【精品】PPT课件 计算机电路基础(1)

替代定理
总结词
通过用一个电压源或电流源替代某支路，从而简化电 路分析的方法。
详细描述
替代定理是电路分析中的一种重要方法，它可以通过用 一个电压源或电流源替代某支路，从而简化电路的分析 过程。该方法适用于具有多个支路的复杂电路，能够有 效地减少计算量。
05
电路的暂态分析
一阶电路的响应
01
02
03
详细描述
节点电压法是以节点电压为未知量，根据基尔霍夫定律 列出电路的方程组，然后求解未知量的方法。该方法适 用于具有多个节点的复杂电路。
叠加定理
总结词
将复杂电路分解为若干个简单电路，分别计算各简单 电路的响应，然后将各响应叠加得到复杂电路的总响 应。
详细描述
叠加定理是线性电路的基本性质之一，它可以将一个 复杂电路分解为若干个线性独立的部分，然后分别计 算各部分的响应（电压或电流），最后将这些响应叠 加起来得到整个电路的总响应。
03
元件与电路模型
电阻器
总结词
电阻器是用于限制电流的元件，其阻值由导体材料、长度和横截面积决定。
详细描述
电阻器是电子电路中最常用的元件之一，主要用于限制电流和调节电压。其阻值范围广泛，可根据不同需求选择。 电阻器的阻值由导体材料、长度和横截面积决定，不同材料、长度和横截面积的导体具有不同的电阻值。
响应分类
二阶电路的响应也可以分为零状态响应、零输入 响应和全响应。
自然频率和阻尼比
二阶电路的自然频率和阻尼比决定了电路的振荡 和衰减特性。
冲激响应
定义
冲激响应是指在电路中加 入一个冲激函数（单位阶 跃函数）作为输入信号时， 电路的输出响应。
特性
冲激响应具有瞬时性和无 持续性，它反映了电路对 冲激函数的瞬态响应。

二、电流源 1、理想电流源（简称电流源）的端电流不变，而端 电压要随负载的不同而不同。 两个特点： （1）输出电流为恒定值（直流电流源）或固定的时 间函数（交流电流源），与所接外电路无关； （2）电流源的端电压随外电路的不同而变化。
I Is
0
U
理想电压源
2、实际的电流源
输出电流则要随端电压的变化而变化。（因为实际电流源存在 内阻）。 ' R 实际电流源可以用一个理想电流源IS和内阻 i 相并联的模型 来表示，如图1-13（a）所示，图（b）是它的电压电流关系。 由图可以看出，实际电流源的输出电流I 为：
三、电流的参考方向 在分析电路时往往不能事先确定电流的实际方向，而且 时变电流的实际方向又随时间不断变化。因此在电路中很难 标明电流的实际方向。为此，我们引入电流的“参考方向” 这一概念。 参考方向的选择具有任意性。在电路中通常用实线箭头 或双字母下标表示，实线 箭头可以画在线外，也可以画在线 上。为了区别，电流的实际方向通常用虚线箭头表示，如图 1.3所示。 规定：若电流的实际方向与所选的参考方向一致，则 电流为正值，即i＞0；若电流的实际方向与所选的参考方向相 反，则电流为负值，即i＜0。如图1.3所示。这样以来，电流 就成为一个具有正负的代数量。
U I IS Ri
（1-10）
1.3.3 受控源 一、受控源的特点 输出电压或电流受电路其他部分电压或电流的控 制，因此称为“受控源”。受控源又称为非独立源， 也是有源器件。
例如，在电子电路中，晶体三极管的集电极电流 受基极电流的控制，场效应管的漏极电流受栅极电压 的控制；运算放大器的输出电压受到输入电压的控制； 发电机的输出电压受其励磁线圈的电流的控制等。这 类电路器件的工作性能可用受控源元件来描述。

