这就验证了随着Ugs的变化
在D和S之间这个阻值是变化的
我现在并不需要你告诉我阻值变化的数值是多少
我只需要你告诉我
随着Ugs的增加GD和S之间的电阻的阻值
是增大了呢还是减小了
-第0讲 数学基础知识(Math basics for circuits)
--数学基础知识(Math basics for circuits)(1)
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--数学基础知识(Math basics for circuits)(3)
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--数学基础知识(Math basics for circuits)(7)
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-第1讲 为什么要学习电路(why learn circuits?)
--为什么要学习电路(why learn circuits?)(1)
--为什么要学习电路(why learn circuits?)(2)
-第1周 第1讲 为什么要学习电路
-第2讲 电路(circuits)
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-第3讲 支路变量(branch variables)
-第1周 第3讲 支路变量(branch variables)
-第4讲 参考方向(reference direction)
-第1周 第4讲 参考方向(reference direction)
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--第一周 第5讲 功率(power)
-第6讲 电阻(resistor)
-第1周 第6讲 电阻(resistor)
-第7讲 独立电源(independent source)
--独立电源(independent source) (1)
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-第8讲 端口(port)
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-第10讲 基尔霍夫定律(KCL KVL)
-第1周 第10讲 基尔霍夫定律(KCL KVL)
-第11讲 2B法(2B method)
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-第1周 作业
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--电阻的串并联(serial parallel resistors) (1)
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-第13讲 平衡电桥(bridge)
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-第14讲 Y-Δ变换(Y-Δ transform)
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-第15讲 二端网络的等效电阻(equivalent resistance of two-terminal network)
--二端网络的等效电阻(equivalent resistance of two-terminal network)
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-第16讲 电源的等效变换(equivalent transform for sources)
--电源的等效变换(equivalent transform for sources) (1)
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--电源的等效变换(equivalent transform for sources) (3)
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-第17讲 最大功率传输(maximum power transfer)
--最大功率传输(maximum power transfer)
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-第2周 第二周作业(Exercise2)
-第18讲 运算放大器(Op Amps)
-第3周 第18讲 运算放大器(Op Amps)
-第19讲 运算放大器模型(Op Amps' model)
-第3周 第19讲 运算放大器模型(Op Amps' m
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-第20讲 理想运算放大器(ideal Op Amp)
-第3周 第20讲 理想运算放大器(ideal Op Amp)
-第21讲 运算放大器的应用(applications of Op Amps)
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-第22讲 数字系统介绍(digital system —— introduction)
--数字系统介绍(digital system —— introduction)
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-第23讲 数字系统——数和逻辑(digital system——number and logic in digital)
--数字系统——数和逻辑(digital system——number and logic in digital)(1)
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-第24讲 金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)
-第4周第24讲 金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)
