2023年,大学技术基础理论课,稿考试内容解析
一、本课程的作用:“电路剖析基础”课程是电子与机电信息类专业的技术基础课,只是电子与机电信息类所有专业的选修课。它既是电子与机电信息类专业课程机制中物理、物理学等基础课的后续课程,又是后续技术基础课(高、低频电子线路,讯号与系统)和专业课(通讯原理等)的基础。它是由逻辑思维过渡到安装工程思维的桥梁课,在整个电子与机电信息类专业的人才培养和课程机制中起着承前启后的重要作用。通过本课程的学习,对培养师生严厉认真的科学作风和理论联系实际的安装工程观点,以及科学的思维能力、归纳能力、分析估算能力、实验研究能力都有重要的作用。****同志曾精辟的强调:21世纪是高科技发展的世纪,21世纪将是知识经济占国际经济主导地位的世纪。面向21世纪的高等教育品质目标,概括地说,就是培养和创造全面适应新世纪的人才。要实现这个目标,研究型高校和创新性人才的培养是摆在我们面前的两大任务。因此应当推动教育变革的脚步。我们撰写本用书就是本着以适应当前高等小学教育变革中留意素养培养和能力培养的精神,推进基础,扩宽专业的原则,以适应21世纪对信息类专业人才的要求。二、学习本课程目的:就是使师生荣获有关电路剖析方面的基本理论、基本知识和基本技能,为学习后续课程以及将来从事安装工程技术工作打好基础。
本课程基本上是一个技术基础理论课,是不或许讲太多实际应用的。我们培养的是高等专业人才,一定要有雄厚的理论基础和广博的专业知识,而不是技工,不能一进门就讲基本操作,也不能是讲一条理论就有一条应用,那样的理论是肤浅的,我们是要学会高瞻远瞩。电路剖析:在已知电路结构和器件参数的条件下,讨论电路的激励与响应之间的关系。励:电源或讯号源的电流或电压,它促使电路工作,即形成电路各部份电流或电压的成因。应:激励在电路各部份形成的电流和电压,即研究电路中因果关系的学科。二、学习技巧:1.要找出与大学地理“电学”部分的联系与不同,是在其基础上的沿袭和加深。小学——是从研究某一问题的特殊性入手。中学——是从问题的普遍性(共性)入手,构建化学量间的函数关系得到其特殊性。例:电压的概念学校:I单位时间内流过导体横截面积的电量——直流。学院:ｉ＝ｄｑ／ｄｔ——电流是电势随时间的变化率,是时间的函数。当ｄｑ／ｄｔ＝常数——不随时间变化时——恒定电压——直流Ｉ＝ｑ／ｔ２.构建物理模型,学会剖析和处理问题的方式,而不是用大量的例题来验证一个概念,与高中应试教育不同。三、讲授方法和课程安排:分讲授、自学、详讲、略讲相结合。 #
平常讲座配有配套例题,阶段小结安排例题课。参考书目:《电路剖析》西安交通学院《电工学》上北京工业学院《电工学》上罗守信湖南中学——人们想要成功,但却经常回避问题。只要把握问题并处理问题能够取得成功。第一章:电路的基本概念和基本定理1-1电路与电路模型1-2电压和电流的参考方向及功率1-3基尔霍夫定理1-4电感器件1-5独立电源1-6受控源1-7运算放大器内容提要:本章主要讨论了电路的基本化学量,电路模型,电流和电压的参考方向以及独立电源、受控源等电路器件的基本概念。注重阐明了集总电路中电压和电压间的约束关系。这是剖析集总参数电路的基本依照。1-1电路和电路模型一、电路:电压的通路叫电路,它是由若干机电设备或元件按一定形式结合上去的。1.电路的作用:(1)实现电能的传输和转化发电设备,变电,输电设备其他方式能量———〉电能———〉机械能,热能,光能,物理能(2)传递和处理讯号例1:卡拉OK例2:打电话——将一个用户的信息传送给另一个用户通过通讯系统——完成信息的传递和交换之外也有收音机,电视,手动控制……2.理想器件实际的电路都是由机电设备和元件组成如:发电机、变压器、电动、电池、晶体管、电阻、电容……我们研究的不是那些实际设备而是理想化了的器件。