由以上计算可以看出，当以a点为参考点时，Vb=-4V；当以c点为参考 点时，Vb=6V；但b点和c点之间的电压Ubc始终是6V。这说明电路中各点 的电位值与参考点的选择有关，而任意两点间的电压与参考点的选择无
关。
14
2.电动势及其参考方向
电源内部必须有一种力，能持续不断地把正电荷 从电源的负极b(低电位处)移送到正极a(高电位处)，以 保证电源两极间具有一恒定的电位差。电源内部的这 种非电场力，叫做电源力
整个电路的功率为
P P1 P2 P3 P4 16 8 14 10 0W
或 P发 =P收
P1 P2 P3 P4
故，功率平衡。
21
1.2.4 电器设备的额定值
电气设备长时间连续工作的温度叫稳定温度，稳
定温度正好等于最高允许温度时的电流称为该电气设 备的额定电流，也就是电气设备长时间连续工作的最 大允许电流，用符号IN表示。
（2）以a点作为参考点，则Va=0 因为Uab=Va-Vb，所以 Vb=Va-Uab=0-4=-4(V) Vc=Va-Uac=0-10=-10(V) Ubc=Vb-Vc=-4-(-10)=6(V)
以c点作为参考点，则Vc=0 因为Uac=Va-Vc，所以 Va=Vc+Uac=0+10=10(V) Vb=Va-Uab=10-4=6(V) Ubc=Vb-Vc=6-0=6(V)
Uab=4V，试求：(1)Uac；并说明U1 、Uab、Uac
的实际方向。 (2)分别以a点和c点作为参考点
-
R1 b R2 c
U1
+
时，b点的电位和bc两点之间的电压Ubc。
【解】(1)Uac=-U1=-(-10)=10(V) ，Uab 、Uac电压是正的，说明 实际方向与参考方向一致。U1电压是负的，说明实际方向 与参考方向相反。

简单RC电路
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。
9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。21.1.12 1.1.1Friday, January 01, 2021 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。19:14:1419:14:1419:141/1/2021 7:14:14 PM 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。21.1.119:14:1419:14Jan-211-Jan-21 12、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。19:14:1419:14:1419:14Friday, January 01, 2021 13、志不立，天下无可成之事。21.1.121.1.119:14:1419:14:14January 1, 2021
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。
基尔霍夫定律
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 电流代数和为零。
KVL
在电路中的任何一个回路，任何 时刻，沿该回路绕行一周，该回 路上所有支路的电压关系无关。
教学内容：
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，主要作用是产生或处理信号 及功率。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。

任意假设的电流方向称为 电流的参考方向。
（ａ）电流实际方向 （ｂ）电流实际方向 （ｃ）电流实际方向
a→b b→a
不能确定
1.2 电路中的主要物理量
1.2.2 电压和电位 从a点到b点两点间的电压定义为单位正电荷由a点移 至b点电场力所做的功。 选择电路中某个点作为参考点，电路中其它各点到参考 点的电压称为相应点的电位，参考点的电位规定为零。
1.2.1 电流及其参考方向 电荷的定向移动形成电流，电流的大小用电流强度表示 （电流强度简称电流）。 电流(强度) 电流(强度)：单位时间内通过导体截面的电荷量。
∆q i= ∆t
大写 I 表示恒定的电流（直流电流） 小写 i 表示电流的一般符号
电流的方向用箭头表示。
正电荷在电场力作用下是从电势高处 向电势低处移动，所以 导体中电流的 方向是从电势高的一端流向电势低的 一端。
uba = −2V
uac = uab + ubc
关联参考方向
在电路分析中,常采用关联参考方向的标注方法 所谓关联参考方向,是对某一元件而言,电压的参 考极性与电流的参考方向相一致。
(a),（c) 关联 (b),(d) 非关联 （ 关联;
1.2 电路中的主要物理量
1.2.3 功率 功率定义为单位时间内电路元件吸收或产生的 能量 关联参考方向下元件吸收的功率 p = u i 非关联参考方向下元件吸收的功率 p = - u i 教材p7：国际单位制中u、i、p的单位以及辅助单 位，如µA ，mA，kV等。P36习题6，7。
1.4基尔霍夫定律 1.4基尔霍夫定律
基尔霍夫电流定律 Kirchhoff’ Current law 简称KCL 简称KCL 基尔霍夫电压定律 Kirchhoff’ Voltage law 简称KVL 简称KVL KVL：对于电路中的任何一个回路，在任何时刻， KVL：对于电路中的任何一个回路，在任何时刻， 沿着该回路的所有支路的电压降的代数和为 零，即

