《 计算机电路基础（ 1 ） 》 电子教案

1. 《计算机电路基础（1）》电子教案 • 第一章 电路分析的基础知识 • 第二章 半导体的基本器件 • 第三章 开关理论基础 • 第四章 门电路 • 第五章 组合逻辑电路 • 第六章 时序逻辑电路 • 第七章 存储器和可编程逻辑器件 • 第八章 数字系统基础

2. 第一章电路分析的基础知识

3. 教学目标： 掌握电流的参考方向，电压的参考极性；关联参考方向等概念 掌握电阻，电容，电感的伏安关系式 掌握电压源，电流源的伏安关系式 掌握列写KCL，KVL的方法 掌握用等效变换，串，并联和分压，分流公式计算简单直流电路的方法 熟悉戴维南定理及叠加定理 熟悉简单RC电路的过渡过程 了解受控源的四种形式

4. 教学重点、难点： 掌握电流的参考方向，电压的参考极性；关联参考方向等概念 掌握电阻，电容，电感的伏安关系式 掌握电压源，电流源的伏安关系式 掌握列写KCL，KVL的方法 掌握列写KCL，KVL的方法 熟悉戴维南定理及叠加定理

5. 教学内容： 电路的组成及电路分析的概念 1．电路：是由若干电路元件按一定的方式相互连接而成的联结体，其主要作用是产生或处理信号及功率。电路中一般所涉及的元件有：电压源、电流源、受控源、电阻、电感和电容等。 2．电路分析：在已知电路结构及参数的条件下，求解电路中待求电量的过程。 3．电路设计：在设定输入信号或功率（能量）的条件下，欲在输出端口产生给定的信号或功率（能量），而求解电路应有的结构及参数的过程。对于一个实际电路，电路分析的结果具有唯一性，而电路设计的答案一般具有多样性。

6. 电路中的主要物理量及参考方向 1．电流：电路中一个具有大小和方向的基本物理量，其定义为在单位时间内通过导体截面的电通量或电荷量。电流的大小即电流的强度，简称电流，其单位为安培（A） 在物理学中，规定电流的方向是正电荷运动的方向，即电流的真实方向。 对任意假定的电流方向称为电流的参考方向。 2．电压：电路中一个具有大小和方向（极性）的重要物理量。电压又叫做电压差或电压降，与电路中两点有关。与电流的表示方式相似，用大写字母U表示恒定的电压（直流电压），用小写字母u表示电压的瞬时值。 电压大小规定：在电路中，单位正电荷经任意路径由节点A运动到节点B电场力所做的功。电压的单位为（V），做功的单位为焦耳（J）。电压的方向称为电压极性，其定义为：如果该电场力做功的数值为正，则A，B两节点之间电压为正，在电路中，可以把任意一个节点选定为参考节点。 3．功率定义为单位时间内，电路元件上能量的变化量，是具有大小及正负值的物理量。单位为瓦特（W） 在一个电路中，电源所产生的功率一定消耗在该电路的其他一些元件上，这就是电路中的功率平衡原理。

7. 电路的基本元件 电阻元件 电容元件 电感元件：实际电感器的理想化模型，它具有储存磁场能量的功能 电压源：实际电源的一种抽象 电流源：实际电源的一种抽象 实际的电压源是由理想电压源与一个内阻串联构成的 实际的电流源是由理想电流源与一个内阻并联构成的 受控源：一种四端元件，由控制支路和受控支路两部分组成

8. 基尔霍夫定律 将元件的伏安关系用于电路分析，是电路分析方法中的一个着重点。在另一方面，电路元件只有通过某种连接方式相互连接时，才能组成一个完整的电路，基尔霍夫定律正是涉及这方面的内容。基尔霍夫定律仅与电路结构（即组成电路的节点数，支路数及各支路的关系）有关，而与具体电路元件本身具有何种伏安关系无关 电路分析方法的根本依据就在于：将元件的伏安关系与基尔霍夫定律这两方面的约束巧妙地结合起来，形成对各种复杂电路的一般分析方法。

9. KCL指出：在电路中的任何一个节点，在任何时刻，流入（或流出）该节点的电流代数和为零。KCL指出：在电路中的任何一个节点，在任何时刻，流入（或流出）该节点的电流代数和为零。 KVL指出：在电路中的任何一个回路，在任何时刻，沿该回路绕行一周，该回路上所有支路的电压降的代数和为零 KCL和KVL均只与电路结构有关，而与元件的伏安关系无关。