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信源变换器信道反变换噪音微波、光缆扩频、卫星??主叫被叫因为电磁能量的互相转化(变化的磁场〈=====〉变化的电场),许多设备的性质常常比较复杂,表现出两重性或多重性。诸如线圈我们常常用电感表示,但在一定的条件下它还表现出电感性、电感性。在一定的条件下可把实际器件理想化,用其主要的电磁性质来取代理想器件:电感器件——消耗电能R电阻器件——储存磁能L电感器件——储存电能C电瓶和发电机——供给电能——称为理想器件——集中(总)参数器件。这种器件分别由相应的参数来表征。按照端子数量不同理想器件可分为:二端器件:电感、电容、电感等三端器件:晶体管、场效应管等四端器件:电机二、电路模型:由理想器件(集总参数器件)组成的具象电路——电路模型。电压、电压的参考方向及功率组成电路的基本化学量是电压、电压和功率,学校我们都觉得他们是不随时间而变化的,实际上他们都是时间的函数,通常用大写字母I、u、p表示。一:电压:电压的方向规定为正电势运动的方向。在复杂的交流电路中,有时某一支路电压的方向很难一下子确定,比如图1-2-1。在交流电路中电流的方向和大小都是随时间变化的,未能用一个固定的箭头表示,因此我们提出参考方向的概念。
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图1-2-1电压参考方向样例图当估算值为负,则实际方向与参考方向相反;为正,则实际方向与参考方向一致。在剖析和估算电路时,事先选取某一方向为电压正方向,电压的方向和大小却是随时间变化的,未能用一个箭头来表示。而在剖析和估算电路时,事先选取某一方向为电压的正方向——参考方向——参考方向一经规定,在求解过程中不得改动。上例中规定I2参考方向由左往右:若估算值为+I——实际“”-I——实际“”表示电压正方向：参考方向表示法:用箭头用双角标二、电压:电流的实际方向是高电位对准低电位。参考方向是任意规定的。当取电流的参考方向与实际方向一致:“+”当取电流的参考方向与实际方向相反:“-”大小相等方向相反数值上==把单位正电势由电极板通过电源内部移到负极板非静电网所作的功。表示方式:箭头;双角标对于电源外部:电流:由高电位低电位电源内部:电动势:由低高电动势的实际方向设Uba=U2-U1=4+6=10vb点电位高注:做题时只考虑参考方向,然后人入数值,再考虑实际方向。例:已知图中U1=-6v,U2=4v问Uab=?哪点电位高？设Uab=U1-U2=-6v-4=-10vb点电位高电流与电压参考方向一致,即U、I一致在这么的规定下当只标注电压参考向时,电压降的参考向就不言而喻了。 #
三、关联参考向:电路在工作状态下总伴随有能量的流动。电路中某一段吸收或提供能量的速度即为功率,选用符号表示。如图1-2-4所示的方框,它或许是一个器件、一个电源,或是电路中的某一部分,它或许发出功率也或许吸收功率。dwdwdqdtdqdt与电流、电流是代数目一样,功率只是一个代数目。与电流、电流是代数目一样,功率只是一个代数目。的实际方向也可以判断某一元件是发出功率(电源)还是吸收功率(负载)。的实际方向相反,电压从“＋”极流出,则该器件发出功率,起电源的作用。的实际方向相似,电压从“＋”端流入,则该器件吸收功率,起负载的作用。基尔霍夫定理(克希荷夫定理)Ω定理:线性电感器件电压间约束关系的定理基尔霍夫定理:器件连接时,大道电流和大道电压满足的约束关系与器件原本无关。名词简介:(1)大道:连接于电路中的每一个二端器件,即一个器件代表一条大道,每一条大道代表一个电路器件——便于用网路拓扑表示。小学:通过同一电压的每位分支叫大道下图中有五条大道:ab、ac、ad、cb、db——无源大道欧姆(真名:Ohm,1787～1854),荷兰地理学家,1826年由试验得出最基本的叙述电流、电流、电阻两者之间关系的欧姆定理。