u
C 称为电容器的电容
–
– 电容 C 的单位：F (法) (Farad，法拉)
F= C/V = A•s/V = s/
常用F，nF，pF等表示。
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4、库伏特性：线性电容的q~u 特性是过原点的直线
q
Ou
C q tg u
5、电压、电流关系： u, i 取关联参考方向
动态 特性
i
i dq C du
dξ
若i ( )0
1
Li
2
(t
)
1 2(t) 0
2
2L
L是无源元件 也是无损元件
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5 、小结：
动态
(1) u的大小与 i 的变化率成正比，与 i 的大小无关；
(2)电感在直流电路中相当于短路； (3) 电感元件是一种记忆元件；
(4) 当 u，i 为关联方向时，u=L di / dt； u，i 为非关联方向时，u= – L di / dt 。
电路的基本元素是元件，电路元件是实际器件的理 想化物理模型，应有严格的定义。
电路中研究的全部为集总元件。
电路元件的端子数目可分为二端、三端、四端元件等。 最基本的几个元件： 电阻(元件) 电容(元件) 电感(元件) 电源(元件)
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感性认识电阻元件
实际电阻元件
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一. 电阻元件
若 I = 5A，则电流从 a 流向 b；
若 I = –5A，则电流从 b 流向 a 。 若 U = 5V，则电压的实际方向 从 a 指向 b；
aR 注意：
b 若 U= –5V，则电压的实际方向 从 b 指向 a 。
在参考方向选定后，电流 ( 或电压 ) 值才有正负

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功率和能量
一、功率（power) • 电场力在单位时间内所做的功（瓦特Watt），等于1焦耳／秒。
•
式
中
，
p
(
t
)
为p元(件t )吸收
dw
的功
率，ddww为•元d件Q在dt
时u i间
内
所
吸
收
的
能
量
。
dt dQ dt
• P表示不随时间变化的功率（如直流电路功率）
• p表示表示随时间变化的功率。
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• 关联参考方向：元件上电流和电压的参考方向一致。p＝ui 非关联参考方向：电流和电压的参考方向不一致 。 P=-ui
• p＞0 吸收功率（消耗功率）为负载； p＜0 发出功率（产生功率）为电源。
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二、能量（energy） • The transfer of energy from one physical system to another,
（电场力将单位正电荷从电场中的a 点移到b点所做的功）称其为a、b两点 间 的 电 压 （ 伏 特 Vo l t ） 。
• 上式中，dQ为通过ab段电路的电荷量（库仑），dw为电荷在运动中获得
u dw 或失去的能量（焦耳Joule）。 dQ
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图1-2-2 关联参考方向
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路。
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电容的分类
• 按容量是否可调，分为可变电容器和固定电容器。
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固定电容的分类
根据介质的不同，分为陶瓷、云母、纸质、薄膜、电解电容几种。 • 陶瓷电容：体积小，自体电感小。 • 云母电容：性能优良，高稳定，高精密。 • 纸质电容：价格低，容量大。 • 薄膜电容：体积小，但损耗大，不稳定。 • 电解电容：以金属极板上一层氧化膜为介质，金属极片作为正极，固体或非固体的电

由高等数学可知，任意有限可积函数均可表示 为傅立叶级数。
f
x ~
a0 2
(an
n1
cos nx
bn
sin
nx)
故任意的电信号可由一系列正弦信号来表示。
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第一章 电路基础
一、正弦交流电的三要素
u(t) Um sin( t i )
Um 为正弦电压的幅值
t 为正弦电压的辐角
为正弦电压的初相
a
二端
网络
b
a
R
b
+
a
_E
R0
b a
IS R0 b
20
无源二端网络可 化简为一个电阻
电压源 （戴维南定理） 有源二端网络可 化简为一个电源
电流源 （诺顿定理）
21
第一章 电路基础
戴维南定理 任何一个有源二端线性网络都可以用一
个电动势为 E 的理想电压源和内阻 R0 串联的电源来等
效代替。
aI
aI
有源 +
E
Em 2
0.707 Em
第一章 电路基础
相位与初相位 对于已知的正弦量
相位
40
i
+
0
_
t
i
初相
i Im sin( t i ) A
称(ωt+ψi) 为正弦交流电流的相位角，简称相位 。在不同的时刻正弦量的相位也不同，交流电流的
t L 也具有时间的量纲，
R
把它叫做 RL 电路的时间常数，即
L
R
31
第一章 电路基础
暂态过程小结
RL电路与RC电路都具有时间延迟的特性但是又 有所不同。
电容电压不能突变，而电感电流不能突变，它 们的变化过程的快慢取决于电路的时间常数。