-第25讲 逻辑门(logic gates)
-第4周 第25讲 逻辑门(logic gates)
-第26讲 互补金属氧化物半导体(CMOS)
-第4周 第26讲 互补金属氧化物半导体(CMOS)
-第27讲 二端口网络(two-port network)(不要求)
-第4周 第27讲 二端口网络(two-port network)
-第28讲 G参数(G parameter)(不要求)
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-第29讲 其他参数(other parameters)(不要求)
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-第30讲 二端口网络的等效电路(equivalent circuits of two-port)(不要求)
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-第31讲 二端口网络的连接(connection of two-ports)(不要求)
--二端口网络的连接(connection of two-ports)(1)
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-第4周 第31讲 二端口网络的连接
-第四周作业(Exercise4)
-第32讲 系统化方程解法介绍(introduction to systematic function formulating)
--系统化方程解法介绍(introduction to systematic function formulating)
-第5周 第32讲 系统化方程解法介绍
-第33讲 节点电压法(node voltage method)
--节点电压法(node voltage method)(1)
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-第5周 第33讲 节点电压法
-第34讲 回路电流法(loop current method)
--回路电流法(loop current method)(1)
--回路电流法(loop current method)(2)
--回路电流法(loop current method)(3)
-第5周 第34讲 回路电流法
-第五周作业(Exercise5)
-第35讲 叠加定理(superposition theorem)
--叠加定理(superposition theorem)(1)
--叠加定理(superposition theorem)(2)
--叠加定理(superposition theorem)(3)
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-第36讲 戴维南和诺顿定理(Thevenin/Norton theorem)
--戴维南和诺顿定理(Thevenin/Norton theorem)(1)
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-第6周 第36讲 戴维南和诺顿定理
-第37讲 戴维南定理的应用(applications of Thevenin theorem)
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-第6周 第37讲 戴维南定理的应用
-第38讲 替代定理(substitution theorem)
-第6周 第38讲 替代定理
-第六周作业(Exercise6)
-第39讲 非线性电阻(nonlinear resistor)
--非线性电阻(nonlinear resistor)(1)
--非线性电阻(nonlinear resistor)(2)
-第7周 第39讲 非线性电阻
-第40讲 非线性电阻电路的方程求解法和图解法(analytical and graphical methods for nonlinear circuits)
--非线性电阻电路的方程求解法和图解法(analytical and graphical methods for nonlinear circuits)(1)
--非线性电阻电路的方程求解法和图解法(analytical and graphical methods for nonlinear circuits)(2)
-第7周 第40讲 非线性电阻电路的方程求解
-第41讲 非线性电路的分段线性法(piecewise linear method for nonlinear circuits)
--非线性电路的分段线性法(piecewise linear method for nonlinear circuits)(1)
--非线性电路的分段线性法(piecewise linear method for nonlinear circuits)(2)
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--非线性电路的分段线性法(piecewise linear method for nonlinear circuits)(4)
--非线性电路的分段线性法(piecewise linear method for nonlinear circuits)(5)
-第7周 第41讲 非线性电路的分段线性法
-第42讲 假设检验法的应用(application of suppose-verify method)
--假设检验法的应用(application of suppose-verify method)(1)
--假设检验法的应用(application of suppose-verify method)(2)
-第7周 第42讲 假设检验法的应用
-第43讲 非线性电路的小信号法(small signal method for nonlinear circuits)
--非线性电路的小信号法(small signal method for nonlinear circuits)(1)
--非线性电路的小信号法(small signal method for nonlinear circuits)(2)
--非线性电路的小信号法(small signal method for nonlinear circuits)(3)