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他的很多工作最初曾不被这些批评者所接受,连柏林学会也没有留意到它的重要性。欧姆十分沮丧,他辞去了在纽伦堡的职务,又去当了几年私人班主任。随研究电路工作的进展,人们日益认识到欧姆定理的重要性,欧姆本人的声誉也大大增强。1833年他被聘为科隆工艺学院地理博士。1841年英国皇家学会追授他勋章。1849年他当上了奥斯陆中学地理博士。欧姆出生于萨克森的埃尔兰根,有着艰辛的童真,欧姆此生从事力学的研究,构建了知名的欧姆定理。1841年,巴黎皇家大学追授他Medal奖。1849年,阿姆斯特丹中学追授他地理学首席主任职位。出于对他的谢意,电感单位即以欧姆命名。他在晚年还写了光学方面的教科书。1854年7月6日,欧姆在美国帕塔希离世。基尔霍夫(真名:,1824～1887),法国地理学家,1847年提出了两个电路网路中电流与电压关系的基本定理。基尔霍夫定理和欧姆定理构成了电路剖析理论的基础。基尔霍夫出生于东日耳曼一个律师的家庭。18岁就读于学院,结业后在柏林就教兼任讲师。它与美国物理家罗伯特本生()在波谱学方面合作,发觉了元素铯(1860年)和元素铷(1861年)。 #
基尔霍夫幅射定律也为他平添了荣誉。基尔霍夫在安装工程界、化学界和化学界都是知名的人物。cb、db——含源大道,其余无源(2)节点:两条或两条以上大道的连接点,下图有4个节仅关联两个环路的节点,2个节点间的通路——支路简略节点:例c,d;简略节点不计时只有两个节点a,b器件的相互联接给大道电压和电流带给的约束——基尔霍夫定理(3)回路:电路中任一闭合的路径。上图有三个回路(4)网孔:不含大道的回路,上图有两个网孔它是拿来确定一个节点上各大道电压间关系的定理一、基尔霍夫电压定理(KCL定理)(基尔霍夫第一定理)1.地理意义和英语式子:在集总电路中，任何时刻，对任一节点电路分析基础视频，所有大道电压的代数和0。例图中:：任何时刻，流入任一节点的大道电压必等于流出该节点的大道电压2.方向:原则上按电压参考方向来定,参考方向的选择是任意的本书中流出为“+”,流入为“-”;也可流入为“+”,流出为“-”3.KCL定理的推广:KCL定理除了适用于节点,也适用于电路中任一假设的闭合面。诸如:对晶体二极管做一闭合面通过这封闭面的电压的代数和为零对整个封闭面还有CAAB对每一个节点A,B,C来说均有KCl定理阐明了电路中任一点处电压应当服从的规律,是电势守恒定律的展现。
二、基尔霍夫电流定理(KVL定理)(克希荷夫第二定理)1.地理意义及英语式子:沿任一闭合回路绕行一周,整个回路各部份的电位差(电流)的代数和等于零:——第一种抒发方向参考方向与绕行方向一致，电流为“+”参考方向与绕行方向相反电路分析基础视频，电流为“-”由此可见ｂ、ｄ间电流不论沿左侧大道还是沿ｂａｃｄ构成的路径,期间电流是相等的。沿ｂａｄ也可得到同样的推论。KVL实际上是集总参数电路中任意两点间的电流与路径无关这一性质的展现。140V,80V,30V,90V,60V803090140我们再将式作另外一种移项处理(1-3-5)将数值代入80+90=140+30,得170=170。这展现了KVL另一种表示方式即,在集总参数电路中沿任一闭合回路绕行一周,电压降的代数和=电流升的代数和。电流与绕行方向一致为“+”;与绕行方向相反为“-”。(电流升)可适于部份电路(1)U=E-IR(2)由KVL定理:均有:可见:(1)KCL是电势守恒的结果,是任一点处电压应当服从的约束关系KVL是电流与路径无关这一性质的反映,是任一回路内电流应当服从的约束关系。