10. 对于基尔霍夫定律的应用还应注意以下问题： 对于一个由n个节点组成的实际电路，电路分析理论指出：对于n个节点列写KCL方程，其中只有一个由n-1个方程是独立的。 对由n个节点，b条支路组成的实际电路，电路理论指出，由KVL对电路中的所有回路可以列出b-(n-1)个独立的方程式。 基尔霍夫定律仅是电磁场理论中麦克斯韦方程的近似，如同经典力学中的牛顿定律乃是相对论力学定律的近似。在某些条件下，例如对微波电路中的空腔谐振器，就不能很好地应用基尔霍夫定律。

11. 简单电阻电路的分析方法 将电路元件的伏安关系与基乐霍夫定律相结合，就形成各种对电路分析的方法。 1．二端网络的等效概念 当电路中的某个部分，由一个或多个元件组成，但只有两个端点（钮）与电路中的其他电路部分（外电路）相连接时，则称该电路部分为一个二端网络 2．简单电阻电路的等效变换计算方法 3．戴维南定理指出：一个由电压源、电流源（本节仅包括受控源的情形）及电阻构成的二端网络，可以用一个电压源和一个电阻的串联等效电路来等效 4．叠加定理：当电路由电阻、多个电压源或电流源组成时，任何一个支路上的电压或电流是各电源单独作用时，在该支路上产生的电压或电流之和。

12. 简单RC电路的过渡过程

13. 本章小结： 电路是由电路元件按一定的连接方式组成的 元件的伏安关系（VAR）所约束的；基尔霍夫定律（KCL、KVL）是由电路结构所约束的。电路分析方法的实质是：将描述电路中具体元件特性的VAR和描述电路结构的KCL、KVL紧密地相结合，并形成各种具体的电路分析方法

14. 电路中的主要物理量有电压、电流及功率等 电压及电流都是具有大小及方向的物理量，其参考方向的假设是进行电路分析的必要条件，但假设的任意性并不影响计算结果的正确性。

15. 电路中的基本元件电阻R、电感L和电容C的伏安关系为uR=U·iR，uL=L·(diL/dt)和ic=C·(duc/dt)电路中的基本元件电阻R、电感L和电容C的伏安关系为uR=U·iR，uL=L·(diL/dt)和ic=C·(duc/dt) 电容上的电压及电感上的电流一般不会发生突变，在直流电路中，电容相当于开路，电感相当于短路

16. 基尔霍夫定律 KVL(∑U=0)和KCL(∑i=0) 应注意在列写方程时有两套正负符号的应用

17. 对简单电路的分析方法 等效变换的方法 两个二端网络等效是指它们对于外电路进行分析时的作用是相同的 实际电压源与实际电流源等效变换的关系为Rs=R’s，Us=IsRs 数个电流源并联电路，按KCL可简化为一个等效的电流源。数个电压源串联电路，按KVL可简化为一个等效的电压源 n个电阻串联，等效电阻为R=R1+R2+R3+···+Rn；n个电阻并联，等效电阻为R=R1//R2//R3//﹒﹒﹒//Rn 电压源Us在串联电阻R1，﹒﹒﹒，Ri,﹒﹒﹒,Rn中Ri上的分压Ui为Us╳Ri/(R1+﹒﹒﹒Rn)

18. 戴维南定理，一个由线性元件构成的二端网络可以等效为一个由电压源Uoc和内阻Ro串联的等效电路。求Uoc的方法是：将二端网络对负载电路（外电路）开路，其所求出的开路电压值即为Uoc。求Ro时，应该将二端网络中的独立电压源等效为短路、独立电流源等效为开路戴维南定理，一个由线性元件构成的二端网络可以等效为一个由电压源Uoc和内阻Ro串联的等效电路。求Uoc的方法是：将二端网络对负载电路（外电路）开路，其所求出的开路电压值即为Uoc。求Ro时，应该将二端网络中的独立电压源等效为短路、独立电流源等效为开路

19. 叠加定理：一个由线性元件构成的电路中含有多个独立电源时，在求解某个支路电压、电流的过程中，可以让这些电源分别单独作用，再将每次作用的结果叠加。当电路中某些电压源（或电流源）不作用时，应将其等效为短路（或开路）叠加定理：一个由线性元件构成的电路中含有多个独立电源时，在求解某个支路电压、电流的过程中，可以让这些电源分别单独作用，再将每次作用的结果叠加。当电路中某些电压源（或电流源）不作用时，应将其等效为短路（或开路）

20. 简单RC电路过渡过程 当RC电路中的电容C上储存的电场能量开始累积或释放时，电容处于充、放电状态，因而电路也处于过渡过程（暂态）。电容C上的电压不能突变，而是按指数规律变化的。