例： A +
u
-
B
u>0 参考极性与真实极性相同 u<0 参考极性与真实极性相反
请问： 时电压的真实极性？ 请问：此图中u =-2V时和u =3V时电压的真实极性？ 时和 时电压的真实极性
计算机电路基础(1)
第一章 电路分析的基础知识
电路中的主要物理量和参考方向
关联方向和非关联方向
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为 关联参考方向，否则为非关联参考方向 关联参考方向，否则为非关联参考方向
i2=-2A, i3=-1A, i4=-7A,求i5
解题方法： 解题方法： 1.观察节点电流的方向 观察节点电流的方向 2.确定各电流的正负（流入为正，流出为负） 确定各电流的正负（ 确定各电流的正负 流入为正，流出为负） 3.列出 列出KCL方程 列出 方程 －i1 + i2 + i3 - i4+i5=0 4.将已知的值代入。 将已知的值代入。 将已知的值代入OS管极其特性 管极其特性
计算机电路基础(1)
总纲
第一章 电路分析的基础知识 第二章 半导体基本器件 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
1. 2. 3. 4. 基本门电路及其运算 逻辑代数的运算法则和公式 最小项的表示形式及其意义 代数法和卡诺图法化简
U
b
计算机电路基础(1)
第一章 电路分析的基础知识
实际的电压源和电流源
R +
I
a +
I Is
a + R
Us
b
U
b
计算机电路基础(1)

基
为欧姆、千欧、兆欧，分别用Ω、KΩ、MΩ表示。
础
2．电容器
电容器是电子设备中大量使用的电子元件之一，广泛应
用于隔直，耦合， 旁路，滤波，调谐回路，能量转换，
控制电路等方面。用C表示电容，电容器容量的基本电 位是法拉，用英文字母F表示。这个单位较大，常用的单 位有微法拉（µF）、纳法（nF）和皮法（pF）。
基 础
磁场。电感元件是反映电流产生磁场、存储磁场能量 这一物理现象的电路元件，符号如图1-7所示，电感
元件简称为电感。
图1-7 电感元件
2019/7/25
浙江育英职业技术学院信息技术系
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计 算 机 电 路 基 础
2019/7/25
1.2.2 电感元件
根据法拉第电磁感应定律，当电压和电流为关联参
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浙江育英职业技术学院信息技术系
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1.1.4 电路功率
计
算 机
【例1-1】 计算如图1-5所示各元件的功率，并指出该元件是
电
作为电源还是作为负载。
路
解: 图1-5（a）中电流I与电压U是关联参考方向，所以
基 础
P UI 5 2 10(W )，P＞0，说明元件A吸收功率，为负载。 图1-5(b）中电流I与电压U是关联参考方向，所以
由于电容电流取决于电容电压的变化率，即电压只有在 动态情况下才有电容电流，故电容元件也称为动态元件。
如果电容元件的电压和电流为非关联参考方向，其关系 为：
i C du dt
2019/7/25
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1.2.4 元件参数
计
算
机
电
1．电阻器

由NMOS增强型管构成的开关电路如下图所示。
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2
开启电压 当uGS＜UT：MOS管工作在截止区，漏源电流IDS基本为0，输
出电压uDS ≈UDD，MOS管处于“断开”状态;
当uGS＞UT：MOS管工作在导通区，漏源电流iDS=UDD/(RD +
rDS)。其中，rDS为 MOS 管导通时的漏源电阻。 输出电压UDS=UDD ·rDS /(RD+rDS), 若rDS＜＜RD， 则uDS≈ 0V，MOS管处于“接通”状态。
ube<0.5V时， ib0，ic0；三极管呈高阻抗，类似于开关断开； 饱和状态：发射结、集电极均正偏； ube>VTh， ubc>0；深度饱和状态
下，饱和压降UCEs 约为0.2V，三极管呈现低阻抗，类似于开关接通。
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2
4、双极型三极管开关特性
在数字逻辑电路中，三极管相当于一个由基极信 号控制的无触点开关，其作用对应于触点开关的“闭 合”与“断开”。
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1
• 反演规则
• 规则：对逻辑表达式F当中的
• 运算符：与→或；或→与 • 变量：原变量→反变量；反变量→原变量 • 常量：0→1；1→0
• 得到：表达式F
• 注意：
• 1. 保持原来的运算优先顺序
第13页/共124页
1
• 对偶规则
• 对偶式
• 对逻辑表达式F当中的 • 运算符：与→或；或→与 • 常量：0→1；1→0
• 接通状态 要求阻抗越小越好，相当于短路 • 断开状态 要求阻抗越大越好，相当于开路
• 在数字电路中二极管和三极管大多数工 作在开关状态。它们在脉冲信号的作用 下，时而饱和导第通15页，/共1时24页而截止，相当于

