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计 算 机 电 路 基 础

计 算 机 电 路 基 础. 执教者：谢婷. 课程内容. 介绍电路的入门知识和电路的基本定律和定理，讨论电路的各种分析方法。. 电路理论. （第一章）. 数字电子电路. 数字电子电路主要讨论数字信号的产生、变换、控制、运算等数字电子器件的组成、原理及其. 逻辑功能，介绍数字电路的基本理论、基本知识和基本分析方法。（第二章至第七章）. 学习方法的建议. 如中学物理中有关电场直流电的一些知识. 注意知识的衔接. ? 通过提问题的方式帮助你把前一段内容做一下回顾和小结，以便你准确地把握教材内容. 用好教材. 可以巩固概念、启发思考、熟练技能，也可以暴露学习中的问题.

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计 算 机 电 路 基 础

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Presentation Transcript

  1. 计 算 机 电 路 基 础 执教者：谢婷

  2. 课程内容 介绍电路的入门知识和电路的基本定律和定理，讨论电路的各种分析方法。 电路理论 （第一章） 数字电子电路 数字电子电路主要讨论数字信号的产生、变换、控制、运算等数字电子器件的组成、原理及其 逻辑功能，介绍数字电路的基本理论、基本知识和基本分析方法。（第二章至第七章）

  3. 学习方法的建议 如中学物理中有关电场直流电的一些知识 注意知识的衔接 ? 通过提问题的方式帮助你把前一段内容做一下回顾和小结，以便你准确地把握教材内容 用好教材 可以巩固概念、启发思考、熟练技能，也可以暴露学习中的问题 重视练习题 参照每章的学习目标，有重点地阅读教材 抓住重点

  4. 什么是“掌握”、“熟悉、和“了解”？ 对基本理论、分析方法、电路功能，： 较透彻理解、熟练应用 掌握 正确理解和记忆 熟悉 了解 定性知道一些概念

  5. 本章内容： • 概念：回路、支路、节点、参考方向、参考极性、关联参考方向 • 伏安关系:电阻、电容、电感 • 计算方法：分压、分流公式；串、并联等效 ；KVL、KCL；戴维南定理，叠加定理； • 过程：简单RC电路的过渡过程

  6. 概念 • 电路：由若干个电路元件按一定的方式相互连接而成的联接体。 • 电路分析（唯一性）：是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。 • 电路设计（多样性）：是在设定输入信号或功率（能量）的条件下，欲在输出端中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。

  7. 概念 支路：每一个二端 元件构成一条支路。 或者流过同一个电流 的几 个“串联”元件的 组合称为支路。 节点：电路中元件 支路的连接点。 回路：电路中由若 干条支路组成的 闭合路径。 6条支路 4个节点 5个回路

  8. 电路中的物理量 • 电流：（矢量） • 定义：在单位时间内通过导体截面的电通量或电荷量。 • 大小：电流的强度，简称电流 • 单位：安培（A ）。 • 参考方向：对任意假定的电流方向。 • 真实方向：i= 2A i=-2A

  9. 电路中的物理量 • 电压／电压差／电压降：（矢量） • 定义：在电路中，单位正电荷经任意路径由Ａ点运动到Ｂ点电场力做的功。 • 单位：伏特（Ｖ）。 • 参考极性：电路中对A、B两点任意标定的电压极性称为电压的参考极性。 • 真实极性：U=2V, U=-2V • 电位：如果把电路中的某点，例如B点选作为参考点，则A点对于B点电压，又叫做A点的电位，用UA表示。 0电位 Uab=Ua-Ub

  10. 例子:，试分别指出图中各电压的真实极性(方框泛指电路中的一般元件)。例子:，试分别指出图中各电压的真实极性(方框泛指电路中的一般元件)。 解 各电压真实极性为： （A)a点为电压的高端，即ua>ub；所标参考极性与真实极性一致。 （B)a点为电压的低端，即ua<ub；所标参考极性与真实极性相反。 （C)不能确定，因为图中没有给出参考极性。

  11. 关联参考方向与非关联参考方向 • 关联参考方向：当电路中某元件上的电压的参考极性与电流的参考方向相一致。 • 非关联参考方向：当电路中某元件上的电压的参考极性与电流的参考方向相反。 关联参考方向：(a)、(c) 非关联参考方向：(b)、(d)

  12. 概念 • 功率p：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。 • 吸收的产生功率： • 由于u，i取关联参考方向，元件上吸收的功率被定义为：p=u·i • 由于u，i取非关联参考方向，元件上吸收的功率被定义为：这p=-u·i

  13. 电路某元件上的电流、电压取非关联参考方向，且已知：I=-20mA,U=-3.5V,则该元件上吸收的功率P=（ ） • 解：P=-I*U=-(-20)*(-3.5)=-70mW • 该元件实际是吸收-70mW(产生70mW)

  14. 功率平衡原理：在一个电路中，一些元件上产生的功率一 定消耗在该电路的其他一些元件上。 • 对于电池元件，由于u，i取非 关联参考方向，其吸收的功率 p=-u*i=-（3*1）=-3W（产生） • 电阻元件，由于u’，i联关联参 考方向，其吸收的功率为：p=u*i=3*1=3W（吸收） 能量Ｗ： 定义：功率与时间的乘积 单位：焦耳（Ｊ）

  15. 电路基本元件 • 电阻Ｒ • 电导Ｇ:G=1/R 电导单位：西门子S • 伏安关系： u＝Ｒ× i (关联) i=G × u (关联) • R=0 短路 R趋于无穷 开路 p=u ×i >0 吸收能量,消耗功率

