《计算机电路基础》电子教案

第一部分 电路基础 第一章 直流电路

教学目标:

1. 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 2. 掌握电阻,电容,电感的伏安关系式 3. 掌握电压源,电流源的伏安关系式 4. 掌握列写KCL,KVL的方法

5. 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 6. 熟悉戴维南定理及叠加定理 7. 熟悉简单RC电路的过渡过程 8. 了解受控源的四种形式 教学重点、难点:

1. 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 2. 掌握电阻,电容,电感的伏安关系式 3. 掌握电压源,电流源的伏安关系式 4. 掌握列写KCL,KVL的方法 5. 掌握列写KCL,KVL的方法 6. 熟悉戴维南定理及叠加定理 教学内容:

一、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。 二、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。

三、电路的基本元件 1. 电阻元件 2. 电容元件

3. 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 4. 电压源:实际电源的一种抽象 5. 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

6. 受控源:一种四端元件,由控制支路和受控支路两部分组成 四、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。

1. 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。

2. 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。 对于基尔霍夫定律的应用还应注意以下问题:

(1) 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。

(2) 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。

(3) 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。

五、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。 六、简单RC电路的过渡过程 本章小结:

一、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 二、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。

三、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

四、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 五、对简单电路的分析方法 1. 等效变换的方法

(1) 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 (2) 实际电压源与实际电流源等效变换的关系为Rs=R’s,Us=IsRs

(3) 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

(4) 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

(5) 电压源Us在串联电阻R1,﹒﹒﹒,Ri,﹒﹒﹒,Rn中Ri上的分压Ui为Us╳Ri/(R1+

﹒﹒﹒Rn)

2. 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

3. 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) 六、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。

第2部分 模拟电子技术基础

第三章半导体器件

教学目标:

1. 了解PN结的单向导电原理 2. 熟悉二极管的伏安特性

3. 了解开关二极管,整流二极管,稳压二极管的基本用途

4. 掌握三极管输出特性曲线中的截止区,放大区和饱和区等概念 5. 熟悉熟悉对三极管开关电路工作状态的分析方法

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