-第7周 第43讲 非线性电路的小信号法
-第44讲 小信号模型(small signal models)
--小信号模型(small signal models)(1)
--小信号模型(small signal models)(2)
--小信号模型(small signal models)(3)
--第七周 第44讲 小信号模型
-第45讲 放大器(amplifier)
--第七周 第45讲 放大器(amplifier)
-第七周作业(Exercise7)
-第46讲 电容与电感(Capacitors and Inductors)
--第46讲 电容与电感(Capacitors and Inductors)(1)
--第46讲 电容与电感(Capacitors and Inductors)(2)
--第46讲 电容与电感(Capacitors and Inductors)(3)
--第46讲 电容与电感(Capacitors and Inductors)(4)
--第46讲 电容与电感(Capacitors and Inductors)(5)
-第8周 第46讲 电容与电感
-第47讲 动态电路(Dynamic Circuits)
--第47讲 动态电路(Dynamic Circuits)(1)
--第47讲 动态电路(Dynamic Circuits)(2)
--第47讲 动态电路(Dynamic Circuits)(3)
--第47讲 动态电路(Dynamic Circuits)(4)
--第八周 第47讲 动态电路
-第48讲 初值(Initial Values)
--第八周 第48讲 初值(Initial Values)
-第49讲 一阶电路经典法(Classical Method for First-Order Circuits)
--第49讲 一阶电路经典法(Classical Method for First-Order Circuits)(1)
--第49讲 一阶电路经典法(Classical Method for First-Order Circuits)(2)
--第49讲 一阶电路经典法(Classical Method for First-Order Circuits)(3)
--第49讲 一阶电路经典法(Classical Method for First-Order Circuits)(4)
--第49讲 一阶电路经典法(Classical Method for First-Order Circuits)(5)
--第九周 第49讲 一阶电路经典法
-第50讲 一阶电路三要素法(Three Elements Method for First-Order Circuits)
--第50讲 一阶电路三要素法(Three Elements Method for First-Order Circuits)(1)
--第50讲 一阶电路三要素法(Three Elements Method for First-Order Circuits)(2)
--第50讲 一阶电路三要素法(Three Elements Method for First-Order Circuits)(3)
--第50讲 一阶电路三要素法(Three Elements Method for First-Order Circuits)(4)
-第8周 第50讲 一阶电路三要素法
-仿真4(Simulation 4)
-第51讲 零输入响应和零状态响应(zero input response and zero state response)
--第八周 第51讲 零输入响应和零状态响应
-第八周作业
-第52讲 一阶电路的应用之信号: 门传输延迟(applications of first-order circuits (signal: gate propagation delay))
--第九周 第52讲 一阶电路的应用之信号: 门传输延迟
-第53讲 一阶电路的应用之信号: 运算放大器电路(applications of first- order circuits (signal: Op Amp circuits))
-第9周:第53讲 一阶电路的应用之信号: 运算放大器电路
-第54讲 一阶电路的应用之能量: 整流与斩波(applications of first-order circuits (energy: rectifying and chopping))
--第九周 第54讲 一阶电路的应用之能量: 整流与斩波
-A1 单位阶跃函数和单元阶跃响应(unit step function and unit step response)(不要求)
--A1 单位阶跃函数和单元阶跃响应(unit step function and unit step response)(1)
--A1 单位阶跃函数和单元阶跃响应(unit step function and unit step response)(2)
--A1 单位阶跃函数和单元阶跃响应(unit step function and unit step response)(3)
-第9周: A1 单位阶跃函数和单元阶跃响应
-A2 单位冲激函数(unit impulse function)(不要求)
--A2 单位冲激函数(unit impulse function)(1)
--A2 单位冲激函数(unit impulse function)(2)
--第九章 A2 单位冲激函数(不要求)
-A3 单位冲激响应(unit impulse response)(不要求)
--A3 单位冲激响应(unit impulse response)(1)
--A3 单位冲激响应(unit impulse response)(2)
--A3 单位冲激响应(unit impulse response)(3)
--A3 单位冲激响应(unit impulse response)(4)
-第9周: A3 单位冲激响应
-A4 卷积积分(convolution integral)(不要求)
--A4 卷积积分(convolution integral)(1)
--A4 卷积积分(convolution integral)(2)
--A4 卷积积分(convolution integral)(3)
--A4 卷积积分(convolution integral)(4)
