电路设计基础-基本元件
电容元件
电容具有“通交流，隔直流”的特性，因此在电路中所起的主要作用是储能和滤波。
电容的伏安关系\(u=\frac{1}{C}\int{idt}\)，电容的阻抗\(|Z|=\frac{1}{2\pi{f}C}\).
由此可见，频率越高阻抗越低，电容能通高频信号，阻低频信号。
按照封装方式的不同，电容可以分为贴片电容和插件电容两类。
在贴片电容中，根据电气特性的不同，可分为陶瓷电容（MLCC）、铝电解电容和钽电容等。
陶瓷电容：高频段滤波特性良好、容值普遍低、无极性
铝电解电容和钽电容：中低频段滤波效果好、容值较高、区分正负极性
在滤波电路的设计中，往往将多个类型的电容器进行并联，以达到”1+1>2”的效果。
电感元件
电感是能够把电能转化为磁能并存储的元件，具有”通直流，隔交流“的特性，在电路中所起的主要作用是滤波、扼流、谐振和储能。
电感的伏安关系\(u=L\int{idt}\)，电感的阻抗\(|Z|=2{\pi}fL\).
二极管
运算放大器
运算放大器是一种用集成电路技术制作的多端器件，常用来完成加法、减法、积分、微分等运算，简称运放。如今的运放有多种型号，其内部结构也各不相同，从电路分析的角度出发，我们主要研究该器件的外部特性。
运放的符号及其输入输出特性曲线如下图所示。图中(a)标注的\(+U\)和\(-U\)分别接入直流电源的正负极，\(u_{+}\)和\(u_{-}\)为输入电压，\(u_o\)为输出电压。其中\(u_+\)称为同相输入端，\(u_-\)称为反相输入端，注意同向和反相的称呼仅用于区分两种性质的输入端，不代表电压的参考极性。
运放的输入-输出特性如图(c)所示。如果运放工作于图中的线性区，其斜率\(A=E_s/\epsilon\)，称为运放的开环增益，此时运放的输出
\[\begin{equation} u_o=Au_i=A(u_+-u_-) \end{equation}\]
运放可以用下图的电压控制电压源来模拟，\(R_i\)和\(R_o\)分别为运放的输入电阻和输出电阻。实际的运放，一般输入电阻\(R_i\)和开环增益\(A\)都很大，输入电阻可达\(10^{6}\sim10^{13}\Omega\)，开环增益可达\(10^5\sim10^8\)，而输出电阻\(R_o\)很小，一般为\(10\sim100\Omega\)，可见线性区的范围是非常小的。当运放受到干扰时，\(u_i\)很容易超出线性区范围而使运放进入饱和区，因此常采用负反馈的方式使运放稳定地工作在线性区。
- 负反馈：将一部分输出引到运放的反相输入端
- 正反馈：将一部分输出引到运放的同相输入端
在电路分析中常用理想运放的模型，即具有下列参数的运放：\(R_i \rightarrow \infty, R_o = 0, A \rightarrow \infty\)
根据上式可得出理想运放的两个重要特性，即
- 虚短：由于\(A \rightarrow \infty\)而输出电压\(u_o\)为有限值，所以\(u_i=u_o/A=0\)，这意味着\(u_+=u_-\)，即反相输入端与同相输入端的对地电压相等，此时两个输入端之间可以看作短路。而在同相输入端接地的情况下，反相输入端与地同电位（简称为虚地）
- 虚断：由于\(R_i\rightarrow\infty\)，所以输入电流等于零。此时输入端可看作断路，简称虚断。
【例题1】下图所示为反相放大器，试求其输出电压\(u_o\)与输入电压\(u_s\)之间的关系。
【解答】由“虚断”概念可知，\(i_1=i_2\)；由“虚地”概念可知，\(u_i=0\). 因此有\[\frac{u_s}{R_s}=\frac{0-u_o}{R_f}\]
即\[\frac{u_o}{u_s}=-\frac{R_f}{R_s}\]
【评注】反相放大器具有使输入电压和输出电压成比例的功能，且两者之比仅与\(R_f/R_s\)有关，而与开环增益无关。当\(R_s=R_f\)时，\(u_o=-u_s\)，即输出电压与输入电压大小相等方向相反，此时的比例器称为反相器。
【例题2】下图所示为同相放大器，试求运放吸收的功率。
【解答】对运放各端口的电压、电流取一致参考方向，运放吸收的功率为\[p=u_1i_1+u_2i_2\]
由理想运放的“虚短”“虚断”概念可知，\(i_1=0\)，\(u_1=0\)，并且\[\frac{u_s}{R_1}=\frac{u_2}{R_1+R_f}\]
因此运放的输出电压为\[u_2=(1+\frac{R_f}{R_1})u_s\]
运放的输出端电流为\[i_2=\frac{u_s-u_2}{R_f}=-\frac{1}{R_1}u_s\]
于是运放吸收的功率为\[p=u_2i_2=(1+\frac{R_f}{R_1})u_s\times(-\frac{1}{R_1}u_s)=-\frac{R_1+R_f}{R_1^2}u_s^2\]
式中的负号表明运放向外输出功率。可见，运放是一种有源元件。
【例题3】下图所示为电压跟随器，试求其输出电压\(u_o\)与输入电压\(u_1\)之间的关系。
【解答】由“虚短”的概念，可得\[u_1=u_i=u_o\]
即输出电压与输入电压完全相同。
【评注】由于运放的输入电流为零，电压跟随器接入两电路之间，可起隔离作用。下图(a)所示为由电阻\(R_1\)和电阻\(R_2\)构成的分压电路，如果将负载\(R_L\)接到此分压器，则\(R_L\)的接入形成与\(R_2\)的并联，进而引起\(u_2\)的改变。但是，若通过电压跟随器将负载\(R_L\)接入电路，如下图(b)所示，则\(R_L\)的接入不会改变分压电路的特性，即不会影响\(u_2\)的大小。
* 运算放大器部分内容，摘自陈洪亮、张峰等著《电路基础（第2版）》的第1.4.5章节