(2)两定理仅与器件的相互联接有关,而与器件的性质无关,这些约束关系——“拓扑”约束()。(3)无论是线性还是非线性,时变还是非时变,只要理想元件(集总参数器件)的电路均适用。“拓扑”约束:英语的一个分支,研究几何图形在连续改变形状时,能够保留不变的一些特征,它只考虑质点之间的位置关系而不考虑他们的距离和大小电感器件电感器件分线性和非线性;时变和非时变。我们研究的电感器件:1.是线性,非时变,二端器件2.通过它的电压与加在它两端的电流服从Ω定理i,u取关联参考向时:U(t)=Ri(t)I,u取非关联参考向时:U(t)=-Ri(t)3.其u-I特征(伏安特征、VAR特征)曲线是通过原点的一条曲线4.在并联电路中常用它的倒数G=1/R——电导单位S(西门子)5.电感器件是将电能热能的器件在dt′时间内器件消耗的热能：RI(t′)dt′=P(t′)在时间[t0,t]内电感器件消耗的热能:大学已知:Q=IRt(焦尔热)R,G对仗1-5独立电源电源:1,独立电源:u,I是独立存在的可以用两种不同的模型等效:电流源;电压源2,受控源(相关电源)其电流和电压是受电路中其他部份的电流或电压控制的,这种电流或电压不存在时该电源也不复存在一、电压源(理想电流源)是一个二端器件1、什么是电流源？——电压源是电阻的电源，过去我们学过:电源是一种电动势E+电阻相串联的模型(1)端电流：(2)外特征——电源的VAR特征的电源电流源是一个二端器件，其电阻2、特点:(1)电流源两端的电流是固定不变的,不因外电路的改变而改变(与其通过的电压无关)。
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与其并联的电感影响可去除。(2)电流源中的电压随外电路的不同而不同(可以是任意的)。(3)外特征:R=0在u-I平面上的VAR特征是一条不通过原点且i轴的直线(4)即可当负载,也可当电源。电源(u、I逆向)出功率负载（u、I同向）吸收功率表示符号:方向由低电位高电位二、电流源(理想电压源、恒流源)1、电流源是一个二端器件。(2)其两端电流由与它相通的外电路决定。2、特点:(1)电压源中的电压i是固定不变的,与它两端的电流无关,不因外电路的不同而不同,与其串联的电感影响可去除。吸收功率——负载在图中,一个理想电流源和一个理想电压源相联,试讨论他们的工作状态(即是负载还是电源)。例1-5-1:电压源两端电流是由电流源决定的。解:在图示电路中,电流源中的电压是由电压源决定的。在图(a)中,电流源中的u、I实际方向相反,对电压源u、I实际方向相似,故电流源是电源,电压源是负载发出功率P=-ui吸收功率P=ui在图(b)中,状况与上相反,电流源是负载吸收功率,电压源是电源,发出功率P=ui例1-5-2:在图示两电路中,(1)负载电感RL中的电压I及其两端的电流u各为多少？(2)剖析功率平衡关系在图(a)中,在电流源旁并联电感不影响其电流输出u=10vI=10/5=5A电压源的电压永为2A不受外电路影响5-2=3A电压应是电流源大道中流出的对电流源还是电压源来讲均有u、I反相,均发出功率。