--A4 卷积积分(convolution integral)(5)
-第9周: A4 卷积积分
-第九周作业(Exercise 9)
-第55讲 串联RLC二阶电路(serial RLC second-order circuits)
-第10周: 第55讲 串联RLC二阶电路
-第56讲 并联RLC二阶电路(parallel RLC second-order circuits)
--第十章 第56讲 并联RLC二阶电路
-第57讲 二阶电路直觉解法(intuitive method for second-order circuits)
--第十周 第57讲 二阶电路直觉解法
-第58讲 二阶电路的应用(applications of second-order circuits)
--第十周 第58讲 二阶电路的应用
-第十周作业(Exercise 10)
-第59讲 正弦波(sine wave)
--第十一周 第59讲 正弦波(sine wave)
-第60讲 电力系统(power system)
--第十一周 第60讲 电力系统(power system)
-第61讲 相量(phasor)
-第11周: 第61讲 相量(phasor)
-第62讲 KCL和KVL的相量形式(phasor form of KCL and KVL)
--第十一周 第62讲 KCL和KVL的相量形式
-第63讲 RLC的相量关系(phasor relationship of RLC)
-第11周: 第63讲 RLC的相量关系
-第64讲 正弦稳态电路相量法(phasor method for sinusoidal steady state circuits)
--第十一周 第64讲 正弦稳态电路相量法
-仿真5(Simulation 5)
--仿真5
-第65讲 瞬时功率(instantaneous power)
-第11周: 第65讲 瞬时功率(instantaneous power)
-第66讲 平均功率(average power)
--第十一周 第66讲 平均功率(average power)
-第67讲 无功功率和视在功率(reactive power and apparent power)
-第11周: 第67讲 无功功率和视在功率
-第68讲 复功率(complex power)
--第68讲 复功率
--第十一周 第68讲 复功率(complex power)
-第十一周作业(Exercise 11)
-第69讲 频率特性(frequency characteristics)
-第12周: 第69讲 频率特性
-仿真6(Simulation 6)
--仿真6
-第70讲 滤波器(filter)
--第十二周 第70讲 滤波器(filter)
-第71讲 频率特性的应用——小信号放大器的低通特性(applications of frequency characteristics (low-pass characteristics of t
-第12周: 第71讲 频率特性的应用
-第72讲 谐振(resonance)
--第72讲 谐振
--第十二周 第72讲 谐振(resonance)
-第73讲 RLC谐振(RLC resonance)
--第十二周 第73讲 RLC谐振
-第74讲 串联RLC谐振的品质因数(quality factor of serial RLC resonance)
-第12周: 第74讲 串联RLC谐振的品质因数
-第75讲 LC谐振(LC resonance)
--第十二周 第75讲 LC谐振(LC resonance)
-第12周: 第75讲 LC谐振(LC resonance)
-第76讲 谐振的应用(applications of resonance)
--第十二周 第76讲 谐振的应用
-第12周: 第十二周作业(Exercise 12)
-第77讲 互感和互感电压(mutual inductance and mutual voltage)
-第13周: 第77讲 互感和互感电压
-第78讲 同名端(dot convention)
--第十三周 第78讲 同名端(dot convention)
-第79讲 互感的应用(能量和信号)(application of mutual inductance (power and signal))
-第80讲 互感的去耦等效(decoupling equivalence of mutual inductance)
--第十三周 第80讲 互感的去耦等效
-第81讲 空心变压器(air-core transformer)
--第十三周 第81讲 空心变压器
-第82讲 全耦合变压器(unity-coupled transformer)
--第十三周 第82讲 全耦合变压器
-第83讲 理想变压器(ideal transformer)
--第十三周 第83讲 理想变压器
-仿真7(Simulation 7)
--仿真7
-第十三周作业(Exercise 13)
-第84讲 三相电源(three phase source)
--第十四章 第84讲 三相电源
-第85讲 三相对称负载和三相对称电路(balanced three phase load and balanced three phase circuit)
--第十四章 第85讲 三相对称负载和三相对称电路
-第86讲 三相对称电路的分析(analysis of balanced three phase circuit)
--第十四章 第86讲 三相对称电路的分析
-第87讲 三相电路的功率(power in three phase circuits)
--第十四章 第87讲 三相电路的功率
-第88讲 周期信号的傅里叶级数(Fourier series for periodical signal)
-第14周:第88讲 周期信号的傅里叶级数
-第89讲 周期信号的有效值和平均功率(effective value and average power for periodical signal)
--第十四章 第89讲 周期信号的有效值和平均功率
-第90讲 周期激励下的电路稳态分析(steady state analysis of circuits with periodical excitations)
--第十四章 第90讲 周期激励下的电路稳态分析
-第十四周作业(Exercise 14)
-期末考试