电流的实际方向和参考方向
两点之间的电位之差即为两点间的电压。从电场力做功概念来定义，电压 就是将单位正电荷从电路中一点移动到另一点电场力做功的大小，用数学式表 示，即为
u(t) dw(t) d q(t)
式中：dq为由a点移至b点的电荷量，单位为库仑（C）；dw为移动电荷dq电场 力所做的功，单位为J（焦耳）。
例用图
例 电路如图（a）所示，求电流I。 解 应用任意元器件与理想电压源并联和等效为该电压源互换等效原则，将图 （a）等效为图（b），再应用理想电压源串联等效，将图（b）等效为图（c）。 从而算出
I 66 A 2A 10 23
例用图
基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律（KCL） 和基尔霍夫电压定律（KVL），它们是计算和分析 电路的基本定律，反映了电路中各电流、电压之间 的约束关系。
按照电路的作用分类，常见电 路有两大类：一类用于信号的传递 和处理，如扩音系统、电视接收系 统等，如图所示；另一类用于电能 的传输与转换，如照明和动力电路， 配电系统等。
扩音系统示意图
带电粒子的定向移动形成电流。例如，导体中的自由电子、电解液和电离 的气体中的自由离子、半导体的电子和空穴，都属于带电粒子或称载流子。
单位时间内通过的导体横截面的电荷量定义为电流，用i表示，有
i dq dt
式中： 为 时间内通过导体横截面的电荷量。பைடு நூலகம்在直流电路中，单位时间内通过导体横截面的电荷量是恒定不变的，有
IQ t
在国际单位制（SI）中，电荷量的单位是库[仑]（C），电流的单位是安[培] （A），时间的单位是秒（s）。在计算微小电流时，通常用毫安（mA）或微安 （μA）作为单位，它们之间的关系为
电源是电路中提供能量的元件，只有电阻而没有电源的电路中不可能有电流 存在，也就没有能量的转换发生。能将其他形式的能量转换成电能的装置称为有 源元件。本节介绍有源元件的两种电路模型。

【解】手机电池上的电压和电流为关联参考方向，
P=E I= 2.5V×0.02A = 0.5W
P>0，吸收功率，手机电池是负载。
充电器上的电压和电流为非关联参考方向，
P=E I= 2.5V×0.02A= 0.5W
功率P>0，充电器向手机电池提供功率，是电源。
任务三：二端元件和受控源
1.3.1电阻元件
物体对电流的阻碍作用称为该物体的电阻。用符号R表示，单位：欧姆(Ω)。
其换算关系：1kW = 1000 W；1 W = 1000 mW
结合PPT讲解，要求学生适当记录，理解为主。
【总结】
根据本次课程的学习，我们对教材第一章概念有了一定的理解，了解了电路的基本概念、重要的三个物理量以及各物理量的计算方法。通过此项目的实施，为后续内容奠定了坚实的基础，培养了学生独立思考、共同合作解决问题的能力。
参考方向是一种分析方法，只有在参考方后，电流和电压才有正、负之分。
1.2.2电压和电位
1.电压：
定义:单位正电荷在电场力的作用下，从电场中的a点移到b点，所做的功，称为电场中a、b两点间电压。
单位：伏特（伏），用大写字母V表示。1V=1000mV1mV=1000μV
电压方向规定：由高电位(“+”极性端)指向低电位(“-”极性端) ;电压方向用下标方式表示，如a、b两点之间的电压方向由a(+)指向b(-)，可表示为Uab。
电源在短路时的特征为：
U = 0
IS= E/RS
PS=ISRS
短路除了会发生在电源端处外，也可能发生在线路中的某一部分，称为局部短路，会造成电源供出超常的电流。
短路通常是一种严重的事故。为了防止短路事故的发生，除了认真操作外，更重要的是在电路中接入短路保护措施，一旦发生短路，能及时切断电源与负载的连接，以免发生事故。