  16. 电容元件 • 电容C: (F) • 是电容元件（电容器）的简称，以储存电荷为其特征，具有储存电场能量的功能。单位:法拉(F) • 电容器主要用于交流电路及脉冲电路中，在直流电路中电容器一般起隔断直流电流的作用。（通交流隔直流） • 电容两端电压不能突变

  17. 电感元件 • 电感Ｌ：(H) • 是实际电感器的理想化模型，它具有储存磁场能量的功电能。 • 单位：亨利（Ｈ） • 电感上的电流不会突变。 

  18. 电压源/恒压源Us 电压Us为恒定值 电流由Us和外电路共同决定

  19. 电流源/恒流源Is • 电流Is为恒定值 • 电压由Is和外电路共同决定

  20. 受控源 • 控制支路 • 受控支路 • (1)、电压控制电压源（VCVS）：U2=μU1 （2）、电流控制电压源（CCVS）：U2=ｒI1 （3）、电压控制电流源（VCCS）：I2=ｇU1 （4）、电流控制电流源（CCCS）：I2=ａI1

  21. 基尔霍夫定律 • 基尔霍夫定律仅与电路结构有关，而与具体电路元件本身具有何种伏安关系无关。 • 基尔霍夫电流定律KCL • 基尔霍夫电压定律KVL

  22. 基尔霍夫电流定律KCL • 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，即：∑I=0 • ∑I流入=∑I流出 • i1+i2+i3-i4-i5=0 • i1+i2+i3=i4+i5

  23. 基尔霍夫电压定律KVL • 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。即：∑U=0 • ∑ U升= ∑ U降 • U1=3V,U2=-4V,U3=-2V求Ux和Uy(方框代表元件) • -U1+U2+Ux=0 • U2+Ux+U3+Uy=0

  24. 二端网络：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。二端网络：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。 • 两个二端口网络的端点的伏安关系完全相同,则对外电路的作用是相同的。 • 串联：同一电路中，某些元件上流过电流相同 Ｒ＝Ｒ1+R2+R3+… • 并联：同一电路中，某些元件（二端元件）两端加相同电压。1/R=1/R1+1/R2+1/R3+ … R=(R1*R2)/(R1+R2) • 分压：（串联）U支=U总×R支/R总 • 分流：（关联）I支=I总×G支/G总 • （R1//R2）i1=R2 × I总/(R1+R2)

  25. 例Us=12V,R1=5.1KΩ,R2=680Ω,求U1,U2is=-500mA,R1=5.1K Ω,R2=310 Ω,求i1,i2 • U1=(R1*Us)/(R1+R2)=10.59V U2=(R2*Us)/(R1+R2)=1.41V • i1=(R2*is)/(R1+R2)=-28.65mA i2=(R1*is)/(R1+R2)=-471.35mA

  26. 例1:如图示:求I1,I2,I3,U1,U2,U3 • a:I1+2A=1A • c: I2+2A=3A • b:I3+I1=I2 • abca:U1+4V-5V=0 • cboc:U2-3V-4V=0 • aboa:-U3+5V+3V=0

  27. 例2:如图示 ,求Ua,Ub,Uco • Uab=(Uac*Rab)/Rac=50V • Ubo=(Uac*Rbo)/Rac=10V • Uoc=(Uac*Roc)/Rac=30V • Uo=0 • Uc=Uco=-Uoc=-30V • Ub=Ubo=10V • Ua=Uao=Uab+Ubo=60V

  28. 戴维南定理 • 戴维南定理：一个由电压源、电流源（不包括受控源）及电阻构成的二端网络，可以用一个电压源U0C和一个电阻R0的串联等效电路来等效。UOC等于该二端网络开路时的开路电压；R0称为戴维南等效电阻，其值是从二端网络的端口看进去，该网络中所有电压源及电流源为零值时的等效电阻。 • 注意：当电压源为零值时，将其等效为短路；当电流源为零值时，将其等效为开路。

  29. 例1: 用戴维南定理求电流I3

  30. 例2: 用戴维南定理求图中电压 U

  31. 叠加原理 • 叠加原理 ：当电路由电阻、电压源及电流源组成时，电路中任何一个支路的电压（或电流）是电路中各个电源单独作用时，在该支路上产生的电压（或电流）之和。

  32. 例1: 用叠加原理求图中U • U’=3*6/(10+4+3+6)=0.78V • I=-2*10(10+4+3+6)=-5.22V • U”=6*I=-5.22V • U=U’+U”=-4.4V

  33. 简单RC电路的过度过程 • K（b）：UC=0。 • K（b拨向a）C“充电”，UC增加（按e指数 • 规律），——过渡过程（暂态）； • UC=US，IC=0，该过渡过程结束，稳态 • K（a拨回b），C放电，UC减小， • ——过渡过程（暂态） • IC =0、UC=0，该过渡过程结束，稳态 • 电路中过渡过程产生的原因：当电路的结构或参数发生变化时，引起电路中的储能元件（电容C）处于累积或释放电场能量的状态。 • 当简单RC电路处于过渡过程时，其电容电压UC（t）的表达式Uc(t)=Uc(∞)+[Uc(∞)-Uc(0)]e-t/(RC) 常数:τ=RC

  34. 充电过程

  35. 放电过程

  36. 本章小结 • 概念：回路、支路、节点、参考方向、参考极性、关联参考方向 • 伏安关系:电阻、电容、电感 • 计算方法：分压、分流公式；串、并联等效 ；KVL、KCL；戴维南定理，叠加定理； • 过程：简单RC电路的过渡过程

  37. 作业 • P36 1、4、6、7、10、11、12 • 典型例题： • P17 1.4.2 • P23 1.5.3 • P27 1.5.8 • P28 1.5.10

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