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Pe=210+310=50wPL=iR=50w在图(b)中,串联器件不影响其电压输出i=2A6v电压降在电压源两端。20-8=12w功率也应为其所吸收u=iRL=22=4v对电压源:U、i反相,发出功率其两端电流为4v,电流源两端电流10v,发出功率20w,功率平衡负载吸收功率1-6受控源受控源——非独立电源,相关电源受控源中的电压及加在两端的电流是受电路中其它部份的电流或电压控制的一、受控源的分类依据受控电源是电流源还是电压源,以及控制量是电流还是电压,受控源可分成四种P17(以下四个特性也可不讲)(1)VCVS——电压比(2)VCCS——转移浊度(3)CCVS——转移电感(4)CCCS——转移电压比二、特点:(１)、由左右两条大道表示的电压。——四端(双口)器件右侧——开路或漏电右侧——理想电流源或理想电压源(２)、支路2是大道1的函数这些电源不起“激励”作用,它是电路中某处的电流或电压控制另一处的电流或电压现象的反映而已。三、作用:、表示同一电路内两大道之间电压或电流的控制关系。例1-6-1:交流小讯号工作条件下的晶体管等效电路两个PN结的非线性关系二极管的微变等效电路CCCS解:二极管(晶体管)工作在放大状态时,因为二极管的基极电压受栅极电压的控制,因此可选用电压控制的电压源来表示。 #
图(a)表示一个共发射极电路,设栅极电路的电流和电压分别为和。当集电极和发射极之间的电流在的基础上出现一个微小的变化量时,栅极电压也形成一个变化量,因受控制,故栅极就产例(补充):电路如附图,求电流3V200.5Aabcb二极管的栅极和发射极之间可以用键入电感来等效.因二极管工作在放大区,其的控制,二极管的基极和发射极之间可以用一个的电压源来等效.剖析:首先剖析是受控电压源还是受控电流源,从上面的横线一眼就看出是受控电压源VCCS,其两端电流由外电路决右回路中20中通过的电压为0.050.5A200.513cbcaabP33例:1-1图1-24所示电路中的CCVS的电流3V200.5A在左右两个回路中,但两个未知量均在右回路中从左回路看用KVL求得2V7V代入(2)对大回路用KVL:注:此刻受控源当电源处理1-8大道剖析法电路结构简略电路:用串并联方式能约分为单回路的电路复杂电路:用串并联方式不能约分为单回路的电路复杂电路的剖析方式:改变电路结构的剖析方式:串并联求值,Y-变换电压等效变换不改变电路结构的剖析方式——电路多项式法大道法大道电压法大道电流法节点法、回路法各类电路定律一、KCL和KVL的独立多项式数(一)KCL的独立多项式数1、电路的“图”:将电路器件抽去,把每一条大道画成具象的(P62特勒根定律)线段,仅由点和线的集合组成的电路图——电路的“图”用“G”表示2、有向图:阐明各大道参考方向的“图”——有向图下边用有向图来理解KCL的独立性对节点1、2、3、4分别列举KCL多项式有:节点1:节点2:节点3:节点4:以上4个多项式中只有3个是独立的,每一个多项式都可由其它三个等式得到:这种多项式中,每位大道电压均出现两次,一“正”一“负”,这是由于每条环路均连在两节点间,对其中一个“流出”对另一个就是“流入”,把以上任意三个等式加上去必定得到另一个方程,独立多项式只有3个。 #
(二)KVL的独立多项式数:列(b)图的KVL多项式,均按顺秒针方向:这四个多项式中只有３个是独立的,其余任一个均能由其它三个得到独立回路多项式的个数＝网孔数＝独立回路数＝Ｉ＝ｂ－(ｍ－１)每一条大道均用了两次,只有出现一个新的大道的回路才为独立回路。总的列多项式数ｎ－１＋ｂ－ｎ＋１＝ｂ＝大道数,其理论证明要用树的概念:略二、支路电压法:——简单节点不计１、依据:KCL、KVL定律2、求解对象:大道电压3、求解方法:(1)选取各大道电压的参考方向(2)依据KCL列m-1个独立节点多项式,设该电路有4个节点、6条大道(简略节点不计)。