5·25

进阶(推导与课本补充,折叠)

Reference
为什么有源子电路也有 Thévenin 等效(5.2-12 到 5.2-17)

贴胶带后电路只有电阻和 independent source(包括被贴胶带的 vcv_c 和 test source ii),可以叠加:v=a1vs+a2vc+a3iv = a_1 v_s + a_2 v_c + a_3 i。

  • 控制量在外面(vc=μvxv_c = \mu v_x,vxv_x 在别处):v=(a1vs+μa2vx)+a3iv = (a_1 v_s + \mu a_2 v_x) + a_3 i,开路电压里多一项 dependent source μa2vx\mu a_2 v_x,等效电路里要画一个 dependent source。
  • 控制量在里面:vx=b1vs+b2vc+b3iv_x = b_1 v_s + b_2 v_c + b_3 i,撕胶带 vc=μvxv_c = \mu v_x 解出 vcv_c(要求 μb2≠1\mu b_2 \ne 1,否则奇异),代回得 v=voc+Reqiv = v_{oc} + R_{eq} i,dependent source 消失,但它的参数同时影响 vocv_{oc} 和 ReqR_{eq}。

课本特意说明:很多书说"控制量在外面就不能求 Thévenin",这是错的。

课本例 5.3:叠加法 + dependent source

结论:v=2(2−β)5−β isv = \frac{2(2-\beta)}{5-\beta}\, i_s。β=2\beta = 2:v=0v = 0(不管 isi_s);β=3\beta = 3、is=2i_s = 2 A:v=2(−1)/2×2=−2v = 2(-1)/2 \times 2 = -2 V;β=5\beta = 5:(5−β)ic=3βis(5-\beta) i_c = 3\beta i_s 变成 0=15is0 = 15 i_s,is≠0i_s \ne 0 时无解。要点:每个部分响应都要同时求控制量 ixi_x 的部分值,撕胶带用总值 ix=ix1+ix2i_x = i_{x1} + i_{x2}。

课本例 5.5、5.6:控制量在外面;负 R_eq 的最大功率

例 5.5:子电路里的 CCVS 由外面 4 Ω 的电流 ixi_x 控制,Norton 等效里留下 dependent current source vc/6v_c/6(与 2/3 A 并联),最后撕胶带 vc=58ixv_c = 58 i_x 得 ix=1i_x = 1 A。

例 5.6(test source 法):β=0.5\beta = 0.5 时 v=24+12iv = 24 + 12 i,Req=12 ΩR_{eq} = 12\ \Omega,取 R=12 ΩR = 12\ \Omega 得最大功率。β=1.5\beta = 1.5 时 v=−8−4iv = -8 - 4i,Req=−4 ΩR_{eq} = -4\ \Omega:不能取 R=−4R = -4;直接写 PR=64R(R−4)2P_R = \frac{64R}{(R-4)^2},R→4 ΩR \to 4\ \Omega 时 → ∞(实际会饱和)。

动态模型的微分方程怎么解(5.5-12 到 5.5-22)

dvodt=−avo\frac{dv_o}{dt} = -a v_o 两边除以 vov_o:ddtln⁡vo=−a\frac{d}{dt}\ln v_o = -a,积分:ln⁡vo(t)−ln⁡vo(0)=−at\ln v_o(t) - \ln v_o(0) = -at,取指数:vo(t)=vo(0)e−atv_o(t) = v_o(0) e^{-at}。第二部分(暂态)会系统地讲这类方程。

四种 dependent source 增益 → ∞ 都变成 nullor(5.6)

假设受控量保持有限:VCVS vx=vo/μ→0v_x = v_o/\mu \to 0,VCCS vx=io/gm→0v_x = i_o/g_m \to 0,CCVS ix=vo/rm→0i_x = v_o/r_m \to 0,CCCS ix=io/β→0i_x = i_o/\beta \to 0。电压控制型的输入本来就开路(i=0i = 0),现在 v→0v \to 0;电流控制型的输入本来就短路(v=0v = 0),现在 i→0i \to 0:输入都变成零子。输出 =∞×0= \infty \times 0,不确定,就是任意子。所以节点法里把 op amp 当 VCVS(省一个方程),网孔法里当 CCCS。

r_d = V_T/I_D 和 r_π = (β+1) r_e 从哪来

1rd=diDdvD∣Q=IsVTeVD/VT≈IDVT\frac{1}{r_d} = \frac{d i_D}{d v_D}\Big|_Q = \frac{I_s}{V_T} e^{V_D/V_T} \approx \frac{I_D}{V_T}(导通时 eVD/VT≫1e^{V_D/V_T} \gg 1)。

共射模型里 B–E 之间:基极电流 ibi_b 流进,rer_e 上的电流是 ib+βib=(β+1)ibi_b + \beta i_b = (\beta+1) i_b,所以 vbe=(β+1)re ibv_{be} = (\beta+1) r_e\, i_b,从 B 看进去 rπ=(β+1)rer_\pi = (\beta+1) r_e。

课本例 5.4 的数字是怎么核对的

独立用节点法:中间节点 vMv_M、右边节点 vv,KCL 两个方程,分别代 i=0i = 0 和 i=1i = 1 A 求 vv,差值就是 ReqR_{eq}。四个 β\beta 全部与公式 Req=4−2βR_{eq} = 4 - 2\beta、voc=2(1−β)isv_{oc} = 2(1-\beta)i_s 一致。

5.8 SPICE:dependent source 用 E(VCVS)、F(CCCS)、G(VCCS)、H(CCVS)卡片,op amp 可以用增益很大的 E 元件或 nullor 式的子电路代替,diode 有 D 模型。