只好列3个节点多项式节点间的通路——支路节点:节点:节点:(3)据KVL定律得到(b-m+1)个独立回路多项式该题还须补充三个独立回路多项式,通常选网孔为独立回路(特殊状况除外),并要指定绕行方向电感电压降的代数和=电流源电流升的代数和与绕行方向一致带“+”,相反“-”二、支路电流法:1、依据:KCL、KVL2、求解对象:大道电流３、求解方法:同上,以大道电流取代大道电压。用的极少:略例:P25例1-8-1熟悉大道剖析法的通常方法,电压源大道的处理——应设其两端电流钳工P62.例2-11用大道电压法求图示电路的电压剖析:下图为４个环路,２个节点,(将最右侧电流源与电感相串联的电路看成一条大道)。
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但右边恒流源不用考虑,但是只愿但找不到仅含一个未知量的等式要联立R1R2R3解:各电压参考方向如图对ａ列ＫＣＬ多项式列ＫＶＬ等式:剖析:表面上有3个网孔,KVL多项式的实质是用电压表示电流,对于左侧含电压源大道是不或许表示成电流的实际上只有两个网孔对后边网孔有一侧网孔有大道电压(电流)法其实是剖析复杂电路的基本步骤,但真正应用上去是很麻烦的,因而实际用的较少。示波器知识的处理:Ｐ２７几个特殊问题的处理一、电桥电路的处理二、输入电感和等效电感三、齐性定律:倒退法一示波器电路的处理:P27下图所示电路有6条大道,倘若用大道电压法求还要列6个多项式。R1R2R3R4Rg但当示波器满足对边电感相乘相等,即:Rg中无电压流过,有:无论Rg的电阻怎么,该大道两端间无电位差这两个节点可以开路。也可以漏电。这两个推论有普遍意义:P28电路中已知电压为零的大道(或线圈)可以断掉(2)电路中已知电位相等的点可以短接二、输入电感和等效电感:1、输入电感:不含独立电源的一端口电感网路(可含受控源)的端电流与端电压之比端口电压端口电流列举2、等效电感:一个含受控源及电感的单口网路和一个只含电感的单口网路一样,可以等效为一个电感。 #
此刻等效电感=键入电感注:含受控源时,等效电感或许为负值。受控源只有负阻性３、输入电感的求解方式:１、只含电感的一端口网路——用串并联求值及Ｙ－变换２、含受控源及电感——外施电流法或漏电电压法例:求图示电路的入端电感Ｒ16100K100K5K16100K164.91010(２)将电流源变为电压源:电压源的电压(可用图(ｄ)加一电流用KVL定理做)211051010(3)、设在键入端加一电流则形成一电压16外施电流电压由KCL定理:(设键入为“+”)2121162116162184105108416.8(阐明:通常在一个线性电感上并联一个由线性电感组成的电路,16是因为受控源CCCS只有负阻性引致。其等效电感一定比其任一支路的电感需要小,这儿本题阐明:１、提出了估算等效电感的一种新方式２、受控电流源受控电压源可以等效互换。16交换掉外施电流法电流例３、电路剖析Ｐ１０９例４－２解:设在电路两端施加电压源三、齐性定律:线性电路中,当可有激励(电流源和电压源)都减小或缩小Ｋ倍(K为实常数),响应(电压和电流)也逐渐减小或缩小Ｋ倍。 #
倒退法:先从电路最避开电源的一端算起,对某个电流或电压设一方便估算的值,比如“１”,倒挪到激励应采取的数值,于是根据齐次定律进行修正。例:电路Ｐ１０７．４－４求图示方形电路中各大道电压。202320ADBC12033.021203.6333.02给定的相当于将激励提高了,故各大道电压也同样提高３．６３倍12012.384.767.623.993.63
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